EP0303840A2 - Ventilmuffe zur Aufnahme des Gasflaschenventils von Druckgasbehältern aus hochlegierten Chrom-Nickelstählen - Google Patents

Ventilmuffe zur Aufnahme des Gasflaschenventils von Druckgasbehältern aus hochlegierten Chrom-Nickelstählen Download PDF

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    • Y10T137/7043—Guards and shields
    • Y10T137/7062—Valve guards

Definitions

  • the invention relates to a valve sleeve for receiving the gas bottle valve of compressed gas containers made of high-alloy chromium-nickel steel according to the preamble of claim 1.
  • Pressurized gas containers for the storage and distribution of ultra-pure gases are made of rustproof, high-alloy chrome-nickel steels.
  • these are compressed gas cylinders with a content between 5 and 50 liters, which are made as a welded construction from a seamless or longitudinally welded cylindrical tube. This tube is closed by two welded-on floors.
  • the inner surfaces of the parts are easily accessible and can be used for later surface quality Experience the required mechanical pretreatment to the required roughness.
  • the inner surfaces of containers made of such high-alloy chromium-nickel steels must have a quality which ensures that the purity and composition of the gases which come into contact with them are not affected. For this reason, it must be possible to polish these surfaces electrolytically.
  • the threaded opening for the valve connection is the only access to the inside of the container. This makes electrolytic polishing very difficult and requires a great deal of effort, especially for bottles with a large content.
  • the prefabricated container is cooled to very low temperatures and plastically deformed by internal pressure until the container material has reached the strength required for later operational use.
  • the invention is therefore based on the object to provide a valve sleeve for receiving the gas cylinder valve of compressed gas containers made of high-alloy chromium-nickel steels, which facilitates cleaning and electrolytic polishing of the inner surface of the container and at the same time ensures that the containers can be produced by cryoforming and subsequently no further thermal or mechanical post-treatment is required.
  • valve sleeve With the invention it is possible to remove the actual valve sleeve with its threaded opening from the container, whereby a large neck opening is free, through which the inner surface of the container can be easily cleaned and electrolytically polished.
  • a conical ground, purely metallic seal is preferred as the seal between the detachable part of the valve sleeve and the part welded into the upper container bottom.
  • Other Sealing options are possible, however, for example a screw connection that seals using a cutting ring.
  • the invention also enables easy access to the interior of the container after it has been used, for example to check the quality of the surface.
  • the compressed gas container made of high-alloy chromium-nickel steel shown in FIG. 1 consists of a cylindrical tube 1, to which a lower base 2 and an upper base 3 are welded.
  • a foot part 4 serves as the container base, which can be attached to the container base by means of a threaded pin 5 welded to the lower base 2.
  • This design of the container base is particularly favorable since both the lower base 2 and the cylindrical tube 1 can deform freely and uniformly during cryogenic deformation.
  • a conventionally welded foot ring would hinder cryogenic deformation. Subsequent welding of a foot ring to the deformed container is prohibited because of the inevitable changes in material associated with it.
  • the valve sleeve fitted in the upper base 3 consists of a cylindrical neck piece 6 welded into the upper base 3 and an insert 7 which is detachably but gas-tightly connected to it.
  • the insert 7 contains the actual threaded opening for the gas cylinder valve 8, which is welded into the insert 7 .
  • the insert 7 and the gas cylinder valve 8 can also be manufactured as one component from the outset.
  • the connection between the neck piece 6 and the insert 7 is designed as a conically ground sealing surface and represents a purely metallic seal. The required sealing pressure is applied by a union nut 9, which connects the neck piece 6 and the insert 7 to one another.
  • a neck ring 11 is pressed onto the upper base 3 at the same time by means of an elastic sealing ring 10.
  • the neck ring 11 can be made of metal or plastic. It is locked by a grub screw 12 directed towards the upper floor.
  • the neck ring 11 has a hexagonal recess corresponding to the contours of the union nut 9, which surrounds the lower part of the union nut 9.
  • the neck ring 11 locked by the grub screw 12 thus secures the union nut 9 against twisting and unintentional opening.
  • the purely metallic seal through a conically ground sealing surface between the neck piece 6 and the insert 7 represents a completely gas-tight connection. This applies both to normal operating conditions (200 bar internal pressure; ambient pressure) and to the Conditions during cryogenic stretching during production (approx. 600 bar internal pressure; 77 K). This type of sealing excludes any contamination of the gas content by contact with threads or other sealing elements.

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Abstract

Druckgasbehälter aus hochlegierten Chrom-Nickelstählen für die Speicherung ultrareiner Gase werden zur Verbesserung der Fertigkeitseigenschaften kryoverformt und elektrolytisch poliert. Einzige Zugangsmöglichkeit für die Reinigung und das elektrolytische Polieren des Behälterinneren ist die enge Gewindeöffnung der im oberen Boden (3) des Druckgasbehälters eingeschweißten Ventilmuffe für das Gasflaschenventil (8). Um die Zugangsmöglichkeiten zu erleichtern wird die Ventilmuffe aus einem in den oberen Boden eingeschweißten zylindrischen Halsstück (6) und einem mit dem Halsstück gasdicht und lösbar verbundenen Einsatz (7) mit der Gewindeöffnung ausgebildet. Der Innendurchmesser des Halsstückes ist hierbei größer als der Durchmesser der Gewindeöffnung.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Ventilmuffe zur Aufnahme des Gasflaschenventils von Druckgasbehältern aus hochlegier­ten Chrom-Nickelstählen nach dem Oberbegriff des An­spruches 1.
  • Druckgasbehälter für die Speicherung und Verteilung von ultrareinen Gasen werden aus rostfreien, hochlegierten Chrom-Nickelstählen hergestellt. In der Regel handelt es sich hierbei um Druckgasflaschen mit einem Inhalt zwischen 5 und 50 Litern, die als Schweißkonstruktion aus einem nahtlosen oder längsnahtgeschweißten zylindrischen Rohr hergestellt werden. Dieses Rohr wird durch zwei ange­schweißte Böden verschlossen. Vor dem Verschweißen sind die Innenoberflächen der Teile leicht zugänglich und können die für die spätere Oberflächenqualität erforderliche mechanische Vorbehandlung auf das gefor­derte Rauhigkeitsmaß erfahren. Die Innenoberflächen von Behältern aus derartigen hochlegierten Chrom-Nickel­stählen müssen eine Güte aufweisen, die gewährleistet, daß die Reinheit und Zusammensetzung der mit ihnen in Berührung kommenden Gase nicht beeinflußt wird. Des­wegen müssen diese Oberflächen elektrolytisch poliert werden können. Bei herkömmlichen Druckgasflaschen ist die Gewindeöffnung für den Ventilanschluß der einzige Zugang zum Behälterinnern. Das elektrolytische Polieren wird hierdurch sehr erschwert und erfordert besonders bei Flaschen mit größerem Inhalt einen sehr großen Auf­wand.
  • Eine andere Schwierigkeit ergibt sich aus der Verwendung von hochlegierten Chrom-Nickelstählen als Behältermaterial. Da diese Werkstoffe eine sehr geringe Festigkeit besitzen, müssen Druckgasbehälter, die daraus gefertigt werden, kryoverformt werden.
  • Dabei wird der vorgefertigte Behälter auf sehr tiefe Temperaturen abgekühlt und durch Innendruck plastisch verformt, bis das Behältermaterial die für den späteren Betriebseinsatz erforderliche Festigkeit erreicht hat.
  • Da eine nachträgliche Wärmebehandlung die durch Kryo­verformung hervorgerufene Festigkeitssteigerung wieder rückgängig macht, müssen alle für die Herstellung des Behälters erforderlichen Schweißarbeiten vor der Kryo­verformung durchgeführt sein. Dies betrifft insbesondere das Einschweißen der Ventilmuffe zur Aufnahme des Gas­flaschenventils in den oberen Boden und gegebenenfalls die Ausbildung des Flaschenfußes im Bereich des unteren Bodens.
  • Anders als bei konventionell hergestellten Druckgasbe­hältern, werden bei kryoverformten Behältern ganz be­sondere Anforderungen an den Behälterverschluß gestellt. Er muß der für das Kryostrecken erforderlichen, hohen Innendruckbeanspruchung bei kryogenen Temperaturen stand­halten und darf dabei seine absolute Dichtheitsfunktion nicht verlieren.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Ventilmuffe zur Aufnahme des Gasflaschenventils von Druckgasbehältern aus hochlegierten Chrom-Nickelstählen zu schaffen, welche das Reinigen und elektrolytische Polieren der inneren Oberfläche des Behälters er­leichtert und gleichzeitig sicherstellt, daß die Behäl­ter durch Kryoverformung hergestellt werden können und anschließend keiner thermischen oder mechanischen Nach­behandlung mehr bedürfen.
  • Ausgehend von dem im Oberbegriff des Anspruches 1 be­rücksichtigten Stand der Technik ist diese Aufgabe er­findungsgemäß gelöst mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Durch die Erfindung ist es möglich, die eigentliche Ventilmuffe mit ihrer Gewindeöffnung vom Behälter abzu­nehmen, wodurch eine große Halsöffnung frei wird, durch welche die innere Oberfläche des Behälters leicht ge­reinigt und elektrolytisch poliert werden kann. Als Abdichtung zwischen dem lösbaren und dem in den oberen Behälterboden eingeschweißten Teil der Ventilmuffe wird eine konisch geschliffene, rein metallische Ab­dichtung bevorzugt. Andere Abdichtungsmöglichkeiten sind aber möglich, beispiels­weise eine über einen Schneidring abdichtende Verschrau­bung.
  • Durch die Erfindung wird auch ein leichter Zugang zum Behälterinnern nach dessen Gebrauch ermöglicht, beispiels­weise um die Qualität der Oberfläche zu überprüfen.
  • Die Zeichnungen veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Es zeigen:
    • Fig.1 die teilweise geschnittene Gesamtansicht eines Druck­gasbehälters mit abnehmbarer Ventilmuffe,
    • Fig.2 den Behälterkopf von Fig.1 in vergrößertem Maßstab.
  • Der in Fig.1 dargestellte Druckgasbehälter aus hoch­legiertem Chrom-Nickelstahl besteht aus einem zylindri­schen Rohr 1, an welches ein unterer Boden 2 und ein oberer Boden 3 angeschweißt sind. Als Behälterfuß dient ein Fußteil 4, welches mittels eines am unteren Boden 2 angeschweißten Gewindezapfens 5 am Behälterfuß befestigt werden kann. Diese Gestaltung des Behälterfußes ist be­sonders günstig, da sich sowohl der untere Boden 2 als auch das zylindrische Rohr 1 bei der Kryoverformung frei und gleichmäßig verformen können. Ein konventionell angeschweißter Fußring würde dagegen die Kryoverformung behindern. Ein nachträgliches Anschweißen eines Fußringes an den verformten Behälter verbietet sich wegen der da­mit verbundenen unvermeidlichen Materialveränderungen.
  • Der Behälterkopf ist in Fig.2 vergrößert dargestellt. Erfindungsgemäß besteht die im oberen Boden 3 angebrachte Ventilmuffe aus einem in den oberen Boden 3 eingeschwei­ßten zylindrischen Halsstück 6 und einem mit diesem lös­bar aber gasdicht verbundenen Einsatz 7. Der Einsatz 7 enthält die eigentliche Gewindeöffnung für das Gas­flaschenventil 8, welches in den Einsatz 7 eingeschweißt ist. Der Einsatz 7 und das Gasflaschenventil 8 können auch von vornherein als ein Bauteil hergestellt werden. Die Verbindung zwischen dem Halsstück 6 und dem Einsatz 7 ist als konisch geschliffene Dichtfläche ausgebildet und stellt eine rein metallische Abdichtung dar. Der er­forderliche Abdichtdruck wird durch eine Überwurfmutter 9 aufgebracht, welche das Halsstück 6 und den Einsatz 7 miteinander verbindet. Durch die Überwurfmutter 9 wird mittels eines elastischen Dichtringes 10 gleichzeitig ein Halsring 11 auf den oberen Boden 3 gedrückt. Der Halsring 11 kann aus Metall oder Kunststoff bestehen. Er wird durch eine auf den oberen Boden gerichtete Madenschraube 12 arretiert. Der Halsring 11 besitzt eine den Konturen der Überwurfmutter 9 entsprechende sechseckige Aussparung, die den unteren Teil der Über­wurfmutter 9 umgibt. Der durch die Madenschraube 12 arretierte Halsring 11 sichert somit die Überwurfmutter 9 gegen Verdrehen und unbeabsichtigtes Öffnen. An der Außenseite des Halsringes 11 befindet sich ein Außenge­winde 13, welches das Aufschrauben einer Ventilschutz­einrichtung 14, beispielsweise eines Ventilschutzkorbes oder einer Ventilschutzkappe, ermöglicht.
  • Die rein metallische Abdichtung durch eine konisch ge­schliffene Dichtfläche zwischen dem Halsstück 6 und dem Einsatz 7 stellt eine völlig gasdichte Verbindung dar. Dies gilt sowohl für normale Betriebsbedingungen (200 bar Innendruck; Umgebungsdruck) als auch für die Bedingungen beim Kryostrecken während der Herstellung (ca.600 bar Innendruck; 77 K). Diese Art der Abdichtung schließt jede Verunreinigung des Gasinhaltes durch Kontakt mit Gewinden oder anderen Dichtungselementen aus.

Claims (6)

1. Ventilmuffe zur Aufnahme des Gasflaschenventils (8) von Druckgasbehältern aus hochlegierten Chrom-Nickel­stählen, welche im oberen Boden (3) des Druckgasbe­hälters angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ventilmuffe aus einem in den oberen Boden ein­geschweißten zylindrischen Halsstück (6) und einem mit einer Gewindeöffnung für das Gasflaschenventil verse­henen Einsatz (7) besteht, welcher gasdicht und lös­bar mit dem Halsstück verbunden ist, wobei der Innen­durchmesser des Halsstückes größer ist als der Durch­messer der Gewindeöffnung des Einsatzes.
2. Ventilmuffe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verbindung zwischen Halsstück und Einsatz als konisch geschliffene, rein metallische Abdichtung aus­gebildet ist, bei der der Abdichtdruck durch ein Halsstück und Einsatz miteinander verbindende Über­wurfmutter (9) aufgebracht wird.
3. Ventilmuffe nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß durch die Überwurfmutter mittels eines elastischen Dichtringes (10) ein Halsring (11) auf den oberen Boden gedrückt wird.
4. Ventilmuffe nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Halsring eine den Konturen der Überwurfmutter entsprechende Aussparung besitzt, welche den unteren Teil der Überwurfmutter umgibt.
5. Ventilmuffe nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Halsring durch eine auf den oberen Boden ge­richtete Madenschraube (12) arretiert ist.
6. Ventilmuffe nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Halsring ein Außengewinde (13) zum Aufschrau­ben einer Ventilschutzreinrichtung (14) besitzt.
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