Спосіб виготовлення балонів і сімейство балонів, які працюють під тиском від 100 до 200 кгс/см2

 

Винаходу відносяться до галузі машинобудування, а саме до виробництва балонів високого тиску, призначених для зберігання і перевезення стиснених і зріджених газів для технологічних, медичних або харчових цілей, а також для зберігання вуглекислоти у вогнегасниках і хладонів в системах пожежогасіння і т.д.

Відомі сталеві балони для газів місткістю від 0,4 до 50 літрів на робочий тиск до 100-200 кгс/см2, виготовляються з безшовних гарячедеформованих труб. Нормативним документом, що регламентує основні параметри, технічні вимоги і методи випробувань таких балонів в РФ, є діючий ГОСТ 949 «Балони сталеві малого і середнього об'єму для газів на Рр≤19,6 МПа (200 кгс/см2). Технічні умови».

Згідно ГОСТ 949 балони діляться на балони малого об'єму - до 12 л (найбільш поширений для технічних газів балон місткістю 10 л) і середнього об'єму - від 20 до 50 л (найбільш поширений для технічних газів балон місткістю 40 л).

Відома і широко застосовується технологія масового виготовлення таких балонів методом закачування розігрітих ділянок відповідної довжини на кінцях заготовки з безшовної горячедеформированной�а з горловиною на іншому.

Зокрема, відомий спосіб виготовлення балонів, який застосовується при виготовленні балонів діаметром 219 мм, включає закатку днища, закатку герметичній горловини, механічну обробку горловини з утворенням в ній отвори, термообробку балона і очищення внутрішньої поверхні днища, циліндричної частини і горловини балона, причому з метою підвищення продуктивності і якості виробів, спочатку здійснюють закатку горловини, потім проводять очищення горловини і циліндричної частини внутрішньої поверхні балона, далі закочують днище, термообробці балон, після чого виконують механічну обробку горловини з утворенням в ній отвору і очищення внутрішньої поверхні днища [Опис винаходу до а.с. СРСР №1712029 від 09.11.1989, МПК B21D 22/16, B21D 51/54, опубл. 15.02.1992].

В даній технології наводяться основні операції з виготовлення балонів з труби номінальним діаметром 219 мм з номінальною товщиною стінки 6, 5 мм місткістю 50 літрів (у відповідності з ГОСТ 949).

Виготовлення балонів з труб іншого діаметра і товщини вимагатиме врахування особливостей розмірів труби, зокрема по довжині нагріваються кінців труби, спеціальної оснастки для нагріву конкретної �тая можливість виготовлення балонів різною (але тільки в певних межах, наприклад, для вищезгаданої труби діаметром 219 - від 20 до 50 літрів) місткості шляхом зміни довжини заготовки, тому балони з труб конкретного номінального зовнішнього діаметра виготовляються типорозмір ним поруч (далі сімейством) з деяким певним діапазоном місткостей.

Світовий досвід показує, що широке реквізит ряд місткостей балонів, зокрема, від 1 до 50 літрів не може бути покритий балонами, представленими тільки одним номінальним діаметром труби.

Для виготовлення балонів місткістю від 1 до 50 літрів по технології закачування розігрітих решт трубної заготовки застосовуються труби різного номінального діаметра, таким чином, що сімейство балонів, що виготовляється закачуванням труб конкретного номінального діаметра, покриває певний діапазон місткостей, після чого інше сімейство, що виготовляється з труб іншого, наприклад більшого, номінального діаметра покриває свій діапазон місткостей, причому ці діапазони, як правило, перекривають один одного на своїх верхніх і нижніх межах.

Необхідно відзначити, що в рамках кожного сімейства, балони, що мають велику величину відношення довжини до діаметру (далі по тексту - подовження, - безра�енностями технології виготовлення і перш за все з тим, що товщина загорнених днищ з точки зору міцності є надлишковою і вносить зайвий внесок у масу балону.

Це означає, що при рівних вместимостях балони з великим подовженням (тобто меншого діаметра) легше, економічніше у виготовленні (для загортання труби меншого діаметру потрібно менше витрат енергії на нагрів, менше зусилля і навантаження на верстат тощо), і, отже - дешевше.

У таблиці 1 наведено пропозиції на ринку балонів малого і середнього об'єму для технічних газів одного з зарубіжних і вітчизняних виробників балонів по ГОСТ 949 (для тиску 150 кгс/см2як середнього з заявленого діапазону).

За результатами аналізу таблиці 1 можна зробити висновки:

1. У ГОСТ 949 має місце розрив по місткості нормованих балонів від 12 до 20 літрів, обумовлений значною різницею за номінальними діаметрами використовуваних труб, а саме: значним збільшенням (приблизно на 60%) нормованого номінального діаметра (зі 140 мм до 219 мм).

2. Таких розривів по вместимостям балонів різних сімейств немає у закордонних виробників з-за відсутності таких значних стрибків за значенням номінального діаметра. Зокрема, в номенклатурі балонів фірми EVEREST K�инальним діаметром 165 мм

3. Балони місткістю від 12 до 20 л відсутні у визначенні ГОСТ 949, хоча, з введенням з 2010 року нового ГОСТ 51017 на пересувні вуглекислотні вогнегасники, балон місткістю 14-15 літрів можна було б застосувати для зберігання 10 кг CO2у пересувному углекислотном огнетушителе.

4. Балони місткістю 20 л за ГОСТ 949 є лише як перший член сімейства діаметром 219 мм, тому мають мінімальне подовження і, відповідно, максимальну питому масу.

Для вирішення реальних господарських завдань, наприклад, для модулів пожежогасіння, компактних пересувних установок для зварювання і різання, медичних газів є потреба у балонах практично безперервного ряду місткостей в діапазоні від 1 до 50 літрів.

Вибір діапазону місткостей від 7 до 30 літрів зумовлений спробою створити сімейство, яке, по-перше, покривало б відсутню частину місткостей по ГОСТ 949 (від 12 до 20 літрів), по-друге, утворювало б інтервал місткостей, граничні значення якого лежать приблизно посередині інтервалів по ГОСТ 949, тобто інтервал, утворений діаметром 140 мм ГОСТ 949, займає від 3 до 12 літрів (середнє значення - 7,5 літрів. Для зручності аналізу вибираємо 7 л); інтервал, утворений ді� вітчизняної і зарубіжної промисловістю номенклатурні ряди балонів на прикладі різних виробників, на додаток до таблиці 1 зведені в таблицю 2.

З таблиці 2 видно, що пропоноване сімейство балонів має найнижчу питому масу в діапазоні, починаючи від 10 до 25 літрів включно за рахунок високого подовження.

При виборі номінального діаметра горячедеформированной труби, проміжної між діаметром 140 мм і 219 мм для балонів місткістю від 7 до 30 літрів була проаналізована номенклатура труб, реально випускаються трубними заводами Росії по ГОСТ 8732 «Труби сталеві безшовні гарячедеформовані. Сортамент». Хоча ГОСТ 8732 після діаметру 140 і до діаметра 219 нормує труби дев'яти різних діаметрів, трубні заводи Росії декларують випуск труби восьми з дев'яти, серед яких, для аналізу були обрані реально випущені і доступні споживачеві труби чотирьох номінальних діаметрів: 159, 168, 180, 194 мм (див. сайти виробників - www.tmkgroup.ru, www.pntz.ru).

Далі аналіз проводився для вибору найбільш ефективної труби за критерієм відношення номінального діаметра до мінімальної номінальної виготовляється товщиною стінки. Чим більше це відношення, тим більше можна мінімізувати питому масу балону, тобто зробити його більш легким для певної місткості. Ці значення:

<ральний діаметр 168 мм (мінімальна номінальна виготовляється товщина стінки - 6 мм)* - 28;

- номінальний діаметр 180 мм (мінімальна номінальна виготовляється товщина стінки - 6 мм)* - 30;

- номінальний діаметр 194 мм (мінімальна номінальна виготовляється товщина стінки - 6 мм)* - 32,333,

- за матеріалами сайту www.pntz.ru.

Таким чином, найбільші значення це відношення має для труб номінальним діаметром 159 мм і 194 мм

Для подальшого аналізу труб номінальних діаметрів 159 мм і 194 мм була побудована таблиця 3 порівняльної ефективності балонів, які можуть бути виготовлені з цих труб в розглянутому діапазоні місткостей, за критерієм питомої маси.

З розгляду таблиці 3 можна зробити наступні висновки:

- до місткості 25 літрів включно балони діаметром 159 мм мають перевагу по питомій масі;

- для балонів діаметром 194 мм оптимальним буде діапазон місткостей від 15 до 45 літрів, однак такий діапазон місткостей буде перекривати більш, ніж половину діапазону місткостей сімейства балонів діаметром 219 мм по ГОСТ 949, і, одночасно, буде мати розрив за місткістю від сімейства балонів номінальним діаметром 140 мм

Безумовно, можна виготовити балон конкретної місткості з мінімальною питомою масою з�зготавливаемой товщиною стінки труби.

Однак, внаслідок наявності потреби в широкому спектрі балонів місткістю, індивідуальне виготовлення кожного такого оптимального балона зажадає застосування труб з індивідуальними параметрами за номінальними діаметрами і товщинам стінки практично для кожного балона, що технічно здійснити для виробника практично неможливо.

У свою чергу, спроба виготовляти з труб з одним і тим же номінальним діаметром сімейство балонів з дуже великим діапазоном місткостей припускає, що значна частина цього сімейства буде мати надмірну вагу, трудомісткою і низькотехнологічної у виготовленні, і їх виробництво буде витратним.

Тобто існуючі способи виготовлення балонів з труби одного типорозміру не забезпечують отримання оптимального сімейства балонів для різних народногосподарських потреб.

Для певного діапазону місткостей можна розрахувати якийсь оптимальний номінальний діаметр труби і номінальну товщину її стінки (з урахуванням можливостей виробників труб). При виготовленні з такої труби цілого сімейства балонів, значна більшість з них буде мати малу металоємність, трудомісткість, низька доля�приватний спосіб виготовлення сімейства балонів, працюють під тиском від 100 до 200 кгс/см2включає отримання заготовки із сталевої безшовної горячедеформированной труби з вуглецевої сталі та формування днищ методом закачування розігрітих решт трубної заготовки [див. опис винаходу до а.с. СРСР №1712029].

Таким чином, існує технічне протиріччя, яке полягає в тому, що для балонів місткістю в діапазоні від 7 до 30 літрів необхідний спеціальний спосіб виготовлення, пов'язаний з вибором спеціального номінального діаметра і номінальної товщини стінки труби з вуглецевої сталі для запровадження спеціального сімейства (типорозмірного ряду) балонів для діапазону вищезазначених місткостей. Потрібно таке технічне рішення способу виготовлення сімейства легких масових балонів, який забезпечить на кінцевому виробі зниження металоємності і питомої маси, зниження трудомісткості виготовлення і підвищення технологічності.

Завданням, розв'язуваної першим винаходом групи, є впровадження в народне господарство дешевих, легких масових балонів в діапазоні місткостей від 7 до 30 літрів, що працюють під тиском 100-200 кгс/см2, виготовляються з безшовних гарячедеформованих труб з углеродисѸе металоємності, питомої маси балонів, трудомісткості виготовлення, підвищення технологічності виготовлення сімейство балонів високого тиску з безшовних гарячедеформованих труб при забезпеченні їх міцнісних властивостей.

Зазначений технічний результат досягається тим, що в способі виготовлення балонів, які працюють під тиском від 100 до 200 кгс/см2, що включає одержання заготовок із сталевої безшовної горячедеформированной труби з вуглецевої сталі та формування днищ методом закачування розігрітих решт трубних заготовок, останні отримують з труби номінальним зовнішнім діаметром 159 мм з номінальною товщиною стінки від 4,5 до 6,5 мм, а після закачування їх розігрітих решт отримують балони місткістю від 7 до 30 літрів, відношення довжини до діаметру знаходиться в межах від 3,2 до 11,5.

Крім цього:

- закатку розігрітих решт трубних заготовок здійснюють на довжині 80-130 мм для донних частин і 100-160 мм для днищ з горловинами, відповідно;

- закатку здійснюють при нагріванні решт трубних заготовок в діапазоні температур від температури гарячої ковки - при початку закачування, до низької температури відпалу - при закінченні закачування;

- горловину кожного балона забезпечують унифициро техніки відноситься і до конструкції сімейства балонів, працюють під тиском від 100 до 200 кгс/см2.

Завдання, розв'язувана другим винаходом групи, і одержуваний технічний результат аналогічні першому винаходу.

Для досягнення заявленого технічного результату в сімействі балонів, які працюють під тиском від 100 до 200 кгс/см2балони отримують по кожному з варіантів реалізації вищеописаного способу.

Слід зазначити, що в тексті опису під терміном «сімейство балонів» слід розуміти типорозмірний ряд (лінійку) з не менш, ніж двох балонів різної місткості, виготовлених з труб одного номінального діаметра на основі єдиного конструкторського підходу, використовуваних матеріалів і технологій.

Терміни «гаряча кування» і «низький " отжиг» відомі з книги Короткий технічний довідник під загальною редакцією В.А.Зиновьева, ч.2. - М - Л.: Державне видавництво техніко-теоретичної літератури, 1950, с.414-417.

Під довжиною балона слід розуміти габаритний розмір балона від краю нижнього днища до торця горловини, а під діаметром балона - номінальний діаметр труби, з якої виготовлений балон (в нашому випадку - згідно з ГОСТ 8732).

Під уніфікованої внутрішньої (зовнішньої) різьбленням слід �оническая вентилів балонів для газів».

Номінальна товщина стінки труби номінальним зовнішнім діаметром 159 мм вибирається в межах від 4,5 до 6,5 мм. Це пов'язано з тим, що потрібна товщина стінки балона залежить від міцнісних властивостей вуглецевої сталі, з якої виготовлений балон. Міцнісні властивості вуглецевої сталі, зокрема, межа міцності, залежать від процентного вмісту вуглецю (згідно з ГОСТ 1050).

Саме з цієї причини, номінальна товщина стінки 4,5 мм труби номінальним діаметром 159 мм забезпечує міцність балона за умови його виготовлення з вуглецевих сталей з високим вмістом вуглецю (марки 35 і вище), а товщина стінки 6,5 мм забезпечує міцність балона за умови його виготовлення із сталей з низьким змістом вуглецю (марки 10 або 20). Кращим, з точки зору питомої маси, є виготовлення балонів з високовуглецевих сталей (марки 35 і вище).

У підсумку, при реалізації винаходів можна виходити з будь-якої товщини стінки труби, що лежить в межах від 4,5 до 6,5 мм

Заявлений спосіб виготовлення балонів, які працюють під тиском від 100 до 200 кгс/см2реалізується наступним чином.

Спочатку проводиться операція відрізки трубної заготовки з безшовної горстенки від 4,5 до 6,5 мм Кінець трубної заготовки нагрівають будь-яким відомим способом за допомогою будь-якого відомого нагрівального пристрою (пальники, індуктора, печі), при необхідності обертаючи заготівлю, до температури, що не більшою граничної температури нагріву при куванні. До нагрітого кінця заготовки, затиснутою в пристосуванні, що забезпечує її обертання, підводять інструмент, що забезпечує формоутворення глухого днища або горловини на довжині 80-130 мм для донної частини і 100-160 мм для днища з горловиною, відповідно. Після цього проводять операцію нагрівання іншого кінця заготовки і виробляють потім формування іншого кінця, формуючи горловину або глухе дно на довжині 80-130 мм для донної частини і 100-160 мм для днища з горловиною, відповідно, після чого отриманий балон має відношення довжини до діаметру в межах від 3,2 до 11,5.

Конкретна величина довжини ділянки формоутворення залежить від геометрії формованого днища. Зокрема, глухе днище може бути плоским або мати форму півсфери (а також еліптичну форму, як проміжний варіант), тому мінімальна довжина ділянки формоутворення характерна для плоского днища, а максимальна - для днища у формі півсфери. Аналогічні форми може мати дн�нного внутрішнім різьбленням, потрібне певне збільшення довжини ділянки формоутворення.

Після операцій формоутворення в горловині нарізають, наприклад, уніфіковану для цілого ряду балонів внутрішнє різьблення для приєднання, наприклад, уніфікованої запірної арматури.

Аналогічним чином виготовляють інші типорозміри балонів.

Результатом реалізації способу виготовлення балонів є можливість отримання сімейства (номенклатурного ряду) затребуваних споживачами балонів місткістю від 7 до 30 літрів, які працюють під тиском від 100 до 200 кгс/см2, кожен з яких може бути отриманий вищезазначеним способом.

При таких параметрах питома маса балонів в сімействі складе від 1,5 до 1,1 кг/л (для тиску 150 кгс/см2як середнього). Більш конкретні технічні характеристики сімейства балонів представлені в таблицях 1 і 3 під рубрикою «Пропоноване сімейство балонів». Даний сімейство також може бути доповнено балонами іншої місткості в межах заявлених або скорочено.

В результаті використання винаходів істотно підвищуються споживчі якості балонів: знижується питома маса, металоємність, витрата енергії при изготнов для конкретного робочого тиску є умовний показник - ціна за літр місткості. Балони, заявлені у цьому винаході, дозволяють мінімізувати даний показник для оголошеного сімейства.

wspan="1">2,0-1,5
Таблиця 1
Зовнішній діаметр, ммМісткість балона, лПодовження б/рПитома маса, кг/л
Фірма EVEREST KANTO ** (Індія)1082,0-5,03,1-6,82,3-1,6
1404,5-15,03,1-8,81,8-1,4
1656,8-20,02,8-7,21,9-1,4
23222,0-54,02,9-6,71,3-1,2
ГОСТ 9491082,0-3,03,1-4,31,9-1,7
21920,0-50,03,4-7,71,6-1,4
Пропоноване сімейство балонів1597-303,2-11,51,5-1,2
** - за матеріалами сайтуwww.everestkanto.com/productsandservices/industrial_cylinders.htm.

Таблиця 3
Діаметр труби, ммПараметр балонаМісткість балона, л
1015202530
159Подовження4,45,97,79,711,4
Питома маса, кг/л1,41,3194Подовження2,53,54,45,46,4
Питома маса, кг/л1,61,41,31,31,2

Таблиця 2
ВиробникМісткість, лДіаметр, ммПодовженняПитома маса, кг/л
Фірма EVEREST KANTO** (Індія)10,01406,01,5
10,21654,01,6
ГОСТ 94910,01406,01,5
Пропоноване 1,4
Фірма EVEREST KANTO** (Індія)15,01406,01,5
1655,61,5
ГОСТ 94915,0---
Пропоноване сімейство балонів15,01595,91,3
Фірма EVEREST KANTO** (Індія)20,01657,21,4
ГОСТ 94920,02193,41,6
Пропоноване сімейство балонів20,01597,71,2
Фірма EVEREST KANTO** (Індія)ГОСТ 94925,02194,11,5
Пропоноване сімейство балонів25,01599,71,2
** - за матеріалами сайтуwww.everestkanto.com/productsandservices/industrial_cylinders.htm.

1. Балон, що працює під тиском від 100 до 200 кгс/см2, що містить корпус з безшовної горячедеформированной трубної заготовки з вуглецевої сталі, сформований з глухим дном і горловиною або з днищами, що мають горловину, методом закачування розігрітих кінців заготовки, що відрізняється тим, що корпус виконаний місткістю від 8 до 25 л з заготовки з номінальним зовнішнім діаметром 159 мм і номінальною товщиною стінки від 4,5 до 6,5 мм, відношення довжини корпусу до його діаметру знаходиться в межах від 3,2 до 11,5, а в якості вуглецевої сталі використовують сталь марки 20 або сталь марки 35.

2. Балон по п.1, що відрізняється тим, що горловина виконана з уніфікованою внутрішньою різьбою для приєднання уніфікованої запірної арматури.

3. Спосіб виготовлення бал� горячедеформированной труби з вуглецевої сталі та формування днищ методом закачування розігрітих решт трубних заготовок, відрізняється тим, що в якості матеріалу трубної заготовки використовують сталь марки 20 або сталь марки 35, трубні заготовки отримують з труби номінальним зовнішнім діаметром 159 мм з номінальною товщиною стінки від 4,5 до 6,5 мм, закатку розігрітих решт трубних заготовок здійснюють на довжині 80-130 мм для донної частини і 100-160 мм для днища з горловиною відповідно, а після закачування отримують балони місткістю від 8 до 25 л, відношення довжини до діаметру знаходиться в межах від 3,2 до 11,5.



 

Схожі патенти:

Пристрій для пожежогасіння

Винахід відноситься до протипожежної техніки і може бути використано як засоби пожежогасіння з високоточним визначенням маси вогнегасної речовини, зокрема діоксиду вуглецю, в балоні і її зменшення внаслідок можливого витоку з балона

Підземне сховище зрідженого природного газу (пх спг)

Винахід відноситься до підземної системі зберігання і резервування СПГ для його накопичення і видачі споживачеві

Пристрій для примусового газообміну в герметичному контейнері

Винахід відноситься до засобів для примусового газообміну герметичних контейнерів із зовнішнім середовищем і може бути використано для автоматичного регулювання процесу примусової вентиляції герметичних контейнерів

Пристрій для підтримки складу повітряного середовища в герметичному контейнері

Винахід відноситься до засобів для підтримки складу повітряного середовища в герметичному контейнері, в якому відбувається каталітичне окиснення водню киснем повітря, що надходять за рахунок газообміну

Посудину тиску

Винахід відноситься до загального машинобудування і може бути використане у всіх галузях техніки, де застосовуються посудини, що працюють під тиском

Спосіб виготовлення тонкостінних посудин високого тиску і пристрій для його здійснення

Винахід відноситься до галузі обробки металів тиском, а саме до виготовлення тонкостінних посудин високого тиску

Металлокомпозитний балон тиску

Винахід відноситься до галузі газової апаратури, а саме до металлокомпозитним балонів високого тиску, які використовуються, зокрема, в портативних кисневих дихальних апаратах альпіністів, рятувальників, в переносних виробах кріогенної і протипожежної техніки, системах газозабезпечення, автомобільної промисловості та інших галузях

Спосіб виготовлення лейнера і льойнер з алюмінієвого сплаву

Винахід відноситься до області обробки металів тиском і може бути використане при виготовленні посудин високого тиску

Спосіб виготовлення тонкостінних оболонок з періодичним профілем великого діаметру

Винахід відноситься до обробки металів тиском і може бути використане при виготовленні тонкостінних оболонок великого діаметра, що мають періодичний профіль

Спосіб виготовлення балона високого тиску і пристрій для його здійснення

Винахід відноситься до галузі газової апаратури і може бути використане у газової, авіаційної, суднобудівної, автомобільної і суміжних з ними галузях промисловості, де застосовуються композитні балони високого тиску (ВД), наповнені стисненим або зрідженим газом

Спосіб виготовлення балона високого тиску

Винахід відноситься до області обробки металів тиском і різанням і може бути використане при виготовленні балонів високого тиску для тривалого зберігання і транспортування стиснутих і зріджених газів, переважно для виготовлення вогнегасників вуглекислотних

Верстат для закачування решт трубних заготовок

Винахід відноситься до обробки металів тиском, зокрема до пристроїв для закачування решт трубних заготовок, і може бути використане в різних галузях машинобудування

Балон високого тиску і спосіб його виготовлення

Винахід відноситься до області обробки металів тиском і різанням і може бути використане при виготовленні балонів високого тиску для тривалого зберігання і транспортування стиснутих і зріджених газів, переважно для виготовлення вогнегасників вуглекислотних
Up!