Стальной бесшовный баллон для сжатых газов с защитным покрытием

 

Баллон предназначен для хранения и транспортировки сжатых газов. Баллон с защитным покрытием содержит цилиндрическую обечайку, сферические донья и горловину, при этом стенки баллона выполнены двухслойными: наружный слой - из высокопрочной стали, на внутреннюю поверхность которого нанесён методом плакирования слой вязкой коррозионно-стойкой стали с содержанием хрома не менее 11% и толщиной от 4 до 25% толщины цилиндрической обечайки. Технический результат – повышение надежности. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к сосудам, работающим под давлением, а именно к баллонам высокого давления (от 100 кгс/см² и выше), предназначенным для хранения и транспортирования сжатых газов. Баллоны высокого давления для сжатых газов являются устройствами, используемыми в различных областях техники и народного хозяйства, в частности в дыхательных аппаратах различного назначения.

К основными требованиям, предъявляемым к таким баллонам, относятся высокая конструктивная прочность и эксплуатационная надежность.

Известен баллон для сжатого газа фирмы "Faber" (Италия), принятый авторами за аналог (см. Григорьев Е.Г. и др. Газобаллонные автомобили. - М.: Машиностроение, 1989, с.100-102).

Недостатками указанных баллонов являются:

- недостаточные прочностные характеристики из-за появления коррозии на внутренней поверхности;

- увеличенный вес из-за увеличенной толщины стенки с учетом явлений коррозии;

- недостаточные сроки эксплуатации баллонов из-за ускоренного процесса коррозии в условиях высокого давления легированных высокопрочных сталей.

Закачиваемый в баллоны газ имеет в своем составе пары воды или реагенты, вызывающие коррозию. Известно, что легированные высокопрочные стали корродируют местно, язвенной коррозией, причем скорость коррозии возрастает многократно при рабочих давлениях. Таким образом, использование в баллонах легированных сталей с пределом прочности более 100 кгс/мм² в условиях появления язвенной коррозии недопустимо, так как не обеспечивает надежности и эксплуатационной прочности. Образование язв на внутренней поверхности баллона приводит при циклических нагрузках рабочим давлением к потере прочности и его разрушению.

Таким образом, задачей данного технического решения являлось создание баллонов высокого давления с определенными требованиями к эксплуатационной надежности и прочности.

Общими признаками с предлагаемым авторами баллоном являются наличие цилиндрической обечайки, сферических доньев и горловины.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату является баллон по патенту Российской Федерации №2175738 опубл. 10.11.2001 г. Баллон высокого давления для сжатого воздуха с защитным покрытием, содержит цилиндрическую обечайку сферические донья, горловину и имеет лаковое покрытие внутренней поверхности, принятый авторами за прототип.

Такая конструкция имеет преимущества перед аналогом:

- обеспечивает защиту внутренней поверхности баллона от коррозии;

- позволяет использовать легированные высокопрочные стали для изготовления баллонов.

Но прототип имеет и недостатки:

- недостаточные сроки службы баллона;

- технология нанесения лакового покрытия внутренней поверхности не обеспечивает отсутствия микропор после высушивания, наличие которых приводит к появлению очаговой коррозии при наличие в баллоне воды в капельно-жидком состоянии.

Общими признаками с заявляемым техническим решением являются наличие защитного покрытия внутренней поверхности, цилиндрической обечайки, сферических доньев, горловины и защитного покрытия на внутренней поверхности.

В отличие от прототипа в предлагаемом авторами стальном бесшовном баллоне стенки двуслойные, причем наружный слой выполнен из высокопрочной стали, а на внутреннюю поверхность нанесен методом плакирования слой вязкой коррозионностойкой стали с содержанием хрома не менее 11%, и составляющий от 4 до 25% толщины цилиндрической обечайки.

В частных случаях, то есть в конкретных формах выполнения, изобретение характеризуется следующим признаком:

- коррозионностойкая сталь содержит никеля не менее 11%.

Именно это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатам.

Указанные признаки, отличительные от прототипа, и на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны во всех случаях достаточны.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение высокой конструктивной прочности, эксплуатационной надежности, снижение материалоемкости и увеличение срока службы за счет плакирования внутренней поверхности вязкой коррозионностойкой сталью.

Новая совокупность конструктивных элементов, а также наличие связей между ними позволяет, в частности, за счет:

- плакирования внутренней поверхности вязкой сталью - выполнить наружную часть стенки из высокопрочной стали, уменьшить толщину стенки и тем самым снизить материалоемкость баллона;

- выполнения внутренней стенки из коррозионностойкой стали - исключить образование коррозионных язв в процессе эксплуатации;

- содержания хрома, в стали не менее 11%, - обеспечить стойкость стали к язвенной коррозии и уменьшить влияние дефектов внутренней поверхности на циклическую прочность баллона;

- нанесения на внутреннюю поверхность слоя вязкой коррозионностойкой стали методом плакирования - обеспечить требуемую толщину и прочность сцепления с наружным слоем;

- слоя вязкой коррозионностойкой стали толщиной от 4 до 25% толщины цилиндрической части обечайки - исключить коррозию в течение всего срока службы баллона. При толщине слоя менее 4% возможно отслоение плакирующего слоя от основного металла в условиях длительного воздействия циклических нагрузок, при толщине более 25% - значительно увеличивается масса баллона.

Сущность изобретения заключается в том, что стальной бесшовный баллон для сжатых газов с защитным покрытием, содержащий цилиндрическую обечайку, сферические донья и горловину, внутренняя поверхность которого в отличие от прототипа, согласно изобретению, выполнена двухслойной, наружный слой - из высокопрочной стали, на внутреннюю поверхность которого нанесен методом плакирования слой вязкой коррозионностойкой стали с содержанием хрома не менее 11% и толщиной от 4 до 25% толщины цилиндрической обечайки.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен разрез стального бесшовного баллона для сжатых газов с защитным покрытием, на фиг.2 - наружный слой обечайки А и внутренний слой Б.

Предлагаемый стальной бесшовный баллон для сжатых газов с защитным покрытием содержит цилиндрическую обечайку 1, сферические донья 2 и горловину 3, наружный слой обечайки А, внутренний слой Б.

В частных случаях, то есть в конкретных формах выполнения, коррозионностойкая сталь содержит никеля не менее 11%.

Вышеописанное устройство работает следующим образом.

При заправке баллонов сжатый газ воздействует на внутренний слой Б баллона, который передает усилие на силовые элементы - цилиндрическую обечайку 1, сферические донья 2 и горловину 3, которые и удерживают нагрузку, а внутренний слой Б противостоит воздействию коррозионных агентов и паров воды за счет наличия легирующих элементов не менее 11% (никель, хром). Поэтому процессы взаимодействия коррозионных агентов с материалом внутреннего слоя идет равномерно, без образования язвенных дефектов, и значительно замедляется коррозионный износ баллона и соответственно увеличивается срок его службы и обеспечивается безопасность в служебном обращении.

При циклических воздействиях заправки и срабатывания давления газов технологические дефекты внутренней поверхности (царапины, риски и др.) не развиваются в трещины ввиду наличия вязкого коррозионностойкого материала, что позволяет повысить эксплуатационную надежность баллона на 30-50%, увеличить срок его службы в 1,5-2 раза и снизить материалоемкость на 5-10%.

В настоящее время разработана конструкторская документация, проведены испытания намечено серийное производство.

Формула изобретения

1. Стальной бесшовный баллон для сжатых газов с защитным покрытием, содержащий цилиндрическую обечайку, сферические донья и горловину, отличающийся тем, что стенки баллона выполнены двухслойными: наружный слой - из высокопрочной стали, на внутреннюю поверхность которого нанесен методом плакирования слой вязкой коррозионно-стойкой стали с содержанием хрома не менее 11% и толщиной 4-25% толщины цилиндрической обечайки.

2. Баллон по п.1, отличающийся тем, что коррозионно-стойкая сталь содержит никеля не менее 11%.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2