Металлопластиковый баллон давления

(19) ИЮ (51)Г 1 Комитет Российской Федерации по патентам и тонарным знакам ЯавамТЕИТЮ- ТЕХВЙЕВЯБИБЛИОТЕКА БР АНИЕ И П К ПАТЕН 9 - 40ственное пр ова ЛА; Рыв В.Н; Стецеов В.В.ственное пр ИКОВЫ Й дприятие "Темп"аков ВСнко А.И дприятие Темп" БАЛЛОН ДАВ(21) 5006379/02(72) Свободов АНПопКапустин АИЖуравлеМаренков ЕА Селифан(57) Использование:давлением газообразнтения: баллон содержиоболочку, упрочненную алпоны, работающие под х сред. Сущность изобребесшовную металлическую намотанным на ее цилинди) 2002160 С 1 1 06 Р 16 Л 12 00 рическую часть полимерным композиционным материалом. При этом толщина стенки цилиндричес - кой части металлической оболочки выбирается такой, чтобы действующие при циклическом нагружеии- окружные напряжения были равны=(0.46 - 0.63)о,. а толщина армирующей обод 02почки составляет 3 =(0.9 - 1.4)Я, где о - дейпл пл д ствующие в металле окружные напряжения; оог условный предел текучести металла; Б, 3 - толщина армирующей и металлической оболочке со - ответственно, Конструкция баллона обеспечивает улучшение массогабаритных.характеристик и экс - ппуатационную надежность. 1 ил, 3 табл.5 10 15 20 30 35 40 50 55 Изобретение относится к области создания баллонов, работающих под давлением газообразных сред, и может бытьиспользовано на автотранспорте, работающем на сжатом природном газе, а также вдругих областях, связанных с применениемсжатых газов.В настоящее время известны различные конструкции баллонов давления, содержащие металлическую оболочку, усиленнуюснаружи полимерным композиционным материалом (ПКМ). Отечественными аналогами заявляемого технического решенияявляются металлопластиковые баллоны.Аналогичные конструктивные решенияприведены в патентах ВеликобританииМ 2128312, ФРГ ММ 2516395, 31036046, атакже в докладе Паттерсона и др, Облегченные композиционные баллоны высокогодавления, предназначенные для коммерческого использования. Основной задачей,решаемой при создании металлопластиковых баллонов-аналогов, являлось снижениеих массы, Частные вопросы касались разработки технологических приемов изготовления металлической и армирующейоболочек, а также повышения техническиххарактеристик баллонов, их эксплуатационных и потребительских качеств.Известным производителем баллоновдля сжатого газа является итальянская фирма РаЬег, которой разработан ряд типовбаллонов, емкостью 22-80,1. Сварной с кованньми днищами и цилиндрической намоткой ПКМ.2. С тонкостенной сварной оболочкой инамоткой челночного типа.3. С пластиковой оболочкой и намоткойчелночного типа.4. С цельной равностенной металлической оболочкой и намоткой по цилиндрической части.Баллоны фирмы ГаЬег имеют следующие недостатки: баллоны со сварной металлической оболочкой менее надежны вэксплуатации; намотка челночного типа несоизмерима по времени с операциями изготовления металлической оболочки иснижает производительность изготовлениябаллонов; пластиковая оболочка не можетобеспечить требуемую герметичность газового баллона.Конструкция баллона с равностеннойметаллической оболочкой и цилиндрической намоткой лишена перечисленных недостатков, является наиболее близкой кзаявляемому объекту по технической сущности и выбрана за прототип.Как следует из описания прототипа, приизготовлении баллона использована кольцевая намотка ПКМ. Известно, что ПКМ, полученные кольцевой намоткой, имеют повышенную склонность к трещинообразованию. В металлопластической конструкции склонность к образованию трещин усугубляется разномодульностью контактирующих материалов металла и ПКМ,Целью изобретения является улучшение массогабаритных характеристик и обеспечение эксплуатационной надежности баллонов при нагружении рабочим давлением не менее 40000 циклов в соответствии с требованиями зарубежных стандартов.Для достижения указанных целей металлопластиковый баллон, состоящий из стальной бесшовной оболочки, усиленной по цилиндрической части полимерным композиционным материалом, имеет следующие отличия от прототипа: 1, Толщина цилиндрической части металлической оболочки выбирается такой, чтобы действующие при циклическом нагружении окружные напряжения (о) были равны ггпу=(0,46-0,63) оо 2, где 0 о 2 - условный предел текучести металла 2, Толщина армирующей оболочки изполимерного композиционного материаладолжна быть равной Япл.=(0,9 - 1,4)Ям,где Ям - толщина металлической оболочки в цилиндрической части;На фиг. 1 изображен предлагаемый металлопластиковый баллон. разрез, где показано: (1 - стальная бесшовная оболочка; 2 -армирующая оболочка из ПКМ).Оценка эффективности баллонов проводилась по значению массы единицы объема (т/и), которая у прототипа не более - 0,7 кг/л. На фиг. 2 а, б приведены зависимости удельной массы (2 а) и количества циклов нагружения рабочим давлением (2 б) от величины(0 о/ дог) действующих в металлической оболочке окружных напряжений, отнесенных к его условному пределу текучести для баллона с наружным диаметром 253 мм и длиной 910 мм. Условный предел текучести металла 120 кгс/мм, рабочее давление 200 кгс/см при коэффициенте запаса прочности 2,6. Из приведенных на фиг, 2 а и в табл. 1 данных видно, что при окружных напряжениях. удовлетворяющих условию по=(0,46-0,63) оо 2, показатель (а/ч) лежит в пределах 0,69 - 0,51, При значении оо 0,46 сФ 2 показатель (гп/м)0,7, т,е. хуже чем у прототи.па.Верхний предел окружных напряжений со=0,63 0 о 2 ограничен требуемым количеством циклов нагружения рабочим давлени2002160 приведены значения разрушающего давления при различной толщине оболочки из ПКМ.На фиг, 3 показан характер разрушения 5 баллона, имеющего Япл=1,1 Ям, на фиг. 4 -Ялл=1,65 Ям.В табл. 3 в качестве примеров реализации приведены основные технические характеристики металлопластиковых бал ланов предлагаемой конструкции различных типоразмеров,Испытания показали, что металлопластиковые баллоны обеспечивают 40 тыс циклов нагружения давлением 200 кгс/см 15 без потери несущей способности. ем, который, как сказано выше, составляет 40000. При оц 0,63 айаг резко снижается работоспособность баллона в условиях циклического нагружения (фиг. 2 б, табл. 1).В баллоне предлагаемой конструкции, имеющем толщину стенки металлической оболочки, обеспечивающую значение показателя (гп/ч)=0,69 - 0,51, толщина оболочки из ПКМ составляет Ялл=0,9-1,4 Ям, Минимальная величина отношения Ялл/Ям=0,9 ограничена требуемым запасом прочности конструкции, при котором давление разрушения Рррр должно быть не менее 520 кгс/см Рразр=2 6Рраг 2,6200), Увеличение толщины оболочки из ПКМ Ялл 1,45 Ям приводит к изменению характера разрушения баллона, а именно к отрыву днищ, что недопустимо с точки зрения безопасной эксплуатации баллона. В табл. 22002160 Таблица 3 ула изоб ени ТИКОВЫЙ БАЛЛОН жащий бесшовную мечку, упрочненную намоилиндрическую часть озиционнымматериатем, что, с целью улучитных характеристик и МЕТАЛЛОПЛАС ДАВЛЕНИЯ. содер таллическую оболо танным на ц полимерным комп лом, отличающийся аения массогабар эксплуатационной надежно циклического нагружения толщины оболочки из ПК ской оболочки составляет щина стенки цилиндри металлической оболочки расчета по уровню окружнь равных С 0,46 - О;63)ао 2, где предел текучести металла,сти в условияхсоотношение М и металличе,9 - 1,4, а толческой части выполнена из х напряжений, по 2 - условный