БАЛЛОН

Полезная модель относится к области обработки металлов давлением и резанием и может найти применение при разработке и производстве сосудов высокого давления, а именно баллонов для длительного хранения и транспортировки сжатых газов, преимущественно для изготовления порошковых огнетушителей.
Известен баллон высокого давления, состоящий из стакана с горловиной, отверстие которой допускает свободное прохождение втулки внутрь стакана и обратно. Такая втулка закрепляется на горловине с помощью кольцевого сварного шва, выполняющего одновременно роль крепежного и герметизирующего элемента конструкции (Р. Никольс. Конструирование и технология изготовления сосудов давления. М., Машиностроение, 1975, с.271).
Недостатком такой конструкции является то, что сварной шов является несущим, что требует применения методов неразрушающего контроля и в, случае малых габаритов сосуда, не допускает свободного размещения и использования элементов аппаратуры неразрушающего контроля. Кроме этого, проводятся испытания герметичности стыка. Все это увеличивает трудоемкость изготовления и стоимость баллона высокого давления.
Известен баллон высокого давления (полезная модель РФ №9770, МПК B21D 51/24, опубл. 16.05.1999), содержащий стакан с горловиной, внутренняя поверхность которой выполнена в виде поверхности второго порядка, скрепленную с ней втулку, боковая поверхность которой выполнена в виде поверхности второго порядка. Втулка в части, расположенной внутри баллона, снабжена утолщением. Утолщение выполнено кольцевым. Втулка скреплена с горловиной при помощи сварки. Сварное соединение выполнено кольцевым. Внутренняя поверхность горловины и поверхность утолщения на втулке, контактирующая с горловиной, могут быть выполнены в виде разных поверхностей второго порядка, одинаковых поверхностей второго порядка и конических поверхностей. Недостатком этой конструкции является низкая надежность и высокая стоимость изготовления при невысоком выходе готовой продукции.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности и достигаемому при использовании полезной модели техническому результату является баллон, включающий корпус с верхней горловиной и скрепленную с ней втулку с несколькими кольцевыми выступами, причем втулка завальцована в горловину и завальцовка обеспечивает фиксацию втулки относительно горловины и герметизацию соединения втулки с горловиной, (см. описание к патенту СССР N 1838712, МПК F17C 1/00, B21D 22/16, опубл. 30.08.93).
Недостатком такой конструкции является то, что указанная конструкция работоспособна при невысоких давлениях, коротких сроках эксплуатации с периодической проверкой герметичности соединения и не может быть использована как конструкция баллона высокого давления для длительного хранения газов или сжиженных газов.
Перед авторами стояла задача - создание надежной технологичной конструкции баллона высокого давления, позволяющей выпускать изделия с меньшей трудоемкостью изготовления за счет упрощения конструкции и применения современных технологий формообразования.
Задача, положенная в основу настоящей полезной модели, с достижением заявленного технического результата, решается тем, что в баллоне, включающем корпус с верхней горловиной и скрепленную с ней резьбовую втулку, корпус выполнен в виде двух стаканов, сопрягаемые поверхности которых скреплены телескопическим паяным соединением, а резьбовая втулка и горловина соединены с образованием уступа при помощи запрессовки с натягом.
Кроме того, один из стаканов имеет ступенчатую форму, а сопрягаемые поверхности перед спайкой соединены при помощи запрессовки с натягом.
Кроме того, между сопрягаемыми поверхностями стаканов размещена медная вставка, выполняющая роль припоя.
Кроме того, на донной части корпуса выполнено углубление или напрессована подкладная деталь.
Достигаемый технический результат заключается в повышении надежности и прочности соединения и снижении трудоемкости изготовления за счет упрощения конструкции и применения прогрессивных технологий формообразования.
Выполнение корпуса составным в виде двух стаканов, один из которых имеет ступенчатую форму, а сопрягаемые поверхности стаканов соединены при помощи запрессовки с натягом и спаяны, позволяет изготавливать баллон с применением прогрессивных технологий формообразования, например, глубокой вытяжки из листового материала.
В применяемых при изготовлении сварных конструкциях баллонов-аналогов при сварке тонкостенных оболочек из-за сложных процессов термической деформации на участках поверхности, расположенных около сварного шва, происходит утонение оболочки до 80% от номинального значения. В связи с этим для получения гарантированно прочной конструкции и компенсации утонения от сварки обычно закладывают толщины материалов на 20% больше требуемых.
При использовании телескопического паяного соединения утонения в пришовной области не возникают, что позволяет использовать более тонкие оболочки. Данное преимущество является решающим в материалоемких конструкциях.
Заявленные признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения указанного технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность получения указанного технического результата.
Особенности конструкции баллона и способа его изготовления описываются далее на основе представленных чертежей, где:
- на фиг.1 изображен общий вид баллона в разрезе;
- на фиг.2 представлена последовательность изготовления баллона.
Баллон включает стакан 1 с горловиной, опорный стакан 2 и резьбовую втулку 3, которая при помощи запрессовки с натягом соединена с горловиной стакана 1 с образованием уступа 4, который используется для закладки уплотнения при присоединении баллона к запорно-пусковому устройству (на фиг.1 не показаны).
Стакан 1 либо опорный стакан 2 на открытом конце имеет накатанную кромку (зиговку) 5 в виде ступеньки, а сопрягаемые поверхности стаканов механически соединены при помощи запрессовки с натягом и скреплены швом телескопического паяного соединения, получаемым путем индукционного нагрева медной вставки 6 (лента), которая при этом выполняет роль припоя.
В донной части опорного стакана 2 выполнено углубление 7 (подштамповка) или напрессована подкладная деталь 8.
В связи с тем, что баллон конструктивно выполнен из двух частей, каждую из которых можно изготовить с меньшими технологическими переходами из-за доступности их обработки, связанной с меньшей протяженностью частей, в целом общая стоимость производства баллона большого давления значительно сокращается
Работа баллона осуществляется следующим образом.
Газ, хранящийся в баллоне под давлением, действует на внутреннюю поверхность баллона во всех направлениях одинаково. В связи с тем, что стакан 2 соединен со стаканом 1 телескопическим паяным соединением, что не только исключает утонение материала в пришовной зоне, но и создает дополнительное ребро жесткости за счет утолщения в результате нахлеста поверхностей, надежность готового изделия значительно повышается наряду со снижением себестоимости изготовления за счет сокращения количества деталей и применения современного оборудования и технологий.
На опытном производстве заявителей разработана технологическая документация заявляемого баллона, проведены испытания на прочность и герметичность, которые подтвердили его преимущества по сравнению с известными, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию патентоспособности «промышленная применимость». Баллон накачивался водой и сохранял свою герметичность до 65 атм. После достижения 65 атм. произошла разгерметизация по стыку верхнего стакана и вставленной резьбовой детали, причем баллон не потерял своей целостности, не произошло взрыва, произошло лишь стравливание давления через образовавшуюся щель. Таким образом, можно сделать вывод, что стык верхнего стакана и резьбовой детали выполняет роль предохранительного клапана, т.е при превышении давления выше разрывного, происходит медленное стравливание давления без взрыва.
Пример. Изготовлялся баллон 2.4 литра с габаритными размерами: ⌀ 110 мм, высота - 280 мм. Из тонколистовой стали марки 08Ю ГОСТ 9045-93 толщиной 0,8 мм вырубают круг. Затем производится его свертка и вытяжка для образования заготовки требуемой геометрии. Далее производят обрубку технологической юбки и выполняют подштамповку 7 для нижней части баллона, а для верхней части производят обрубку юбки и отбортовку горловой части. Затем в горловую часть верхней части баллона впрессовывают с натягом 0,2 мм резьбовую вставку, которую вырубают в виде шайбы со срезанными сегментами, затем выполняют отбортовку центрального отверстия для образования цилиндрической части и полученную деталь устанавливают в резьбонарезной станок и производят нарезку резьбы, причем повороту детали препятствуют лыски в виде срезанных сегментов.
После чего на нижней части верхнего стакана накатывают зиговку. Затем на зиговку напрессовывается нижний стакан, при этом между сопрягаемыми поверхностями вставляется медная лента, после чего происходит индукционный нагрев шва до температуры плавления меди, в результате чего происходит спайка двух стаканов. Затем баллон проходит технологические испытания и покрывается защитно-декоративным покрытием путем окраски.
Из описания сущности и примера предлагаемого технического решения видно, что совокупность признаков, характеризующих это решение, не встречается у выявленных аналогов и прототипа. Исходя из этого, можно сделать вывод о том, что данное решение соответствует критерию патентоспособности ″новизна″.
Предложенная конструкция баллона дает возможность повысить надежность, долговечность и технологичность, уменьшить количество операций и технологического оборудования и использовать стандартный профильный металлопрокат при изготовлении баллонов высокого давления в условиях серийного производства, уменьшить трудоемкость изготовления и контроля, сократить расходы материалов, не снижая качества изделия.