Балон високого тиску

 

Винахід відноситься до конструкцій комбінованих балонів високого тиску і може бути використане при виготовленні легких балонів, що застосовуються на транспорті для перевезення газів.

Відомий сталевий балон, виконаний з безшовної труби, що включає циліндричну і донні частини (Балони сталеві малого і середнього об'єму для газів на тиск 19,6 МПа (200 кгс/см2), ГОСТ 949-73»). Однак труднощі виробництва тонкостінних труб з високоміцних марок сталей обумовлюють нерівномірну товщину стінки циліндричної частини балона. Донні частини балонів, виконані закачуванням, з конструктивної точки зору значно потовщені, що збільшує масу балонів.

Відомий металопластиковий балон високого тиску (патент РФ №2310120, F17C 1/00, F17C 1/02, F17C 1/10, опубл. 10.11.2007), який містить металевий льойнер, що має циліндричну частина і днища. Циліндрична частина лейнера в зонах переходу до днищ з обох сторін має потовщення. На циліндричну поверхню лейнера наносять антикорозійне покриття і створюють зміцнюючої армуючу оболонку з композиційного матеріалу, виконану із стрічки, просоченої сполучною і намотаною з натягом і перекриттям � збільшення маси балона.

Відомий балон (патент РФ №2169880, F17C 1/00, F17C 1/06, B21D 51/24, опубл. 27.06.2011), прийнятий за прототип, який містить металеву обечайку, з'єднану зі сферичними або еліптичними днищами зварюванням встик без підсилення швів і охоплену зовнішньою оболонкою. Оболонка виконана товщиною, яка не перевищує 1,5 товщини обичайки, у вигляді кільцевих витків сталевого дроту міцністю не менше міцності обичайки, при цьому міцність дроту становить 1,1-15,0 міцності обичайки і в обичайці створені напруги стиску, що не перевищують 0,5 розрахункового напруги від робочого тиску балона.

Недоліком патенту є те, що виконання зварного лейнера і оболонки товщиною до 1,5 товщини обичайки значно (до 20%) збільшують балон порівняно з безшовним балоном.

Завданням винаходу є удосконалення балона за рахунок оптимізації товщини стінки обичайки і зовнішньої оболонки, застосування в якості зовнішньої оболонки матеріалів, що мають в поперечному перерізі різні профілі, спрощення технології виготовлення і зниження вартості.

Технічний результат полягає в зниженні маси балона при заданій місткості, забезпеченні безосколкового руйнування балона і збільшення з�циклічний льойнер, включає обечайку, в якій створені напруги стиску, охоплену зовнішньою оболонкою у вигляді витків армуючого сталевого матеріалу міцністю не менше міцності обичайки, і сферичні або еліптичні днища, згідно винаходу зовнішня оболонка виконана у вигляді спіральних витків з натягом, що забезпечує напруги в окружному напрямку лейнера, принаймні, дорівнюють величині межі текучості металу лейнера і однакові поздовжні напруги в кожному витку оболонки, при цьому обичайка лейнера і зовнішня оболонка виконані з покриттям. Крім того, натяг витків зовнішньої оболонки виконано шляхом створення тиску в балоні, покриття обичайки і зовнішньої оболонки виконано із адгезійного і антикорозійного матеріалів, а армуючий матеріал для зовнішньої оболонки має різний профіль поперечного перерізу.

Виконання зовнішньої оболонки у вигляді спіральних витків з натягом, що забезпечує напруги в окружному напрямку лейнера, принаймні, дорівнюють величині межі текучості металу лейнера і однакові поздовжні напруги в кожному витку оболонки, що дозволяє при робочому тиску в балоні одночасно навантажувати льойнер і зовнішню оболонку, а такЋполнено, наприклад, шляхом створення тиску в балоні. Виконання зовнішньої оболонки спіральної намотуванням сталевого профілю з нанесенням адгезивного матеріалу, тобто мокрою намотуванням армуючого матеріалу, дозволяє забезпечити безосколкове руйнування балонів. Для збільшення терміну служби балонів обичайка лейнера і зовнішня оболонка виконані з покриттям з антикорозійного матеріалу.

Витки оболонки балонів можуть бути виконані з армуючого сталевого матеріалу, що має в поперечному перерізі різний профіль залежно від конструкції балона і вимог експлуатації, що дозволяє оптимізувати товщину стінки обичайки і оболонки. Сталевий профіль у поперечному перерізі може бути, зокрема, квадратним, прямокутним, трикутним, круглим, змійкою. В останньому випадку при виконанні зовнішньої оболонки здійснюють намотування армуючого матеріалу з перекриттям витків стрічки, що дає можливість збільшити сили опору у стінки обичайки лейнера в поздовжньому напрямку і зменшити її товщину. Для виготовлення лейнера можуть бути використані, наприклад, високоміцні сталі з межею міцності 1200-1500 МПа. Висока міцність лейнера дозволяє зменшити товщину стінки лейн�єп, зокрема, з нержавіючої сталі, алюмінію або його сплавів та інших металів. Для зменшення маси балона механічні властивості матеріалу оболонки повинні бути в кілька разів вище, ніж матеріалу лейнера, що дозволяє зменшити товщину зовнішньої оболонки (кількість намотаних шарів) пропорційно її міцності.

Винахід ілюструється малюнком, на якому показаний запропонований балон в розрізі, що містить металевий льойнер 1, що включає обичайку 2 і днища 3, і зовнішню оболонку 4. Балон складається з металевого лейнера 1, виконаного герметичним за будь-якої технології, обичайка 2 якого охоплена зовнішньою оболонкою 4 у вигляді спіральних витків армуючого сталевого матеріалу. При виконанні днищ 3, наприклад, сферичними товщина стінок обичайки 2 і днищ однакова. При цьому мінімальна товщина стінки обичайки і днищ повинна бути розрахована по поздовжніх напруг, що виникають в балоні, які за теорією міцності в два рази менше окружних напружень. Значить товщина стінки обичайки і сферичних днищ може бути виконана в два рази менше. Еліптичні днища виконують з більш товстою стінкою, ніж у обичайки. Товщина стінки еліптичних днищ залежить від радіуса окру�напруги дорівнюють половині окружних напружень, обичайка 2 лейнера 1 витримувати внутрішній розрахунковий тиск в балоні в поздовжньому напрямку, а для забезпечення міцності обичайки в окружному напрямку лейнера здійснюють виконання зовнішньої оболонки 4 спіральної намотуванням армуючого матеріалу із сталевого профілю, яка буде витримувати щонайменше другу половину розрахункового робочого тиску балона.

Для забезпечення зниження маси балона, зокрема, до 25% товщина витків зовнішньої оболонки 4 повинна бути не більше половини товщини стінки лейнера 1, що досягається виконанням зовнішньої оболонки у вигляді спіральних витків із сталевого профілю з натягом, що забезпечує напруги в окружному напрямку лейнера, принаймні, дорівнюють величині межі текучості металу лейнера. Натяг витків зовнішньої оболонки виконано, наприклад, шляхом створення тиску в балоні. При такому стані металу лейнера натяг у витках зовнішньої оболонки 4 вирівнюється, створюються однакові поздовжні напруги в кожному витку оболонки, тобто витки оболонки при робочому тиску в балоні навантажені однаково. Після вирівнювання натягу у витках оболонки сталевого профілю можливе проведення термическоозионного матеріалів.

Винахід було випробувано при виготовленні балона зі сталі 30ХМА з тимчасовим опором 1000 МПа і зовнішньою оболонкою з армуючого сталевого матеріалу з тимчасовим опором 2000 МПа. Діаметр балона - 322 мм, товщина стінки обичайки і сферичних днищ - 4 мм, товщина оболонки - 2 мм. В якості адгезивного матеріалу був використаний, зокрема, клей на основі поліефірних смол, а в якості антикорозійного - наприклад, швидкосохнучий епоксидний грунт. Балон витримав усі випробування, при цьому маса балона знизилася на 26% порівняно з безшовним балоном без зовнішньої оболонки при однаковій місткості балонів. При проведенні випробувань на руйнування балона сталося безосколкове руйнування. Термін служби балонів, призначених для природного газу і експлуатованих на транспортних засобах, обмежений вимогами ГОСТ і становить не більше 20 років. Технічні характеристики пропонованого балона дозволяють експлуатувати такі балони до 30 років.

Використання запропонованої конструкції балона високого тиску дозволить знизити масу балону до 25% за рахунок зменшення товщини зовнішньої оболонки, забезпечити безосколкове руйнування і підвищити термін служби балон�апряжения стиснення, охоплену зовнішньою оболонкою у вигляді витків армуючого сталевого матеріалу міцністю не менше міцності обичайки, і сферичні або еліптичні днища, відрізняється тим, що зовнішня оболонка виконана у вигляді спіральних витків з натягом, що забезпечує напруги в окружному напрямку лейнера, принаймні, дорівнюють величині межі текучості металу лейнера і однакові поздовжні напруги в кожному витку оболонки, при цьому обичайка лейнера і зовнішня оболонка виконані з покриттям.

2. Балон з п. 1, який відрізняється тим, що натяг витків зовнішньої оболонки виконано шляхом створення тиску в балоні.

3. Балон з п. 1 або 2, який відрізняється тим, що покриття обичайки і зовнішньої оболонки виконано із адгезійного і антикорозійного матеріалів.

4. Балон з п. 1 або 2, який відрізняється тим, що армуючий матеріал для зовнішньої оболонки має різний профіль поперечного перерізу.



 

Схожі патенти:

Оболонка з композиційних матеріалів для високого внутрішнього тиску

Винахід відноситься до області машинобудування, зокрема до замкнутих оболонок високого тиску. В оболонці з композиційних матеріалів для високого внутрішнього тиску, що містить циліндричну частину 1 і опуклі днища, утвореної комбінацією шарів кільцевих 4, на циліндричній частині, і відповідно перехрещуються спіральних стрічок 5, орієнтованих в окружному і спіральному напрямках, з безперервних односпрямованих ниток, скріплених полімерним сполучною, з фланцями, встановленими по полюсний отворів днищ. На днище, в зоні сполучення з циліндричною частиною, розташовані розподілені між спіральними шарами додаткові кільцеві шари 11 змінної ширини, зменшується від внутрішнього до зовнішнього, утворюють єдину зовнішню східчасто-конічну поверхню. Їх загальна кільцева погонна жорсткість Едhд не перевищує відповідної жорсткості кільцевих шарів циліндричної частини Ецhц, де Ед, Єц і hд, hц - наведені модулі пружності матеріалів кільцевих шарів і їх сумарні товщини на днище і циліндричної частини відповідно, а осьова довжина не перевищує 0,07r, де r - радіус циліндричної частини оболонки. Винахід спрямовано на створення про

Дитяча оболонка для внутрішнього тиску з шаруватого композиційного матеріалу

Оболонка може бути використана в конструкції акумуляторів і всіх подібних ємностей. Оболонка виконана у вигляді двох секцій 1 і 2 з циліндричними ділянками 3 і 4 і торцевими опуклими днищами 5 і 6 з утворенням на циліндричній частині кожної кільцевого торця 13, 14, у яких з зовнішньої поверхні циліндричної частини розташовані уступами з боку днищ додаткові шари з просоченого сполучною тканого матеріалу 15, 16, 17, 18 з утворенням конічних поверхонь 19, 20, все ткані шари розділені принаймні на дві групи 15, 16 і 17, 18, кожна з яких охоплена, як мінімум, одним шаром матеріалу силового каркаса 23, 24 і 25, 26, на торці біля внутрішньої поверхні однієї секції виконаний виступ 27 з центрирующей поверхнею 29, а на другий - відповідь виступу поглиблення 28 з поверхнею 30, еквідистантно центрирующей поверхні виступу, торцеві поверхні виступу і поглиблення 31, 32 рознесені між собою з утворенням кільцевого паза 33, в якому розташований герметизуючий елемент. Винахід дозволяє розширити область застосування цельномотанних оболонок з спрощенням технологічного процесу виготовлення. 2 з.п. ф-ли, 2 іл.

Металлокомпозитний балон високого тиску

Балон призначений для використання в установках гідроабразивного різання. Балон складається з лейнера (1) і зовнішньої силової композиційної оболонки (2). Льойнер (1) містить верхнє днище (4) з подовженою горловиною (5), середню циліндричну частину (6) і нижнє днище (7) з елементом (8) для забезпечення симетричної укладання спіральних шарів при армуванні балона. Внутрішній діаметр d1 подовженою горловини (5) має збільшений розмір, що дорівнює не менше половини внутрішнього діаметра d2 середньої циліндричної частини (6) лейнера (1). Елемент (8) для забезпечення симетричної укладання спіральних шарів при армуванні балона виконаний у вигляді горловини з некрізні отвором (12), причому діаметр d3 отвори (12) дорівнює внутрішньому діаметру d1 горловини (5). На торцях елемента (8) в нижній частині виконані пази (13). Технічний результат - розширення функціональних можливостей балона при забезпеченні підвищеного рівня безпеки. 4 з.п. ф-ли, 2 іл.

Спосіб контролю працездатності металопластикових балонів та пристрій для його здійснення

Винахід відноситься до галузі газової апаратури і може бути використане в процесі виготовлення і експлуатації металопластикових балонів

Метало-композитний балон тиску

Винахід відноситься до галузі газової апаратури, а саме до металлокомпозитним балонів високого тиску, які використовуються, зокрема, в портативних кисневих дихальних апаратах альпіністів, рятувальників, в переносних виробах кріогенної і протипожежної техніки, системах газозабезпечення та інших галузях

Ємність з композиційного матеріалу

Винахід відноситься до області машинобудування і може бути використане при виготовленні корпусів, контейнерів, ємностей, балонів тиску (далі ємності) з композиційного матеріалу (КМ)

Металлокомпозитний балон високого тиску

Винахід відноситься до галузі газової апаратури, а саме до металлокомпозитним балонів високого тиску, які використовуються, зокрема, в портативних кисневих дихальних апаратах альпіністів, рятувальників, в переносних виробах кріогенної і протипожежної техніки, системах газозабезпечення та інших галузях

Спосіб виготовлення балона

Винахід відноситься до комбінованих балонів високого тиску з композитних матеріалів і може бути використане при виготовленні легких балонів, що застосовуються на транспорті для перевезення газів. Спосіб виготовлення балона включає виготовлення лейнера з загартованого скла, намотування на нього в радіальному напрямку гнучкого матеріалу, одна з поверхонь якого виконана з адгезиву, а інша - з антиадгезива. Потім накладають на льойнер щонайменше днище з горловиною, при цьому один кінець гнучкого матеріалу виводять через отвір в лейнере і горловину, і формують навколо всій його поверхні силову оболонку, виконану спіральної радіально-діагональної намотуванням композитного матеріалу з використанням сполучного, здійснюють його затвердіння, розбивають льойнер і видаляють осколки з порожнини балона. Використання винаходу дозволяє спростити технологію виготовлення, знизити собівартість і масу балону і забезпечити безосколкове руйнування балона. 2 іл.

Мембранна вантажна ємність для транспортування і зберігання зрідженого природного газу

Винахід відноситься до транспортного кораблебудуванню, засобам морського транспортування і зберігання зрідженого природного газу (СПГ) і стосується конструкції мембранної вантажної ємності для його транспортування і зберігання. Резервуар для транспортування або зберігання СПГ містить структуровану термоізолюючу оболонку, закріплену на несучої конструкції транспортного судна або ємності. Оболонка складається з декількох шарів. При цьому один шар є металевим, герметичним і знаходиться в контакті з вантажем або зберігаються скрапленим газом. Шар містить хвилеподібні гофри. Вершини і западини хвиль утворюють форму зигзагів. Хвилеподібні лунки між гофрами з зовнішньої сторони заповнені пористим синтетичним матеріалом або пастою на основі рубленого скловолокна й сполучного. Досягається підвищення міцності і надійності мембранної вантажної ємності для транспортування і зберігання скрапленого газу, зменшення ймовірності порушення її герметичності. 2 з.п. ф-ли, 10 іл.

Спосіб виготовлення зварних посудин високого тиску

Винахід відноситься до способу виготовлення зварних посудин високого тиску. Обичайку виготовляють шляхом згортки листової заготовки зі стикуванням кромок у складально-зварювальних пристосувань, прихватки кромок по краях з використанням технологічних пластин, автоматичного зварювання з подальшою калібруванням по внутрішньому діаметру обичайки і рентгенотелевизионного контролю якості зварного шва. Днища одержують витягом з гуртка пресової обробкою або комбінованої ротаційної витяжкою з гуртка допомогою проектування, многопереходной ротаційної витяжки і вигладжування з утворенням циліндричної і сферичної частин. Потім в обичайку і днища вваривают штуцери і вентилі. До днищ приварюють переривчастими швами зварювальні залишаються підкладки. Потім здійснюють збирання і автоматичне зварювання обечайки з днищами стиковими кільцевими швами з подальшим їх рентгенотелевизионним контролем якості. Після цього приварюють до посудини опорні і транспортувальні елементи і піддають його пневмоиспитаниям на герметичність. Винахід дозволяє отримувати зварні посудини високого тиску з високою конструктивною і циклічної міцністю, високою якістю

Спосіб виготовлення тонкостінних посудин високого тиску і пристрій для його здійснення

Винахід відноситься до галузі обробки металів тиском, а саме до виготовлення тонкостінних посудин високого тиску

Металлокомпозитний балон тиску

Винахід відноситься до галузі газової апаратури, а саме до металлокомпозитним балонів високого тиску, які використовуються, зокрема, в портативних кисневих дихальних апаратах альпіністів, рятувальників, в переносних виробах кріогенної і протипожежної техніки, системах газозабезпечення, автомобільної промисловості та інших галузях

Спосіб виготовлення лейнера і льойнер з алюмінієвого сплаву

Винахід відноситься до області обробки металів тиском і може бути використане при виготовленні посудин високого тиску

Спосіб виготовлення тонкостінних оболонок з періодичним профілем великого діаметру

Винахід відноситься до обробки металів тиском і може бути використане при виготовленні тонкостінних оболонок великого діаметра, що мають періодичний профіль
Up!