一種新的鋼質(zhì)無縫氣瓶凹形底的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于機(jī)械工程中氣體或者液體貶存領(lǐng)域的盛裝或貶存永久氣體或液化氣 體的容器。
【背景技術(shù)】
[0002] 由無縫鋼管制造凹底無縫氣瓶是目前生產(chǎn)高壓無縫氣瓶的主要方式之一。依據(jù) GB5099-94《鋼質(zhì)無縫氣瓶》的規(guī)定，凹形底的環(huán)殼與筒體之間應(yīng)該有過渡段，過渡段應(yīng)該圓 滑過渡。然而實際管制氣瓶凹底的過渡段，內(nèi)表面為直線過渡，該種結(jié)構(gòu)直接導(dǎo)致氣瓶凹形 底應(yīng)力集中，應(yīng)力集中系數(shù)增大，對無縫氣瓶安全使用產(chǎn)生不利的影響。用無縫鋼管加工凹 底氣瓶時，在收底的過程中，由于過渡段有徑向外力作用，使過渡段很難形成直邊過渡。
[000引專利CN2228174Y介紹了凹形底型的鋼質(zhì)無縫氣瓶的設(shè)計。目前，用無縫鋼管制造 的凹底氣瓶，存在下列問題；①實際加工中，通過無縫鋼管收口后擠壓成形的底型，由于過 渡段內(nèi)、外表面在徑向外力作用下會逐漸向內(nèi)偏移，形成一定的弧度，與原始S屯、凹底底型 相比，與直線設(shè)計有差異；②實際加工后的管制氣瓶凹底底型過渡段是逐漸增厚的，與過渡 段相切的環(huán)殼厚度也是變化的，若采用GB5099的設(shè)計，環(huán)殼厚度固定，不僅環(huán)殼較厚，且所 形成的=屯、凹底底型局部應(yīng)力值較大，應(yīng)力集中系數(shù)較大，抗疲勞性能差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：傳統(tǒng)的凹形底型的過渡段外表面是筒體外側(cè)延伸的 直線過渡，內(nèi)表面為與筒體內(nèi)側(cè)成一定角度的斜線過渡，對用無縫鋼管加工的無縫氣瓶，該 過渡段很難得到，該使無縫氣瓶底型的過渡段局部應(yīng)力集中，抗疲勞性能差，而且由于加工 過程中存在軸向力作用，使過渡段不能保持原有的直線度，存在較大誤差。
[0005] 本發(fā)明提出的解決方案是；將傳統(tǒng)的凹形底型過渡段的內(nèi)外側(cè)直線改成過渡的不 同屯、的圓弧。氣瓶底型是無縫鋼管通過旋壓收底后加工而形成的；氣瓶底型是由四個部分 組成，分別是筒體、過渡段、環(huán)殼、底部球殼；在二維剖視平面中，其底部是由內(nèi)、外表面總共 六個圓弧正切連接組成。設(shè)筒體直徑為D，過渡段的內(nèi)經(jīng)為Rs、外徑為Re,環(huán)殼的內(nèi)經(jīng)為尺4、 外徑為Rs，底部球殼內(nèi)經(jīng)為而、外徑為R2;底部中屯、點(diǎn)距離筒體底面的距離為h;則Ri/D= 0. 7,R2/D= 0. 55,R3/D= 0. 16,R4/D= 0. 11，R5/D= 0.6,Rg/D= 1. 25,h/D= 0. 25。
[0006] 本發(fā)明的有益效果是：不僅從技術(shù)層面解決了實際加工中過渡段存在的較大誤差 的問題，而且該一設(shè)計能很好的使筒體過渡到環(huán)殼，減小了局部應(yīng)力的最大值，是筒體底部 的抗疲勞性能得到很大的提升。
【附圖說明】
[0007] 附圖為氣瓶底型結(jié)構(gòu)剖視圖。
[000引其中1筒體，2過渡段，3環(huán)殼，4球殼。
【具體實施方式】
[0009] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細(xì)的說明。
[0010] 一種新的鋼質(zhì)無縫氣瓶凹形底，氣瓶底型是無縫鋼管通過旋壓收底后加工而形成 的；氣瓶底型是由四個部分組成，分別是筒體1、過渡段2、環(huán)殼3、底部球殼4;，在二維剖視 平面中，其底部是由內(nèi)、外表面總共六個圓弧正切連接組成。
[0011] 設(shè)筒體直徑為D，過渡段2的內(nèi)經(jīng)為Rs、外徑為Re,環(huán)殼3的內(nèi)經(jīng)為R4、外徑為Rs，底 部球殼4內(nèi)經(jīng)為Ri、外徑為R2;底部中屯、點(diǎn)距離筒體1底面的距離為h;則Ri/D= 0. 7,Rs/ D= 0. 55,R3/D= 0. 16,R4/D= 0. 11，Rs/D= 0.6,Re/D= 1. 25,h/D= 0. 25。
[0012] 本發(fā)明實施時，作為較佳的優(yōu)化實例，其初始條件有；筒體的外徑D為279mm，工作 壓力為17. 2MPa，其水壓試驗壓力為25.8MPa，設(shè)計的筒體的厚度為6.6mm。
[0013] 初步設(shè)計的數(shù)據(jù)見附表實例1。盡管該組設(shè)計的環(huán)向應(yīng)力很小，應(yīng)力集中系數(shù)也很 小，但是過渡段2和環(huán)殼3相連的處的厚度Si偏大，過渡段的金屬體量較大，由于金屬的流 動性較差，在工藝上很難完成過渡段形狀的加工。對實例1進(jìn)行優(yōu)化，得到實例2,滿足權(quán) 利要求2中提出的設(shè)計參數(shù)?？蒞看到，盡管應(yīng)力集中系數(shù)略有增大，但仍滿足有關(guān)使用規(guī) 定，氣瓶的應(yīng)力集中系數(shù)小于1.80,且局部應(yīng)力最大值小于其強(qiáng)度極限865MPa。更重要的 是，此時Si減小，過渡段2的金屬體量減小到合理的范圍，在工藝上可W完成過渡段2的形 狀加工。
[0014] 驗證權(quán)利要求2中提出的一組數(shù)據(jù)的適應(yīng)性，取兩組常見的氣瓶尺寸，設(shè)定正常 的工作壓力，見附表實例3、4,通過有限元分析，發(fā)現(xiàn)權(quán)利要求2中提出的數(shù)據(jù)有良好的適 應(yīng)性。
[00巧]附表1
[0016]
【主權(quán)項】
1. 一種新的鋼質(zhì)無縫氣瓶凹形底，其特征在于，氣瓶底型是無縫鋼管通過旋壓收底后 加工而形成的；氣瓶底型是由四個部分組成，分別是筒體（1)、過渡段（2)、環(huán)殼（3)、底部球 殼（4);在二維剖視平面中，其底部是由內(nèi)、外表面總共六個圓弧正切連接組成。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新的鋼質(zhì)無縫氣瓶凹形底，其特征在于，設(shè)筒體直徑為 D，過渡段（2)的內(nèi)經(jīng)為R5、外徑為R6，環(huán)殼（3)的內(nèi)經(jīng)為R4、外徑為R3，底部球殼（4)內(nèi)經(jīng)為 R1、外徑為R2;底部中心點(diǎn)距離筒體（1)底面的距離為h;則RVD= 0? 7,R2/D= 0? 55,R3/D =0? 16,R4/D= 0? 11，R5/D= 0? 6,R6/D=I. 25,h/D= 0? 25。
【專利摘要】一種新的鋼質(zhì)無縫氣瓶凹形底，屬于機(jī)械工程中氣體或者液體貯存領(lǐng)域的盛裝或貯存永久氣體或液化氣體的容器技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明將原有的三心凹底底型設(shè)計成與筒體相切的弧形過渡的多心凹底底型，并對各段的厚度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，使得整體應(yīng)力分布更加均勻，安全性更好。
【IPC分類】F17C13/00
【公開號】CN104930346
【申請?zhí)枴緾N201510312792
【發(fā)明人】由宏新, 李 燦, 戴行濤, 古海波, 宋薛思, 劉巖, 韓冰, 胡軍
【申請人】大連理工大學(xué), 大連市鍋爐壓力容器檢驗研究院
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年6月9日