СТАЛЬНОЙ БАЛЛОН МАЛОГО ОБЪЕМА ДЛЯ ГАЗА

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к производству стальных баллонов для газа высокого давления, выполненных из электросварных трубных заготовок.
Основные параметры, технические требования и методы испытаний регламентируются действующими на территории РФ Федеральными нормами и правилами в области промышленной безопасности "Правила промышленной безопасности в опасных производственных объектов, на которых используется оборудование работающее под избыточным давлением", утвержденных приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 25.03.14 №116 и Техническим регламентом таможенного союза «О безопасности оборудования, работающего под избыточным давлением» (TP ТС 032/2013).
2
Известен баллон, работающий под давлением от 100 до 200 кгс/см (патент РФ №104875, МПК B21D 51/24, опубл. 27.05.2011 г.) Вместимость баллона от 7 л до 30 л, он содержит корпус из бесшовной горячедеформированной трубной заготовки из углеродистой стали, сформирован с глухим днищем и горловиной методом закатки разогретых концов. Корпус имеет номинальный наружный диаметр 159 мм с толщина стенки от 4,5 до 6,5 мм, а отношение длины корпуса к его диаметру находится в пределах от 3.2 до 11,5
К недостаткам известного баллона относятся ограничения, связанные с использованием заготовок только из бесшовной горячедеформированной трубы одного типоразмера (диаметр трубной заготовки 159 мм).
Известен стальной баллон для газа высокого давления (патент РФ №124893, МПК B21D 51/24, опубл. 20.02.2013 г.), содержит корпус из бесшовной горячедеформированной трубной заготовки из углеродистой стали, который сформирован с глухим днищем и горловиной методом закатки разогретых концов. Корпус баллона малого объема выполнен из заготовок диаметром 127 мм, или 133 мм при толщине стенок 4-5 мм, а корпус баллона малого или среднего объема диаметром 162 мм при толщине стенок 5-6 мм. Оптимальная прочность обеспечивается при соотношении длины корпуса к его диаметру в пределах от 2,2 до 11,1. Данный баллон может быть изготовлен из бесшовной горячедеформированной трубы с расширенным диапазоном диаметров трубных заготовок (127 мм, 133 мм, 162 мм).
Однако к недостаткам известного стального баллона для газа высокого давления относится ограничение, связанное с использованием заготовок только из бесшовной горячедеформированной трубы.
Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков и достигаемому результату к заявленной полезной модели является полезная модель по патенту №124893, которая выбрана в качестве прототипа.
Задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель - это возможность производства стальных баллонов для газа высокого давления из электросварной трубной заготовки при сохранении на регламентируемом уровне физико-механических показателей.
Технический результат от использования предлагаемой полезной модели заключается в обеспечении необходимого уровня физико-механических показателей стальных баллонов для газа высокого давления, изготовленных из бесшовной горячедеформированной трубной заготовки.
Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что стальной баллон для газа высокого давления, содержащий корпус, имеющий номинальный наружный диаметр 133 мм, толщину стенки 4-5 мм, глухое днище и горловину, выполненный из электросварной трубной заготовки с формированием ее разогретых концов методом закатки, при этом отношение длины корпуса к наружному диаметру находятся в пределах от 2,7 до 7,7.
Наилучшие физико-механические результаты достигаются при отношении длины корпуса к наружному диаметру в пределах от 2,7 до 7,7.
Изготовление стальных баллонов для газа высокого давления производится следующим образом.
Производят обрезку трубной заготовки (1) электросварной трубы с номинальным D и толщиной стенки S. Конец трубной заготовки (1), вращая вокруг ее оси, нагревают до необходимой температуры (+1000-+1300°С). Затем закрепляют трубную заготовку(1) в приспособлении, которое обеспечивает ее вращение, и подводят к нагретому концу корпуса (2), инструмент, формируют выпуклое днище (4).
В зависимости от конструкции баллона для формирования плоского (глухого) днища (4), его поджимают при помощи придавки. После этого производят нагрев второго конца трубной заготовки и формирование горловины (3) баллона.
После операции формирования днища (4) и горловины (3) баллон поступает на участок механической обработки, где производится рассверливание и зенкеровка горловины, а также нарезка резьбы для присоединения запорной арматуры.
В изготовлении баллонов измеряют массу и вместимость.
Вместимость баллона определяют измерение объема воды, необходимого для его заполнения. Измерение производить с помощью мерной посуды по ГОСТ 1770 (предел измерений 0…15 литров), погрешность измерений 0,01 л). Допускается определять объем корпуса другими способами, обеспечивающими необходимую точность.
Гидравлические испытания баллонов производили на гидравлическом стенде, аттестованном в установленном порядке, нагружением пробным давление, равным 1,5 * Рраб., контролируемом двумя манометрами (один контрольный), установленными на нагнетательном магистральным трубопроводе.
Скорость нарастания давления должна быть не более 1,0 МПа/с. После выдержки при пробном давлении в течение 1 мин давление сбрасывали до рабочего и производили осмотр корпуса. Течи, потения и деформации корпусов не допускается.
Испытания на герметичность баллонов производили после гидравлических испытаний пробным давлением на пневматическом стенде, аттестованным в установленным порядке. Баллон погружали в ванну с водой таким образом, чтобы над ним был столб воды не менее 20 мм, и нагружали пневматическим давлением Рраб. Время выдержки баллонов под давлением не менее 1 минуты. Баллон считается выдержавшим испытания, если не обнаружено выделения пузырьков на его поверхности.
Результаты испытаний стальных баллонов для газов высокого давления, полученных из электросварной трубной заготовки и баллона по прототипу, представлены в таблице 1.
2
Рабочее давление во всех представленных примерах составляло 150 кгс/см.
На баллонах, изготовленных в соответствии с ГОСТ 949, и на баллонах, изготовленных в соответствии с патентом №124893, характер разрыва представлял трещину на цилиндрической части баллона. На предлагаемых баллонах характер разрыва представлял аналогичную трещину на цилиндрической части баллона на расстоянии не менее 50 мм от сварного шва.
Результаты испытаний подтверждают достижение необходимого уровня физико-механических показателей баллонов, изготовленных из электросварных трубных заготовок с наружным диаметром 133 мм при толщине стенки трубной заготовки 4-5 мм.
Анализ полученных результатов подтверждает возможность использования электросварной трубной заготовки при производстве стальных баллонов для газов высокого давления. При этом наблюдается сохранение прочностных характеристик стальных баллонов для газа высокого давления, о чем свидетельствует высокий коэффициент запаса прочности баллонов (в пределах от 2,6 до 2,5), выполненных из электросварной трубной заготовки, при этом сварной шов заготовки не является слабым местом.
Результаты испытаний подтверждают, что предлагаемая полезная модель направлена на решение поставленной задачи и при использовании обеспечит достижение указанного технического результата.
Таким образом, предлагаемое устройство соответствует всем критериям охраноспособности по действующему законодательству.
Испытания на герметичность баллонов производили после гидравлических испытаний пробным давлением на пневматическом стенде, аттестованным в установленным порядке. Баллон погружали в ванну с водой таким образом, чтобы над ним был столб воды не менее 20 мм, и нагружали пневматическим давлением Рраб. Время выдержки баллонов под давлением не менее 1 минуты. Баллон считается выдержавшим испытания, если не обнаружено выделения пузырьков на его поверхности.
Результаты гидравлических испытаний и испытаний на герметичность предлагаемых баллонов для газов, полученных из электросварной трубной заготовки, показали, что 100% изготовленных баллонов выдержали эти испытания.
В таблице 1 для сравнения представлены номинальные характеристики предлагаемых баллонов, баллона по ГОСТу и баллона по прототипу.
Результаты испытаний подтверждают достижение необходимого уровня прочностных показателей баллонов, изготовленных из электросварных трубных заготовок с наружным диаметром 114 мм и 133 мм при толщине стенки трубной заготовки 4-5 мм, что приведено в таблице 2.
Анализ полученных результатов подтверждает возможность использования электросварной трубной заготовки при производстве баллонов для газов малого объема. При этом наблюдается сохранение прочностных характеристик баллонов, выполненных из электросварной трубной заготовки, о чем свидетельствует высокий коэффициент запаса прочности в пределах от 2,6 до 2,5 (по регламенту -2,4), при этом сварной шов заготовки не является слабым местом. При отклонении от параметров, заявленных в формуле, уровень физико-механических показателей заметно снижается, что отрицательно сказывается на коэффициенте запаса прочности для баллонов, выполненных из электросварных трубных заготовок.
Результаты испытаний подтверждают, что предлагаемая полезная модель направлена на решение поставленной задачи и при использовании обеспечивает достижение указанного технического результата.