RU2213904C2 - Welded high-pressure bottle - Google Patents

Welded high-pressure bottle Download PDF

Info

Publication number
RU2213904C2
RU2213904C2 RU2001121284/06A RU2001121284A RU2213904C2 RU 2213904 C2 RU2213904 C2 RU 2213904C2 RU 2001121284/06 A RU2001121284/06 A RU 2001121284/06A RU 2001121284 A RU2001121284 A RU 2001121284A RU 2213904 C2 RU2213904 C2 RU 2213904C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
shell
welded
cylinder
support shoe
pressure
Prior art date
Application number
RU2001121284/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2001121284A (en
Inventor
А.В. Петров
Original Assignee
Акционерное общество закрытого типа фирма "ПРЭТТИ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество закрытого типа фирма "ПРЭТТИ" filed Critical Акционерное общество закрытого типа фирма "ПРЭТТИ"
Priority to RU2001121284/06A priority Critical patent/RU2213904C2/en
Publication of RU2001121284A publication Critical patent/RU2001121284A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2213904C2 publication Critical patent/RU2213904C2/en

Links

Landscapes

  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

FIELD: mechanical engineering; pressure vessels. SUBSTANCE: proposed welded high-pressure bottle contains shell with central part wall thickness reduced to designed section and thickened end faces for welding, lower and upper bottom plates and support shoe in bottom part. At least one of bottom plates is furnished with filling-and-discharge union. Support shoe in made in form of lower thickened end face of shell playing the part of reinforcing belt of girth weld of lower welded-in bottom plate. Lower end face of shell is furnished with closed slot formed on its inner surface and playing the part of position lock when fitting lower welded-in bottom plate inside shell. EFFECT: facilitated production of bottle, increased strength and convenience in operation. 1 dwg

Description

Настоящее 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 present invention relates to mechanical engineering and can be used in the manufacture of high-pressure cylinders for the transportation and storage of liquids and gases, including gas cylinders for gas welding equipment and mobile vehicles, cylinders with air-oxygen mixtures for personal respiratory protection, etc.

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 Рр≤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 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 1838712, MKI F 17 C 1 / 00; B 21 D 22/18 "Cylinder"). Monolithic thick-walled cylinders of low strength carbon and low-alloy steels with sufficiently high plastic properties have high reliability, but they have a large mass and limit the ability to effectively use heavy cylinders in automobile transport and in portable means of gas welding and medical equipment, oxygen-insulating gas masks, etc.

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 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. A. S. the USSR 313024, 1971), consisting of an inner cylindrical shell with bottoms and a fitting and an outer 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 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, 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 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, 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 walls the shells are made decreasing from the bottom to the edge, and the edge of the outer shell bends around the bottom 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 2323844, 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 2323844, publ. 1981), the body of which consists of an upper and lower cup, 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.

Известен баллон сварной высокого давления (см. Инструкция 1006-72 "Изготовление, термическая и термомеханическая обработка емкостей из титановых сплавов", ВИАМ, 1972 г., с.4-5), содержащий обечайку и два днища, в одном из которых выполнен штуцер, а на торцах обечайки и днищ сформированы 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. A well-known welded high-pressure cylinder (see Instruction 1006-72 "Manufacture, thermal and thermomechanical processing of containers from titanium alloys", VIAM, 1972, p.4-5) containing a shell and two bottoms, one of which is made fitting and at the ends of the shell and bottoms thickened sections are formed 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 by internal pressure of a gas 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.

В качестве ближайшего прототипа выбран баллон сварной высокого давления (см. патент РФ 2145398, МКИ F 17 C 1/00, опубл. 27.02.2000 г.), содержащий соединенные сварными швами обечайку с расчетной толщиной стенки и утолщенными торцевыми кромками, нижнее и верхнее днища, по крайне мере, одно из которых снабжено заправочно-расходным штуцером, и опорный башмак в донной части. As the closest prototype, a welded high pressure cylinder was selected (see RF patent 2145398, MKI F 17 C 1/00, publ. 02/27/2000), containing a shell with welded seams with a calculated wall thickness and thickened end edges, lower and upper bottoms, at least one of which is equipped with a filling and consumable fitting, and a support shoe in the bottom.

Прототипу также присущи недостатки аналогов. The prototype also has the disadvantages of analogues.

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 обечайку с утоненной до расчетного сечения толщиной стенки δрасч центральной части и утолщенными торцевыми кромками δr = 1,1-1,5 δрасч под сварку, нижнее и верхнее днища со штуцером, по крайней мере, в одном из них, и опорный башмак в донной части, при этом роль опорного башмака выполняет нижний утолщенный торец обечайки, на внутренней поверхности которого расположен закрытый паз или открытая проточка, обеспечивающая фиксированное положение при установке внутри обечайки нижнего ввариваемого днища. При этом утолщенный торец обечайки, выполняющий роль опорного башмака, одновременно образует бандажирующий пояс на кольцевом сварном соединении нижнего ввариваемого днища.This goal is achieved by the fact that the known device of a welded high-pressure cylinder containing a shell with a wall thickness thinned to the calculated section δ calculation of the central part and thickened end edges δ r = 1.1-1.5 δ calculation for welding, lower and upper bottoms with a fitting, at least in one of them, and a support shoe in the bottom part, while the role of the support shoe is played by the lower thickened end face of the shell, on the inner surface of which there is a closed groove or open groove providing a fixed floor ix when installed inside the lower shell are welded bottom. In this case, the thickened end face of the shell, which acts as a support shoe, simultaneously forms a banding belt on the welded ring of the lower welded bottom.

Кроме того, конструкторское исполнение верхнего днища воедино со штуцером и цилиндрической частью обечайки обеспечивает дополнительное повышение технологичности и снижение трудоемкости в производстве. In addition, the design of the upper bottom together with a fitting and a cylindrical part of the shell provides an additional increase in manufacturability and reduce the complexity in production.

Авторам не известны 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 и 2), на которых показано устройство баллона высокого давления и его элементов:
Фиг.1. Баллон сварной высокого давления
1 - цилиндрическая обечайка; 2 - верхнее днище; 3 - заправочно-расходный штуцер; 4 - нижнее днище; 5 - сварной шов штуцера с верхним днищем; 6 - сварной шов верхнего днища с обечайкой; 8 - закрытый паз, фиксирующий положение установки нижнего ввариваемого вогнутого днища; 7 - нижний утолщенный торец обечайки - опорный башмак; 9 - сварной шов обечайки с нижнем ввариваемым днищем, установленным в закрытый паз; dнap - диаметр наружный расчетной части обечайки; δрасч - толщина стенки расчетная утоненной части обечайки; δт - толщина утолщенной стенки обечайки в зоне сварного шва; dпрот - диаметр проточки для установки нижнего днища; Dг - габаритный наружный диаметр; Нг - габаритная высота.
The invention is illustrated by drawings (figures 1 and 2), which show the device of a high-pressure cylinder and its elements:
Figure 1. Welded high pressure tank
1 - cylindrical shell; 2 - upper bottom; 3 - filling consumable fitting; 4 - lower bottom; 5 - weld seam fitting with the upper bottom; 6 - weld of the upper bottom with a shell; 8 - closed groove, fixing the installation position of the lower welded concave bottom; 7 - lower thickened end face of the shell - supporting shoe; 9 - a weld of a shell with a lower welded bottom installed in a closed groove; d nap is the diameter of the outer calculated part of the shell; δ calc - calculated wall thickness of the thinned part of the shell; δ t is the thickness of the thickened wall of the shell in the weld zone; d prot - the diameter of the grooves for installing the lower bottom; D g - overall outer diameter; N g - overall height.

Фиг. 2. Пример исполнения воедино верхнего днища со штуцером и обечайкой баллона и с установкой нижнего ввариваемого выпукло-вогнутого днища в открытую проточку на внутренней поверхности нижнего утолщенного торца обечайки - опорного башмака. FIG. 2. An example of execution of the upper bottom together with the fitting and the shell of the cylinder and with the installation of the lower welded convex-concave bottom in an open groove on the inner surface of the lower thickened end of the shell - the support shoe.

Баллон высокого давления (фиг.1 и 2) содержит цилиндрическую обечайку (1) с утоненной до расчетной толщины δрасч стенкой и утолщенными δт торцами, верхнее днище (2) с заправочно-расходным штуцером (3) и нижнее днище (4), соединенные сварными швами (5, 6, 9). При этом нижний утолщенный торец обечайки выполняет роль опорного башмака (7) баллона и бандажирующего пояса кольцевого сварного шва (9) нижнего ввариваемого днища с обечайкой.Pressure vessel (1 and 2) comprises a cylindrical shell (1) with thinned to the calculated thickness δ calc thickened wall and δ t ends, the upper bottom (2) with filling-consumable bushing (3) and a lower bottom (4), connected by welds (5, 6, 9). In this case, the lower thickened end face of the shell acts as the support shoe (7) of the cylinder and the retaining band of the ring weld (9) of the lower welded bottom with the shell.

Баллон сварной высокого давления (фиг.1 и 2) работает следующим образом. Welded high pressure cylinder (figures 1 and 2) 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/:

Figure 00000002

где στ - максимальные тангенциальные напряжения, кгс/см2;
Р - 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 /:
Figure 00000002

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) по отношению к расчетной толщине обечайки устанавливается равной δт = (1,1-1,5)×δрасч (т.к. прочность сварных соединений ниже прочности основного металла σсв≤0,9σосн, что исключает возможность возникновения остаточных пластических деформаций на участке утолщенных кромок, примыкающих к сварному шву (6), и в сварном шве (6) при нагружении баллона внутренним давлением до расчетных величин в процессе эксплуатации, при этом нижний утолщенный торец обечайки выполняет роль опорного башмака и бандажирующего пояса кольцевого сварного шва (9) нижнего ввариваемого днища (4), а закрытый паз или открытая проточка (диаметром dпрот), сформированные на его внутренней поверхности, выполняют роль фиксаторов положения установки нижнего ввариваемого днища внутрь обечайки.To ensure the calculated level of strength and reliability of the container, taking into account a safety factor of 2.6, the thickness of the shells of the thickened end edges δ t of the shell (1) and the bottoms (2) that are mated with respect to the design shell thickness is set to δ t = (1, 1-1.5) × δ calculation (since the strength of the welded joints is lower than the strength of the base metal σ st ≤0.9σ main , which eliminates the possibility of residual plastic deformation in the area of thickened edges adjacent to the weld (6), and in the weld (6) when loading the cylinder with internal by pressing to the calculated values during operation, while the lower thickened end face of the shell acts as a support shoe and a retaining band of the annular weld seam (9) of the lower weld bottom (4), and a closed groove or open groove (diameter d prot ) formed on its inner surface, perform the role of fixing position of the installation of the lower welded bottom inside the shell.

Таким образом, предлагаемый баллон сварной высокого давления обеспечивает за счет изменений в конструкции создание облегченных баллонов высокого давления с одновременным упрощением технологии, снижения трудоемкости и повышение экономических показателей производства, а также повышение эффективности при эксплуатации. Thus, the proposed welded high pressure cylinder provides, due to changes in design, the creation of lightweight high pressure cylinders while simplifying the technology, reducing labor intensity and increasing economic performance, as well as increasing operating efficiency.

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 (1)

Устройство баллона сварного высокого давления, содержащее обечайку с утоненной до расчетного сечения толщиной стенки центральной части и утолщенными торцами под сварку, нижнее и верхнее днища, по крайней мере, одно из которых снабжено заправочно-расходным штуцером, и опорный башмак в донной части, отличающееся тем, что опорный башмак выполнен в виде нижнего утолщенного торца обечайки, выполняющего роль бандажирующего пояса кольцевого сварного шва нижнего ввариваемого днища, а нижний торец обечайки снабжен закрытым пазом, сформированным на его внутренней поверхности и выполняющим роль фиксатора положения установки нижнего ввариваемого днища внутрь обечайки. The device is a welded high pressure cylinder containing a shell with a wall thickness of the central part thinned to the design section and thickened ends for welding, lower and upper bottoms, at least one of which is equipped with a filling and consumable fitting, and a support shoe in the bottom, characterized in that the support shoe is made in the form of a lower thickened end of the shell, which acts as a banding belt of the ring weld of the lower welded bottom, and the lower end of the shell is provided with a closed groove, formed m on its inner surface and playing the role of a fixer for the installation position of the lower welded bottom inside the shell.
RU2001121284/06A 2001-07-27 2001-07-27 Welded high-pressure bottle RU2213904C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001121284/06A RU2213904C2 (en) 2001-07-27 2001-07-27 Welded high-pressure bottle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001121284/06A RU2213904C2 (en) 2001-07-27 2001-07-27 Welded high-pressure bottle

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2001121284A RU2001121284A (en) 2003-03-20
RU2213904C2 true RU2213904C2 (en) 2003-10-10

Family

ID=31988296

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001121284/06A RU2213904C2 (en) 2001-07-27 2001-07-27 Welded high-pressure bottle

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2213904C2 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100505347B1 (en) Tank and Method for Fabrication
Kabir Finite element analysis of composite pressure vessels with a load sharing metallic liner
US7427000B2 (en) Compressed gas tank for a motor vehicle
US4264018A (en) Collapsing bladder positive expulsion device
US20070113959A1 (en) Containers and methods for containing pressurized fluids using reinforced fibers and methods for making such containers
US4724975A (en) High-pressure structure made of rings with peripheral weldments of reduced thickness
RU2213904C2 (en) Welded high-pressure bottle
US3889836A (en) Method and means for constructing large tanks
RU2145398C1 (en) High-pressure welded bottle "pretty"
US6715668B2 (en) Fusion welded liquefiable gas cylinder with overpressure protection heads and method for making the same
RU2353851C1 (en) High-pressure cylinder lining 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
RU2168083C2 (en) High-pressure cylinder
US3353705A (en) Shipping container
RU2302582C1 (en) High-pressure gas vessel
Zheng et al. Unique design of the junction between a thick pressure vessel shell and a thinner hemispherical head
RU45503U1 (en) HIGH PRESSURE CYLINDER
US3269423A (en) Lining structure
US3501043A (en) High pressure vessel
JPH09239569A (en) High pressure vessel and manufacture thereof
JP2004347042A (en) Metal tubular body, liner for gas cylinder using the tubular body, and method of manufacturing the liner for gas cylinder
US3587905A (en) Pressure vessel
RU2268427C2 (en) High pressure cylinder
RU197246U1 (en) Tank container
RU2754572C1 (en) High-pressure metal-composite cylinder with large-diameter necks

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20040728