PL220423B1 - Butla do gazów - Google Patents

Abstract

Butla (1) do gazów zawiera zamykany zaworem (4) zamknięcia korpus (2) butli tworzący przestrzeń (3) przechowywania gazu, a także gwintowaną rurową szyjkę (10) utworzoną na korpusie (2) butli, co umożliwia umieszczenie zaworu (4) zamknięcia połączonego z przestrzenią (3) przechowywania gazu. Szyjka (10) zawiera część wewnętrzną (11) z wewnętrznym gwintem, wystającą do wewnątrz przestrzeni (3) przechowywania gazu w korpusie (2) butli.

Description

Tego typu butla stosowana jest zwłaszcza jako przewoźny pojemnik do przechowywania gazu pod ciśnieniem wraz z zaworem, który umożliwia jej zamknięcie. Butla może być wykonana całkowicie z metalu lub może być utworzona z wkładki, która jest wzmocniona przez owinięcie materiałem zespolonym.

Gazy w butlach klasyfikuje się jako gazy sprężone, jeśli ich temperatura krytyczna jest niższa od -50°C, na przykład wodór lub tlen, jako gazy skroplone, jeśli ich temperatura krytyczna jest wyższa od -50°C, na przykład GPL, jako gazy rozpuszczone, na przykład acetylen w acetonie.

Dlatego znane butle wielokrotnego zastosowania, są wytwarzane według określonych norm wytwarzania i badania, przez co butle różnią się w zależności od ich przeznaczenia. Pośród głównych zastosowań butli do przechowywania gazów można wymienić: przechowywanie gazów skroplonych lub sprężonych przeznaczonych do zastosowań trakcyjnych, do zastosowania w gospodarstwie domowym lub do zastosowań przemysłowych, zbiorniki do przechowywania sprężonego powietrza, do przechowywania mieszanin przeznaczonych do oddychania podczas nurkowania, butle do przechowywania gazów medycznych oraz gaśnice.

Butle do gazów skroplonych znanych z zastosowań domowych mają kształt cylindryczny, są wykonane ze spawanej blachy stalowej i w swej górnej części mają uchwyt ułatwiający uchwycenie butli oraz chroniący zawór zamknięcia, do którego musi być podłączony reduktor ciśnienia, przed domowym połączeniem dla dostępu odbiorcy. Znana butla do skroplonego gazu ma wewnętrzną przestrzeń mieszczącą 10 kg do 25 kg skroplonego gazu, który częściowo wypełnia taką wewnętrzną przestrzeń, z pozostawieniem przestrzeni dodatkowej, która kompensuje ciśnienie przy wzroście temperatury.

Znane butle gazowe do pojazdów zasilanych GPL również mają kształt cylindryczny, są wykonywane ze spawanej blachy stalowej, i są poziomo mocowane w bagażniku pojazdu.

Znane butle gazowe do pojazdów zasilanych sprężonymi gazami, w tym metanowymi, wodorowymi i ich mieszankami, również mają kształt cylindryczny i na ogół są wykonywane w postaci wyrobów stalowych bez szwu oraz są mocno utwierdzone na pojeździe.

Znane butle do składowania sprężonych gazów pracują pod ciśnieniem 200 barów i powyżej, w związku z czym muszą mieć mocną budowę. Mają one cylindrycznie ukształtowany korpus o wklęsłej lub wypukłej podstawie, który w dolnej i górnej części jest uformowany półkuliście lub w eliptyczny ostrołuk. W górnej części butli, na korpusie jest osadzony zawór zamknięcia i chroniony kołpakiem, który jest nakręcony na gwintowany kołnierz. Ten typ butli do gazów zwykle wykonuje się z bezszwowych wyrobów stalowych.

Znane butle do gazów, stosownie do potrzeb wytrzymałościowych wynikających z konstrukcji i ciśnienia, mogą być wytwarzane w operacjach spawania stalowych blach, w procesach głębokiego wyciągania na zimno stalowej blachy, poprzez formowanie począwszy od części stalowej rury lub w procesach poprzez formowanie z kęsa stalowego. Dla zamocowania zaworu zamknięcia do korpusu butli znane jest wykonywanie (poprzez spawanie lub formowanie na zimno bądź gorąco) gwintowanej rurowej szyjki, która wystaje z górnego ostrołuku butli poosiowo na zewnątrz, i do której może być przykręcony zawór zamknięcia.

Choć znane butle do gazów spełniają wymagania z funkcjonalnego punktu widzenia, mają dużą wysokość i tylko część całkowitej wysokości butli jest wykorzystywana do składowania gazu. Z tego wynika, że podczas transportu i użytkowania znanych butli do gazu wolna wysokość, jaka musiała być zapewniona dla przechowywania butli, tworzyła przestrzenie niewykorzystane dla celów składowania gazu. Ponadto, zawór zamknięcia tworzący najbardziej delikatną część butli gazowej, który musi być chroniony przed uszkodzeniem, znajduje się na górnym końcu butli w położeniu bardzo narażonym na przypadkowe uderzenie. Taką typową, znaną ze stanu techniki butlę do gazów przedstawiono na rysunku i oznaczono jako Pos. Butla ta jest zaopatrzona w zawór zamknięcia usytuowany w szyjce zaworu, wystającej z butli i uformowanej po zewnętrznej jej stronie.

Z opisów patentowych DE 10 2007 017 425 i US 2003/0160201 znana jest butla butla do gazów, zawierająca cylindryczny korpus, którego wewnętrzna przestrzeń jest przeznaczona dla przechowywania gazu. Korpus jest zamykany zaworem i zawiera rurową ścianę ograniczającą przestrzeń przechowywania gazu. Korpus zawiera ścianę górną i dolną. Według jednego z rozwiązań ujawnionych w opisie US 2003/0160201 w korpusie butli jest usytuowana gwintowana rurowa szyjka dla zaPL 220 423 B1 woru zamknięcia, który jest połączony z przestrzenią przechowywania gazu. Szyjka zawiera wewnętrzną część, która ma uformowany wewnętrzny gwint i która wystaje do wnętrza przestrzeni przechowywania gazu. Gwintowana szyjka ma zakończenie wygięte w kierunku do jej środka, tworzące kołnierz podpierający dla gwintowanej części zaworu, wystającej do wnętrza butli.

Butla do gazów, według wynalazku, mająca cylindryczny korpus tworzący wewnętrzną przestrzeń dla przechowywania gazu, przy czym korpus zawiera ściany spodnią i górną oraz boczną ścianę w kształcie rury, przy czym ściana spodnia jest połączona ze ścianą boczną w dolnej części butli, a w górnej części butli boczna ściana jest połączona z górną ścianą, przy czym górna część korpusu butli jest usytuowana naprzeciw dolnej części korpusu butli, a ponadto w korpusie butli jest uformowana gwintowana szyjka w kształcie rury, w której jest osadzony zawór zamknięcia połączony z wnętrzem butli, przy czym szyjka zawiera wewnętrzną część, która jest skierowana do wnętrza wewnętrznej przestrzeni dla przechowywania gazu i ma uformowany wewnętrzny gwint, charakteryzuje się tym, że gwintowana, wewnętrzna część szyj ki korpusu butli ma część końcową wystającą do wewnątrz wewnętrznej przestrzeni butli, przy czym część końcowa ma na swoim zakończeniu zaokrąglenie, a wewnętrzna ścianka części końcowej ma kształt cylindryczny i płaską powierzchnię. Korzystnym jest gdy korpus butli ma ścianę boczną w kształcie rury, która jest usytuowana wzdłuż podłużnej osi butli i jest zakończona dolną ścianą w kształcie kołpaka oraz górną ścianą w kształcie ostrołukowym. Wewnętrzna część szyjki korzystnie stanowi wspólny element z cylindrycznym korpusem butli, a w szczególności wewnętrzna część szyjki jest połączona z korpusem butli i jest korzystnie przyspawana lub przykręcana do korpusu butli. Korzystnym jest gdy korpus butli zawiera powierzchnię wewnętrzną umieszczoną w strefie przejściowej pomiędzy szyjką oraz ścianą korpusu butli i mającą kształt pierścieniowego torusa, zaokrąglonego i usytuowanego całkowicie wokół wewnętrznej części szyjki. Korzystnie korpus butli zawiera zewnętrzną powierzchnię, która jest płaska w pobliżu szyjki, a w szczególności korpus butli zawiera zewnętrzną powierzchnię, która jest płaska na jego rozciągłości.

Korzystnym jest gdy korpus butli zawiera zewnętrzną powierzchnię, która jest wypukła w pobliżu szyjki. Zewnętrzna powierzchnia ma pierwszą płaską pierścieniową strefę usytuowaną wokół przelotowego otworu szyjki i drugą wypukłą pierścieniową strefę usytuowaną wokół pierwszej pierścieniowej strefy oraz z nią współosiową, przy czym pierwsza płaska pierścieniowa strefa stanowi płaszczyznę podparcia zaworu zamknięcia. Korzystnie szyjka jest uformowana w korpusie butli poprzez formowanie na gorąco, spawanie lub poprzez wkręcanie.

Zaletą proponowanego rozwiązania jest konstrukcja butli gazowej, która zapewnia zwiększenie objętości składowania gazu dla danej wysokości całkowitej (podłużnej) butli. Taka konstrukcja ma bardziej zabezpieczone gniazdo zaworu zamknięcia w porównaniu z dotychczasowymi rozwiązaniami w tej dziedzinie. Ponadto proponowane rozwiązanie jest uzasadnione ze względu na zapewnienia uniknięcia pęknięć na szyjce, które tworzą strefę nieciągłości strukturalnej, jak jest z reguły krytyczna dla wytrzymałości statycznej i zmęczeniowej. Proponowane rozwiązanie może być korzystnie zastosowane do wszystkich typów butli do gazów opisanych na wstępie obecnego opisu, a zwłaszcza do metalowych butli do gazów, korzystnie stalowych, wytwarzanych przez formowanie na zimno (na przykład przez „głębokie tłoczenie” blachy) lub przez formowanie na gorąco z kęsa stalowego (na przykład przez „wytłaczanie” i „przebijanie na gorąco”) lub przez formowanie na gorąco ze stalowej rury o zamkniętych końcach (na przykład „obrotowe formowanie na gorąco”) lub poprzez spawanie, z jednej bądź więcej blach stalowych, a także może być zastosowany do wykładzin butli wzmocnionych materiałem zespolonym.

W celu uwidocznienia nowych cech rozwiązania na rysunku oznaczonym stan techniki pokazano znaną butlę do gazów w przekroju poprzecznym.

Przedmiot wynalazku zostanie opisany w przykładach wykonania na podstawie rysunku na którym fig. 1 przedstawia butlę do gazów według wynalazku w przekroju poprzecznym, fig. 2 przedstawia butlę do gazów według fig. 1, zaopatrzoną w zawór zamknięcia, fig. 3 przedstawia schematycznie zastosowanie nadwymiarowego cylindra dla celów przechowywania gazu.

Jak to ilustruje fig. 1 i fig. 2 butla 1 do gazów zawiera cylindryczny korpus 2 tworzący od wewnątrz przestrzeń 3 przechowywania gazu, który jest zamknięty zaworem 4. Korpus 2 butli jest utworzony ze ściany bocznej 5, korzystnie w kształcie rury ułożonej wzdłuż podłużnej osi L butli 1. Dolny koniec ściany bocznej 5 korpusu 2 jest połączony ze ścianą spodnią 6 mającą kształt kulistego lub eliptycznego kołpaka. Ściana spodnia 6 ogranicza przestrzeń 3 składowania gazu w dolnej części 7 butli 1. Korpus 2 ma także górną ścianę 8, korzystnie w kształcie ostrołuku, któ4

PL 220 423 B1 ra łączy górny koniec bocznej ściany 5 i ogranicza przestrzeń 3 składowania gazu w górnej części 9 butli 1. Górna ściana 8 jest usytuowana przeciwległe do części dolnej 7, a przez to spodniej ściany 6. Butla 1 ponadto zawiera gwintowaną, rurową szyjkę 10, utworzoną na korpusie 2 butli, umożliwiającą umieszczenie (poprzez wkręcenie) wspomnianego powyżej zaworu 4 połączonego z przestrzenią 3 składowania gazu.

Zgodnie z wynalazkiem szyjka 10 zawiera wewnętrzną część 11 mającą uformowany gwint wewnętrzny. Część 11 wystaje do wnętrza przestrzeni 3 przechowywania gazu. Dzięki takiej konfiguracji gwintowanej szyjki 10, która co najmniej częściowo wystaje do wnętrza korpusu 2 butli, możliwe jest wykorzystanie do przechowywania gazu również w co najmniej jednej części P wysokości butli, która jest poza tym potrzebna do wkręcenia zaworu 4 zamknięcia, jak to ilustruje fig. 3.

Według fig. 3 szyjka 10 jest uformowana w ścianie górnej 8 korpusu 2 butli, przez co przestrzeń 3 przechowywania gazu tworzy część w postaci pierścieniowej przestrzeni 12 wokół części wewnętrznej 11 szyjki 10, utworzonej przez część wewnętrzną 11 oraz przez ścianę górną 8.

Korzystnie część wewnętrzna 11 szyjki 10 jest utworzona z korpusem 2 butli jako jedna część. Alternatywnie, wewnętrzna część 11 szyjki 10 lub cała szyjka 10 jest wytwarzana oddzielnie od korpusu 2 butli i następnie łączona z nim na przykład poprzez wkręcenie lub spawanie.

W strefie łączącej lub przejściowej pomiędzy szyjką 10 i ścianami 5, 6, 8 (szyjka może być uformowana w dowolnej z trzech części ścian: dolnej, w kształcie rury, górnej części korpusu 2 butli) utworzono pierścieniowy torus 12, który jest zaokrąglony i przebiega wokół wewnętrznej części 11 szyjki 10. Korpus 2 butli zawiera zewnętrzną powierzchnię 13, która w pobliżu szyjki 10 ma gładką powierzchnię, czyli innymi słowy taka zewnętrzna powierzchnia 13 jest w pobliżu szyjki 10 wypukła ciągle i/lub płaska. Korzystnie, zewnętrzna powierzchnia 13 nie ma wklęsłości na całej swej długości. Jak to oznaczono na fig. 3 zewnętrzna powierzchnia 13 korpusu 2 butli ma płaską pierwszą pierścieniową strefę 14 utworzoną wokół i bezpośrednio w sąsiedztwie przelotowego otworu 15 szyjki 10, a także drugą pierścieniową strefę 16 wypukłą i utworzoną wokół pierwszej pierścieniowej strefy 14, która jest płaska i z nią współosiowa. Korzystnie, pierwsza płaska pierścieniowa strefa 14 tworzy określoną powierzchnię podparcia, na której może być wkręcony zawór 4 zamknięcia, a druga wypukła pierścieniowa strefa 16 jest połączona z powierzchnią podparcia zaworu bez odwracania krzywizny, sprzyjając lepszemu rozkładowi naprężeń w ścianie butli 1.

Jak to uwidoczniono na fig. 2 gwintowana, wewnętrzna część 11 szyjki 10 korpusu 2 butli 1 ma część końcową 21 wystającą do wewnątrz wewnętrznej przestrzeni 3 butli 1. Część końcowa 21 ma na swoim zakończeniu zaokrąglenie, a wewnętrzna ścianka części końcowej 21 ma kształt cylindryczny i płaską powierzchnię.

Takie ukształtowanie części końcowej 21, która jest zaokrąglona i wygładzona, jest zapewnione w celu uniknięcia pęknięć na szyjce 10. Pęknięcia tworzą strefę nieciągłości strukturalnej, jaka jest z reguły krytyczna dla wytrzymałości statycznej i zmęczeniowej.

W znanych butlach gazowych wolny koniec 21 tworzy powierzchnię podparcia dla zaworu zamknięcia, która podczas wkręcania ulega zarysowaniu.

Szyjka 10 może być wytwarzana i/lub łączona do korpusu 2 butli poprzez formowanie na gorąco lub wkręcenie, z późniejszą obróbką skrawaniem lub bez.

Jak to ilustruje fig. 2, gwint wewnętrzny 17 szyjki 10 zawsze musi mieć większą długość, aby umożliwić całkowite wkręcenie na całej długości gwintu 19 zaworu 4. Zapewnia to, że powierzchnia wewnętrzna szyjki 19 (fig. 1), która jest odsłonięta dla ciśnienia gazu, i tym samym narażona na szczególnie wysokie i nierówne naprężenia szyjki 10 jest zabezpieczona. Butla do gazu według fig. 1 i fig. 2 zawiera, oprócz wewnętrznej cylindrycznej lub stożkowo ściętej gwintowanej powierzchni 19 szyjki 10, która jest narażona na ciśnienia gazu, następną powierzchnię zewnętrzną 20, również narażoną dla ciśnienie gazu, wskutek czego przynajmniej częściowo redukowane są naprężenia z powodu ciśnienia gazu w wolnym końcu 10 szyjki (nie odniesionym do zaworu 4) (patrz strzałki).

Ponadto ciśnienie gazu działające na powierzchnię gwintowaną 19 szyjki 10 na długości 18 gwintu zaworu 4 jest pokonywane przez samą szyjkę i przez gwintowaną długość 18 wkręconego w nią zaworu 4.

Ostatecznie, lecz w równie istotnej mierze, dzięki wypukłemu ukształtowaniu powierzchni zewnętrznej 13 korpusu butli w pobliżu szyjki 10 i dzięki temu, że szyjka wystaje do wewnątrz butli 1, gniazdo zaworu jest dobrze zabezpieczone przed uderzeniami w butlę.

Claims (11)

1. Butla do gazów, mająca cylindryczny korpus (2) tworzący wewnętrzną przestrzeń (3) dla przechowywania gazu, przy czym korpus (2) zawiera ściany spodnią (6) i górną (8) oraz boczną ścianę (5) w kształcie rury, przy czym ściana spodnia (6) jest połączona ze ścianą boczną (5) w dolnej części (7) butli (1), a w górnej części (9) butli (1) boczna ściana (5) jest połączona z górną ścianą (8), przy czym górna część (9) korpusu (2) butli jest usytuowana naprzeciw dolnej części (7) korpusu (2) butli (1), a ponadto w korpusie (2) butli jest uformowana gwintowana szyjka (10) w kształcie rury, w której jest osadzony zawór (4) zamknięcia połączony z wnętrzem butli (1), przy czym szyjka (10) zawiera wewnętrzną część (11), która jest skierowana do wnętrza wewnętrznej przestrzeni (3) dla przechowywania gazu i ma uformowany wewnętrzny gwint (19), znamienna tym, że gwintowana, wewnętrzna część (11) szyjki (10) korpusu (2) butli (1) ma część końcową (21) wystającą do wewnątrz wewnętrznej przestrzeni (3) butli (1), przy czym część końcowa (21) ma na swoim zakończeniu zaokrąglenie, a wewnętrzna ścianka części końcowej (21) ma kształt cylindryczny i płaską powierzchnię.

2. Butla według zastrz. 1, znamienna tym, że korpus (2) butli ma ścianę boczną (5) w kształcie rury, która jest usytuowana wzdłuż podłużnej osi (L) butli (1) i jest zakończona dolną ścianą (6) w kształcie kołpaka oraz górną ścianą (8) w kształcie ostrołukowym.

3. Butla według zastrz. 1, znamienna tym, że wewnętrzna część (11) szyjki (10) stanowi wspólny element z cylindrycznym korpusem (2) butli.

4. Butla według zastrz. 1 albo 3, znamienna tym, że wewnętrzna część (11) szyjki (10) jest połączona z korpusem (2) butli.

5. Butla według zastrz. 4, znamienna tym, że wewnętrzna część (11) szyjki (10) jest przyspawana lub przykręcana do korpusu (2) butli.

6. Butla według zastrz. 1, znamienna tym, że korpus (2) butli zawiera powierzchnię wewnętrzną (22) umieszczoną w strefie przejściowej pomiędzy szyjką (10) oraz ścianą (5, 6, 8) korpusu (2) butli i mającą kształt pierścieniowego torusa (12), zaokrąglonego i usytuowanego całkowicie wokół wewnętrznej części (11) szyjki (10).

7. Butla według zastrz. 1, znamienna tym, że korpus (2) butli zawiera zewnętrzną powierzchnię (13), która jest płaska w pobliżu szyjki (10).

8. Butla według zastrz. 1, znamienna tym, że korpus (2) butli zawiera zewnętrzną powierzchnię (13), która jest płaska na jego rozciągłości.

9. Butla według zastrz. 1, znamienna tym, że korpus (2) butli zawiera zewnętrzną powierzchnię (13), która jest wypukła w pobliżu szyjki (10).

10. Butla według zastrz. 7 albo 8 albo 9, znamienna tym, że zewnętrzna powierzchnia (13) ma pierwszą płaską pierścieniową strefę (14) usytuowaną wokół przelotowego otworu (15) szyjki (10) i drugą wypukłą pierścieniową strefę (16) usytuowaną wokół pierwszej pierścieniowej strefy (14) oraz z nią współosiową, przy czym pierwsza płaska pierścieniowa strefa (14) stanowi płaszczyznę podparcia zaworu (4) zamknięcia.

11. Butla według zastrz. 1, znamienna tym, że szyjka (10) jest uformowana w korpusie (2) butli poprzez formowanie na gorąco, spawanie lub poprzez wkręcanie.