EP0303840A2 - Valve bushing for the receipt of the gas bottle valve of a pressurised-gas container made from highly alloyed chromium-nickel steels - Google Patents

Valve bushing for the receipt of the gas bottle valve of a pressurised-gas container made from highly alloyed chromium-nickel steels Download PDF

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Abstract

Pressurised-gas containers made of high-alloy chromium-nickel steels for the storage of ultra-pure gases are cryogenically worked and electrolytically polished to improve the strength properties. The only means of access for the cleaning and the electrolytic polishing of the interior of the container is the narrow threaded opening of the valve bushing, welded in the top end (3) of the pressurised-gas container, for the gas-bottle valve (8). In order to facilitate the means of access, the valve bushing is formed from a cylindrical neck piece (6) welded into the top end and an insert (7) which is connected to the neck piece in a gas-tight and detachable manner and contains the threaded opening. Here, the inside diameter of the neck piece is greater than the diameter of the threaded opening. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilmuffe zur Aufnahme des Gasflaschenventils von Druckgasbehältern aus hochlegier­ten Chrom-Nickelstählen nach dem Oberbegriff des An­spruches 1.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.

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.Pressurized gas containers for the storage and distribution of ultra-pure gases are made of rustproof, high-alloy chrome-nickel steels. As a rule, 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. Before welding, 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. With conventional compressed gas cylinders, 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.

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.Another difficulty arises from the use of high-alloy chrome-nickel steels as the container material. Since these materials have a very low strength, pressure gas containers made from them have to be cryoformed.

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.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.

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.Since subsequent heat treatment cancels the increase in strength caused by cryogenic deformation, all the welding work required to manufacture the container must be carried out before cryogenic deformation. This applies in particular to the welding of the valve sleeve for receiving the gas bottle valve into the upper floor and, if appropriate, the formation of the bottle foot in the area of the lower floor.

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.In contrast to conventionally manufactured pressurized gas containers, very special demands are placed on the container closure in cryoformed containers. It has to withstand the high internal pressure stress required for cryogenic stretching at cryogenic temperatures and must not lose its absolute tightness function.

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.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.

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.Starting from the prior art taken into account in the preamble of claim 1, this object is achieved according to the invention with the features specified in the characterizing part of claim 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims.

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.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.

Durch die Erfindung wird auch ein leichter Zugang zum Behälterinnern nach dessen Gebrauch ermöglicht, beispiels­weise um die Qualität der Oberfläche zu überprüfen.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.

Die Zeichnungen veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.The drawings illustrate an embodiment of the invention.

Es zeigen:

  • Fig.1 die teilweise geschnittene Gesamtansicht eines Druck­gasbehälters mit abnehmbarer Ventilmuffe,
  • Fig.2 den Behälterkopf von Fig.1 in vergrößertem Maßstab.
Show it:
  • 1 shows the partially sectioned overall view of a compressed gas container with a removable valve sleeve,
  • 2 shows the container head of FIG. 1 on an enlarged scale.

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.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, on the other hand, 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.

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.The container head is shown enlarged in Fig.2. According to the invention, 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. Through the union nut 9, 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. On the outside of the neck ring 11 there is an external thread 13 which enables a valve protection device 14, for example a valve protection cage or a valve protection cap, to be screwed on.

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.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.

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.1. valve sleeve for receiving the gas cylinder valve (8) of compressed gas containers made of high-alloy chrome-nickel steels, which is arranged in the upper base (3) of the compressed gas container,
characterized,
that the valve sleeve consists of a welded into the upper bottom cylindrical neck piece (6) and an insert (7) provided with a threaded opening for the gas cylinder valve, which is gas-tight and detachably connected to the neck piece, the inside diameter of the neck piece being larger than the diameter the threaded opening of the insert. 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.2. valve sleeve according to claim 1,
characterized,
that the connection between the neck piece and insert is designed as a conical ground, purely metallic seal, in which the sealing pressure is applied by a union piece (9) connecting the neck piece and insert. 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.3. valve sleeve according to claim 2,
characterized,
that a collar (11) is pressed onto the upper floor by the union nut by means of an elastic sealing ring (10). 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.4. valve sleeve according to claim 3,
characterized,
that the neck ring has a recess corresponding to the contours of the union nut, which surrounds the lower part of the union nut. 5. Ventilmuffe nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Halsring durch eine auf den oberen Boden ge­richtete Madenschraube (12) arretiert ist.5. valve sleeve according to claim 5,
characterized,
that the neck ring is locked by a grub screw (12) directed onto the upper floor. 6. Ventilmuffe nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Halsring ein Außengewinde (13) zum Aufschrau­ben einer Ventilschutzreinrichtung (14) besitzt.6. valve sleeve according to one of claims 3 to 5,
characterized,
that the neck ring has an external thread (13) for screwing on a valve protection device (14).
EP88111639A 1987-08-17 1988-07-20 Valve bushing for the receipt of the gas bottle valve of a pressurised-gas container made from highly alloyed chromium-nickel steels Expired - Lifetime EP0303840B1 (en)

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