SE541132C2 - Support device inside pressurized tank - Google Patents

Abstract

Uppfinningen avser en stödanordning anordnad inuti tank (70) för att göra tanken mer trycktålig vid oförändrad godstjocklek. Tanken innefattar en cylindrisk del (72) med en första och en andra ände, och en gaveldel (74, 75) i varje ände. Det finns anordnat ett stöd (78; 85) invändigt i respektive ände av den cylindriska delen. Dessa stöd har en utsträckning längs hela cylinderns omkrets, vilka stöd är infästa mot den cylindriska delens inre mantelyta. Gaveldelarna är anordnade i omedelbar anslutning till respektive stöd och infästa i den cylindriska delen.The invention relates to a support device arranged inside a tank (70) for making the tank more pressure-resistant at unchanged material thickness. The tank comprises a cylindrical part (72) with a first and a second end, and a gable part (74, 75) at each end. A support (78; 85) is provided internally at each end of the cylindrical part. These supports extend along the entire circumference of the cylinder, which supports are attached to the inner circumferential surface of the cylindrical part. The end parts are arranged in immediate connection to the respective support and fastened in the cylindrical part.

Description

STÖDANORDNING INUTI TRYCKSATT TANK Föreliggande uppfinning hänför sig till tankar i vilka ett inre övertryck råder och är ämnad att möjliggöra en avsevärd reduktion av kostnaden för och vikten hos sådana tankar. SUPPORT DEVICE INSIDE PRESSURE TANK The present invention relates to tanks in which an internal overpressure prevails and is intended to enable a considerable reduction in the cost and weight of such tanks.

Uppfinningen riktar sig dessutom huvudsakligen mot sådana tankar där tryckskillnaden på grund av tyngdkraften mellan tankens övre och undre volymer inte utgör mer än en bråkdel av det totala övertrycket i tanken. Inte heller riktar sig uppfinningen mot att förstärka tanken mot de krafter som eventuellt kan uppstå vid dess infästningar eller upplag, vilka även dessa förutsätts vara relativt försumbara relativt de spänningar i tankhöljet som har sin direkta orsak i det inre övertrycket. In addition, the invention is mainly directed to such tanks where the pressure difference due to gravity between the upper and lower volumes of the tank does not constitute more than a fraction of the total overpressure in the tank. Nor is the invention directed to reinforcing the tank against the forces which may arise at its attachments or supports, which are also assumed to be relatively negligible relative to the stresses in the tank housing which have their direct cause in the internal overpressure.

Bakgrund Höljet i en tank utsatt för inre övertryck måste kunna stå emot de krafter och spänningar som kan uppstå inom det tryckområde tanken är klassad för. Background The housing of a tank subjected to internal overpressure must be able to withstand the forces and stresses that can arise within the pressure range for which the tank is rated.

En tank för till exempel varmvattenberedare måste tåla de högsta tryck som kan påräknas i det vattensystem som tanken är ansluten till. För säkerhets skull har man i dessa installationer också fört in en säkerhetsventil (omfattas inte av denna uppfinning) som omedelbart släpper ut vatten ur tanken för det fall att trycket skulle komma att överstiga systemspecifikationerna. A tank for, for example, a water heater must withstand the highest pressures that can be expected in the water system to which the tank is connected. For safety reasons, a safety valve (not covered by this invention) has also been introduced into these installations which immediately releases water from the tank in the event that the pressure should exceed the system specifications.

Den trycksatta tanken måste utformas så att varje delkomponent av dess hölje (vanligen gavel respektive mantel) var och en för sig tål de högsta spänningar i plåten som kan uppstå på grund av trycket. Detta är dock inte alltid tillräckligt för att tanken i sin helhet ska tåla trycket utan dessutom måste konstruktionen tas till så att även de tillkommande krafter/spänningar som uppstår i skarven/gränsen/övergången mellan delkomponenterna (gavel respektive mantel) inte riskerar att deformera tanken med åtföljande risk för bristningar i den sålunda uppkomna deformationszonen. The pressurized tank must be designed so that each sub-component of its casing (usually gable and jacket) can each withstand the highest stresses in the sheet that may arise due to the pressure. However, this is not always sufficient for the tank as a whole to withstand the pressure, but also the construction must be taken so that even the additional forces / stresses that arise in the joint / boundary / transition between the sub-components (end and casing) do not risk deforming the tank with concomitant risk of stretch marks in the deformation zone thus created.

Det gängse sättet att förstärka konstruktionen mot sådana deformationer i skarvar och övergångar är att man övergår till så pass grov dimension på plåtmaterialet i höljet att detta i sig själv förmår motstå den sammanlagda högsta spänning som någonstans kan uppstå. Därmed riskerar tankplåten att överallt utom just i närområdet till skarven bli kraftigt överdimensionerad, vilket i sin tur medför att såväl materialdimension, vikt och tillverkningskostnad för mantel respektive gavel mångfaldigas i förhållande till om dessa komponenter enbart skulle behöva dimensioneras för att motstå den direkta egna spänningen på grund av det inre övertrycket. The common way of reinforcing the structure against such deformations in joints and transitions is to move to such a coarse dimension of the sheet material in the casing that this in itself is able to withstand the total maximum stress that can occur anywhere. As a result, the tank plate risks being greatly oversized everywhere except in the immediate vicinity of the joint, which in turn means that the material dimension, weight and manufacturing cost of the jacket and end are multiplied in relation to whether these components only need to be dimensioned to withstand the direct own voltage. due to the internal overpressure.

Sammanfattning av uppfinningen I ljuset av problemen och nackdelarna med känd teknik har uppfinnaren nu hittat en lösning, vilken definieras i de bifogade patentkraven. Summary of the invention In view of the problems and disadvantages of the prior art, the inventor has now found a solution, which is defined in the appended claims.

Närmare bestämt avser uppfinningen en anordning vid en tank, företrädesvis en tank som skall tåla förhöjda tryck, vilken tank innefattar en cylindrisk del med en första och en andra ände, och en gaveldel i varje ände. I tanken finns det enligt uppfinningen anordnat ett invändigt stödelement längs hela omkretsen i respektive ände av den cylindriska delen, vilka stödelement är placerade i anliggning mot den cylindriska delens inre mantelyta i så pass omedelbar anslutning till den kommande gränsen mellan mantelyta och gaveldel att höljet längs hela sin omkrets ges ett fullgott stöd mot kontra ktion. More particularly, the invention relates to a device at a tank, preferably a tank which is to withstand elevated pressures, which tank comprises a cylindrical part with a first and a second end, and a gable part at each end. In the tank, according to the invention, an internal support element is arranged along the entire circumference at the respective end of the cylindrical part, which support elements are placed in abutment with the inner circumferential surface of the cylindrical part in such immediate connection to the coming boundary between circumferential surface and end part its perimeter is given full support against contraction.

Denna uppfinning avser således en ny komponent, ett stödelement, som när den monterats i tanken innanför respektive skarv stöder skarven inifrån och därmed tar upp alla de deformerande krafterna i gränsen. På så sätt onödiggör komponenten att delkomponenterna i tankhöljet behöver dimensioneras grövre än vad som motiveras av de egna spänningar som direkt orsakats av själva övertrycket i tanken. Därmed reduceras kostnad och vikt för tankhöljet till en bråkdel av nu gällande. Tillkommer i stället kostnad och vikt för den nya komponenten, men dessa torde som högst uppgå till mindre än 30% av besparingarna på själva höljet. This invention thus relates to a new component, a support element, which when mounted in the tank inside the respective joint supports the joint from the inside and thus absorbs all the deforming forces in the boundary. In this way, the component makes it unnecessary that the sub-components in the tank housing need to be dimensioned coarser than what is justified by the own stresses that are directly caused by the overpressure in the tank itself. This reduces the cost and weight of the tank housing to a fraction of what is currently the case. The cost and weight of the new component will be added instead, but these should at most amount to less than 30% of the savings on the housing itself.

Inget krav finns på att stödelementet ska vara infäst i höljet på annat sätt än att det ska vara instängt innanför detsamma, inte på något sätt kunna förskjutas axiellt samt dessutom hålla sig kvar i skarvens plan. Detta kan åstadkommas på ett flertal olika sätt, såsom att utföra stödelementet med visst övermått och placera det i ett invändigt spår i höljet med motsvarande övermått, förse höljets insida med rillor eller stoppklackar eller kanske helt enkelt fästa stödelementet med ett antal svetspunkter. There is no requirement for the support element to be attached to the housing in any other way than that it must be enclosed inside the same, not in any way be able to be displaced axially and also remain in the plane of the joint. This can be achieved in a number of different ways, such as making the support element with a certain oversize and placing it in an internal groove in the housing with corresponding dimensions, providing the inside of the housing with grooves or stop lugs or perhaps simply attaching the support element with a number of welding points.

I vissa fall är gavelstycket utformat så att det även inkluderar en kort cylindrisk del. Därvid ska stödelementet placeras inne i gavelstycket i omedelbar anslutning till dess övergång från cylindrisk till sfä risk form. In some cases the end piece is designed so that it also includes a short cylindrical part. In this case, the support element must be placed inside the end piece in immediate connection with its transition from cylindrical to spherical shape.

Efter det att stödelementet satts på plats, fogas höljesdelarna ihop på gängse sätt, vanligen genom svetsning, så att en tät och trycksäker tank erhålls. After the support element has been put in place, the housing parts are joined together in the usual way, usually by welding, so that a tight and pressure-proof tank is obtained.

Stödelementet kan vara utformat på ett flertal olika sätt, men ska i varje enskild utformning ge ett likformigt och fullgott stöd längs hela cylinderytans omkrets. Speciellt skall det vara så dimensionerat att det förmår förhindra varje form av deformation gränsområdet mellan mantelyta och gavelstycke. Bland annat kan olika utformningar av stödringar tänkas, men också cirkulära skott kan uppfylla kraven. Skotten ska då vara så pass "otäta", exempelvis perforerade, att ingen risk föreligger för tryckskillnader över skottet. The support element can be designed in a number of different ways, but must in each individual design provide a uniform and adequate support along the entire circumference of the cylinder surface. In particular, it must be dimensioned in such a way that it is able to prevent any form of deformation between the mantle surface and the end piece. Among other things, different designs of support rings are conceivable, but also circular shots can meet the requirements. The bulkheads must then be so "leaky", for example perforated, that there is no risk of pressure differences across the bulkhead.

I en utföringsform utgörs stödelementet av en solid ring i företrädesvis samma material som själva tanken. Ringen kan utgöras av en cirkelböjd stav med cirkulärt, rektangulärt eller annat lämpligt tvärsnitt och vars ändar förenats i en skarv med så pass god hållfasthet ändarna inte riskerar att förskjutas visavi varandra. In one embodiment, the support element consists of a solid ring in preferably the same material as the tank itself. The ring may consist of a circularly bent rod with a circular, rectangular or other suitable cross-section and the ends of which are joined in a joint with such good strength that the ends do not risk being displaced vis-à-vis each other.

I ytterligare en utföringsform utgörs stödelementet av ett cirkulärt metallskott av erforderlig tjocklek, företrädesvis av samma material som i tanken. In a further embodiment, the support element consists of a circular metal bulkhead of the required thickness, preferably of the same material as in the tank.

Kort beskrivning av ritningarna Fig. 1a illustrerar en sfärisk tank Fig. 1b visar samma sfäriska tank som i Fig. 1a delad i två lika halvor och med krafterna i skarven utritade. Brief description of the drawings Fig. 1a illustrates a spherical tank Fig. 1b shows the same spherical tank as in Fig. 1a divided into two equal halves and with the forces in the joint drawn.

Fig. 2 en cylindrisk tank med halvsfäriska gavlar och med de krafter utritad som gäller i övergången mellan cylinder och halvsfär; Fig. 3 illustrerar spänningsförhållanden i övergången mellan cylinder och sfärisk kalottgavel, sfärens krökningsradie lika cylinderns diameter; Fig. 4 visar hur en tank med kalottgavlar kan deformeras då den utsätts för ett alltför kraftigt övertrycktryck; Fig. 5 illustrerar hur det föreslagna stödelementet, infört i tanken enligt fig. 3 tar över lasten från de radiella krafter från gaveln som annars skulle kunna orsaka att manteln deformeras. Fig. 2 shows a cylindrical tank with hemispherical ends and with the forces plotted in the transition between cylinder and hemisphere; Fig. 3 illustrates stress conditions in the transition between cylinder and spherical end cap, the radius of curvature of the sphere equal to the diameter of the cylinder; Fig. 4 shows how a tank with cap ends can be deformed when it is subjected to an excessive overpressure pressure; Fig. 5 illustrates how the proposed support element, inserted in the tank according to Fig. 3, takes over the load from the radial forces from the end wall which could otherwise cause the jacket to be deformed.

Fig. 6 visar dels de radiella spänningsförhållanden i infästningen av en gaveldel, dels hur stödringen tar upp den radiella spänning som annars skulle orsaka kraftig påkänning på den cylindriska delen; Fig. 7 visar en cylindrisk tank med två olika typer av stöd, dels en stödring i den ena änden, dels ett stödskott i den andra, placerade i omedelbar anslutning till svetsfogarna till de kalottformade gaveldelarna; och Fig. 8 visar en alternativ utformning av en gaveldel, dess infästning och tillhörande stödring. Fig. 6 shows the radial stress conditions in the attachment of a gable part, and how the support ring absorbs the radial stress that would otherwise cause severe stress on the cylindrical part; Fig. 7 shows a cylindrical tank with two different types of support, partly a support ring at one end, partly a support bulkhead at the other, placed in immediate connection to the welds to the cap-shaped end parts; and Fig. 8 shows an alternative design of a gable part, its attachment and associated support ring.

Fig. 9 visar en alternativ utformning där stöd ringen lagts in i gaveldelens cylindriska krage som sedan pressats ihop för att kunna föras in inuti manteln inför hopsvetsningen med denna. Fig. 9 shows an alternative design where the support ring is inserted into the cylindrical collar of the end part which is then pressed together to be able to be inserted inside the casing before the welding with it.

Detaljerad beskrivning Först kommer en diskussion om bakgrunden till den problemställning som uppfinningen handlar om. Detailed description First comes a discussion of the background to the problem that the invention is about.

Själva den geometriska utformningen av en tank har en mycket kraftig inverkan på de spänningar i materialet som uppstår vid trycksättning. Allra mest trycktåliga är utformningar där materialspänningar och krafter, orsakade av övertrycket är riktade helt parallellt med ytan på tankhöljet. Möjliga sådana utformningar är dels den sfäriska tanken, fig. 1, som i exempelvis 750-liters-utförande för upp till 3 bar inte behöver grövre plåt än 0,85 mm, dels den cylindriska tanken med halvsfäriska gavlar, Fig. 2, som för samma volym och tryck som normala formfaktorer, h/D, kräver ca 0,6 mm i gavel respektive 1,2 mm i manteln. I bägge dessa tankformer saknas radiella spänningar/krafter och därmed kan denna uppfinning inte ge något positivt bidrag Tyvärr är sfä riska tankar respektive cylindrar med halvsfäriska gavlar svåra och därmed mycket dyra att tillverka. I tillägg är dessa tankar mycket ineffektiva vad gäller det volymmässiga utnyttjandet av de lokaler de placeras i. Inom branschen har därför utvecklats en standardform på tankar bestående av en mantelyta i form av en cylinder med valbar höjd och diameter som försetts med standardiserade gavlar i form av relativt svagt kupade sfä riska kalotter vars standardiserade krökningsradie överensstämmer med mantelytans diameter. Detta utförande är helt överlägset vad gäller tillverkningskostnad och volymutnyttjande. The geometric design of a tank itself has a very strong effect on the stresses in the material that arise during pressurization. The most pressure-resistant are designs where material stresses and forces, caused by the overpressure, are directed completely parallel to the surface of the tank housing. Possible such designs are partly the spherical tank, Fig. 1, which in, for example, 750-liter design for up to 3 bar does not need coarser sheet metal than 0.85 mm, and partly the cylindrical tank with hemispherical ends, Fig. 2, which for the same volume and pressure as normal form factors, h / D, require about 0.6 mm in the end wall and 1.2 mm in the jacket, respectively. In both of these tank shapes there are no radial stresses / forces and thus this invention can not make a positive contribution Unfortunately, spherical tanks and cylinders with hemispherical ends are difficult and therefore very expensive to manufacture. In addition, these tanks are very inefficient in terms of the volume utilization of the premises in which they are placed. relatively slightly cupped spherical skulls whose standardized radius of curvature corresponds to the diameter of the mantle surface. This design is completely superior in terms of manufacturing cost and volume utilization.

Tyvärr medför denna gavelform den nackdelen att materialspänningarna i gränsen/övergången/skarven mellan mantel och gavel inte längre är riktade parallellt med höljesytan utan att där i stället uppstår avsevärda krafter vinkelrätt mot plåtytan. Detta framgår av Fig. 3., där ena tankgaveln skilts från manteln och där man i snittet ritat in de kraftpar som uppstår då tanken sätts under invändigt övertryck. I detta sammanhang är det de radiella krafterna som är av intresse och som måste tas om hand på något sätt. Dessa krafter uppkommer som en följd av att det inre övertrycket strävar att öka gavelns buktning, vilket i sin tur medför att gavelns periferi fås att dra ihop sig. Denna deformation motverkas av dels gavelns egen styvhet, dels de utåtriktade radiella krafter på gavel periferin som uppstår då manteln i fogen mot gaveln måste påverkas av motsvarande reaktionskrafter som tvingar fogen att följa med i den resulterande deformationen. Unfortunately, this gable shape has the disadvantage that the material stresses in the boundary / transition / joint between the jacket and the gable are no longer directed parallel to the casing surface, but instead considerable forces arise perpendicular to the sheet metal surface. This is shown in Fig. 3, where one tank end is separated from the jacket and where the section shows the pairs of forces that arise when the tank is placed under internal overpressure. In this context, it is the radial forces that are of interest and that must be addressed in some way. These forces arise as a result of the internal overpressure striving to increase the curvature of the gable, which in turn causes the periphery of the gable to contract. This deformation is counteracted by both the gable's own rigidity and the outward radial forces on the gable periphery which occur when the jacket in the joint against the gable must be affected by corresponding reaction forces which force the joint to follow the resulting deformation.

Om dessa komponenter inte är tillräckligt styva, exempelvis om de dimensionerats för att endast nätt och jämt i sig själva kunna stå emot övertrycket, så kommer de ofrånkomligen att deformeras likt Fig. 4, som visar , ett tvärsnitt av en tank 40 deformerad av inre övertryck (heldragen konturlinje med punktformade svetsfogar42) överlagrat på en odeformerad tank (streckad konturlinje med ringformade svetsfogar 44). Som framgår uppstår effekten att dels fogen/svetsskarven dras ihop och förskjuts, dels vinkeln mellan plåtytorna på dess respektive sidor ändras kraftigt. På så sätt uppkommer en allvarlig risk för kraftig överbelastning av materialet i fogen och eventuellt också att tanken brister. If these components are not rigid enough, for example if they are dimensioned to be able to withstand the overpressure only in themselves, they will inevitably be deformed like Fig. 4, which shows a cross section of a tank 40 deformed by internal overpressure (solid contour line with point-shaped welds42) superimposed on an undeformed tank (dashed contour line with annular welds 44). As can be seen, the effect arises that on the one hand the joint / weld joint is contracted and displaced, and on the other hand the angle between the sheet metal surfaces on its respective sides changes sharply. In this way, there is a serious risk of heavy overloading of the material in the joint and possibly also that the tank breaks.

Som tidigare nämnts är den i branschen gängse metoden att hantera problemet att man överdimensionerar komponenterna i höljet så pass mycket att de av egen kraft förmår hålla deformationstendenserna i gränsområdet inom acceptabla gränser. Tyvärr medför detta att man då tvingas till att mer än fördubbla materialtjockleken för samtliga tankens ytor. I sin tur drabbas man då också, utöver en fördubbling av tankvikt och materialförbrukning, av en väsentligt besvärligare tillverkningsprocess när man ska bearbeta dessa onödigt grova detaljer. As previously mentioned, the common method in the industry for dealing with the problem is to oversize the components in the casing so much that they are able to keep the deformation tendencies in the boundary area within acceptable limits within their own power. Unfortunately, this means that you are then forced to more than double the material thickness for all the tank surfaces. In turn, in addition to a doubling of tank weight and material consumption, you also suffer from a significantly more difficult manufacturing process when you have to process these unnecessarily coarse parts.

Det alternativa tillvägagångssätt som föreslås i denna uppfinning är att man, i stället för att överdimensionera hela tanken, tillför en komponent till varje skarvområde som avlastar manteln och skarven från de inåtriktade radiella krafterna från den utbuktande gaveln. Så länge denna komponent förmår stå emot, så kommer gaveln att kunna behålla sin ursprungliga form, skarven att kunna behålla sin omkrets, och vinkeln mellan mantelyta och gavelyta att kvarstå oförändrad. Denna nya komponent är helt enkelt ett stöd som placeras längs insidan av skarven och som förhindrar varje ansats till kontra ktion, detta genom att förmedla varje inåtriktad radieil delkraft tvärs över tanken till dess motriktade motsvarighet på andra sidan. På så sätt neutraliseras de skadliga radiella krafterna på skarven fullständigt. I och med införandet av denna komponent behöver man inte längre beakta krafterna i skarven när man beräknar plåttjockleken för tankhöljet. The alternative approach proposed in this invention is that, instead of oversizing the entire tank, a component is added to each joint area which relieves the jacket and joint from the inward radial forces of the bulging end end. As long as this component is able to withstand, the gable will be able to retain its original shape, the joint will be able to retain its circumference, and the angle between the mantle surface and the gable surface will remain unchanged. This new component is simply a support placed along the inside of the joint and which prevents each shoulder from contracting, this by transmitting each inward radial sub-force across the tank to its opposite counterpart on the other side. In this way, the harmful radial forces on the joint are completely neutralized. With the introduction of this component, it is no longer necessary to consider the forces in the joint when calculating the plate thickness of the tank casing.

Den nya komponenten ska ligga i samma plan som skarven och stödja denna inifrån längs hela dess omkrets. Därmed måste komponenten ha en cirkulär omkrets som överallt ansluter tätt till skarven. Dess utformning kan variera alltifrån ett perforerat cirkulärt skott till en stödring placerad innanför skarven. Komponenten utförs lämpligen i samma material som tankhöljet och dess tvärsnittsyta görs stor nog för att motstå kontra ktionskrafterna från gavelomkretsen. The new component must lie in the same plane as the joint and support it from the inside along its entire circumference. Thus, the component must have a circular circumference that connects tightly to the joint everywhere. Its design can vary from a perforated circular shot to a support ring located inside the joint. The component is suitably made of the same material as the tank housing and its cross-sectional area is made large enough to withstand the contraction forces from the end circumference.

Mantelytan i en "oändligt lång" cylindrisk tank 10 med 750 mm diameter och 2,5 mm godstjocklek kommer att visa sig tåla långt mer än 6 bars tryck, närmare 6,7 bar vid en säkerhetsfaktor om hela 2,0. The casing surface of an "infinitely long" cylindrical tank 10 with 750 mm diameter and 2.5 mm wall thickness will prove to withstand far more than 6 bar pressure, closer to 6.7 bar at a safety factor of as much as 2.0.

Skalet på en sfärisk tank 20 enligt Fig. la kommer att visa sig tåla närmare dubbelt så högt tryck som det cylindriska skalet, det vill säga ca 13 bar vid säkerhetsfaktor 2,0 Sfären i Fig. 1a kan ses som två halvsfärer 30, 32 sammanhållna av spänningen s i skalet, se Fig. 1b. The shell of a spherical tank 20 according to Fig. 1a will prove to withstand almost twice as high a pressure as the cylindrical shell, i.e. about 13 bar at a safety factor of 2.0 The sphere in Fig. 1a can be seen as two hemispheres 30, 32 held together by the voltage s in the shell, see Fig. 1b.

En tank med halvsfäriska gavlar, schematiskt visad i Fig. 2, skulle alltså kunna motstå de högre tryck man kan vilja uppnå, men till priset av att tanken blir mer skrymmande och dessutom relativt kostsam att tillverka. A tank with hemispherical ends, schematically shown in Fig. 2, could thus withstand the higher pressures one may wish to achieve, but at the cost of the tank becoming more bulky and also relatively expensive to manufacture.

Enligt uppfinningen används företrädesvis endast en "kalott" 50 enligt Fig. 5 med samma materialtjocklek som halvsfärerna ovan, och en diameter, lika stor som tankdiametern, exempelvis 750 mm. Kalottens krökningsradie är densamma som tankdiametern, 750 mm, vilket illustreras i Fig. 5. Krökningsradien följer förstås tankdiametern som kan variera inom vida gränser beroende på tankens storlek, men torde i de flesta fall ligga mellan 500 mm och 1500 mm. Med en krökningsradie på kalotten, lika tankdiametern, med samma material i mantel och gavel samt med samma materialtjocklek i bägge, så kommer gaveln och manteln att ha samma övre gräns för trycket. According to the invention, only a "cap" 50 according to Fig. 5 with the same material thickness as the hemispheres above, and a diameter equal to the tank diameter, for example 750 mm, is preferably used. The radius of curvature of the cap is the same as the tank diameter, 750 mm, which is illustrated in Fig. 5. The radius of curvature naturally follows the tank diameter, which can vary within wide limits depending on the size of the tank, but should in most cases be between 500 mm and 1500 mm. With a radius of curvature on the cap, equal to the tank diameter, with the same material in the jacket and gable and with the same material thickness in both, the gable and the jacket will have the same upper limit for the pressure.

Kalotten enligt ovan kommer därför av naturliga skäl även den att med marginal klara 6 bars tryck i sig, eftersom material och materialtjocklek är desamma. Spänningarna i kalotten ligger längs dess skal och kan ses som ett spänningspar enligt figuren med en axiell komponent, s, parallell med centrumlinjen C och en radieil komponent. Vid kalottens yttre gräns har kalottitan vinkeln 60 grader mot tankens axel. Därvid blir den radiella kraftkomponenten 1,732 gånger den axiella, dvs ca 1,732*s. The cap according to the above will therefore, for natural reasons, also with a margin of 6 bar pressure in itself, since the material and material thickness are the same. The stresses in the cap lie along its shell and can be seen as a voltage pair according to the figure with an axial component, s, parallel to the center line C and a radial component. At the outer limit of the cap, the cap titan has an angle of 60 degrees towards the axis of the tank. The radial force component becomes 1.732 times the axial, ie about 1.732 * s.

Om man sammanfogar en kalott med diameter 750 mm enligt ovan i vardera änden av och en cylinder med diameter 750 mm erhåller man en tank. Respektive komponent, kalotter och cylinder, klarar trycket 6 bar, var för sig. If you join a cap with a diameter of 750 mm as above at each end of and a cylinder with a diameter of 750 mm, you get a tank. Each component, cap and cylinder, can withstand the pressure 6 bar, separately.

Kalotten och cylindern kan förse varandra med erforderliga balanserande axiella krafter, s. Den radiella spänningskomponenten, 1,732*s, som kalotten behöver måste dock tillföras på annat sätt. Detta eftersom cylindern inte förmår leverera denna motkraft utan att deformeras. The cap and the cylinder can supply each other with the required balancing axial forces, p. However, the radial stress component, 1,732 * s, which the cap needs, must be supplied in another way. This is because the cylinder is not able to deliver this counterforce without being deformed.

I en första utföringsform av uppfinningen anordnas därför en stödring 60 av exempelvis rundstål inuti en cylinder 62 (endast en del visad) i respektive ände där en kalott 64 skall monteras, vilket tillhandahåller den erforderliga radiella kraftkomponenten längs kalottkanten, vilket visas i Fig. 6. Therefore, in a first embodiment of the invention, a support ring 60 of, for example, round steel is arranged inside a cylinder 62 (only a part shown) at each end where a cap 64 is to be mounted, which provides the required radial force component along the cap edge, as shown in Fig. 6.

Detta motsvarar i praktiken att godstjockleken görs större i ändområdet intill skarven mellan cylinder och gavelkalott, och därigenom kan alltså materialet motstå dragkrafterna från gaveldelarna då dessa tenderar att bukta utåt. This corresponds in practice to the wall thickness being made larger in the end area next to the joint between cylinder and end cap, and thereby the material can thus withstand the tensile forces from the end parts as these tend to bend outwards.

En sådan stödring 60 utförd i 12 mm rundstål för en cylinder 62 med diameter 750 mm förmår med magnituders säkerhet stå emot den radiella kraften från kalotten. Om ringen 60 punktsvetsas fast inuti cylindern 62, kommer den också att vara fullständigt skyddad mot knäckning. Such a support ring 60 made of 12 mm round steel for a cylinder 62 with a diameter of 750 mm is able to withstand the radial force from the cap with the safety of magnitudes. If the ring 60 is spot welded firmly inside the cylinder 62, it will also be completely protected against buckling.

I Fig. 7 visas en komplett tank 70 innefattande en cylindrisk del 72, ett kalottformat gavelstycke 74, 75 i varje ände, en stödring 76 infäst inuti cylindern i dess ena ända, exempelvis medelst punktsvetsning, och där en kalott 75 svetsats fast i cylinderväggen i sitt läge mot stödringen 76 med en svetssöm 78 som löper runt hela periferin. Svetssömmen skall vara trycktät och hållfast nog för att motstå såväl de axiella som radiella spänningar som orsakas av det inre övertrycket i tanken. I cylinderns andra ände har i stället ett stödskott 85 på motsvarande sätt anbringats som stöd för skarven mot gavelstycket 74. Fig. 7 shows a complete tank 70 comprising a cylindrical part 72, a cap-shaped end piece 74, 75 at each end, a support ring 76 fixed inside the cylinder at one end thereof, for example by spot welding, and where a cap 75 is welded to the cylinder wall in its position against the support ring 76 with a weld seam 78 running around the entire periphery. The weld seam must be pressure-tight and strong enough to withstand both the axial and radial stresses caused by the internal overpressure in the tank. At the other end of the cylinder, instead, a support bulkhead 85 has been correspondingly arranged as a support for the joint against the end piece 74.

Naturligtvis kan tanken utformas med kombinationer av dessa varianter. Till exempel kan det föreligga stödringar i bägge ändar eller stödskott i bägge änder eller som i figuren ett stödskott i ena änden och en stödring i den andra änden. Of course, the tank can be designed with combinations of these variants. For example, there may be support rings at both ends or support shoots at both ends or, as in the figure, a support shot at one end and a support ring at the other end.

Fig. 8 visar en alternativ utföringsform av stödringen 80. Här utgörs denna av en ring av plåt, i det visade utförandet ca 50 mm bred, vilket är avpassat för en tank enligt ovan med diameter ca 750 mm. Självklart skall ringens 80 dimensioner anpassas efter tankens storlek och geometri. Ringen monteras företrädesvis innan gaveln fästs. Infästningen utförs lämpligen medelst punktsvetsning, invändigt längs cylindermantelns kant. Eventuellt kan den sömsvetsas i skarven för maximal tålighet mot tryckbelastning. Ringens materialtjocklek anpassas så att den förmår stå emot kontra ktionen från gaveln vid det maximala tryck som själva svepet tål. I ett utföringsexempel enligt ovan torde 6 mm materialtjocklek räcka. Fig. 8 shows an alternative embodiment of the support ring 80. Here it consists of a ring of sheet metal, in the embodiment shown approx. 50 mm wide, which is adapted for a tank as above with a diameter of approx. 750 mm. Of course, the 80 dimensions of the ring must be adapted to the size and geometry of the tank. The ring is preferably mounted before the end wall is attached. The fastening is suitably carried out by means of spot welding, internally along the edge of the cylinder shell. Optionally, it can be seam welded in the joint for maximum resistance to compressive loading. The material thickness of the ring is adjusted so that it is able to withstand the contraction from the end wall at the maximum pressure that the sweep itself can withstand. In an exemplary embodiment as above, 6 mm material thickness should suffice.

I denna utföringsform används i stället för en kalott enligt utföringsformen ovan en djupdragen gavel 82 som fästs utanpå cylindern genom svetsning 84 till ett trycktätt förband. In this embodiment, instead of a cap according to the above embodiment, a deep-drawn end 82 is used which is attached to the outside of the cylinder by welding 84 to a pressure-tight joint.

Vikten på tanken som konstruerats i enlighet med föreliggande uppfinning hamnar då på ursprungliga ca 120 kg med tillägg för de två stödringarna om vardera 6kg. The weight of the tank constructed in accordance with the present invention then ends up at the original approximately 120 kg with the addition of the two support rings of 6 kg each.

En tank som förstärks enligt gängse branschsed hamnar som jämförelse på en vikt om hela 240 kg. Uppfinningen medför således en avsevärd materialinbesparing och därmed en mer kostnadseffektiv tillverkning. A tank that is reinforced according to current industry practice ends up as a comparison with a weight of as much as 240 kg. The invention thus entails a considerable material saving and thus a more cost-effective manufacture.

Förhållandet mellan trycknivå och godstjocklek i relativa tal kan uttryckas på följande sätt. The relationship between pressure level and wall thickness in relative numbers can be expressed as follows.

För en cylinder med diametern D och materialtjockleken d gäller följande. For a cylinder with a diameter D and a material thickness d, the following applies.

Tryck P, Materialtjocklek d, cylinderdia D, tillåten materialspänning s (för aktuellt stål är s<1100 kp/cm2) => s>P*D/2*d =>P<s*2*d/D =>P<2*1100*d/D => Om D=750 mm och d=2 mm så blir P< 2200*2/750 = 5,86 bar. P<5,86 bar Sfär med diametern D och materialtjockleken d: P*?*D<2>/4<s*?*D*d => P<s*4*d/D Med samma värden som ovan blir P<11,72 bar I Fig. 9 visas en alternativ utföringsform där en stödring 90 lagts in i gaveldelens 92 cylindriska krage 94 som sedan pressats ihop för att kunna föras in inuti tankens mantel 96 inför hopsvetsningen med denna. Pressure P, Material thickness d, cylinder diameter D, permissible material stress s (for current steel is s <1100 kp / cm2) => s> P * D / 2 * d => P <s * 2 * d / D => P < 2 * 1100 * d / D => If D = 750 mm and d = 2 mm then P <2200 * 2/750 = 5.86 bar. P <5.86 bar Sphere with diameter D and material thickness d: P *? * D <2> / 4 <s *? * D * d => P <s * 4 * d / D With the same values as above, P <11.72 bar Fig. 9 shows an alternative embodiment where a support ring 90 is inserted into the cylindrical collar 94 of the end part 92 which is then pressed together to be able to be inserted inside the jacket 96 of the tank before the welding with it.

EXEMPEL Som exempel kan nämnas en vanligt förekommande beredartank på 750 liter och klassad till 3 bar. Denna har diametern 750 mm, höjden 1925 mm, plåt i stål med tjocklek 3 mm och vikt 130 kg. Med införda förstärkningskomponenter enligt denna uppfinning skulle plåttjockleken i höljet kunna minskas från nuvarande 3 mm till 1,13 mm. Och därmed skulle vikten på tankhöljet minska från nuvarande 130 kg till låga 49 kg. I gengäld tillkommer vikten för de två förstärkningskomponenterna, totalt dryga 8 kg. Sammantaget således en total viktreduktion från 130 kg till 57 kg, dvs dryga 55% viktreduktion. EXAMPLE An example is a common water tank of 750 liters and rated at 3 bar. This has a diameter of 750 mm, a height of 1925 mm, a sheet of steel with a thickness of 3 mm and a weight of 130 kg. With inserted reinforcement components according to this invention, the plate thickness in the casing could be reduced from the current 3 mm to 1.13 mm. And thus the weight of the tank casing would decrease from the current 130 kg to a low 49 kg. In return, the weight is added for the two reinforcement components, a total of just over 8 kg. In total, therefore, a total weight reduction from 130 kg to 57 kg, ie just over 55% weight reduction.

Den andra sidan av detta mynt är att tanken med ursprungliga materialdimensioner enligt ovan, om den utrustades med adekvata komponenter enligt uppfinningen, skulle kunna klassas för 8 bars arbetstryck, nästan tre gånger så högt som den ursprungliga klassningen. Tankens totala vikt skulle samtidigt endast öka med marginella 22 kg från 130 kg till 152 kg. The other side of this coin is that the tank with original material dimensions as above, if equipped with adequate components according to the invention, could be rated for 8 bar working pressure, almost three times as high as the original rating. At the same time, the total weight of the tank would only increase by a marginal 22 kg from 130 kg to 152 kg.

Claims (5)

PATENTKRAV:CLAIMS: 1. Anordning vid trycktank (70), vilken tank innefattar en cylindrisk del med en första och en andra ände, och en gaveldel (74, 75) i varje ände, vilka gaveldelar (74, 75) är trycktätt infästa i den cylindriska delen, företrädesvis medelst ett svetsförband, utgörande en skarv mellan den cylindriska delen och gaveldelen, vilken skarv spänner upp ett plan; kännetecknad av att att det i respektive ände av den cylindriska delen finns anordnat ett invändigt stödelement (76; 85), i form av en solid ring, företrädesvis i samma material som själva tanken, vilket stödelement företrädesvis utgörs av en cirkelböjd stav med cirkulärt, rektangulärt eller annat lämpligt tvärsnitt och vars ändar förenats i en skarv, och där stödelementet har en utsträckning längs hela den cylindriska delens inre omkrets, och att de invändigt anordnade stödelementen ligger innanför skarven, mellan den cylindriska delen och gaveldelen väsentligen i samma plan som denna skarv samt stödjer denna skarv inifrån längs hela skarvens omkrets.A pressure tank device (70), the tank comprising a cylindrical member having a first and a second end, and a gable portion (74, 75) at each end, the gable portions (74, 75) being pressure sealed in the cylindrical member, preferably by means of a welded joint, constituting a joint between the cylindrical part and the end part, which joint spans a plane; characterized in that at each end of the cylindrical part there is arranged an internal support element (76; 85), in the form of a solid ring, preferably in the same material as the tank itself, which support element preferably consists of a circularly bent rod with circular, rectangular or other suitable cross-section and the ends of which are joined in a joint, and where the support element extends along the entire inner circumference of the cylindrical part, and that the internally arranged support elements lie inside the joint, between the cylindrical part and the end part substantially in the same plane as this joint and supports this joint from the inside along the entire circumference of the joint. 2. Anordning enligt krav 1, där gaveldelarna är kalottformade, företrädesvis som sfäriska kalotter.Device according to claim 1, wherein the end parts are capillary-shaped, preferably as spherical capillaries. 3. Anordning enligt krav 2, där de kalottformade gaveldelarnas krökningsradie är 500 - 1500 mm, för en tank med diametern 750 mm är lämpligen krökningsradien 750 mm.Device according to claim 2, wherein the radius of curvature of the cap-shaped end parts is 500 - 1500 mm, for a tank with a diameter of 750 mm, the radius of curvature is suitably 750 mm. 4. Anordning enligt något av föregående krav, där stödelementet är infäst i den cylindriska delen medelst punktsvetsning.Device according to any one of the preceding claims, wherein the support element is attached to the cylindrical part by means of spot welding. 5. Anordning enligt krav 4, där gaveldelen är en djupdragen del som fästs på utsidan av den cylindriska delen medelst svetsning i ett trycktätt förband, och där stödelementen är placerade omedelbart innanför cylinderns respektive ände.Device according to claim 4, wherein the end part is a deep-drawn part which is fastened to the outside of the cylindrical part by welding in a pressure-tight joint, and wherein the support elements are placed immediately inside the respective end of the cylinder.