一種新的鋼質無縫氣瓶凹形底的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于機械工程中氣體或者液體貶存領域的盛裝或貶存永久氣體或液化氣 體的容器。
【背景技術】
[0002] 由無縫鋼管制造凹底無縫氣瓶是目前生產高壓無縫氣瓶的主要方式之一。依據 GB5099-94《鋼質無縫氣瓶》的規定，凹形底的環殼與筒體之間應該有過渡段，過渡段應該圓 滑過渡。然而實際管制氣瓶凹底的過渡段，內表面為直線過渡，該種結構直接導致氣瓶凹形 底應力集中，應力集中系數增大，對無縫氣瓶安全使用產生不利的影響。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無縫氣瓶的設計。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、外表面在徑向外力作用下會逐漸向內偏移，形成一定的弧度，與原始S屯、凹底底型 相比，與直線設計有差異；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 段相切的環殼厚度也是變化的，若采用GB5099的設計，環殼厚度固定，不僅環殼較厚，且所 形成的=屯、凹底底型局部應力值較大，應力集中系數較大，抗疲勞性能差。
【發明內容】
[0004] 本發明要解決的技術問題是：傳統的凹形底型的過渡段外表面是筒體外側延伸的 直線過渡，內表面為與筒體內側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] 本發明提出的解決方案是；將傳統的凹形底型過渡段的內外側直線改成過渡的不 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、環殼、底部球殼；在二維剖視平面中，其底部是由內、外表面總共 六個圓弧正切連接組成。設筒體直徑為D，過渡段的內經為Rs、外徑為Re,環殼的內經為尺4、 外徑為Rs，底部球殼內經為而、外徑為R2;底部中屯、點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] 本發明的有益效果是：不僅從技術層面解決了實際加工中過渡段存在的較大誤差 的問題，而且該一設計能很好的使筒體過渡到環殼，減小了局部應力的最大值，是筒體底部 的抗疲勞性能得到很大的提升。
【附圖說明】
[0007] 附圖為氣瓶底型結構剖視圖。
[000引其中1筒體，2過渡段，3環殼，4球殼。
【具體實施方式】
[0009] 下面結合附圖對本發明做詳細的說明。
[0010] 一種新的鋼質無縫氣瓶凹形底，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、環殼3、底部球殼4;，在二維剖視 平面中，其底部是由內、外表面總共六個圓弧正切連接組成。
[0011] 設筒體直徑為D，過渡段2的內經為Rs、外徑為Re,環殼3的內經為R4、外徑為Rs，底 部球殼4內經為Ri、外徑為R2;底部中屯、點距離筒體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] 本發明實施時，作為較佳的優化實例，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，設計的筒體的厚度為6.6mm。
[0013] 初步設計的數據見附表實例1。盡管該組設計的環向應力很小，應力集中系數也很 小，但是過渡段2和環殼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進行優化，得到實例2,滿足權 利要求2中提出的設計參數。可W看到，盡管應力集中系數略有增大，但仍滿足有關使用規 定，氣瓶的應力集中系數小于1.80,且局部應力最大值小于其強度極限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] 驗證權利要求2中提出的一組數據的適應性，取兩組常見的氣瓶尺寸，設定正常 的工作壓力，見附表實例3、4,通過有限元分析，發現權利要求2中提出的數據有良好的適 應性。
[00巧]附表1
[0016]
【主權項】
1. 一種新的鋼質無縫氣瓶凹形底，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)、環殼（3)、底部球 殼（4);在二維剖視平面中，其底部是由內、外表面總共六個圓弧正切連接組成。2. 根據權利要求1所述的一種新的鋼質無縫氣瓶凹形底，其特征在于，設筒體直徑為 D，過渡段（2)的內經為R5、外徑為R6，環殼（3)的內經為R4、外徑為R3，底部球殼（4)內經為 R1、外徑為R2;底部中心點距離筒體（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】一種新的鋼質無縫氣瓶凹形底，屬于機械工程中氣體或者液體貯存領域的盛裝或貯存永久氣體或液化氣體的容器技術領域。本發明將原有的三心凹底底型設計成與筒體相切的弧形過渡的多心凹底底型，并對各段的厚度進行優化設計，使得整體應力分布更加均勻，安全性更好。
【IPC分類】F17C13/00
【公開號】CN104930346
【申請號】CN201510312792
【發明人】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, 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