КАРТРИДЖ ДЛЯ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
CARTRIDGE FOR FLUID MEDIUM UNDER PRESSURE

Данное изобретение относится к картриджу для текучей среды под давлением.
Текучие среды под давлением, такие как сжиженный нефтяной газ, например бутан, можно помещать в емкости типа картриджей. Картриджи подсоединяют к устройствам самого разного типа - нагревателям, осветительным и паяльным лампам и т.д., то есть устройствам, для работы которых требуется газ, хранящийся в этих картриджах.
Как правило, картридж состоит из металлического корпуса с цилиндрической стенкой, имеющего на своем нижнем конце закрытое дном отверстие. Дно имеет вогнутую форму и крепится к корпусу посредством обжатия.
Выпуск текучей среды (обычно, горючего газа) из картриджа можно осуществлять двумя следующими способами:
- используя перфорируемый картридж, т.е. картридж, корпус которого полностью закрыт, но имеет в своей верхней части участок перфорации, пробиваемый специальным перфоратором, входящим в состав соответствующего устройства, для выпуска текучей среды из картриджа;
- используя клапанный картридж, т.е. картридж, в верхнюю часть которого встроен газовыпускной клапан. Картриджи такого типа безопаснее перфорируемых картриджей.
Картриджи упомянутых типов различаются по диаметру, вследствие чего устройство, предназначенное для перфорируемого картриджа, нельзя использовать с картриджем клапанного типа и наоборот.
Однако при создании новых картриджей экономически выгодно повторно использовать уже имеющиеся элементы, поскольку в этом случае нет необходимости изготавливать новое оборудование.
В частности, при создании клапанного картриджа целесообразно использовать дно перфорируемого картриджа. Дело в том, что перфорируемые картриджи изготавливаются ежегодно миллионными партиями, и оборудование для их производства значительно амортизировано.
Однако при повторном использовании дна перфорируемого картриджа в отношении клапанного картриджа возникают трудности, связанные с тем, что клапанный картридж имеет диаметр, отличный от диаметра перфорируемого картриджа. Такое различие в диаметрах обеспечивает несовместимость с устройствами, рассчитанными на работу с перфорируемыми картриджами.
На практике перфорируемый картридж имеет диаметр, равный 86 миллиметрам, тогда как клапанный картридж такой же емкости должен иметь корпус диаметром более 91 миллиметра с тем, чтобы его нельзя было совместить с существующими на рынке в настоящее время устройствами, рассчитанными на работу с перфорируемыми картриджами.
Таким образом, для того чтобы с корпусом можно было использовать ранее существующее дно, диаметр которого меньше диаметра корпуса, необходимо, чтобы этот корпус имел стенку переменной формы, за счет чего его можно будет соединить с этим дном. Использование же корпуса с цилиндрическим сечением представляется невозможным.
Уменьшение диаметра корпуса с целью адаптации к уже существующему дну может негативно влиять на способность картриджа выдерживать давления текучей среды. Иначе говоря, изменение диаметра корпуса может вызвать возникновение таких концентраций напряжений, которые при определенных условиях могут привести к недопустимым деформациям картриджа.
Следовательно, одной из задач изобретения является создание картриджа для хранения текучей среды под давлением, который имел бы меньший диаметр и при этом обладал хорошими показателями сопротивления давлению.
Основным предметом данного изобретения является картридж для текучей среды под давлением, содержащий:
- корпус, имеющий цилиндрическую часть с диаметром D от 75 мм до 110 мм, поверх одного конца которой размещается купольная часть, а на другом конце имеется круглое отверстие,
- и дно с диаметром d от 70 мм до 90 мм, который меньше диаметра D, закрывающее указанное отверстие корпуса, причем дно имеет вогнутость, направленную внутрь корпуса, а соединение между дном и корпусом осуществлено посредством кольцевого шва,
характеризующийся тем, что корпус в своей части, расположенный вблизи указанного отверстия, имеет соединительную зону А, содержащую:
- концевой цилиндрический участок с высотой h и диаметром, равным диаметру дна,
- усеченно-конический участок, соединяющий концевой цилиндрический участок с цилиндрическим корпусом,
причем усеченно-конический участок образует с концевым цилиндрическим участком угол α величиной от 10 до 30°, а высота h концевого цилиндрического участка составляет от 3 до 10 миллиметров.
Благодаря особой конфигурации этой соединительной зоны уменьшение диаметра корпуса с целью обеспечения возможности соединения с дном меньшего диаметра достигается без формирования зон концентрации напряжений.
В соответствии с другими признаками предлагаемого картриджа,
- радиус R1 соединения усеченно-конического участка с цилиндрической частью составляет от 2 до 20 миллиметров,
- радиус R2 соединения усеченно-конического участка с концевым цилиндрическим участком составляет от 2 до 20 миллиметров.
В предпочтительном случае угол α имеет величину от 12 до 18°.
В частности, угол α выбирается равным 15° - это значение представляет собой удачный компромисс между минимизацией пиков напряжений и слишком большой высотой усеченно-конического участка.
В соответствии с другим конструктивным исполнением картриджа дно имеет цилиндрическую часть, примыкающую к концевому цилиндрическому участку корпуса, что позволяет получить жесткую зону.
В предпочтительном случае концевой цилиндрический участок h имеет высоту 5 миллиметров.
В предпочтительном случае радиус R1 соединения приблизительно равен 10 миллиметрам, и радиус R2 соединения приблизительно равен 10 миллиметрам.
Далее заявленный картридж описан более подробно на примере иллюстративного варианта выполнения, который не ограничивает объем правовой охраны изобретения и раскрыт со ссылкой на приложенные чертежи.
Фиг.1 изображает заявленный картридж в осевом сечении.
Фиг.2 в увеличенном масштабе изображает часть картриджа, расположенную в его основании.
Как следует из фиг.1, картридж 1 содержит два основных элемента, а именно корпус 2 и дно 3.
Корпус отформован из металлического листа. Он имеет цилиндрическую часть 2а, поверх которой размещается купольная часть 2b.
В купольной части 2b установлен клапан 8, выполненный с возможностью взаимодействия с соответствующим устройством, использующим содержащуюся в картридже текучую среду. Этот клапан закреплен на корпусе посредством отбортовки.
Дно 3 образовано вогнутой металлической чашей, закрывающей корпус.
Дно 3 прикреплено к корпусу 2 посредством обжатия.
Как наглядно показано на фиг.2, корпус выполнен с кольцевым крюком 5, а дно 3 имеет кольцевой изгиб 6, продолжающийся кольцевым крюком 7. Кольцевые крюки 5 и 7 корпуса 2 и дна 3 вставлены друг в друга с обеспечением механического соединения этих элементов.
Особенность предложенного картриджа заключается в том, что диаметр дна меньше диаметра цилиндрической части корпуса.
Поэтому корпус имеет соединительную зону А.
Первое, что следует отметить, - это то, что соединительная зона А расположена рядом с имеющимся в корпусе 2 отверстием. Благодаря такому исполнению становится возможным использовать инструменты, предназначенные для размещения вблизи указанного отверстия, т.е. в зоне, обеспечивающей оптимальный доступ инструментам для сколачивания.
Второе, на что надо обратить внимание, - это то, что в силу раскрытых ниже причин соединительной зоне А придан особый профиль.
Соединительная зона содержит следующие участки:
- концевой цилиндрический участок 2с с диаметром, равным диаметру дна; этот концевой цилиндрический участок имеет высоту h;
- усеченно-конический участок 2d, соединяющий концевой цилиндрический участок 2с и цилиндрическую часть корпуса.
Здесь следует напомнить о том, что картридж предназначен для хранения текучей среды, давление которой превышает атмосферное. Текучая среда находится в картридже в виде газовой фазы и жидкой фазы.
Следует иметь в виду, что перед взрывом газовый картридж подвергается перманентной механической деформации, обусловленной ростом давления газа. Эта деформация вызывает выворачивание дна, то есть изменение его вогнутости, что позволяет увеличить внутренний объем картриджа с сохранением при этом его герметичности.
Соединительная зона предлагаемого картриджа выполнена таким образом, что уменьшение диаметра не приводит к ухудшению функционирования картриджа, хотя область изменения сечения образует зону концентрации напряжений.
Это обусловлено тем, что высота h концевого цилиндрического участка составляет от 3 до 10 миллиметров, вследствие чего дно 3 имеет цилиндрический участок 3а, прилегающий непосредственно к концевому цилиндрическому участку 2с корпуса 2.
Кроме этого, угол, который усеченно-конический участок образует с концевым цилиндрическим участком, должен составлять от 10 до 30°. Этот достаточно острый угол позволяет свести к минимуму формирование пиков напряжений, возникающих в зоне перегиба, обусловленного изменением диаметра.
В предпочтительном случае угол α составляет от 12 до 18°. Это дает вполне приемлемый компромисс между минимизацией пиков напряжений и слишком большой высотой усеченно-конического участка, которую трудно обеспечить в производственных условиях. В качестве наиболее предпочтительной величины угла α можно принять 15°.
Радиусы R1 и R2 соответственно соединения усеченно-конического участка 2d с цилиндрической частью 2а корпуса и усеченно-конического участка с концевым цилиндрическим участком составляют от 2 до 20 миллиметров. Предпочтительное значение этих радиусов примерно 10 миллиметров.
Таким образом, можно видеть, что все параметры, определяющие соединительную зону, способствуют формированию области, в которой концентрации напряжений сведены к минимуму.
Помимо преимущества, заключающегося в возможности использования существующего ранее дна, диаметр которого меньше диаметра корпуса, можно упомянуть о еще одном достоинстве предлагаемого картриджа. Оно состоит в том, что зона обжатия, формирующая буртик, радиально находится в пределах диаметра корпуса.
Благодаря этому картриджи, выполненные согласно настоящему изобретению, можно хранить прижатыми друг к другу, и при этом указанные зоны обжатия не будут задевать друг друга.