баллон для сжатых и сжиженных газов и способ его изготовления

Формула изобретения

1. Баллон для сжатых и сжиженных газов, включающий наружную и внутреннюю оболочки с дном, размещенные одна в другой без зазора, при этом одна из оболочек снабжена с толстостенной горловиной с резьбой для размещения в ней запирающего устройства, отличающийся тем, что оболочки выполнены цельноштампованными и размещены одна в другой таким образом, что донная часть одной оболочки, преимущественно внутренней, образует дно баллона, а донная часть наружной - горловину, а 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 приближения к дну баллона, при этом стенки оболочек выполнены уменьшающимися от дна к краю, а край наружной огибает придонную часть внутренней оболочки.

. Баллон по п. 1, отличающийся тем, что донная часть баллона имеет опорную поверхность в виде кольцевого выступа по периферии дна, а дно выполнено переменной толщины, уменьшающейся к центру.

3. Баллон по п.1, отличающийся тем, что горловина баллона размещена в его внутренней полости и выполнена в виде полого усеченного конуса, обращенного меньшим основанием внутрь баллона.

4. Способ изготовления баллона для сжатых и сжиженных газов, включающий получение наружной и внутренней оболочек, формообразование горловины с резьбой и сборку баллона, отличающийся тем, что холодной штамповкой получают наружную и внутреннюю оболочки в виде стаканов с дном, при этом на операции холодной штамповки дна обазуют горловину баллона в донной части одной из оболочек, выполняют механическую обработку, а донной части другой оболочки придают переменную толщину и формообразуют опорную поверхность в виде кольцевого выступа по периферии дна, затем на внутренние поверхности, при необходимости, наносят покрытие, или герметик, или клеящий состав, или их комбинации и вставляют оболочки дна в другую открытыми концами, образуя натяг между их стенками, край наружной оболочки суживают, огибая придонную часть внутренней оболочки.

Описание изобретения к патенту

Изобретения относятся к производству сосудов для помещения или хранения газов в сжатом или сжиженном состоянии.

Известен баллон [1], содержащий наружную и внутреннюю оболочки с дном, вставленные одна в другую без зазора таким образом, что их донные части сопряжены, при этом наружная несущая оболочка выполнена из двух частей, скрепленных сварным швом. Донная часть баллона имеет опорную поверхность в виде кольца.

Общими существенными признаками известного баллона с заявляемым являются наличие двух оболочек с дном, вставленных одна в другую без зазора, и выполнение донной части с опорной поверхностью в виде кольца.

Выполнение несущей оболочки баллона из двух частей, скрепленных сваркой, не позволяет получить высоконадежный баллон из-за отсутствия надежных методов контроля плотности сварных швов.

Способ изготовления такого баллона заключается в том, что получают внутреннюю оболочку, части наружной оболочки, одна из которых выполнена в виде стакана с дном, а другая - является горловиной. В часть наружной оболочки с дном вставляют изготовленную внутреннюю оболочку, помещают на нее горловину и выполняют сварку по соединению частей внешней оболочки.

Общими существенными признаками аналога и заявляемого способа являются получение оболочек баллона и сборка их в единое целое.

Метод сборки известного баллона не позволяет выполнить наружную оболочку цельной, что увеличивает трудоемкость изготовления баллона и снижает его надежность. Кроме того, сварка наружной оболочки накладывает ограничения на материал внутренней оболочки, он не должен под воздействием температуры сварки менять своих свойств или плавиться.

Известен баллон [2] , принятый в качестве прототипа. Известный баллон содержит наружную и внутреннюю оболочки с дном, размещенные одна в другой без зазора таким образом, что их донные части соприкасаются. При этом внутренняя оболочка выполнена из трех частей, скрепленных сваркой. Одна из этих частей выполнена в виде штуцера с внутренней резьбой для присоединения запирающего устройства. Наружная оболочка охватывает внутреннюю, оставляя открытым баллон со стороны горловины. При этом наружная оболочка является несущей, а внутренняя предохраняет либо наружную от соприкосновения с агрессивной средой, либо высокоочищенную среду от контакта с несущей оболочкой.

Общими существенными признаками баллона, принятого в качестве прототипа, с заявляемым являются наличие внутренней и наружной оболочек с дном, размещенных одна в другой без зазора, и толстостенной горловины с резьбой, которой снабжена одна из оболочек.

Известное устройство не может обеспечить высокой надежности баллона, в данном случае изоляции среды, из-за наличия сварных швов в изолирующей внутренней оболочке. Наличие среди двух оболочек только одной несущей относительно утяжеляет конструкцию. Конструктивное выполнение внутренней оболочки в виде тонкостенной бутылки с массивной горловиной, диаметр которой значительно меньше остальной части, обусловливает выполнение внутренней оболочки из разных частей, что снижает ее технологичность. Кроме того, необходимость сварных соединений накладывает определенные ограничения на применяемый материал для изготовления оболочки и делает невозможным нанесение целого ряда покрытий поверхности.

Способ изготовления баллона по заявке РСТ N 89/00658 принят в качестве прототипа. Известный способ заключается в том, что изготавливают различные части внутренней оболочки, соединяют их сваркой в единое целое. Полученную таким образом внутреннюю оболочку вставляют в предварительно изготовленный полуфабрикат наружной оболочки в форме стакана с дном, повторяющим по форме дно внутренней оболочки. Наружную оболочку затем суживают, придавая ей форму бутылки, при этом внутренняя поверхность наружной оболочки повторяет наружную поверхность внутренней оболочки, а на торце баллона выполняют сварку.

Общими существенными признаками известного и заявляемого способа являются раздельное получение наружной и внутренней оболочек и сборка их по получению баллонов.

Известный способ не обеспечивает получения баллона высокой надежности из-за невозможности гарантировать повторение наружной поверхности внутренней оболочки внутренней поверхностью наружной оболочки, особенно в ее донной части и месте перехода в горловину. Способ получения горловины сосуда создает затруднения с получением резьбы в горловине. При сужении горловины для придания ей формы бутылки металл течет, заполняя кольцевые канавки на наружной поверхности горловины внутренней оболочки, что требует значительных усилий деформирования. Это приводит к искажению резьбы, если она уже нарезана, или к проблеме удаления стружки из сосуда с узким горлом, если резьбу нарезают в собранном баллоне.

Задачей предлагаемых технических решений является повышение надежности и технологичности, а также снижение металлоемкости.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в баллоне, содержащем наружную и внутреннюю оболочки с дном, размещенные одна в другой, оболочки выполнены цельноштампованными. Оболочки размещены одна в другой таким образом, что донная часть одной из оболочек образует дно баллона, а донная часть другой - горловину баллона. Сопрягающиеся поверхности оболочек образуют натяг, который изменяется от максимальной величины в части баллона, прилегающей к горловине, до минимальной в сечении, расположенном у дна, толщина стенки оболочек уменьшается от дна к краю. Край наружной оболочки огибает придонную часть внутренней оболочки. При этом донная часть баллона имеет опорную поверхность в виде кольцевого выступа по периферии дна, а дно выполнено переменной толщины, уменьшающейся к центру, горловина баллона размещена в его внутренней полости и выполнена в виде полого усеченного конуса, обращенного меньшим основанием внутрь баллона.

Заявляемый баллон имеет отличительные от прототипа признаки, достаточные во всех случаях, - выполнение оболочек цельноштампованными; размещение оболочек одна в другой таким образом, что донная часть, например, внутренней оболочки образует дно баллона, а донная часть наружной оболочки - горловину; сопрягающиеся поверхности оболочек образуют между собой натяг; натяг выполнен максимальным в части, прилегающей к горловине, натяг последовательно уменьшается в каждом сечении по мере приближения к дну баллона; толщина стенок оболочек уменьшается от дна к краю; край наружной оболочки огибает придонную часть внутренней оболочки.

Следующие отличительные признаки: донная часть снабжена опорной поверхностью в виде кольцевого выступа по периферии дна, дно выполнено переменной толщины, уменьшающейся к центру; размещение горловины баллона в его внутренней полости; выполнение горловины в виде полого усеченного конуса, обращенного меньшим основанием внутрь баллона, характеризуют заявляемое устройство в частном случае его выполнения.

Поставленная задача по повышению надежности и технологичности, снижению металлоемкости достигается также и тем, что способ изготовления баллона включает получение наружной и внутренней оболочек в виде стаканов с дном, образование горловины баллона в донной части одной из оболочек на одной из операций холодной штамповки. Резьбу в горловине нарезают после операций холодной штамповки по получению оболочки. При необходимости на соответствующих поверхностях наносят защитное покрытие или герметик, или клеящий состав, или их комбинации. При сборке оболочки вставляют друг в друга открытыми концами, образуя натяг между их стенками. Способ включает также сужение края наружной оболочки с огибанием придонной части внутренней оболочки.

Заявляемый способ изготовления баллона имеет следующие отличительные от прототипа признаки: получение наружной и внутренней оболочек холодной штамповкой; образование горловины баллона в донной части одной из оболочек на одной из операций холодной штамповки и нарезание резьбы; нанесение при необходимости покрытия, или герметика, или клеящего состава, или их комбинации; баллон собирают, вставляя оболочки одна в другую открытыми концами; сужение края наружной оболочки с огибанием придонной части внутренней оболочки.

Выполнение наружной и внутренней оболочек баллона цельноштампованными позволяет повысить надежность баллона за счет отсутствия сварных швов, а также повысить его технологичность из-за ликвидации трудоемкого контроля плотности сварных швов. Выполнение оболочек цельноштампованными позволяет обе оболочки выполнить несущими, причем внутренняя может выполнять при этом и другие функции, например защитную, в случае заполнения баллона агрессивным газом. Выполнение обеих оболочек несущими уменьшает массу баллона по сравнению с прототипом, так как не требует наличия помимо несущей оболочки еще, например, защитной, потому что перед сборкой на внутреннюю поверхность может быть нанесено любое защитное покрытие или вставлена пленка из фторопласта.

Выполнить оболочки цельноштампованными позволяет размещение их друг в друге таким образом, что донная часть одной из них образует дно баллона, а донная часть другой - горловину. В этом случае оболочки представляют собой тонкостенные стаканы с дном и могут быть получены известными способами холодной штамповки.

Наличие натяга между стенками оболочек, а при необходимости и клеящего состава в месте огибания придонной части внутренней оболочки краем наружной предохраняет баллон от раздергивания составляющих его оболочек под действием меридиональных сил от давления заполняющего его газа. Усилия от натяга, сжимающие внутреннюю оболочку, частично разгружают ее, и она может быть выполнена сравнительно более тонкой, что важно в тех случаях, когда эта оболочка должна быть по условиям эксплуатации выполнена из высококачественной стали.

Выполнение стенок оболочек с толщиной, уменьшающейся от дна к краю, позволяет получить баллон со стенкой, равнопрочной в любом поперечном сечении, что также уменьшает металлоемкость баллона и позволяет менять величину натяга между оболочками в необходимом направлении.

Выполнение стенок оболочек неравномерной толщины обусловливает выполнение натяга между стенками оболочек также неравномерным. Натяг в сечениях, близких к донной части баллона, минимален, поэтому для надежного соединения края наружной оболочки огибают придонную часть внутренней оболочки. Такое огибание улучшает товарный вид и повышает продольную прочность баллона.

Выполнение горловины в виде полого усеченного конуса, обращенного меньшим основанием внутрь баллона и размещенного во внутренней полости, уменьшает давление газа на запорное устройство, уменьшает габариты и улучшает товарный вид баллона.

Вышеуказанные отличительные признаки, отличающие заявленное техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях и не известны из уровня техники при изучении данной и смежных областей техники в процессе проведения патентных исследований, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию "новизна".

Исследуя уровень техники в процессе проведения патентного поиска по всем видам сведений, общедоступных в СССР и зарубежных странах, обнаружено, что заявляемое техническое решение явным образом не следует из известного на сегодня уровня техники, поэтому можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию "изобретательский уровень".

На чертеже в разрезе изображен баллон, причем на левой части разреза изображены вложенные одна в другую оболочки до загибания края наружной оболочки.

Баллон имеет наружную оболочку 1, снабженную горловиной а в виде усеченного конуса, размещенного во внутренней полости баллона. Горловина имеет резьбу б для присоединения запорного устройства.

Баллон содержит также внутреннюю оболочку 2, донная часть в которой служит дном баллона. Оболочки баллона выполнены таким образом, что толщина стенки каждой оболочки плавно изменяется от величины t₁ до величины t₂, причем t₁ < t₂. Верхний край г наружной оболочки огибает придонную часть оболочки 2. Опорная поверхность баллона выполнена в виде кольцевого выступа в периферийной части дна баллона.

П р и м е р конкретного выполнения способа изготовления баллона для сжатого и сжиженного газа. Изготавливали наружную и внутреннюю оболочки холодной штамповкой. При этом до окончательного оформления донной части изготовление шло по общей для обеих оболочек технологии. При штамповке донной части наружной оболочки получали в центральной части дна углубление со стороны наружной поверхности дна и соответствующую выпуклость в виде полого усеченного конуса, размещенную во внутренней полости полуфабриката. После последней операции холодной штамповки в углублении нарезали резьбу, окончательно получая горловину баллона. Изготовленные оболочки вставляли одна в другую с образованием натяга между ними. Открытый край наружной оболочки прокатывают до соприкосновения с донной частью наружной оболочки и загибающего края на кольцевой выступ по периферии дна.

Таким образом, изготавливали баллон объемом 3 л для огнетушителя, заполненного жидкостью, состоящей из смеси хладона, бромистого этила и жидкой двуокиси углерода. Рабочее давление в баллоне 1,7 МПа (17 кгс/мм²). Оболочки баллона имели стенку толщиной, изменяющейся от 0,45 мм у открытого края до 0,55 мм в месте сопряжения донной части со стенкой. После сборки стенки баллона образовывали натяг, изменяющийся по величине от 0,1 мм вверху баллона до нуля в месте сопряжения донной части со стенкой баллона. Толщину стенки оболочки в самом тонком месте определяли из условия прочности от разрушения меридиональными силами, возникающими от внутреннего давления в баллоне. Эти силы в два раза меньше тангенциальных, на которые должна быть рассчитана стенка баллона.

В горловине баллона нарезали коническую резьбу К³/4 по ГОСТ 6111. Дно баллона имело толщину 2 см в центре и плавно увеличивалось к краям. Опорная поверхность была выполнена в виде кольца с наружным диаметром 92 мм и внутренним диаметром 88 мм при наружном диаметре баллона 100 мм.

Испытания баллона до разрушения показали, что он выдерживает нагрузку, превышающую рабочую в 3,5 раза.

Таким образом, конкретные примеры выполнения устройства и способа позволяют сделать вывод о возможности осуществления изобретения.