БАЛЛОН, РАБОТАЮЩИЙ ПОД ДАВЛЕНИЕМ

Полезная модель относится к области производства сосудов высокого давления, а именно баллонов, работающих под давлением, и может найти применение при их разработке, производстве и вводе в эксплуатацию.
7
Известен огнетушитель, представляющий собой работающий под давлением баллон, содержащий сосуд с огнетушащим составом, присоединенный к горловине сосуда запорный клапан (один из видов запорно-присоединительной арматуры) и уплотнительное устройство, выполненное в виде резьбового соединения с использованием конической резьбы [Описание изобретения к патенту РФ №2188683, МПКА 62 С 13/62, опубл. 10.09.2002, Бюл. №25].
Достоинством конической резьбы является надежность стопорения соединяемых деталей и их герметизация. При сборке конического соединения часть витков резьбы, как правило, одной из соединяемых деталей деформируется, обеспечивая герметизацию соединения. Использование конической резьбы в конструкции, например, огнетушителя предъявляет повышенные требования к оборудованию для нарезания резьбы и качеству выполнения резьбы на соединяемых деталях. Кроме этого, использование конического резьбового соединения предполагает наличие массивных деталей, устойчивых к противодействию усилию деформации, возникающему при затяжке конического резьбового соединения в процессе сборки, при этом не исключено, что в резьбовом соединении, в месте контакта установятся межмолекулярные связи, известные как диффузионная сварка, делающая невозможной последующую разборку баллона.
Известен работающий под давлением баллон, содержащий сосуд с горловиной и присоединенный к горловине сосуда при помощи конической резьбы запорный клапан, при этом резьбовое соединение уплотнено с использованием ленты ФУМ (фторопластовый уплотнительный материал) [Рекламный проспект фирмы «Aquaflam international», Бельгия, 2002, Каталог №3].
Лента ФУМ обеспечивает герметизацию резьбового конического соединения, однако, материал ленты - фторопласт, - отличается очень низким коэффициентом трения. Это означает, что при эксплуатации баллона не исключена вероятность самопроизвольного отвинчивания запорного клапана из горловины. На практике это
выглядит как легкая, вплоть до ручной, разборка резьбового соединения. Именно по этой причине ленту ФУМ используют преимущественно для герметизации цилиндрической резьбы, где отсутствует влияние расклинивающего эффекта конической резьбы, способствующего этому отвинчиванию.
Также известны технические решения, где для уплотнения конической резьбы используется свинцовый глет (в некоторых случаях - свинцовый сурик), при этом в зависимости от размера резьбы нормируется момент ее затяжки, необходимый для контролируемого смятия витков детали, изготовленной из более пластичного материала [Газобаллонные автомобили: Справочник/А.И.Морев, В.И.Ерохов, Б.А.Бекетов и др. - М.: Транспорт, 1992, с.62 и с.126].
Следует отметить, что использование лакокрасочных материалов, изначально предназначенных для получения покрытий, в качестве уплотнителя резьбы является нецелевым. Тем более что лакокрасочные материалы при высыхании значительно уменьшаются в объеме, что не гарантирует герметичность соединения. Именно по этой причине при сборке резьбы на краску смазываются практически все витки, или подматывается материал типа пакли. Использование таких технологий уплотнения, не гарантируя их качество, существенно сдерживает производительность труда при сборке баллонов.
P
Известна конструкция работающего под давлением до 19,6 мПа баллона, который включает металлический корпус (сосуд) с резьбовой горловиной и вентиль (один из видов запорно-присоединительной арматуры) с резьбовым участком для присоединения к горловине, при этом резьбовое соединение выполнено с конической резьбой и должно быть снабжено уплотнителем [ГОСТ 949-73, Баллоны стальные малого и среднего объема для газов, рассчитанных на давление Р<19,6 МПа].
Использование конического резьбового соединения в конструкции изделия, как указывалось выше, предъявляет повышенные требования к оборудованию для нарезания резьбы и качеству выполнения резьбы на соединяемых деталях. Кроме этого, при сборке возможна перетяжка резьбового соединения, что в некоторых случаях может привести к поломке тонкостенной горловины или горловины алюминиевого баллона, например, непосредственно при сборке или, что значительно хуже, у потребителя, при случайном соударении с другими предметами, например, в салоне движущегося автомобиля. Дополнительно, при затяжке конического резьбового соединения в процессе сборки возможна поломка вентиля в месте нарезки резьбы.
Задача, решаемая полезной моделью и достигаемый технический результат, заключаются в снижении трудоемкости изготовления работающих под давлением баллонов, повышении производительности сборки и надежности герметизации и стопорения резьбовых соединений горловины с запорно-присоединительной арматурой, а также повышении безопасности эксплуатации баллонного оборудования.
Полезная модель иллюстрируется чертежом, где:
- на фиг.1 показан общий вид металлического баллона с горловиной, снабженной конической резьбой;
- на фиг.2 - общий вид присоединительного участка запорно-присоединительной арматуры с конической резьбой (без конкретизации) для ввинчивания в горловину баллона;
- на фиг.3 изображен общий вид соединения резьбовой конической горловины баллона с коническим резьбовым участком запорно-присоединительной арматуры с полимерной композицией в спиральном зазоре между витками их резьбы - на примере углекислотного огнетушителя (как частного случая), показанного тонкими линиями;
- на фиг.4 показана позиция А фиг.3 - увеличенное изображение зазора между витками конической резьбы.

Баллон, работающий под давлением включает металлический сосуд 1 с резьбовой горловиной 2 и запорно-присоединительную арматуру 3 с резьбовым участком 4 для присоединения к горловине 2, при этом резьбовое соединение выполнено с конической резьбой и снабжено уплотнителем 5, который выполнен в виде полимерной композиции (та же поз.5) и расположен в спиральном зазоре 6 между витками 7 резьбы горловины 2 и ответными витками 8 резьбового участка 4 запорно-присоединительной арматуры с образованием клеевого соединения. Полимерная композиция выполнена с использованием однокомпонентного жидкого или гелеобразного или какого-либо другого анаэробного клея 9, выпускаемого отечественной промышленностью (например, см. каталог Составы анаэробные уплотняющие (герметики). Клеи акриловые. ФГУП «НИИ полимеров», Дзержинск, 1999) или его зарубежных аналогов, распространяемых под торговой маркой LOCTITE, AGA и др.
Следует отметить, что в полезной модели речь идет о конических резьбовых соединениях с метрическим профилем, включая комбинацию наружной конической и внутренней цилиндрической резьбы, а также конической дюймовой резьбы и трубной
конической резьбы.
Принципиальными отличиями конической резьбы от, например, резьбы цилиндрической является то, что, в случае с цилиндрической резьбой при ее уплотнении речь идет о некой упругой детали (например, резиновом кольце), специальном посадочном месте под него и определенном моменте затяжки резьбового соединения, необходимом для деформации упругой детали. При затяжке цилиндрического резьбового соединения возможна поломка резьбового участка запорно-присоединительной арматуры - его отрыв. В случае с конической резьбой - речь идет об уплотнении за счет конструктивных особенностей конической резьбы и увеличенном моменте затяжки резьбы, необходимом для деформации ее витков. При затяжке конического резьбового соединения происходит деформация витков резьбы, и возможна поломка тонкостенной горловины или горловины, изготовленной, например, из алюминиевого сплава, поскольку коническая поверхность работает как клин. Именно по этой причине в некоторых странах, например, США на баллонах из алюминиевых сплавов конические резьбовые соединения, несмотря на герметизирующие свойства, но способствующие появлению производственного брака, не применяются.
Использование для сборки и уплотнения конического соединения жидкого анаэробного герметика, который наносят на резьбовой участок 4 запорно-присоединительной арматуры 3 со стороны ее торца 10, позволяет уйти от уплотняющих устройств (например, ФУМ-ленты) и исключает усилие от крутящего момента затяжки, способное разорвать горловину баллона или вывести из строя запорную арматуру или баллон за счет срыва резьб на них.
6
В патентной литературе имеется информация по использованию самоотверждающихся клеевых композиций при ремонте запорной трубопроводной арматуры [см., например, описание изобретения к патенту РФ №2122671, МПК F 16 К 3/14, опубл. 27.11.1998, Бюл. №33]. Однако, в этих случаях клеевые композиции используются лишь для фиксации нарезанных резьб в изношенных клиновых задвижках. Для герметизации полученных соединений используют упругодеформируемые элементы, расположенные между кольцевыми радиальными выступами седел и ответными поверхностями корпуса. Об использовании клеевых композиций для смазки собираемых деталей в данном техническом решении не говорится.
Рассмотрим характерный случай конструкции работающего под давлением
баллона на примере углекислотного огнетушителя.
Заранее подготовленные металлический сосуд 1 с коническим резьбовым отверстием 11 и запорно-присоединительная арматура 3, функцию которой выполняет запорно-пусковое устройство 12 углекислотного огнетушителя, с коническим резьбовым присоединительным участком 4 поступают на сборку. В запорно-пусковое устройство 12 вворачивается сифонная трубка 13.
Следует отметить, что сифонная трубка 13 может быть ввернута в запорно-пусковое устройство 12 как до, так и после нанесения порции клея 9, который, как упоминалось выше, наносят на резьбовой участок 4 запорно-присоединительной арматуры 3 со стороны ее торца 10.
Далее, запорно-пусковое устройство 12 с сифонной трубкой 13 своей резьбовой частью 4 вворачивается, например, от руки в горловину 2 сосуда 1 - до упора. Запорно-пусковое устройство 12 рекомендуется вворачивать до упора, что будет являться лишним подтверждением стабильного качества сборки конического соединения. Однокомпонентный, как правило, жидкий анаэробный клей 9 за счет механического вытеснения и за счет капиллярных свойств растекается в зазоре 6 между витками 7 резьбы горловины 2 металлического сосуда 1 и ответными витками 8 резьбового участка 4 запорно-пускового устройства 12, заполняя тем самым тот объем зазора, который равен объему использованного жидкого клея 9. В случае, если часть клея 9 попадет за установленные пределы соединения, например, за торец 10 резьбового участка 4 запорно-пускового устройства 12, то, благодаря свойствам анаэробных клеев его излишки просочатся (стекут) без последующей полимеризации. По истечении технологически установленного времени в зазоре 6 при отсутствии кислорода воздуха и при содействии ионов металла происходит полимеризация клея с образованием неразъемного соединения с функцией уплотнения - обозначено на фиг.4 позицией 5. Таким образом, достигается надежная герметизация резьбового соединения и надежная фиксация резьбового участка 4 запорно-пускового устройства 12 в горловине 2 сосуда 1.
Собранный огнетушитель заправляется в соответствии с техпроцессом, проверяется на герметичность и поступает на склад для дальнейшей реализации.
Для разборки огнетушителя необходимо сбросить давление, например, путем слива огнетушащего состава, спуска сжатого газа каким-либо другим способом и т.д. Запорно-пусковое устройство 12 выворачивается из горловины 2 сосуда 1 с усилием,
необходимым для механического разрушения клеевого соединения. Может оказаться, что прочность клеевого соединения превосходит механическую прочность горловины 2 или резьбового участка 4 запорно-пускового устройства 12. В этом случае горловина 2 сосуда 1 нагревается до температуры, при которой происходит разрушение межмолекулярных взаимодействий клеевого соединения 5, после чего запорно-пусковое устройство 12 выворачивается из горловины 2 без особых усилий.
Получается надежное соединение, превосходящее по механическим и эксплуатационным характеристикам известные аналоги.
Данный пример может быть распространен и на другие типовые конструкции работающих под давлением баллонов, таких, например, как газовые аккумуляторы (ресиверы), баллоны для транспортирования газов, баллоны для сжатых и сжиженных газов, использующихся в качестве моторного топлива на транспортных средствах, трубопроводы высокого давления и т.д. с поправкой на специфику конструкции.
Таким образом, использование полезной модели позволяет снизить трудоемкость изготовления работающих под давлением баллонов, повысить производительность сборки и надежность герметизации и стопорения резьбовых конических соединений горловины сосуда с запорно-присоединительной арматурой, а также повысить безопасность эксплуатации баллонного оборудования. Кроме этого, обеспечивается надежное коническое резьбовое соединение при использовании сосудов с тонкостенными горловинами, а также делается возможным применение сплавов из цветных металлов при изготовлении, как баллонов, так и запорно-присоединительной арматуры.