RU2169880C2 - Баллон - Google Patents
Баллон Download PDFInfo
- Publication number
- RU2169880C2 RU2169880C2 RU97104829A RU97104829A RU2169880C2 RU 2169880 C2 RU2169880 C2 RU 2169880C2 RU 97104829 A RU97104829 A RU 97104829A RU 97104829 A RU97104829 A RU 97104829A RU 2169880 C2 RU2169880 C2 RU 2169880C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shell
- strength
- envelope
- wire
- thickness
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к конструкциям комбинированных баллонов давления и может быть использовано при изготовлении легких баллонов для автомобилей, летательных аппаратов, перевозки сжатых газов. Задача изобретения - усовершенствование баллона путем улучшения соединений обечайки с днищами, изменения конструкции и материала наружной оболочки, оптимизации толщин обечайки и оболочки, создания необходимых предварительных напряжений, что позволяет повысить его работоспособность, увеличить вместимость, уменьшить массу и отношение ее к объему, упростить технологию изготовления и снизить стоимость. Баллон содержит стальную обечайку и сферические или цилиндрические днища, сваренные встык без усиления швов. Обечайка охвачена оболочкой, выполненной в виде кольцевых витков стальной проволоки, прочность которой достигает 15 прочностей обечайки. Толщина оболочки может достигать 1,5 толщины обечайки. В обечайке созданы напряжения сжатия до 0,5 расчетного напряжения от рабочего давления. 1 з.п.ф-лы, 1 табл., 1 ил.
Description
Изобретение относится к конструкциям комбинированных баллонов давления и может быть использовано при изготовлении легких баллонов для автомобилей, летательных аппаратов, перевозки сжатых газов.
Известен стальной баллон из бесшовной трубы, включающий цилиндрическую и донные части /"Баллоны стальные малого и среднего объемов для газов на Pg ≅ 19,6 МПа /200 кгс/см2/. Гост 949-73/-аналог. Трудности производства тонкостенных труб из высокопрочных сталей обусловливают то, что эти баллоны обладают относительно большими и неравномерными толщинами цилиндрической части. Донные части баллонов, выполненные закаткой, дополнительно утолщены неоправданно с конструктивной точки зрения. Это вызывает увеличение массы баллона и отношение ее к объему.
Известен баллон, содержащий герметичную металлическую гофрированную обечайку, соединенную с эллиптическими или сферическими днищами и охваченную наружной оболочкой, выполненной из композиционного материала и закрепленной концевыми участками к днищам с помощью прижимных и упорных колец /авт. свидетельство СССР N 1601189, кл. F 17 C 1/00/ - прототип.
Нахлесточные соединения обечайки с днищами являются недостаточно прочными, и по ним могут происходить разрушения баллона, особенно при циклических нагружениях. Вследствие низкого модуля упругости композиционного материала имеет место недогружение оболочки под действием внутреннего давления и обечайка проявляет склонность к разрушению задолго до исчерпания запаса прочности оболочки. Композиционный материал на порядок дороже стали, а формирование оболочки из него достаточно сложно, трудоемко и требует применения дефицитных компонентов.
Задачей изобретения является усовершенствование баллона путем улучшения соединений обечайки с днищами, изменения конструкции и материала оболочки, оптимизации толщин, создания необходимых предварительных напряжений в баллоне, что позволяет повысить его работоспособность, увеличить вместимость V, уменьшить массу m и показатель m/V, упростить технологию изготовления, снизить стоимость.
Указанная задача достигается тем, что в баллоне, содержащем металлическую обечайку, соединенную со сферическими или эллиптическими днищами и охваченную наружной оболочкой, стальные обечайка и днища сварены встык без усиления швов, а оболочка выполнена толщиной, не превышающей 1,5 толщины обечайки, в виде кольцевых витков стальной проволоки прочностью не менее прочности обечайки. Более совершенными является баллон, прочность проволоки которого составляет 1,1-15,0 прочности обечайки и в обечайке которого созданы напряжения сжатия, не превышающие 0,5 расчетного напряжения от рабочего давления.
Сварные стыковые соединения без усилений /утолщений/ швов обладают высокой прочностью при циклических нагружениях и обеспечивают герметичность корпуса. Они просты в выполнении. Это позволяет изготавливать обечайку и днища из листового проката, который выпускается в значительно более широких пределах размерного и марочного сортаментов, более высоких точности и прочности, чем бесшовные трубы. Наружная оболочка в виде кольцевых витков проволоки усиливает обечайку в продольном сечении, а равенство модулей упругости стальных обечайки и проволоки обеспечивает равномерное их нагружение под действием внутреннего давления, благодаря чему достигается более высокая эффективность усиления, чем в прототипе. Дополнительное усиление происходит при создании в обечайке предварительных напряжений сжатия в сочетании с применением более прочной проволоки. Это позволяет повысить рабочее давление, вместимость баллона, уменьшить толщину его стенки, массу, отношение массы к объему m/V.
Изготовление оболочки из проволоки проще, чем из композиционного материала, и весь баллон может быть выполнен из относительно недорогих недефицитных сталей, что обеспечивает снижение в 1,4-1,7 раза стоимости его по сравнению с прототипом.
Усиливающее действие оболочки возрастает с увеличением ее толщин. При плотном прилегании друг к другу витков проволоки оболочки толщиной, равной 1,3 толщины обечайки, достигается равенство напряжений в продольном и поперечном сечениях обечайки, проволоке и днищах. С учетом неплотности прилегания витков проволоки, которая может достигать 10-15%, максимальная толщина оболочки составит 1,5 толщины обечайки. Дальнейшее увеличение толщины оболочки является избыточным, т.к. напряжение в продольном сечении становится ниже, чем в поперечном сечении и днищах, работоспособность баллона практически не повышается, а происходит только увеличение его массы и стоимости. Выполнение оболочки из проволоки, менее прочной, чем обечайка, не целесообразно вследствие склонности к более раннему разрушению и необходимости дополнительного увеличения толщины оболочки. Более прочная проволока повышает запас прочности оболочки.
Предварительные сжимающие напряжения в обечайке созданы путем обжатия оболочкой. Для компенсации возникающих при этом растягивающих напряжений в проволоке прочность последней должна быть увеличена по сравнению с прочностью обечайки в 1,1 - 15,0 раз. Ниже приведенных значений прочности проволоку применять не целесообразно вследствие перенапряжения ее под рабочим давлении при допустимых колебаниях прочности 10%. Более высокое отношение прочностей не возможно, т. к. максимальная прочность стальных проволок составляет 5300-5550 МПа, минимальная прочность стали, используемой для корпусов баллонов, 370-400 МПа, а максимальное их отношение -
Оптимальное конструктивное решение баллона обеспечивает равновероятность разрушения его во всех сечениях под действием внутреннего давления, что в первом приближении достигается равенством коэффициента запаса прочности. Повышение предварительных напряжений сжатия вызывает повышение запаса прочности обечайки. Максимальное сжимающее напряжение, при котором можно достичь равенства коэффициентов запаса прочности обечайки /в поперечном и продольных сечениях/, днищ и проволоки, составляет ~ 0,5 расчетного напряжения от рабочего давления. Большие обжатия нецелесообразны ввиду нежелательного уменьшения коэффициента запаса прочности проволоки ниже коэффициента запаса прочности корпуса и опасности преждевременного разрушения оболочки, а за ней - обечайки.
Оптимальное конструктивное решение баллона обеспечивает равновероятность разрушения его во всех сечениях под действием внутреннего давления, что в первом приближении достигается равенством коэффициента запаса прочности. Повышение предварительных напряжений сжатия вызывает повышение запаса прочности обечайки. Максимальное сжимающее напряжение, при котором можно достичь равенства коэффициентов запаса прочности обечайки /в поперечном и продольных сечениях/, днищ и проволоки, составляет ~ 0,5 расчетного напряжения от рабочего давления. Большие обжатия нецелесообразны ввиду нежелательного уменьшения коэффициента запаса прочности проволоки ниже коэффициента запаса прочности корпуса и опасности преждевременного разрушения оболочки, а за ней - обечайки.
На чертеже показан предложенный баллон. Он содержит герметичный корпус, состоящий из стальных обечайки 1 и сферических или эллиптических днищ 2. Сварная или бесшовная обечайка сварена с днищами. Сварные соединения 3 выполнены стыковыми без усилия /утолщения/ швов. По всей цилиндрической части корпус охвачен оболочкой 4 толщиной, не превышающей 1,5 толщины обечайки, в виде кольцевых витков стальной проволоки, прочность которой не менее прочности обечайки. Если оболочка выполнена из проволоки прочностью, составляющей 1,1 - 15,0 прочности обечайки, то в последней целесообразно создать сжимающие напряжения, не превышающие 0,5 расчетного растягивающего напряжения от рабочего давления.
Под действием рабочего внутреннего давления в баллоне возникают растягивающие напряжения, которые обычно в продольном сечении обечайки 1 выше, чем в поперечном сечении и днищах 2. Оболочка 4, воспринимая на себя часть нагрузки, способствует снижению напряжений в продольном сечении обечайки 1, особенно с увеличением толщины. В поперечном сечении оболочка 4 не испытывает нагружения и не оказывает усиливающего воздействия на обечайку 1. Поэтому при увеличении толщины оболочки до 1,3 толщины обечайки при плотном прилегании друг к другу витков проволоки или до 1,5 толщины обечайки при неплотности прилегания до 10-15% в продольном сечении обечайки и в проволоке напряжения сжимаются до уровня в поперечном ее сечении. При дальнейшем увеличении толщины оболочки напряжения в продольном сечении обечайки и в проволоке становятся ниже, чем в поперечном сечении и днищах, т.е. последние становятся более слабыми элементами баллона, а толщина оболочки избыточной.
С подачей внутреннего давления при наличии в обечайке предварительно созданных напряжений сжатия происходит вычитание их из растягивающих напряжений; при этом в проволоке напряжения от натяжения и внутреннего давления суммируются.
В таблице приведены различные варианты баллонов под давлением до 20 МПа с разными значениями σ р/σ , δоб/δк и σсж/σp. Обечайка длиной 860 мм и сферические днища предложенных баллонов изготовлены из листовых легированных и углеродистых сталей. Они соединены аргонодуговой сваркой вольфрамовым электродом встык без усиления швов. Цилиндрические части баллонов /кроме аналогов вар. 12, 13/ охвачены оболочкой без натяжения /вар.1-5 и прототипы 10, 11/ и с натяжением /вар.6-9/. Варианты 1, 2, 6-8 относится к предложенной конструкции баллонов, варианты 3-5, 9 имеют запредельные значения конструктивных параметров и напряжений. Прототипы и аналоги приведены для сравнения.
Предложенная конструкция баллона отличается более рациональным использованием материалов /меньшая разность прочностей и коэффициентов запаса прочности в различных сечениях и элементах/. Поэтому толщина, масса и m/V предложенного баллона в несколько раз меньше, чем у аналога. По сравнению с прототипом толщины оболочки и обечайки баллона предложенной конструкции также меньше; стоимость этих баллонов в 1,4 - 1,7 раза ниже. Обжатие обечайки оболочкой, выполненной в виде кольцевых витков проволоки, позволяет добиться более низких значений массы и m/V предложенного баллона, чем у прототипа.
Claims (2)
1. Баллон, содержащий металлическую обечайку, соединенную со сферическими или эллиптическими днищами и охваченную наружной оболочкой, отличающийся тем, что стальные обечайки и днища сварены встык без усиления швов, а оболочка выполнена толщиной, не превышающей 1,5 толщины обечайки, в виде кольцевых витков стальной проволоки прочностью не менее прочности обечайки.
2. Баллон по п.1, отличающийся тем, что прочность проволоки составляет 1,1 - 15,0 прочности обечайки и в обечайке созданы напряжения сжатия, не превышающие 0,50 расчетного напряжения от рабочего давления баллона.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97104829A RU2169880C2 (ru) | 1997-03-26 | 1997-03-26 | Баллон |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97104829A RU2169880C2 (ru) | 1997-03-26 | 1997-03-26 | Баллон |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU97104829A RU97104829A (ru) | 1999-04-10 |
RU2169880C2 true RU2169880C2 (ru) | 2001-06-27 |
Family
ID=20191278
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU97104829A RU2169880C2 (ru) | 1997-03-26 | 1997-03-26 | Баллон |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2169880C2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2648343C1 (ru) * | 2016-09-28 | 2018-03-23 | Общество с ограниченной ответственностью "РИФ" технологии" | СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БАЛЛОНОВ, РАБОТАЮЩИХ ПОД ДАВЛЕНИЕМ ДО 250 кгс/см2 |
CN109048235A (zh) * | 2018-10-12 | 2018-12-21 | 哈尔滨锅炉厂有限责任公司 | 大容量压制锅筒sa299球形封头的制造方法 |
-
1997
- 1997-03-26 RU RU97104829A patent/RU2169880C2/ru active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2648343C1 (ru) * | 2016-09-28 | 2018-03-23 | Общество с ограниченной ответственностью "РИФ" технологии" | СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БАЛЛОНОВ, РАБОТАЮЩИХ ПОД ДАВЛЕНИЕМ ДО 250 кгс/см2 |
CN109048235A (zh) * | 2018-10-12 | 2018-12-21 | 哈尔滨锅炉厂有限责任公司 | 大容量压制锅筒sa299球形封头的制造方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Schilling | Buckling strength of circular tubes | |
US6510763B1 (en) | Composite control arm shaft | |
US7984731B2 (en) | Lightweight high pressure repairable piston tie rod composite accumulator | |
RU2169880C2 (ru) | Баллон | |
CN103148340B (zh) | 一种钢丝缠绕结构的高压气瓶 | |
EP3073174B1 (en) | Curved and conformal high-pressure vessel | |
GB2069945A (en) | Stabilizer for power driven vehicle | |
US3092148A (en) | Starting joints for continuous wound vessel | |
RU2302582C1 (ru) | Газовый баллон высокого давления | |
CN203273275U (zh) | 一种钢丝缠绕结构的高压气瓶 | |
CN112832927B (zh) | 一种燃料贮箱 | |
CN113685718B (zh) | 一种卫星复合气瓶封头及其制造方法 | |
JP6774465B2 (ja) | 高圧水素ガス用蓄圧器の蓋構造および高圧水素ガス用蓄圧器 | |
CN109760966A (zh) | 一种轻量化设计的电动汽车罐车罐体 | |
EP4246019A1 (en) | High-pressure gas container and method for manufacturing same | |
RU57867U1 (ru) | Газовый баллон высокого давления | |
RU13498U1 (ru) | Металлопластиковый баллон высокого давления | |
CN219931258U (zh) | 一种桁架圆钢管弦杆对接装置 | |
RU56985U1 (ru) | Баллон высокого давления | |
CN116353750A (zh) | 用于摩托车车架的管节及其摩托车 | |
KR102169563B1 (ko) | 유압 실린더 로드 제조방법 | |
RU2268427C2 (ru) | Баллон высокого давления | |
SU1610189A1 (ru) | Баллон | |
RU2065544C1 (ru) | Многослойный сосуд высокого давления для хранения сжатого газа | |
RU2432521C2 (ru) | Металлокомпозитный баллон высокого давления |