RU87492U1 - HIGH PRESSURE CYLINDER (OPTIONS) - Google Patents
HIGH PRESSURE CYLINDER (OPTIONS) Download PDFInfo
- Publication number
- RU87492U1 RU87492U1 RU2009118349/22U RU2009118349U RU87492U1 RU 87492 U1 RU87492 U1 RU 87492U1 RU 2009118349/22 U RU2009118349/22 U RU 2009118349/22U RU 2009118349 U RU2009118349 U RU 2009118349U RU 87492 U1 RU87492 U1 RU 87492U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aluminum
- metal
- cylinders
- magnesium
- shell
- Prior art date
Links
Landscapes
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Abstract
1. Баллон высокого давления, содержащий металлическую оболочку из алюминиевого сплава, отличающийся тем, что металлическая оболочка выполнена из термически неупрочняемого алюминиево-магниевого сплава. ! 2. Баллон высокого давления по п.1, отличающийся тем, что металлическая оболочка выполнена цельной. ! 3. Баллон высокого давления по п.1, отличающийся тем, что металлическая оболочка выполнена цельной из трубной заготовки методом закатки, по крайней мере, одного концевого участка. ! 4. Баллон высокого давления по п.1, отличающийся тем, что он содержит внешнюю силовую оболочку из композиционного материала. ! 5. Баллон высокого давления по п.1, отличающийся тем, что в качестве термически неупрочняемого алюминиево-магниевого сплава использован алюминиево-магниевый сплав АМг6, содержащий 5,8-6,8% магния или алюминиево-магниевый сплав АМг4,5 (5083), содержащий 4,0-4,9% магния. ! 6. Баллон высокого давления, содержащий внешнюю силовую оболочку из композиционного материала и металлическую внутреннюю оболочку (лейнер) из алюминиевого сплава, отличающийся тем, что металлическая внутренняя оболочка (лейнер) выполнена из термически неупрочняемого алюминиево-магниевого сплава. ! 7. Баллон высокого давления по п.6, отличающийся тем, что в качестве термически неупрочняемого алюминиево-магниевого сплава использован алюминиево-магниевый сплав АМг6, содержащий 5,8-6,8% магния или алюминиево-магниевый сплав АМг4,5 (5083), содержащий 4,0-4,9% магния. ! 8. Баллон высокого давления по п.6, отличающийся тем, что металлическая оболочка выполнена цельной. ! 9. Баллон высокого давления по п.6, отличающийся тем, что металлическая оболочка выполнена цельной из трубной з�1. A high pressure cylinder containing a metal shell of aluminum alloy, characterized in that the metal shell is made of thermally unstrengthened aluminum-magnesium alloy. ! 2. The high-pressure cylinder according to claim 1, characterized in that the metal shell is made integral. ! 3. The high-pressure cylinder according to claim 1, characterized in that the metal shell is made whole of a pipe billet by rolling up at least one end section. ! 4. The high-pressure cylinder according to claim 1, characterized in that it contains an external power shell made of composite material. ! 5. The high-pressure cylinder according to claim 1, characterized in that the thermally unstrengthened aluminum-magnesium alloy used is an aluminum-magnesium alloy AMg6 containing 5.8-6.8% magnesium or aluminum-magnesium alloy AMg4.5 (5083) containing 4.0-4.9% magnesium. ! 6. A high pressure cylinder containing an external power shell made of composite material and a metal inner shell (liner) of aluminum alloy, characterized in that the metal inner shell (liner) is made of thermally unstrengthened aluminum-magnesium alloy. ! 7. The high-pressure cylinder according to claim 6, characterized in that the thermally unstrengthened aluminum-magnesium alloy used is an aluminum-magnesium alloy AMg6 containing 5.8-6.8% magnesium or aluminum-magnesium alloy AMg4.5 (5083) containing 4.0-4.9% magnesium. ! 8. The high-pressure cylinder according to claim 6, characterized in that the metal shell is made integral. ! 9. The high-pressure cylinder according to claim 6, characterized in that the metal shell is made of one-piece pipe
Description
Полезная модель относится к области газовой аппаратуры и может быть использована в газовой, авиационной, судостроительной, автомобильной и смежных с ними отраслях промышленности, где применяются композитные и металлические баллоны высокого давления (ВД), наполненные сжатым или сжиженным газом. Преимущественно, предлагаемая полезная модель может быть использована для композитных и металлических баллонов больших размеров (от 0,3 м3 и более).The utility model relates to the field of gas equipment and can be used in gas, aviation, shipbuilding, automotive and related industries, which use composite and metal high-pressure (VD) cylinders filled with compressed or liquefied gas. Mostly, the proposed utility model can be used for composite and metal cylinders of large sizes (from 0.3 m 3 or more).
Известные металлические баллоны ВД содержат герметичную оболочку, которой является сам металлический баллон, состоящий из цилиндрической части и двух куполообразных днищ с горловинами (или одной горловиной) (патенты RU №2292251, 2296643).Known metal cylinders VD contain a sealed shell, which is the metal cylinder itself, consisting of a cylindrical part and two domed bottoms with necks (or one neck) (patents RU No. 2292251, 2296643).
Известны широко используемые в настоящее время, баллоны ВД, содержащие внутреннюю металлическую герметичную оболочку (лейнер), состоящую из цилиндрической части и двух куполообразных днищ с горловинами (или одной горловиной), и внешнюю силовую пластиковую оболочку, образованную намоткой на поверхность лейнера жгута из высокомодульного волокна (например, стекловолокна, углеволокна, органического волокна), пропитанного связующим. Для обозначения баллонов высокого давления с внешней силовой пластиковой оболочкой в настоящее время широко используются также термины: композитные баллоны ВД или металлопластиковые баллоны ВД.Known widely used at present, VD cylinders containing an internal metal sealed shell (liner), consisting of a cylindrical part and two domed bottoms with necks (or one neck), and an external power plastic shell formed by winding a high-modulus fiber bundle on the surface of the liner (e.g. fiberglass, carbon fiber, organic fiber) impregnated with a binder. For the designation of high-pressure cylinders with an external plastic power jacket, the following terms are also widely used: composite VD cylinders or metal-plastic VD cylinders.
Среди требований, предъявляемых к баллонам ВД, приоритетными являются: минимизация удельной материалоемкости (d) баллона, определяемой отношением массы баллона к его объему, при обеспечении высокого ресурса по числу циклов нагружения при безопасной эксплуатации композитного баллона.Among the requirements for VD cylinders, the priority ones are: minimizing the specific material consumption (d) of the cylinder, determined by the ratio of the mass of the cylinder to its volume, while ensuring a high resource in the number of loading cycles during safe operation of the composite cylinder.
В наибольшей степени указанным условиям отвечают композитные баллоны ВД с цельными, бесшовными металлическими лейнерами, которые обеспечивают значительно более высокий ресурс по числу циклов нагружения (более 50000), чем сварные или штампованно - сварные металлические лейнеры.Composite HP cylinders with solid, seamless metal liners, which provide a significantly higher service life in terms of the number of loading cycles (more than 50,000), than welded or stamped-welded metal liners meet the specified conditions to the greatest extent.
Известны конструкции металлических баллонов ВД и композитных баллонов ВД, в которых металлическая оболочка (металлический баллон ВД и лейнер в композитном баллоне ВД), выполнена цельной из трубной заготовки методом закатки.Known designs of metal cylinders VD and composite cylinders VD, in which the metal shell (metal cylinder VD and liner in the composite cylinder VD), is made from a tube billet by rolling.
Общепринятыми материалами для изготовления металлических баллонов ВД и лейнеров композитных баллонов ВД являются сталь и алюминий, а именно термически упрочняемые сплавы алюминия АД 31 (западный аналог - 6061) и АД 33 (западный аналог - 6066) (Материалы "Прибрежной Технологической Конференции", 1997, Хьюстон, Техас, 5-8 мая 1997. статья "Разработка и аттестация улучшенных композитов для морских применений", стандарты HSE-AL-FW2 (Великобритания) и NGV 2-1998(США). Кроме того, в соответствии с международными стандартами, регламентирующими конструктивное исполнение металлических и металлопластиковых баллонов ВД, алюминиевые баллоны ВД и алюминиевые лейнеры композитных баллонов ВД должны изготавливаться из термически упрочняемых сплавов 6061 и 6066 (аналоги АД 31 и АД 33, например, стандарт ИСО 11119-3, ИСО 11439).The generally accepted materials for the manufacture of metal VD cylinders and liners of composite VD cylinders are steel and aluminum, namely thermally hardened aluminum alloys AD 31 (western analogue - 6061) and AD 33 (western analogue - 6066) (Materials of the "Coastal Technology Conference", 1997, Houston, Texas, May 5–8, 1997. article “Development and Certification of Advanced Composites for Marine Applications, Standards HSE-AL-FW2 (UK) and NGV 2-1998 (USA). In addition, in accordance with international standards governing design metal and metal-plastic VD cylinders, aluminum VD cylinders and aluminum liners of composite VD cylinders should be made of thermally hardened alloys 6061 and 6066 (analogues of AD 31 and AD 33, for example, ISO 11119-3, ISO 11439).
Известны металлические и композитные баллоны ВД, содержащие стальные оболочки, и способы их изготовления методом закатки трубной заготовки по патентам, RU №2292251, 2296643, 1712029.Known metal and composite cylinders VD containing steel shells, and methods for their manufacture by rolling the tube stock according to patents, RU No. 2292251, 2296643, 1712029.
Баллоны со стальными оболочками характеризуются невысокой стоимостью производства, однако, вследствие повышенного веса стальные баллоны ВД и композитные баллоны со стальными лейнерами не в полной мере отвечают условию минимизации удельной материалоемкости (d) баллона.Cylinders with steel shells are characterized by a low production cost, however, due to the increased weight, the VD steel cylinders and composite cylinders with steel laners do not fully meet the condition for minimizing the specific material consumption (d) of the cylinder.
Сравнительно низкую удельную материалоемкость (d) баллона ВД позволяют обеспечить металлические оболочки (металлические баллоны и лейнеры композитных баллонов ВД) из алюминиевых сплавов благодаря такому их качеству, как относительно малая плотность при высокой прочности.The relatively low specific material consumption (d) of the VD cylinder allows metal shells (metal cylinders and liners of composite VD cylinders) made of aluminum alloys due to their quality such as a relatively low density with high strength.
Известны композитные баллоны ВД с алюминиевыми лейнерами по патентам №2136425, 2263001, №2175088.Known composite cylinders VD with aluminum liners according to patents No. 2136425, 2263001, No. 2175088.
Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является известный композитный баллон ВД по патенту №2175088.The closest analogue to the proposed utility model is the well-known composite cylinder VD according to patent No. 2175088.
Известный композитный баллон ВД имеет сферическую или цилиндрическую форму со сферическими днищами и состоит из внутренней металлической герметичной оболочки (лейнера) цилиндрической формы с двумя днищами с горловинами или сферической формы с горловинами и внешней силовой оболочки из композиционного материала. Внутренняя герметичная оболочка (лейнер) выполнена цельнометаллической из алюминиевого сплава без использования сварных или иных соединений ее частей с образованием двух толстостенных горловин с внутренней резьбой в районе полюсных отверстий, в одной из которых расположен стальной штуцер для размещения расходно-заправочной арматуры, а другая горловина герметично заглушена стальной пробкой. Внешняя силовая оболочка выполнена из стеклопластика на основе эпоксидного связующего.The known composite cylinder VD has a spherical or cylindrical shape with spherical bottoms and consists of an internal metal sealed shell (liner) of a cylindrical shape with two bottoms with necks or a spherical shape with necks and an external force shell of composite material. The inner sealed shell (liner) is made of all-metal aluminum alloy without the use of welded or other joints of its parts with the formation of two thick-walled necks with internal threads in the region of the pole openings, in one of which is a steel fitting to accommodate the filling and filling valves, and the other neck is hermetically sealed plugged with steel plug. The outer power shell is made of fiberglass based on an epoxy binder.
Изготовление шарового/цилиндрического композитного баллона производят последовательно, начиная с изготовления внутренней герметичной тонкостенной оболочки (лейнера) с последующей намоткой на нее силовой оболочки из композиционного материала.The manufacture of a spherical / cylindrical composite cylinder is carried out sequentially, starting with the manufacture of an internal sealed thin-walled shell (liner), followed by winding on it a power shell of composite material.
Для изготовления внутренней герметичной оболочки (лейнера) используют заготовку в виде толстостенной трубы из алюминиевого сплава определенной марки с расчетными геометрическими размерами (длина, толщина, диаметр).For the manufacture of an internal airtight shell (liner), a workpiece is used in the form of a thick-walled pipe from an aluminum alloy of a certain brand with calculated geometric dimensions (length, thickness, diameter).
Формирование днищ лейнера с горловинами (внутренней герметичной алюминиевой оболочки) производят на специальном обкатном станке с программным управлением. Трубную заготовку закрепляют в зажимах станка, а выступающую часть прогревают до необходимой температуры и поддерживают ее во все время обкатки с точностью ±2°С. Заготовку приводят во вращение и обкатным роликом с заданным усилием N производят программированное деформирование материала трубы по заданному контуру с формированием днища с горловиной заданной конфигурации. Постепенный многопроходной процесс закатки завершается приданием заготовке необходимой конфигурации. По завершению операции формирования одного днища трубную заготовку переустанавливают для формирования второго днища. Полученную заготовку лейнера закрепляют на токарном станке, где производят подрезку торцов горловин и нарезку в них внутренней резьбы для последующей установки штуцеров.The formation of the bottoms of the liner with the necks (inner sealed aluminum shell) is carried out on a special programmed run-in machine. The tubular billet is fixed in the clamps of the machine, and the protruding part is heated to the required temperature and maintained during the whole break-in with an accuracy of ± 2 ° C. The workpiece is brought into rotation and a run-in roller with a given force N produces programmed deformation of the pipe material along a given contour with the formation of a bottom with a neck of a given configuration. The gradual multi-pass rolling process is completed by giving the workpiece the necessary configuration. Upon completion of the operation of forming one bottom, the pipe billet is reinstalled to form a second bottom. The obtained blank of the liner is fixed on a lathe, where the ends of the necks are trimmed and the internal thread is cut into them for subsequent installation of the fittings.
После этих операций производят термообработку лейнера с целью снятия внутренних напряжений и наклепа, которые возникают при проведении предыдущих операций.After these operations, the heat treatment of the liner is performed in order to relieve internal stresses and hardening that occur during previous operations.
Далее, для придания заданной формы лейнеру (шаровую или цилиндрическую) осуществляют операцию раздувки лейнера до шаровой или цилиндрической формы и заданных размеров. С этой целью заготовку лейнера заполняют инертным наполнителем (например, сухим песком), заглушают одну из горловин пробкой и устанавливают в приспособлении. Через штуцер в другую горловину лейнера подают внутреннее воздушное давление и одновременно нагружают его осевым усилием сжатия. За одно такое нагружение раздувка производится на 20-25 мм по диаметру.Further, in order to give a given shape to the liner (ball or cylindrical), the operation of blowing the liner to a spherical or cylindrical shape and specified sizes is carried out. For this purpose, the liner blank is filled with an inert filler (for example, dry sand), one of the necks is plugged with a stopper and installed in the device. An internal air pressure is supplied through a fitting to another neck of the liner and at the same time it is loaded with axial compression force. For one such loading, the blowing is carried out by 20-25 mm in diameter.
После раздутия лейнер термообрабатывают. При повторении этих двух операций необходимое число раз получают лейнер сферической или цилиндрической формы с заданными параметрами в соответствии с конструкторской документацией.After bloating, the liner is heat treated. When repeating these two operations, the required number of times receive a spherical or cylindrical liner with specified parameters in accordance with the design documentation.
После проверки лейнера на отсутствие дефектов он поступает на гальванический участок, где на все его поверхности наносят антикоррозионное покрытие.After checking the liner for defects, it enters the galvanic area, where an anti-corrosion coating is applied to all its surfaces.
Далее в горловины днищ устанавливают стальные штуцеры или заглушки, и лейнер поступает на участок намотки. Перед намоткой силовой оболочки внутреннюю полость лейнера заполняют парафином, устанавливают и закрепляют его на намоточном станке (например, СНП-2), устанавливают намоточно-полимеризационную оснастку для поддержания постоянного внутреннего давления при намотке композиционного материала. Намотку силовой оболочки производят "мокрым" способом жгутом Армос, пропитанным эпоксидным связующим, которое содержит 5-18% полиуретанового пластификатора. При этом контролируют укладку заданного расчетного количества слоев по геодезическим линиям с заданным углом наклона жгута Армос в каждой зоне намотки (3-5 зон).Next, steel fittings or plugs are installed in the neck of the bottoms, and the liner enters the winding section. Before winding the power sheath, the inner cavity of the liner is filled with paraffin, installed and fixed on a winding machine (for example, SNP-2), and winding-polymerization equipment is installed to maintain constant internal pressure when winding the composite material. The winding of the power shell is produced by the "wet" method with an Armos tow, impregnated with an epoxy binder, which contains 5-18% polyurethane plasticizer. At the same time, the laying of a given estimated number of layers along geodesic lines with a given angle of inclination of the Armos harness in each winding zone (3-5 zones) is controlled.
По окончании намотки силовой оболочки сферический баллон помещают в нагревательную печь, где по известному режиму проводят процесс ее полимеризации.At the end of the winding of the power shell, the spherical balloon is placed in a heating furnace, where the polymerization process is carried out according to a known mode.
Известный композитный баллон ВД позволяют получить тонкостенные цельные алюминиевые лейнеры и, соответственно, минимизировать удельную материалоемкость (d)баллона.The well-known composite cylinder VD allow to obtain thin-walled solid aluminum liners and, accordingly, minimize the specific material consumption (d) of the cylinder.
При этом описанные устройство и способ изготовления алюминиевой оболочки (лейнера) в композитном баллоне ВД практически полностью могут быть использованы для изготовления алюминиевого баллона ВД.Moreover, the described device and method for manufacturing an aluminum shell (liner) in a composite cylinder VD can almost completely be used for the manufacture of an aluminum cylinder VD.
Однако производство описанных металлических оболочек (лейнеров) композитных баллонов ВД, как и других известных алюминиевых лейнеров или металлических баллонов ВД из термически упрочняемых сплавов АД 31 и АД 33 (западные аналоги 6061 и 6066), связано со значительными трудовыми и материальными затратами на термическую обработку металлических оболочек (баллонов или лейнеров). Это объясняется свойствами алюминиевых сплавов АД 31 и АД 33, которые относятся к термически упрочняемым сплавам и используются в металлических баллонах и лейнерах в термообработанном состоянии.However, the production of the described metal shells (liners) of composite cylinders VD, as well as other known aluminum liners or metal cylinders VD from thermally hardened alloys AD 31 and AD 33 (western analogues 6061 and 6066), is associated with significant labor and material costs for the heat treatment of metal shells (cylinders or liners). This is explained by the properties of aluminum alloys AD 31 and AD 33, which relate to thermally hardened alloys and are used in metal cylinders and liners in a heat-treated state.
Алюминиевые баллоны ВД и алюминиевые лейнеры композитных баллонов ВД из термически упрочняемых алюминиевых сплавов после изготовления (закатки) подвергают термической обработке (закалка и искусственное старение) с целью обеспечения требуемого уровня прочности. Особые трудности возникают при термообработке крупногабаритных оболочек при изготовлении металлических или композитных баллонов больших размеров с диаметрами более 350 миллиметров и длиной более 4-5 метров.Aluminum cylinders VD and aluminum liners of composite cylinders VD from thermally hardened aluminum alloys after manufacturing (rolling) are subjected to heat treatment (hardening and artificial aging) to ensure the required level of strength. Particular difficulties arise in the heat treatment of large-sized shells in the manufacture of large or composite metal or composite cylinders with diameters of more than 350 millimeters and a length of more than 4-5 meters.
При термической обработке крупногабаритное изделие изменяет свои геометрические размеры и форму (коробится, прогибается на подставках в печи, становится некруглым и т.п.). Кроме того, затруднено поддержание требуемой равномерной температуры по всему пространству печи и оболочки, что делает процедуру термообработки очень дорогой, а в некоторых случаях - технически и технологически нереализуемой.During heat treatment, a large-sized product changes its geometric dimensions and shape (warps, bends on supports in the furnace, becomes non-circular, etc.). In addition, it is difficult to maintain the required uniform temperature throughout the space of the furnace and shell, which makes the heat treatment procedure very expensive, and in some cases technically and technologically unrealizable.
В основу настоящей полезной модели положена задача создать баллон ВД с такой алюминиевой оболочкой (алюминиевый баллон или композитный баллон с алюминиевым лейнером), которая позволила бы исключить при изготовлении баллона ВД термическую обработку баллона, чтобы упростить и удешевить технологию изготовления баллонов ВД, имеющих низкую удельную материалоемкость при сохранении требуемого уровня прочности, и, таким образом, удешевить баллоны.The present utility model is based on the task of creating a VD cylinder with such an aluminum shell (aluminum cylinder or composite cylinder with an aluminum liner) that would eliminate the heat treatment of the cylinder in the manufacture of the VD balloon in order to simplify and reduce the cost of manufacturing the VD cylinders having a low specific material consumption while maintaining the required level of strength, and, thus, reduce the cost of cylinders.
Поставленная задача решается тем, что в баллоне высокого давления, содержащем металлическую оболочку из алюминиевого сплава, согласно предлагаемой полезной модели, металлическая оболочка выполнена из термически неупрочняемого алюминиево-магниевого сплава.The problem is solved in that in a high-pressure cylinder containing a metal shell of aluminum alloy, according to the proposed utility model, the metal shell is made of thermally unstrengthened aluminum-magnesium alloy.
Поставленная задача решается также тем, что в баллоне высокого давления, содержащем внешнюю силовую оболочку из композиционного материала и металлическую внутреннюю оболочку (лейнер) из алюминиевого сплава, согласно предлагаемой полезной модели, металлическая внутренняя оболочка (лейнер) выполнена из термически неупрочняемого алюминиево-магниевого сплава.The problem is also solved by the fact that in a high-pressure cylinder containing an external power shell made of composite material and a metal inner shell (liner) of aluminum alloy, according to the proposed utility model, the metal inner shell (liner) is made of thermally unstrengthened aluminum-magnesium alloy.
Здесь и далее по тексту термин «металлическая оболочка» используется для обозначения как непосредственно металлического баллона в металлическом баллоне ВД, так и металлической внутренней оболочки (которая также по тексту обозначается, как «лейнер») композитного баллона ВД.Hereinafter, the term “metal shell” is used to mean both the metal cylinder in the VD metal cylinder and the metal inner shell (which is also referred to as “liner” in the text) of the VD composite cylinder.
Использование термически неупрочняемого алюминиево-магниевого сплава (магналий) для производства металлических оболочек баллонов ВД, а именно металлических баллонов или металлических внутренних оболочек (лейнеров) композитных баллонов ВД, позволяет исключить операцию термического упрочнения материала оболочки (закалка и искусственное старение) и тем самым упростить и удешевить технологию изготовления баллонов ВД (металлических или композитных), особенно баллонов, имеющих большие габариты, и, соответственно, упростить и удешевить технологию изготовления баллонов ВД.The use of thermally unstrengthened aluminum-magnesium alloy (magnalium) for the production of metal shells of VD cylinders, namely metal cylinders or metal inner shells (liners) of composite VD cylinders, eliminates the operation of thermal hardening of the shell material (hardening and artificial aging) and thereby simplify and reduce the cost of manufacturing VD cylinders (metal or composite), especially cylinders with large dimensions, and, accordingly, simplify and reduce the cost of those technology for the manufacture of cylinders VD.
Возможность использования алюминиево-магниевых сплавов для изготовления оболочек баллонов ВД, а именно, металлических баллонов и лейнеров вместо термически упрочняемых сплавов АД 31 и АД 33, выявлена авторами на основе анализа свойств этих сплавов интенсивно упрочняться при небольшой пластической деформации и процессами, возникающими в металлических оболочках баллонов ВД при их изготовлении и эксплуатации. Для термически неупрочняемых алюминиево-магниевых сплавов (магналий) характерна повышенная пластичность, сравнительно низкая (или средняя) прочность, высокая коррозионная стойкость и хорошая свариваемость. По стойкости против коррозии алюминиево-магниевые сплавы занимают первое место после технически чистого алюминия. Благодаря такому свойству, использование алюминиево-магниевых сплавов (магналий) оказывает положительное воздействие на коррозионную стойкость баллонов ВД.The possibility of using aluminum-magnesium alloys for the manufacture of shells for VD cylinders, namely, metal cylinders and liners instead of thermally hardened alloys AD 31 and AD 33, was identified by the authors on the basis of an analysis of the properties of these alloys to be intensely hardened with small plastic deformation and processes that occur in metal shells VD cylinders during their manufacture and operation. Thermally unstrengthened aluminum-magnesium alloys (magnalium) are characterized by increased ductility, relatively low (or medium) strength, high corrosion resistance and good weldability. In terms of corrosion resistance, aluminum-magnesium alloys rank first after technically pure aluminum. Due to this property, the use of aluminum-magnesium alloys (magnalium) has a positive effect on the corrosion resistance of VD cylinders.
Возможно использование разных марок термически неупрочняемых алюминиево-магниевых сплавов (магналий), например, АМг2, АМг2,5, АМг3, АМг3,5, АМг4, АМг4,5, АМг5, АМг6 и пр.. Между собой эти сплавы отличаются механическими свойствами.It is possible to use different grades of thermally unstrengthened aluminum-magnesium alloys (magnalium), for example, AMg2, AMg2.5, AMg3, AMg3.5, AMg4, AMg4.5, AMg5, AMg6, etc. These alloys differ in mechanical properties.
Термически неупрочняемые алюминиево-магниевые сплавы (магналии) - сплавы Аl (основа) с Mg (0,5-6.8%) и др. элементами. Прочность этих сплавов возрастает с увеличением количества магния в сплаве: например, сплав АМг6 (аналога нет) содержит 5,8-6,8% магния и его предел текучести в горячепрессованном состоянии не менее 145 МПа., сплав АМг4,5 (обозначение по ИСО - 5083) содержит 4,0-4,9% магния и предел текучести сплава в горячепрессованном состоянии не менее 110 МПа. Самая высокая прочность - у АМг6 (западных аналогов нет).Thermally unstrengthened aluminum-magnesium alloys (magnalias) - Al alloys (base) with Mg (0.5-6.8%) and other elements. The strength of these alloys increases with increasing amount of magnesium in the alloy: for example, AMg6 alloy (no analogue) contains 5.8-6.8% magnesium and its yield strength in the hot-pressed state is not less than 145 MPa., AMg4.5 alloy (ISO designation - 5083) contains 4.0-4.9% of magnesium and the yield strength of the alloy in the hot-pressed state is not less than 110 MPa. AMg6 has the highest strength (there are no western analogues).
Выбор марки термически неупрочняемых алюминиево-магниевых сплавов (магналий) зависит, в том числе от характеристик сплава, конструкции баллона ВД и его эксплуатационных характеристик.The choice of brand of thermally unstrengthened aluminum-magnesium alloys (magnalium) depends, including on the characteristics of the alloy, the design of the cylinder VD and its operational characteristics.
В частности, выбор марки термически неупрочняемого алюминиево-магниевого сплава (магналий) зависит от уровня напряжений, которые возникают в резьбе горловины оболочки и в месте перехода днища оболочки в горловину. В композитных баллонах ВД в этом месте заканчивается силовая оболочка, и внутреннее давление в баллоне создает напряжения в материале лейнера (выдавливает горловину).In particular, the choice of brand of thermally unstrengthened aluminum-magnesium alloy (magnalium) depends on the level of stresses that arise in the thread of the neck of the shell and at the place of transition of the bottom of the shell to the neck. In composite VD cylinders, a power shell ends at this point, and the internal pressure in the cylinder creates stresses in the liner material (extrudes the neck).
Величина напряжений зависит от конструктивного исполнения горловины оболочки (диаметра резьбы горловины, типа резьбы, толщины оболочки в месте перехода днища в горловину и др.) и величины давления в баллоне. Соответственно чем больше величина напряжений, тем выше требования к прочности материала оболочки.The magnitude of the stress depends on the design of the neck of the shell (the diameter of the thread of the neck, the type of thread, the thickness of the shell at the junction of the bottom into the neck, etc.) and the pressure in the cylinder. Accordingly, the greater the magnitude of the stresses, the higher the requirements for the strength of the shell material.
С другой стороны, чем более прочный сплав, тем сложнее обработка днищ с горловинами: требуются большие усилия при закатке.On the other hand, the more durable the alloy, the more difficult the processing of bottoms with necks: it takes a lot of effort when rolling.
Целесообразно в качестве термически неупрочняемого алюминиево-магниевого сплава преимущественно использовать алюминиево-магниевый сплав АМг6 (западных аналогов нет), содержащий 5,8-6,8% магния, или АМг4,5 (аналог - 5083), содержащий 4,0-4,9% магния.It is advisable to use aluminum-magnesium alloy AMg6 (there are no western analogues) containing 5.8-6.8% magnesium, or AMg4.5 (analogue-5083) containing 4.0-4, as a thermally unstrengthened aluminum-magnesium alloy. 9% magnesium.
Прочностные характеристики сплавов должны обеспечивать прочность горловины оболочки и резьбы на горловине. Сплав АМг6, характеризующийся самой высокой прочностью, является предпочтительным для выполнения баллонов с высоким уровнем эксплуатационных нагрузок и высокими напряжениями в горловине и в резьбе горловины.The strength characteristics of the alloys should ensure the strength of the neck of the shell and thread on the neck. The AMg6 alloy, which is characterized by the highest strength, is preferred for cylinders with a high level of operational loads and high stresses in the neck and in the neck thread.
В частности, сплав АМг6 (западных аналогов нет), является предпочтительным для металлических баллонов ВД и композитных баллонов ВД с силовыми лейнерами, воспринимающими значительную часть нагрузки.In particular, the alloy AMg6 (there are no western analogues) is preferred for metal cylinders of VD and composite cylinders of VD with power laners that absorb a significant part of the load.
Для баллонов с менее высоким уровнем эксплуатационных нагрузок на горловину и резьбу горловины следует изготавливать оболочки из менее прочных сплавов АМг4, АМг4,5, АМг5, которые легче обрабатывать.For cylinders with a lower level of operational loads on the neck and neck threads, shells should be made from less durable alloys AMg4, AMg4.5, AMg5, which are easier to handle.
В соответствии с международными стандартами, регламентирующими конструктивное исполнение композитных металлопластиковых баллонов ВД, например стандарт ИСО 11119-3, баллоны ВД могут выполняться с лейнером, который воспринимает не более 5% нагрузки. Лейнеры для таких баллонов ВД следует изготавливать из менее прочных сплавов, например, АМг3,5, АМг4, АМг4,5.In accordance with international standards governing the design of composite metal-plastic VD cylinders, for example, ISO 11119-3 standard, VD cylinders can be made with a liner that can absorb no more than 5% of the load. Liners for such cylinders should be made of less durable alloys, for example, AMg3.5, AMg4, AMg4.5.
Прочностные характеристики сплавов должны в этом случае обеспечивать прочность резьбы на горловине баллона.The strength characteristics of the alloys should in this case ensure the strength of the thread on the neck of the container.
Преимущественным является использование сплава АМг4,5, обладающего оптимальными характеристиками для лейнеров, которые практически не воспринимают нагрузки или воспринимают незначительные нагрузки.Advantageous is the use of the AMg4.5 alloy, which has optimal characteristics for liners that practically do not absorb loads or perceive insignificant loads.
Известные и широко применяемые технологии изготовления баллонов ВД (металлических баллонов ВД и композитных баллонов с металлическими лейнерами) включают в себя два этапа: первый этап - непосредственное изготовление баллона ВД и второй этап - испытание готового баллона ВД перед началом эксплуатации в соответствии с «Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением. ПБ 03-576-03» (утверждены постановлением Госгортехнадзора России от 11.06.03 №91, зарегистрированным Министерством юстиции РФ 19.06.03, регистрационный №4776. Правила изданы: СПб, издательство ДЕАН, 2004. - 208 с.), которое включает нагружение баллона ВД пробным давлением, величина которого составляет 1,5 величины рабочего давления.Known and widely used technologies for the manufacture of VD cylinders (metal VD cylinders and composite cylinders with metal laners) include two stages: the first stage is the direct manufacture of the VD cylinder and the second stage is the test of the finished VD cylinder before operation in accordance with the “Rules for Design and safe operation of pressure vessels. ПБ 03-576-03 ”(approved by the Decree of the Gosgortekhnadzor of Russia dated 06/11/03 No. 91, registered by the Ministry of Justice of the Russian Federation on 06/19/03, registration No. 4776. Rules issued: St. Petersburg, DEAN Publishing House, 2004. - 208 p.), Which includes loading cylinder VD test pressure, the value of which is 1.5 the magnitude of the working pressure.
В частности, первый этап для композитных баллонов ВД включает изготовление металлической внутренней герметичной оболочки (лейнера) из алюминиевого сплава и внешней силовой оболочки из композиционного материала, а для металлического баллона ВД - изготовление самого металлического баллона.In particular, the first stage for composite VD cylinders includes the manufacture of a metal inner sealed shell (liner) from an aluminum alloy and an external power shell from composite material, and for a metal cylinder of a VD, the manufacture of the metal cylinder itself.
Авторами выявлено, что на первом этапе, при изготовлении баллонов ВД одинаковых размеров, в частности, композитных баллонов ВД с металлическими лейнерами из АД33 и из алюминиево-магниевых сплавов АМг4, АМг4,5, АМг5 и АМг6, прочностные свойства лейнера из алюминиево-магниевых сплавов уступают свойствам термообработанного сплава АД 33.The authors revealed that at the first stage, in the manufacture of VD cylinders of the same size, in particular, composite VD cylinders with metal liners from AD33 and from aluminum-magnesium alloys AMg4, AMg4.5, AMg5 and AMg6, the strength properties of the liner from aluminum-magnesium alloys inferior to the properties of the heat-treated alloy AD 33.
Однако, при нагружении композитного баллона ВД пробным давлением напряжения в лейнере из алюминиево-магниевого сплава превышают предел текучести материала сплава, что приводит к пластической деформации и упрочнению сплава металлической оболочки (лейнера). Кроме того, в процессе эксплуатации композитного баллона ВД при рабочем давлении в лейнере также возникают напряжения, превышающие предел текучести алюминиево-магниевых сплавов. В результате в процессе эксплуатации композитного баллона ВД происходит пластическая деформация и дополнительное упрочнение алюминиево-магниевого сплава.However, when loading the composite VD cylinder with test pressure, the stresses in the aluminum-magnesium alloy liner exceed the yield strength of the alloy material, which leads to plastic deformation and hardening of the metal shell alloy (liner). In addition, during the operation of the composite cylinder VD at a working pressure in the liner, stresses also arise that exceed the yield strength of aluminum-magnesium alloys. As a result, during the operation of the composite cylinder VD, plastic deformation and additional hardening of the aluminum-magnesium alloy occur.
Обычно при пробном давлении пластическая деформация лейнера составляет около 1% и при дальнейших нагружениях рабочим давлением суммарная деформация лейнера достигает 4%. А при уровне суммарной пластической деформации около 4%, как известно, прочностные свойства сплавов АМг5 и АМг6 сравняются с прочностными свойствами термообработанного сплава АД 33, а прочностные свойства сплавов АМг4 и АМг4,5 будут отличаться от свойств термообработанного сплава АД33 не более, чем на 10%. (Алюминиевые сплавы. Структура и свойства полуфабрикатов из алюминиевых сплавов. Справочник. М. Металлургия, 1974, 432 с.2.; Промышленные алюминиевые сплавы: Справочное руководство/ Алиева С.Г., Альтман М.Б. и др., М. Металлургия, 1984, 538 с.).Typically, with a test pressure, the plastic deformation of the liner is about 1%, and with further loading by the working pressure, the total deformation of the liner reaches 4%. And at a level of total plastic deformation of about 4%, as is known, the strength properties of AMg5 and AMg6 alloys are equal to the strength properties of heat-treated alloy AD 33, and the strength properties of AMg4 and AMg4.5 alloys differ from the properties of heat-treated alloy AD33 by no more than 10 % (Aluminum alloys. Structure and properties of semi-finished products from aluminum alloys. Reference. M. Metallurgy, 1974, 432 p. 2; Industrial aluminum alloys: Reference manual / Alieva SG, Altman MB et al., M. Metallurgy, 1984, 538 pp.).
Аналогичные процессы происходят в металлических баллонах ВД из алюминиево-магниевых сплавовSimilar processes take place in metal cylinders of VD from aluminum-magnesium alloys
При этом пластичность термически неупрочняемых алюминиево-магниевых сплавов (магналий) остается на достаточно высоком уровне, что гарантирует их работоспособность в композитном баллоне ВД.At the same time, the ductility of thermally unstrengthened aluminum-magnesium alloys (magnalium) remains at a sufficiently high level, which guarantees their operability in the composite cylinder of VD.
Сопоставление прочностных характеристик сплавов АД 33 и АМг6 при температурах 20°С и 100°С приведено в таблице 1 (Алюминиевые сплавы. Структура и свойства полуфабрикатов из алюминиевых сплавов. Справочник. М. Металлургия, 1974, 432 с.2.; Промышленные алюминиевые сплавы: Справочное руководство/ Алиева С.Г., Альтман М.Б. и др., М. Металлургия, 1984, 538 с.).A comparison of the strength characteristics of AD 33 and AMg6 alloys at temperatures of 20 ° C and 100 ° C is given in table 1 (Aluminum alloys. Structure and properties of semi-finished products from aluminum alloys. Reference book. M. Metallurgy, 1974, 432 p. 2; Industrial aluminum alloys : Reference manual / Alieva S.G., Altman M.B. et al., M. Metallurgy, 1984, 538 pp.).
Характеристикой прочности материала является условный предел текучести σ0,2. Приведенные в таблице 1 данные показывают, что использование сплава АМг6 в горячедеформированном или отожженном состоянии возможно при тех же условиях эксплуатации (уровень рабочих напряжений), что и сплава АД 33 после закалки и старения.A characteristic of the strength of the material is the conditional yield strength σ 0.2 . The data in table 1 show that the use of the AMg6 alloy in a hot-deformed or annealed state is possible under the same operating conditions (level of operating stresses) as the AD 33 alloy after quenching and aging.
Исключение операции термической обработки (закалки и старения) металлической оболочки баллона ВД существенно упрощает и удешевляет процесс изготовления баллонов ВД, особенно, крупногабаритных баллонов ВД.The exception of the operation of heat treatment (hardening and aging) of the metal shell of the cylinder VD significantly simplifies and reduces the cost of the manufacturing process of cylinders VD, especially large cylinders VD.
Кроме того, благодаря высокой коррозионной стойкости алюминиево-магниевых сплавов обеспечивается достаточно высокая коррозионная стойкость баллонов ВД с оболочками из этих сплавов.In addition, due to the high corrosion resistance of aluminum-magnesium alloys, a sufficiently high corrosion resistance of VD cylinders with shells of these alloys is ensured.
Целесообразно металлическую оболочку баллона ВД выполнять цельной из трубной заготовки, в частности, методом закатки концевого участка трубной заготовки.It is advisable to make the metal shell of the cylinder VD integral from the tube stock, in particular, by rolling the end section of the tube stock.
Баллоны ВД с цельными оболочки (металлические баллоны или лейнеры композитных баллонов ВД) имеют более высокий ресурс по числу циклов нагружения рабочим давлением, чем баллоны ВД со сварными и штампованно-сварными металлическими оболочками. При этом достаточно высокая пластичность алюминиево-магниевых сплавов позволяет изготавливать оболочки с тонкими стенками и тем самым обеспечить достаточно низкую удельную материалоемкость баллона ВД, что особенно важно при изготовлении лейнеров композитных баллонов ВД.VD cylinders with integral shells (metal cylinders or composite VD cylinder liners) have a higher resource in the number of loading cycles by working pressure than VD cylinders with welded and stamped-welded metal shells. Moreover, a sufficiently high ductility of aluminum-magnesium alloys makes it possible to produce shells with thin walls and thereby provide a sufficiently low specific material consumption of the VD cylinder, which is especially important in the manufacture of liners of composite VD cylinders.
При этом создается цельная конструкция металлической оболочки без швов, что обеспечивает высокий ресурс по числу циклов нагружения рабочим давлением.This creates an integral design of the metal shell without seams, which ensures a high resource in the number of loading cycles by working pressure.
В дальнейшем предлагаемая полезная модель будет более подробно раскрыто на конкретном примере его выполнения со ссылками на чертежи, на которых изображены:In the future, the proposed utility model will be described in more detail on a specific example of its implementation with reference to the drawings, which depict:
Фиг.1 - металлический баллон высокого давления, продольный разрез;Figure 1 - metal cylinder of high pressure, a longitudinal section;
Фиг.2 - композитный баллон высокого давления, продольный разрез.Figure 2 is a composite high-pressure balloon, a longitudinal section.
На Фиг.1 показан металлический баллон высокого давления ВД, содержащий металлическую герметичную оболочку - непосредственно металлический баллон 1. Металлический баллон 1 содержит цилиндрическую часть 2 и два куполообразных днища 3 с горловинами 4. Возможно выполнение металлического баллона 1 с одной горловиной - на одном днище. Металлический баллон 1 выполнен из термически неупрочняемого алюминиево-магниевого сплава (магналия). Преимущественным для изготовления металлического баллона 1 является наиболее прочный алюминиево-магниевый сплав АМг6 (западных аналогов нет), содержащий 5,8-6,8% магния. Возможно использование и другого алюминиево-магниевого сплава, например, сплава АМг5. Металлический баллон 1 из термически неупрочняемого алюминиево-магниевого сплава, в частности сплава АМг6, выполнен цельным из трубной заготовки методом горячей деформации концевого участка трубной заготовки, например, закаткой. Закаткой формируют днища 3 баллона 1 и горловины 4.Figure 1 shows a metal cylinder of high pressure VD containing a metal sealed enclosure - directly a metal cylinder 1. Metal cylinder 1 contains a cylindrical part 2 and two domed bottoms 3 with necks 4. It is possible to make a metal cylinder 1 with one neck - on one bottom. The metal cylinder 1 is made of thermally unstrengthened aluminum-magnesium alloy (magnalium). Preferred for the manufacture of a metal cylinder 1 is the most durable aluminum-magnesium alloy AMg6 (no Western analogues), containing 5.8-6.8% magnesium. You can use another aluminum-magnesium alloy, for example, AMg5 alloy. The metal cylinder 1 from a thermally unstrengthened aluminum-magnesium alloy, in particular AMg6 alloy, is made whole from a tube stock by hot deformation of the end section of the tube stock, for example, by rolling. By seaming, the bottoms 3 of the cylinder 1 and the neck 4 are formed.
Далее, предпочтительное осуществление полезной модели будет преимущественно показано на примере композитного баллона ВД. Конструкция и технология изготовления металлических оболочек металлических баллонов ВД отличаются от конструкции и технологии изготовления металлических оболочек (лейнеров) композитных баллонов ВД, в основном, толщиной стенок и, соответственно, числом проходов при закатке днищ с горловинами, т.к. для металлических баллонов применяются трубы с большей толщиной стенки.Further, a preferred embodiment of the utility model will be predominantly shown by the example of a composite cylinder VD. The design and manufacturing technology of metal shells of metal cylinders of VDs differ from the design and manufacturing technology of metal shells (liners) of composite cylinders of VDs, mainly by the wall thickness and, accordingly, the number of passes when rolling bottoms with necks, because for metal cylinders pipes with a larger wall thickness are used.
На Фиг.2 показан композитный баллон высокого давления (ВД), содержащий внешнюю силовую оболочку 5 из композиционного материала и герметичную металлическую внутреннюю оболочку - лейнер 6. Внешняя силовая оболочка 5 образована намоткой на поверхность лейнера 6 прочного полимерного волокна, пропитанного связующим. Внешняя силовая пластиковая оболочка 5 может быть выполнена из любого известного полимерного материала, применяемого с этой целью, например, из жгута Армос.Figure 2 shows a composite high-pressure cylinder (HP) containing an external power shell 5 made of composite material and a sealed metal inner shell - liner 6. The outer power shell 5 is formed by winding a strong polymer fiber impregnated with a binder onto the surface of the liner 6. The outer plastic power shell 5 can be made of any known polymeric material used for this purpose, for example, Armos harness.
Лейнер 6 содержит цилиндрическую часть 7 и два куполообразных днища 8 с горловинами 9. Возможно выполнение лейнера с одной горловиной - на одном днище. Для минимизации удельной материалоемкости толщина стенки лейнера 6 в средней, цилиндрической части 7 и в днищах 8 предпочтительно определяется из условия, при котором отношение толщины стенки лейнера к его диаметру находится в диапазоне 0.02-0.08.The liner 6 contains a cylindrical part 7 and two domed bottoms 8 with necks 9. A liner with one neck is possible on one bottom. To minimize the specific material consumption, the wall thickness of the liner 6 in the middle, cylindrical part 7 and in the bottoms 8 is preferably determined from the condition under which the ratio of the liner wall thickness to its diameter is in the range 0.02-0.08.
Лейнер 6 выполнен из термически неупрочняемого алюминиево-магниевого сплава (магналия).The liner 6 is made of thermally unstrengthened aluminum-magnesium alloy (magnalium).
Термически неупрочняемые алюминиево-магниевые сплавы (магналии) - сплавы Аl (основа) с Mg (0,5-6.8%) и др. элементами - обладают высокой коррозионной стойкостью, хорошей свариваемостью, высокой пластичностью. При этом данные сплавы имеют сравнительно невысокую прочность в горячедеформированном или отожженном состоянии.Thermally unstrengthened aluminum-magnesium alloys (magnalias) - Al alloys (base) with Mg (0.5-6.8%) and other elements - have high corrosion resistance, good weldability, high ductility. Moreover, these alloys have a relatively low strength in a hot-deformed or annealed state.
Возможно использование разных марок указанных сплавов, например, АМг2, АМг3, АМг4, АМг4,5, АМг5, АМг6 и пр.. Между собой эти сплавы отличаются по механическим свойствам.It is possible to use different grades of these alloys, for example, AMg2, AMg3, AMg4, AMg4.5, AMg5, AMg6, etc. These alloys differ in mechanical properties.
Выбор конкретной марки термически неупрочняемого алюминиево-магниевого сплава (магналии) зависит как от свойств сплава, так и от конструкции и назначения баллона ВД.The choice of a particular brand of thermally unstrengthened aluminum-magnesium alloy (magnalium) depends both on the properties of the alloy and on the design and purpose of the VD cylinder.
В частности, наиболее прочный сплав АМг6, содержащий 5,8-6,8% магния (западных аналогов нет), является преимущественным для металлических баллонов ВД и композитных баллонов ВД с силовыми лейнерами 6, воспринимающим значительную часть нагрузки.In particular, the most durable alloy AMg6, containing 5.8-6.8% magnesium (there are no western analogues), is advantageous for metal cylinders of VD and composite cylinders of VD with power lanes 6, which absorb a significant part of the load.
Для баллонов с меньшим уровнем эксплуатационных нагрузок на горловину и резьбу горловины следует изготавливать оболочки из менее прочных сплавов АМг4, АМг4,5, АМг5, которые легче обрабатывать. Прочностные характеристики сплавов должны в этом случае обеспечивать прочность резьбы на горловине баллона.For cylinders with a lower level of operational loads on the neck and neck threads, shells should be made from less durable alloys AMg4, AMg4.5, AMg5, which are easier to handle. The strength characteristics of the alloys should in this case ensure the strength of the thread on the neck of the container.
Например, для композитных баллонов ВД, в которых лейнер 6 практически не воспринимает нагрузки или воспринимает незначительные нагрузки, преимущественным является сплав АМг4,5 (западный аналог - 5083), содержащий 5,8-6,8% магния.For example, for composite VD cylinders, in which liner 6 practically does not take up loads or perceives insignificant loads, the alloy AMg4.5 (western analogue - 5083) containing 5.8-6.8% magnesium is preferable.
Авторами установлено, что пластическая деформация, возникающая в металлической оболочке (металлический баллон 1 (Фиг.1) или лейнер 6 (Фиг.2)) из термически неупрочняемого алюминиево-магниевого сплава при нагружении баллона ВД пробным давлением (1.5 рабочего давления), которое осуществляют при испытаниях готовых баллонов ВД, и, далее, в процессе эксплуатации, при рабочем давлении, достаточна для упрочнения алюминиево-магниевого сплава (например, АМг6) металлической оболочки (металлический баллон 1 (Фиг.1) или лейнер 6 (Фиг.2)) до величины, сопоставимой с прочностными характеристиками баллонов ВД из алюминиевого сплава АД 33 после закалки и искусственного старения.The authors found that the plastic deformation that occurs in the metal shell (metal cylinder 1 (Figure 1) or liner 6 (Figure 2)) from a thermally unstrengthened aluminum-magnesium alloy when the VD cylinder is loaded with test pressure (1.5 operating pressure), which is carried out when testing finished cylinders VD, and, further, during operation, at operating pressure, sufficient to harden the aluminum-magnesium alloy (for example, AMg6) metal shell (metal cylinder 1 (Figure 1) or liner 6 (Figure 2)) to value, compare th to the strength characteristics of aluminum alloy cylinders VD BP 33 after quenching and artificial aging.
При этом пластичность сплава остается на достаточно высоком уровне, что гарантирует его работоспособность в баллоне ВД. Использование в производстве металлических оболочек (металлический баллон 1 (Фиг.1) или лейнер 6 (Фиг.2)) баллонов ВД термически неупрочняемых алюминиево-магниевых сплавов (магналий) позволяет исключить операцию термического упрочнения (закалка и искусственное старение) оболочки (металлический баллон 1 (Фиг.1) или лейнер 6 (Фиг.2)) и тем самым упростить и удешевить технологический процесс изготовления как металлических так и композитных баллонов ВД, особенно крупногабаритных баллонов ВД. При этом сохраняются высокие пластические характеристики металлической оболочки (металлический баллон 1 (Фиг.1) или лейнер 6 (Фиг.2)) и обеспечивается высокая ее коррозионная стойкость.At the same time, the ductility of the alloy remains at a sufficiently high level, which guarantees its performance in the cylinder VD. Use in the production of metal shells (metal cylinder 1 (Figure 1) or liner 6 (Figure 2)) of the cylinders VD of thermally unstrengthened aluminum-magnesium alloys (magnalium) eliminates the operation of thermal hardening (hardening and artificial aging) of the shell (metal cylinder 1 (Figure 1) or liner 6 (Figure 2)) and thereby simplify and reduce the cost of the manufacturing process of manufacturing both metal and composite cylinders VD, especially large cylinders VD. At the same time, the high plastic characteristics of the metal shell (metal cylinder 1 (Figure 1) or liner 6 (Figure 2)) are maintained and its high corrosion resistance is ensured.
Лейнер 6 из термически неупрочняемого алюминиево-магниевого сплава выполнен цельным из трубной заготовки методом горячей деформации концевого участка трубной заготовки, например, закаткой. Закаткой формируют днища 8 и горловины 9 лейнера 6.The liner 6 of a thermally unstrengthened aluminum-magnesium alloy is made whole from a tube stock by hot deformation of the end section of the tube stock, for example, by rolling. The seaming form the bottom 8 and neck 9 of the liner 6.
Возможно использование сварной и/или штампованно-сварной технологии изготовления оболочек баллонов ВД из термически неупрочняемого алюминиево-магниевого сплава. Однако сварные и штампо-сварные оболочки имеют невысокий ресурс по числу циклов нагружения рабочим давлением, который не превышает несколько десятков сотен. Кроме того, использование сварки существенно повышает стоимость технологии.It is possible to use welded and / or stamped-welded technology for manufacturing the shells of VD cylinders from a thermally unstrengthened aluminum-magnesium alloy. However, welded and die-welded shells have a low resource in the number of loading cycles by working pressure, which does not exceed several tens of hundreds. In addition, the use of welding significantly increases the cost of technology.
Возможно также изготовление цельных оболочек (металлический баллон 1 (Фиг.1) или лейнер 6 (Фиг.2)) баллонов ВД из трубной заготовки из термически неупрочняемого алюминиево-магниевого сплава обжимом концов трубной заготовки в специально профилированной матрице для формования днищ и горловины лейнера.It is also possible to manufacture integral shells (metal cylinder 1 (Fig. 1) or liner 6 (Fig. 2)) of VD cylinders from a tube billet from a thermally unstrengthened aluminum-magnesium alloy by crimping the ends of the tube billet in a specially profiled matrix for forming the bottoms and neck of the liner.
Недостаток способа горячего обжима заключается в сложности обработки тонкостенной трубной заготовки большого диаметра (с отношением толщины стенки к радиусу заготовки меньше 7%) вследствие возможной потери устойчивости такой заготовки в зоне передачи усилия - на входе в матрицу, разогретую до температуры наибольшей податливости материала заготовки.The disadvantage of the hot crimping method is the complexity of processing a thin-walled tubular billet of large diameter (with a ratio of wall thickness to the radius of the workpiece less than 7%) due to the possible loss of stability of such a workpiece in the force transfer zone - at the entrance to the matrix, heated to the temperature of the highest flexibility of the workpiece material.
Метод закатки концов трубной заготовки для формирования куполообразных днищ и днищ с горловиной является наиболее технологичным, особенно для термически неупрочняемых алюминиево-магниевого сплавов, которые обладают сравнительно высокими прочностными свойствами.The method of rolling the ends of the tube billet to form dome-shaped bottoms and bottoms with a neck is the most technologically advanced, especially for thermally unstressed aluminum-magnesium alloys, which have relatively high strength properties.
Изготовление металлической оболочки из термически неупрочняемого алюминиево-магниевого сплава закаткой осуществляют известным способом на известном оборудовании (не показано), например, как описано в патентах №2292251, 2296643, 1712029, 2175088.The manufacture of a metal shell from a thermally unstrengthened aluminum-magnesium alloy by rolling is carried out in a known manner using known equipment (not shown), for example, as described in patents No. 2292251, 2296643, 1712029, 2175088.
Для изготовления металлической оболочки (металлический баллон 1 (Фиг.1) или лейнер 6 (Фиг.2)) используют трубную заготовку (не показана) из термически неупрочняемого алюминиево-магниевого сплава, например, сплава АМг6 или АМг4.5 с заданными геометрическими размерами (длина, толщина, диаметр).For the manufacture of a metal shell (metal cylinder 1 (Fig. 1) or liner 6 (Fig. 2)), a tube billet (not shown) is used from a thermally unstrengthened aluminum-magnesium alloy, for example, AMg6 or AMg4.5 alloy with predetermined geometric dimensions ( length, thickness, diameter).
Конец трубной заготовки любым известным способом с помощью любого известного нагревательного устройства (горелки, индуктора, печи) нагревают, вращая заготовку, до температуры 380-400°С.The end of the pipe billet by any known method using any known heating device (burner, inductor, furnace) is heated by rotating the billet to a temperature of 380-400 ° C.
Длина нагреваемого концевого участка (зона нагрева) - примерно равна наружному радиусу трубы. К нагретому до заданной температуры концу заготовки, зажатой в приспособлении, обеспечивающем ее вращение, подводят инструмент (валок), которым с заданным усилием производят деформирование материала трубы по заданному контуру с формированием днища и горловины заданной конфигурации. Процесс закатки конца трубной заготовки до достижения заданной формы осуществляется известными способами многократным оборотом инструмента (валка) вокруг трубной заготовки.The length of the heated end section (heating zone) is approximately equal to the outer radius of the pipe. A tool (roll) is brought to the end of the workpiece heated to a predetermined temperature, clamped in a device that ensures its rotation, by which, with a given force, the pipe material is deformed along a given contour with the formation of a bottom and neck of a given configuration. The process of rolling the end of the pipe billet to achieve a given shape is carried out by known methods by repeatedly turning the tool (roll) around the pipe billet.
По завершению операции формирования одного днища заготовку переустанавливают для формирования второго днища и его горловины (если она есть).At the end of the operation of forming one bottom, the workpiece is reinstalled to form the second bottom and its neck (if any).
Следующей операцией изготовления композитного баллона ВД является выполнение внешней силовой оболочки 5 вокруг лейнера 6, которое осуществляют известным образом, например, как описано в патенте №2175088.The next step in the manufacture of a composite cylinder VD is the implementation of the outer power shell 5 around the liner 6, which is carried out in a known manner, for example, as described in patent No. 2175088.
Далее может быть проведен заключительный этап технологического процесса изготовления композитного баллона ВД - гидравлические испытания баллона пробным давлением (1.5 рабочего давления), которые осуществляются известным образом в соответствии с «Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением. ПБ 03-576-03». При этом, как было показано выше, при гидравлическом нагружении композитного баллона ВД пробным давлением, напряжения в лейнере 6 из термически неупрочняемого алюминиево-магниевого сплава, превышают предел текучести материала сплава, что приводит к пластической деформации и упрочнению алюминиево-магниевого сплава лейнера 6. Далее, в процессе эксплуатации композитного баллона ВД, при нагружении композитного баллона ВД рабочим давлением, в лейнере 6 также возникают напряжения, превышающие предел текучести неупрочняемого алюминиево-магниевого сплава. В результате, в процессе эксплуатации композитного баллона ВД, происходит пластическая деформация и дополнительное упрочнение алюминиево-магниевого сплава до необходимых параметров.Then, the final stage of the manufacturing process for manufacturing a composite cylinder VD can be carried out - hydraulic testing of the cylinder with test pressure (1.5 working pressure), which are carried out in a known manner in accordance with the "Rules for the design and safe operation of pressure vessels. PB 03-576-03. " Moreover, as was shown above, when the composite VD cylinder is hydraulically loaded with test pressure, the stresses in the liner 6 of a thermally unstrengthened aluminum-magnesium alloy exceed the yield strength of the alloy material, which leads to plastic deformation and hardening of the aluminum-magnesium alloy of liner 6. Further , during the operation of the composite cylinder VD, when loading the composite cylinder VD with working pressure, stresses also appear in the liner 6, exceeding the yield strength of unstrengthened aluminum-magn evogo alloy. As a result, during the operation of the composite cylinder VD, plastic deformation and additional hardening of the aluminum-magnesium alloy to the required parameters occur.
Аналогично осуществляется упрочнение термически неупрочняемого алюминиево-магниевого сплава металлического баллона 1 (Фиг.1) металлического баллона ВД.Similarly, hardening of a thermally unstrengthened aluminum-magnesium alloy of a metal cylinder 1 (Fig. 1) of a metal cylinder VD is carried out.
Приведенные выше примеры предпочтительного осуществления полезной модели, содержащие указания на отдельные варианты выполнения, не исчерпывают возможных изменений и дополнений, очевидных специалисту в данной области техники, которые не затрагивают существа технического решения охарактеризованного формулой полезной модели.The above examples of the preferred implementation of the utility model, containing indications of individual embodiments, do not exhaust the possible changes and additions that are obvious to a person skilled in the art that do not affect the essence of the technical solution described by the formula of the utility model.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009118349/22U RU87492U1 (en) | 2009-05-08 | 2009-05-08 | HIGH PRESSURE CYLINDER (OPTIONS) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009118349/22U RU87492U1 (en) | 2009-05-08 | 2009-05-08 | HIGH PRESSURE CYLINDER (OPTIONS) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU87492U1 true RU87492U1 (en) | 2009-10-10 |
Family
ID=41261278
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009118349/22U RU87492U1 (en) | 2009-05-08 | 2009-05-08 | HIGH PRESSURE CYLINDER (OPTIONS) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU87492U1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017048154A1 (en) * | 2015-09-14 | 2017-03-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Русские цилиндры" | Gas cylinder |
| EA029501B1 (en) * | 2017-02-15 | 2018-04-30 | Олег Евгеньевич БОГАЧЕК | Vessel made of non-heat-hardenable alloy and method for making the same |
| AT16441U1 (en) * | 2015-09-14 | 2019-10-15 | Konstantin Vladimirovich Sorokin | gas cylinders |
-
2009
- 2009-05-08 RU RU2009118349/22U patent/RU87492U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017048154A1 (en) * | 2015-09-14 | 2017-03-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Русские цилиндры" | Gas cylinder |
| AT16441U1 (en) * | 2015-09-14 | 2019-10-15 | Konstantin Vladimirovich Sorokin | gas cylinders |
| EA029501B1 (en) * | 2017-02-15 | 2018-04-30 | Олег Евгеньевич БОГАЧЕК | Vessel made of non-heat-hardenable alloy and method for making the same |
| US11644151B2 (en) | 2017-02-15 | 2023-05-09 | Oleg Evgenievich BOGACHEK | Vessel made of thermally non-hardenable aluminum alloy and method for the production thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2158048B1 (en) | Method for manufacturing tanks | |
| RU2652413C2 (en) | Method of manufacturing pressure vessel liners | |
| US20090200319A1 (en) | Metallic liner for a fiber wrapped composite pressure vessel for compressed gas storage and transportation | |
| US20100310815A1 (en) | Plastic deformation technological process for production of thin wall revolution shells from tubular billets | |
| RU87492U1 (en) | HIGH PRESSURE CYLINDER (OPTIONS) | |
| CN103148340A (en) | High-pressure gas cylinder with steel wire winding structure | |
| CN109058753A (en) | A kind of marine worker pressure vessel bottle and its production method | |
| AU2015212419B2 (en) | Improved method to produce high-resistance composite vessels with inner metal liner and vessels made by said method | |
| AU2015273346B2 (en) | A method of manufacture of vessels for pressurised fluids and apparatus thereof | |
| US6491182B1 (en) | Treating pressure vessels | |
| JP4528346B2 (en) | FRP container for high pressure hydrogen storage using Cr-Mo steel liner | |
| CN110520668B (en) | Non-heat-treatable aluminum alloy container and method for manufacturing same | |
| RU2758470C2 (en) | High-pressure cylinder (variants) and method for producing same (variants) | |
| CN203273275U (en) | Steel wire winding structure high-pressure gas cylinder | |
| RU2175088C1 (en) | Pressure vessel and method of its manufacture (versions) | |
| RU2010651C1 (en) | Method of making body of metallic gas bottle | |
| Pismenny et al. | Braze-welded tubular billets for pipelines and high-pressure vessels | |
| Ridzoň et al. | MECHANICAL PROPERTIES AND MACROSCOPIC DEFORMATION OF PRECISION SEAMLESS TUBES DURING COLD DRAWING. | |
| US20070187415A1 (en) | Glass fiber reinforced gas cylinder | |
| NZ200337A (en) | Pressure vessel strengthened with glass fibre reinforced plastics |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MF91 | Utility model revoked (after utility model was found completely invalid) |
Effective date: 20180530 |