RU2145398C1 - High-pressure welded bottle "pretty" - Google Patents
High-pressure welded bottle "pretty" Download PDFInfo
- Publication number
- RU2145398C1 RU2145398C1 RU98111020/12A RU98111020A RU2145398C1 RU 2145398 C1 RU2145398 C1 RU 2145398C1 RU 98111020/12 A RU98111020/12 A RU 98111020/12A RU 98111020 A RU98111020 A RU 98111020A RU 2145398 C1 RU2145398 C1 RU 2145398C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cylinder
- shell
- bottle
- bottles
- enhanced
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении баллонов высокого давления для транспортировки и хранения жидкостей и газов, в т. ч. газовых баллонов для газосварочной аппаратуры и подвижных автотранспортных средств, баллонов с воздушно-кислородными смесями для индивидуальных средств защиты органов дыхания и др. The invention relates to mechanical engineering and can be used in the manufacture of high-pressure cylinders for transporting and storing liquids and gases, including gas cylinders for gas welding equipment and mobile vehicles, cylinders with air-oxygen mixtures for personal respiratory protection and other
Учитывая высокие требования по надежности и безопасности при эксплуатации газовых баллонов, в настоящее время их изготавливают преимущественно монолитными без использования сварки или с ограниченным использованием ее только для заварки глухого дна баллона (см. ГОСТ 949-73 "Баллоны стальные малой и средней емкости для газов на Pр≤20 МПа (200 кгс/см2); Отраслевой каталог МЧМ СССР, "Трубы и трубные изделия. Баллоны малого и среднего размеров". М. 1985, с. 14 и 27; Патент РФ N 1838712, МКИ F 17 C 1/00; B 21 D 22/18 "Баллон"). Монолитные толстостенные баллоны из низкопрочных углеродистых и низколегированных с достаточно высокими пластическими свойствами сталей обладают высокой надежностью, но имеют большую массу и ограничивают возможность эффективного использования тяжелых баллонов в автомобильном транспорте и в переносных средствах газосварочной и медицинской аппаратуры, кислородно-изолирующих противогазах и др.Given the high requirements for reliability and safety in the operation of gas cylinders, at present they are mainly made monolithic without welding or with limited use only for welding the blind bottom of the cylinder (see GOST 949-73 "Steel cylinders of small and medium capacity for gases on P p ≤20 MPa (200 kgf / cm 2 ); The industry catalog of the MFM of the USSR, "Pipes and tube products. Small and medium sized cylinders." M. 1985, p. 14 and 27; RF Patent N 1838712, MKI F 17
Облегчение баллонов высокого давления может быть достигнуто за счет использования высокопрочных металлических материалов и изыскания новых конструкторско-технологических решений. Relief of high-pressure cylinders can be achieved through the use of high-strength metal materials and the search for new design and technological solutions.
Известен баллон высокого давления (см. а.с. СССР N 313024, 1971 г.), состоящий из внутренней цилиндрической оболочки с днищами и штуцером и наружной армирующей оплетки из высокопрочной проволоки. Недостатком такого баллона является технологическая сложность создания оплетки из высокопрочной проволоки, малый эффект в снижении массы и невозможность существенного повышения давления газа, а увеличение его объема может быть реализовано только путем увеличения объема баллона. Known high-pressure cylinder (see AS USSR N 313024, 1971), consisting of an inner cylindrical shell with bottoms and a fitting and an external reinforcing braid of high-strength wire. The disadvantage of such a cylinder is the technological complexity of creating a braid from a high-strength wire, a small effect in reducing the mass and the impossibility of a significant increase in gas pressure, and an increase in its volume can be realized only by increasing the volume of the cylinder.
Известен другой баллон высокого давления для сжатых и сжиженных газов (см. патент РФ N 2022201, 1994 г.), включающий наружную и внутреннюю оболочки с дном, размещенные одна в другой таким образом, что донная часть одной оболочки, преимущественно внутренней, образует дно баллона, а донная часть наружной - горловину, при этом сопрягающиеся поверхности оболочек образованы таким образом, что натяг между ними выполнен максимальным в части, прилегающей к горловине баллона, и последовательно уменьшается в каждом сечении по мере к дну баллона, при этом стенки оболочек выполнены уменьшающимися от дна к краю, а край наружной оболочки огибает придонную часть внутренней оболочки. Конструктивным недостатком такого баллона является сложность изготовления наружной и внутренней оболочек с переменной толщиной стенок, ограниченная возможность использования высокопрочных металлических конструкционных материалов, имеющих пониженную технологическую пластичность и их упрочняющую термическую обработку, т.к. формирование огибающей придонную часть внутренней оболочки производится на одной из окончательных стадий при сборке баллона. Кроме того, конструкция баллона не герметизирует в должной мере наружную и внутреннюю оболочки между собой. Another known high-pressure cylinder for compressed and liquefied gases (see RF patent N 2022201, 1994), including the outer and inner shells with a bottom, placed one in the other so that the bottom of one shell, mainly the inner one, forms the bottom of the cylinder and the bottom part of the outer one is the neck, while the mating surfaces of the shells are formed in such a way that the interference between them is maximized in the part adjacent to the neck of the cylinder, and successively decreases in each section to the bottom of the cylinder, while The shell membranes are made decreasing from the bottom to the edge, and the edge of the outer shell envelopes the bottom part of the inner shell. The structural drawback of such a cylinder is the difficulty of manufacturing the outer and inner shells with a variable wall thickness, the limited possibility of using high-strength metal structural materials having reduced technological ductility and their hardening heat treatment, because The envelope formation of the bottom part of the inner shell is performed at one of the final stages in the assembly of the balloon. In addition, the design of the cylinder does not adequately seal the outer and inner shells with each other.
Известен также баллон сварной высокого давления (заявка ФРГ N2323844, опубл. 1981 г.), корпус которого состоит из верхней и нижней чашек, которые плотно прижаты одна к другой и соединены сварным швом. Недостатком указанного баллона является более низкая прочность сварного соединения, т.к. сварной шов не имеет достаточного усиления по сечению. Also known is a high-pressure welded balloon (application FRG N2323844, publ. 1981), the body of which consists of upper and lower cups, which are tightly pressed against each other and connected by a weld. The disadvantage of this cylinder is the lower strength of the welded joint, because the weld does not have sufficient reinforcement over the cross section.
В качестве прототипа выбран баллон сварной высокого давления (см. Инструкция N 1006-72 "Изготовление, термическая и термомеханическая обработка емкостей из титановых сплавов", ВИАМ, 1972, с. 4- 5), содержащий обечайку и два днища, в одном из которых выполнен штуцер, а на торцах обечайки и днищ выполнены утолщенные участки, по которым выполнена сварка, что обеспечивает снижение массы баллона за счет утоненных участков и снижение уровня напряжений в зоне сварных швов по утолщенным кромкам при гидростатическом нагружении внутренним давлением газа или жидкой среды. As a prototype, a welded high pressure cylinder was selected (see Instruction N 1006-72 "Production, Thermal and Thermomechanical Processing of Tanks from Titanium Alloys", VIAM, 1972, p. 4-5), containing a shell and two bottoms, one of which a fitting is made, and at the ends of the shell and bottoms thickened sections are made along which welding is performed, which ensures a decrease in the mass of the cylinder due to the thinned sections and a decrease in the level of stresses in the weld zone along the thickened edges under hydrostatic loading with internal gas pressure or liquid medium.
Недостатком такого баллона является технологическая сложность формирования утонений на центральной части цилиндрической обечайки методами механической обработки или ротационного выдавливания, требующих предварительного формирования припусков на торцевых частях обечайки для крепления обечайки на оправке при утонении. The disadvantage of this cylinder is the technological complexity of the formation of thinning on the Central part of the cylindrical shell by mechanical processing or rotational extrusion, requiring the preliminary formation of allowances on the end parts of the shell for mounting the shell on the mandrel during thinning.
Целью настоящего изобретения является разработка конструкции сварного баллона высокого давления, обеспечивающего возможность использования высокопрочных металлических конструкционных материалов при одновременном упрощении технологии и повышении экономичности его производства, удобства эксплуатации. The aim of the present invention is to develop the design of a welded high-pressure cylinder, providing the possibility of using high-strength metal structural materials while simplifying the technology and increasing the efficiency of its production, ease of use.
Указанная цель достигается тем, что известное устройство сварного баллона высокого давления, содержащего цилиндрическую обечайку с утоненной до расчетного сечения толщиной стенки (δрасч) центральной части и утолщенными торцевыми кромками (δr= 1,1-1,5δрасч) под сварку, нижнее и верхнее днища со штуцером, по крайней мере в одном из них, при этом ось штуцера выполнена параллельно и со смещением (e) относительно центральной оси баллона, а величина эксцентриситета смещения осей составляет e=0,05-0,15 dнар, где dнар - наружный диаметр обечайки баллона, мм.This goal is achieved by the fact that the known device of a welded high pressure cylinder containing a cylindrical shell with a wall thickness thinned to the calculated cross section (δ calculation ) of the central part and thickened end edges (δ r = 1.1-1.5δ calculation ) for welding, lower and the upper bottom with a fitting, at least in one of them, while the axis of the fitting is made in parallel and with an offset (e) relative to the central axis of the cylinder, and the magnitude of the eccentricity of the displacement of the axes is e = 0.05-0.15 d nar , where d nar - the outer diameter of the sleeve cylinder Mm.
Кроме того, повышение жесткости утоненной до расчетной толщины стенки цилиндрической обечайки достигается формированием между утолщенными торцевыми кромками, по крайней мере, одного утолщенного бандажирующего пояса (δБ), а повышение устойчивости - установкой в донной части баллона кольцеобразного опорного башмака.In addition, an increase in the rigidity of the cylindrical shell thinned to the calculated wall thickness is achieved by the formation of at least one thickened banding belt (δ B ) between the thickened end edges, and the stability is improved by installing an annular support shoe in the bottom of the balloon.
Авторам неизвестны технические решения с указанными в формуле изобретения признаками, направленными на достижение той же цели, что и в заявляемом в качестве изобретения объекте, поэтому предлагаемое техническое решение отвечает критерию "существенные отличия". The authors are not aware of technical solutions with the characteristics indicated in the claims aimed at achieving the same goal as in the object claimed as an invention, therefore, the proposed technical solution meets the criterion of "significant differences".
Сущность изобретения поясняется чертежами (фиг. 1-3), на которых показано устройство баллона высокого давления "ПРЭТТИ":
Фиг. 1. Баллон сварной высокого давления "ПРЭТТИ". 1 - цилиндрическая обечайка; 2 - верхнее днище; 3 - заправочно- расходный штуцер; 4 - нижнее днище; 5 - сварной шов штуцера с днищем; 6 - сварной шов днища с обечайкой; e - эксцентриситет смещения оси штуцера относительно оси баллона; dнар - диаметр наружный расчетной части обечайки; h - высота баллона; δрасч - - толщина стенки расчетная утоненной части обечайки; δr - толщина стенки обечайки в зоне сварного шва; Dг габаритный наружный диаметр; Hг - габаритная высота.The invention is illustrated by drawings (Fig. 1-3), which shows the device of a high pressure cylinder "PRETTI":
FIG. 1. Welded high pressure cylinder "PRETTI". 1 - cylindrical shell; 2 - upper bottom; 3 - filling and consumable fitting; 4 - lower bottom; 5 - weld seam fitting with a bottom; 6 - welded seam of the bottom with a shell; e is the eccentricity of the displacement of the nozzle axis relative to the cylinder axis; d nar - the outer diameter of the calculated part of the shell; h is the height of the cylinder; δ calculation - - wall thickness calculated thinned part of the shell; δ r is the shell wall thickness in the weld zone; D g overall outer diameter; H g - overall height.
Фиг. 2. Баллон сварной высокого давления "ПРЭТТИ". FIG. 2. Welded high pressure cylinder "PRETTI".
7 - утолщенный бандажирующий пояс жесткости: 8 - кольцеобразный опорный бандаж; 9 - сварной шов; δБ - толщина бандажирующего пояса жесткости.7 - a thickened banding belt of rigidity: 8 - an annular supporting bandage; 9 - weld; δ B - the thickness of the bandaging belt stiffness.
Фиг.3. Пример исполнения закладного заправочно-расходного штуцера. Figure 3. An example of a mortgage filling consumable fitting.
Баллон высокого давления "ПРЭТТИ" (фиг. 1-3) содержит соединенные сваркой (5, 6, 9) цилиндрическую обечайку (1) с утоненной до расчетной толщины (δрасч) стенкой и утолщенными (δr) торцевыми кромками под сварку, верхнее днище (2) с заправочно-расходным штуцером (3), ось которого параллельна и смещена на величину e=(0,05-0,15) dнар относительно оси баллона диаметром dнар, нижнее днище (4), утолщенный бандажирующий пояс жесткости (7) и кольцеобразный опорный башмак (9).The PRETTI high-pressure cylinder (Fig. 1-3) contains a cylindrical shell (1) connected by welding (5, 6, 9) with a wall thinned to the calculated thickness (δ calculation ) and thickened (δ r ) butt edges for welding, the upper a bottom (2) with a filling nozzle (3), the axis of which is parallel and offset by e = (0.05-0.15) d bunds relative to the cylinder axis with a diameter of d bunks , the lower bottom (4), a thickened bandage stiffening belt (7) and an annular support shoe (9).
Баллон сварной высокого давления "ПРЭТТИ" (фиг. 1-3) работает следующим образом. Welded high pressure cylinder "PRETTI" (Fig. 1-3) works as follows.
Сжатый газ (или жидкость) под давлением от компрессора поступает через заправочно-расходный штуцер (3) во внутреннюю полость баллона, образованную цилиндрической обечайкой (1) и верхним (2) и нижним (4) днищами. Compressed gas (or liquid) under pressure from the compressor enters through the filling nozzle (3) into the internal cavity of the cylinder formed by the cylindrical shell (1) and the upper (2) and lower (4) bottoms.
При этом в соответствии с теорией сопротивления материалов при гидростатическом нагружении оболочки внутренним давлением в его стенках возникает двухосное напряженное состояние с максимальными растягивающими напряжениями в тангенциальном направлении, определяемыми по формуле /1/:
στ= P×dнар/2,3×δрасч (кгс/см2), (1)
где στ - максимальные тангенциальные напряжения, кгс/см2;
P - избыточное внутреннее гидростатическое давление, кгс/см2;
dнар - максимальный наружный диаметр баллона, см;
δрасч - минимальная толщина стенки баллона, см.Moreover, in accordance with the theory of resistance of materials under hydrostatic loading of the shell by internal pressure, a biaxial stress state arises in its walls with maximum tensile stresses in the tangential direction, determined by the formula / 1 /:
σ τ = P × d nar / 2.3 × δ calculation (kgf / cm 2 ), (1)
where σ τ - the maximum tangential stress, kgf / cm 2 ;
P - excess internal hydrostatic pressure, kgf / cm 2 ;
d nar - the maximum outer diameter of the cylinder, cm;
δ calculation - the minimum wall thickness of the cylinder, see
Для обеспечения расчетного уровня прочности и надежности баллона с учетом коэффициента запаса, равного 2,6, толщина стыкуемых под сварку утолщенных торцевых кромок (δт) обечайки (1) и днищ (2 и 4) по отношению к расчетной толщине обечайки устанавливается равной δr= (1,1-1,5)×δрасч [т.к. прочность сварных соединений ниже прочности основного металла (σсв≤ σосн) и не превышает 0,9] , что исключает возможность возникновения остаточных пластических деформаций на участке утолщенных кромок, примыкающих к сварному шву, и в сварном шве при нагружении баллона внутренним давлением до расчетных величин при эксплуатации, а конструктивно-эксцентричное размещение осей баллона и заправочно-расходного штуцера обеспечивает:
- упрощение технологии, снижение трудоемкости и повышение экономичности производства за счет исключения технологических припусков на заготовке-обечайке и специальной оснастки для крепления при механической обработке торцев под сварку и ротационной вытяжке по утонению стенки до расчетной толщины (δрасч) и использования эксцентрично расположенного штуцера в качестве опорной базы для поводкового привода во вращение при механической обработке и ротационной вытяжке по утонению стенки обечайки до расчетной толщины (δрасч);
- регулирование величины межосевых расстояний штуцеров при монтажном соединении баллонов в связки питательных систем, исключение разрушений, деформаций трубопроводной соединительной арматуры и нарушений плотности соединений;
- повышение надежности эксплуатации, исключая несанкционированный поворот баллона вокруг его центральной оси в транспортно-эксплуатационной оснастке за счет использования эффекта смещения центров вращения в нижней части баллона на кольцеобразном башмаке и в верхней части баллона на горловине заправочно-расходного штуцера.To ensure the estimated level of strength and reliability of the container, taking into account a safety factor of 2.6, the thickness of the shells (1 t ) of the thickened end edges (δ t ) of the shells (1) and the bottoms (2 and 4) that are mated with respect to the shell shell thickness is set equal to δ r = (1.1-1.5) × δ calculation [since the strength of the welded joints is lower than the strength of the base metal (σ sv ≤ σbas ) and does not exceed 0.9], which eliminates the possibility of residual plastic deformation in the area of thickened edges adjacent to the weld, and in the weld when the cylinder is loaded with internal pressure to design values during operation, and structurally eccentric placement of the axes of the cylinder and the filling and consumable nozzle provides:
- simplification of technology, reduction of labor intensity and increase of production efficiency due to elimination of technological allowances on the blank-shell and special equipment for fastening during mechanical processing of butt-ends for welding and rotational drawing to thin the wall to the calculated thickness (δ calculation ) and using an eccentrically located fitting as the support base for the drive drive in rotation during machining and rotational drawing to thin the wall of the shell to the calculated thickness (δ calculation );
- regulation of the magnitude of the interaxial distances of the fittings during the assembly connection of the cylinders into the bundles of nutrient systems, the exclusion of damage, deformation of the pipeline fittings and violations of the density of the joints;
- improving the reliability of operation, excluding unauthorized rotation of the cylinder around its central axis in the transport and operational equipment due to the use of the effect of displacement of the centers of rotation in the lower part of the cylinder on the ring-shaped shoe and in the upper part of the cylinder on the neck of the filling and consumable nozzle.
Таким образом, предлагаемый баллон сварной высокого давления "ПРЭТТИ" обеспечивает за счет изменений в конструкции создание облегченных баллонов высокого давления с одновременным упрощением технологии, снижение трудоемкости и повышение экономических показателей производства, а также повышение надежности и эффективности при эксплуатации за счет возможностей регулирования межцентрового расстояния между штуцерами при присоединении баллонов в связки питательных систем, исключая разрушения, деформации и нарушения плотности соединений, повышает устойчивость крепления баллонов в транспортно-эксплуатационной оснастке. Thus, the proposed PRETTI welded high-pressure cylinder provides, due to design changes, the creation of lightweight high-pressure cylinders while simplifying the technology, reducing labor intensity and increasing economic performance, as well as increasing reliability and efficiency during operation due to the possibility of adjusting the center-to-center distance between nipples when connecting cylinders to bundles of nutrient systems, excluding destruction, deformation and violation of the density of the connection d, increases the stability of the mounting of cylinders in the transport and operational equipment.
На основании вышеизложенного предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом обеспечивает достижение положительного эффекта и обладает критерием "положительный эффект". Based on the foregoing, the present invention in comparison with the prototype provides a positive effect and has the criterion of "positive effect".
Использование предлагаемого технического решения не требует дополнительного переоборудования предприятий. Using the proposed technical solution does not require additional re-equipment of enterprises.
Первое промышленное опробование предлагаемого "технического решения будет проведено на АО "Уральский завод технических газов" (г. Екатеринбург). The first industrial testing of the proposed "technical solution will be carried out at JSC" Ural Plant of Technical Gases "(Ekaterinburg).
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98111020/12A RU2145398C1 (en) | 1998-06-09 | 1998-06-09 | High-pressure welded bottle "pretty" |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98111020/12A RU2145398C1 (en) | 1998-06-09 | 1998-06-09 | High-pressure welded bottle "pretty" |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2145398C1 true RU2145398C1 (en) | 2000-02-10 |
Family
ID=20207067
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98111020/12A RU2145398C1 (en) | 1998-06-09 | 1998-06-09 | High-pressure welded bottle "pretty" |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2145398C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114104187A (en) * | 2021-11-29 | 2022-03-01 | 江苏科技大学 | Variable-thickness seal head and design method thereof |
-
1998
- 1998-06-09 RU RU98111020/12A patent/RU2145398C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Инструкция N 1006-72 "Изготовление, термическая и термомеханическая обработка емкостей из титановых сплавов", ВИАМ, 1972, с. 4-5. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114104187A (en) * | 2021-11-29 | 2022-03-01 | 江苏科技大学 | Variable-thickness seal head and design method thereof |
| CN114104187B (en) * | 2021-11-29 | 2023-11-21 | 江苏科技大学 | Thickening seal head and design method thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7427000B2 (en) | Compressed gas tank for a motor vehicle | |
| EP1162397B1 (en) | Metal-composite corrugated hoses and a process for manufacturing the same | |
| EP1448328B1 (en) | Method of hydroforming articles and the articles formed thereby | |
| US5429268A (en) | Tubular above ground gas storage vessel | |
| JPH049632B2 (en) | ||
| JPS631860A (en) | Metallic shell with circular cylindrical solid wall and high-pressure vessel including said shell | |
| RU2145398C1 (en) | High-pressure welded bottle "pretty" | |
| US10648616B2 (en) | Pressure vessel assembly and method of forming | |
| US3889836A (en) | Method and means for constructing large tanks | |
| RU2213904C2 (en) | Welded high-pressure bottle | |
| CN113685718A (en) | Satellite composite gas cylinder end socket and manufacturing method thereof | |
| US6715668B2 (en) | Fusion welded liquefiable gas cylinder with overpressure protection heads and method for making the same | |
| RU2168083C2 (en) | High-pressure cylinder | |
| EP0434110B1 (en) | Container for liquefied gas with integral end ring | |
| BRPI0814347B1 (en) | process for producing seamless hot-produced tubes with optimized fatigue properties in welded state and tube | |
| RU2344337C1 (en) | Pressure vessel, welding method for its metal shell, method of obtaining specified cross-section in root part of metal shell weld joint | |
| RU2175088C1 (en) | Pressure vessel and method of its manufacture (versions) | |
| Zheng et al. | Unique design of the junction between a thick pressure vessel shell and a thinner hemispherical head | |
| JP2004347042A (en) | Metal tubular body, liner for gas cylinder using the tubular body, and method of manufacturing the liner for gas cylinder | |
| KR100751895B1 (en) | Pressure Vessel | |
| US2391747A (en) | Penstock and method of fabricating penstocks | |
| CN212480399U (en) | Spiral welded pipe for petroleum | |
| JPH09239569A (en) | High pressure vessel and manufacture thereof | |
| WO2023058614A1 (en) | Accumulator for high-pressure hydrogen gas | |
| JPH08512384A (en) | Pressurized fuel container |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040610 |