CZ2004780A3 - Kompozitní tlaková nádoba - Google Patents

Abstract

Kompozitní tlaková nádoba obsahuje hladký vnejsí kompozitní obal (1), hladkou mezivrstvu (3) z viskoelastického materiálu a vnitrní tenkostennou kovovou výstelku (2), tvorenou telesem ve tvaru koule nebo válce se dny opatrenými vlisy. Alespon cást telesa výstelky (2) je vyrobena jako tenkostenný plást s pravidelnými vlisy a je izometrická vuci vnitrnímu kruhovému válcovému povrchu mezivrstvy (3) a/nebo vuci vnitrnímu kuzelovému povrchu mezivrstvy (3). Povrch pláste výstelky (2) je tvoren zrcadlove usporádanými navzájem propojenými prvky v podobe cástí oríznutých ploch, u nichz místa spojení azakrivení vytvárejí lehkou prostorovou kostru ze zakrivených zeber, u které se krátké prícné prepázky mezi zebry nacházejí na vnitrním povrchu elastické mezivrstvy (3) nádoby a dlouhé prícné mustky mezi hranami se dotýkají vepsaného povrchu, za podmínky, ze celkový objem vlisu prevysuje prírustek objemu hladkého kompozitního obalu (1) behem deformace, pricemz ve vlisech jsou umístena profilová tlumící tesnení (4) z pruzného nestlacitelného materiálu.

Description

Kompozitní tlaková nádoba.

Oblast techniky

Vynález se týká vysokotlakých nádob, jejíchž plášť je vyroben z kompozitního materiálu, uvnitř kterého se nachází hermetická výstelka.

Dosavadní stav techniky

Tlakové nádoby jsou určeny k uskladňování a k převážení kapalné látky jako jsou tekutiny nebo plyny, která je pod tlakem, jejichž plášť je vyroben z kompozitního materiálu, který má uvnitř hermetickou výstelku, vyrobenou, v závislosti na druhu a vlastnostech tekuté látky, z termoplastu, hliníku či oceli.

Takovéto nádoby jsou zpravidla vystavovány opakovanému cyklickému namáhání vysokým tlakem. V nádobách tohoto typu, se za účelem zamezení úniku tekuté látky nebo zamezení narušení hermetizace, přikládá zvláštní význam hermetické výstelce.

Jsou známé příklady vytvoření kompozitních tlakových nádob s využitím termoplastů jako základního materiálu pro výstelky (viz například patenty GB 1 023 011 A, EP 0 300 931 Al, WO 99/27293, WO 99/13263, US 4 925 044, RU 2 150 634).

Avšak, ani v tomto případě není problém zajištění nádoby spolehlivou hermetizací zcela vyřešen, zejména proto, že obecným nedostatkem daného konstrukčního řešení a již dříve známých konstrukčních řešení nádob je ta skutečnost, že termoplasty, používané jako materiál výstelky, mají vysokou vísko-elastickou deformaci, a nízké, ve srovnaní s kovy, koeficienty plynové propustnosti prakticky u všech technických plynů, a rovněž při působení vysokých

-2tlaků se projevují hlavní nedostatky - to jest ztráta odolnosti při dekompresi a vznik trhlin při dlouhotrvajícím zatížení.

Jsou známa značná množství příkladů vytváření kompozitních tlakových nádob s využitím kovové výstelky z různých slitin: (viz například patenty: US 5 494 188, US

538 680, US 5 653 358, US 5 862 938, US 5 938 209, US 5979692, US 6 190 598, US

202 674, US 6230922).

Tyto konstrukce neposkytují úplné řešení nej důležitějších problémů v konstrukci nádoby: zajištění spolehlivosti při velkém cyklickém zatěžování jejích vysokým tlakem při minimální možné hmotnosti a výrobních nákladech výrobku, které by měly být stejné, anebo nižší než výrobní náklady celokovových nádob.

Jsou známé početné příklady vytváření kompozitních tlakových nádob s využitím tenkostěnných kovových výstelek z různých slitin (viz například patenty: US 3 066 822, US 3 446 385, US 5 292 027, US 5 822 838, US 5 918 759, WO 03/029718), jejíchž realizace umožňuje částečné řešení problému zajištění větší cyklické zátěže vysokým tlakem při hmotnosti, která je nižší než hmotnost celokovových nádob.

Nejbližšími analogy předkládanému konstrukčnímu řešení kompozitní nádoby s tenkostěnnou výstelkou, jsou řešení dle patentů RU.

Konstrukce dle přihlášky patentu RU 20001115743. U kovo-plastové vysokotlaké nádoby, obsahující kompozitní obal a tenkostěnnou kovovou výstelku se problém řeší tak, že tloušťka stěny výstelky a tloušťka kompozitního obalu se řídí podmínkou, že základním nosným prvkem nádoby je kompozitní obal, materiál kovové výstelky přechází pod normálním pracovním tlakem do oblasti pružné deformace. Nedostatkem tohoto řešení je to, že vlivem velkého rozdílu hodnot hraniční deformace narušení kompozitu (do 2%) a deformace pružnosti kovu (0,2%), má hmotnost konstrukce a její cena velký význam, což způsobuje, že nádoba této konstrukce je téměř nekonkurenceschopná s kovovými analogy.

• ·

-3Konstrukce nádoby dle patentu č. 2094695. Toto řešení nabízí využití kovové výstelky, vyrobené s podélným i kroužkovým zvlněním. Přičemž vnější dutiny podélných zvlnění mohou být vyplněné pružným materiálem. Jako pružný materiál se používá elastomer. Výstelka je rovněž opatřena kroužkem a kroužkovými pevnostními žebry, nainstalovanými z vnější strany v kroužkových zvlněních, s možností jejích přemisťování podél kroužku.

Téměř analogické řešení je uvedeno v patentu ě. 2000123739, při němž u vnitřní kovové výstelky, v jejíž části boční plochy jsou příčná zvlnění, obsahující hřebeny, prohloubeniny a boční stěny, které spojují hřebeny a prohloubeniny mezi hřebeny; a mezi hřebeny zvlnění jsou rozmístěny spojovací prvky, které zajišťuji neporušenost zvlnění při působení zvýšeného vnitřního tlaku, tím se otevírá možnost pružného stlačení a tahu podél podélné osy při měření vnitřního tlaku nádoby.

Nepatrnou modifikací uvedených řešení je řešení dle patentu č. 2094695, při němž se výstelka s podélnými kroužkovými zvlněními, vyplněnými pružným materiálem, doplňkově opatřuje kroužky a kroužkovými výztuhami, umístěnými v kroužkových zvlněních z vnější strany a možností jejích přemístění podél kroužku.

K uvedeným řešením je třeba připočíst také řešení dle patentu č. 93049863, které nabízí využití kovové svařovací výstelky, přičemž v oblastech svaru je v něm provedena oblast, která je otevřená ze strany pevnostního obalu a je vyplněná pružným materiálem beze spár mezi pružným materiálem, výstelkou a vnějším pevnostním obalem.

Obecným nedostatkem uvedených řešení je to, že sada podélných a kroužkových zvlnění zvyšuje celkovou ohebnou pevnost výstelky, avšak nezajišťuje splnění podmínky slučitelnosti deformací v materiálu výstelky a v materiálu kompozitního obalu. V kroužkových zvlněních vznikají plastické deformace vlivem roztažení kroužků, v osových - vlivem osového roztažení výstelky při zatížení nádoby vnitřním tlakem. Zavádění různých pružných mezivrstev a dalších pevných kroužků do dutiny zvlnění prakticky neřeší daný problém vytvoření vysoce efektivní tlakové nádrže.

• · • · φφφ φφφφφ

-4Nejbližšími prototypy k předkládanému vynálezu jsou řešení, popsaná v patentech US 6 145 692, WO 02/30613 a US 6 547 092. V těchto řešeních se předpokládá využití tenkostěnné kovové výstelky s jednou sadou zvlnění, a to podélných nebo kroužkových a ukládání vyztužujících vláken v kompozitním obalu tak, aby deformace kompozitního obalu odpovídaly deformacím kovové výstelky. Přičemž zvlnění výstelky se také vyplňují pružným materiálem, a samotná výstelka je oddělena od kompozitního obalu mezivrstvou, vyrobenou také z pružného materiálu.

Nedostatkem řešení v daných analozích je to, že při působení vysokého tlaku nastává deformace kompozitního obalu vdaném směru, stlačení a přerozdělení materiálu pružné mezivrstvy a materiálu ve zvlněních. Protože zvlněný povrch výstelky není izometrickým válcovým povrchem kompozitního obalu nebo povrchem s ním koncentrickým, zvlnění tenkostěnné výstelky se deformují pozvolna, a v nich vznikají plastické deformace, které při opakovaných cyklických zátěžích způsobují narušení výstelky.

Podstata vynálezu

Podstata vynálezu spočívá v tom, že se vytvoří taková konstrukce nádoby, která zajišťuje vysoce efektivní výkonnost na jakékoliv úrovni působení cyklické zátěže vysokým tlakem při minimální hmotnosti a výrobních nákladech.

Nastolené zadání je vyřešeno a technický výsledek je dosažen tímto vynálezem. Kompozitní válcová nádoba obsahuje hladký povrchový kompozitní obal, který spojuje hladkou mezivrstvu z visko - elastického materiálu a vnitřní tenkostěnnou kovovou výstelku sdny a válcovou vlnitou středovou části. Podstatou vynálezu je to, že alespoň středová část výstelky je vyrobená jako tenkostěnný obal s pravidelnými vlisy, j ehož povrch je izometrický k vnitřnímu kruhovému válci mezivrstvy. Povrch je tvořen prvky, které jsou mezi sebou zrcadlově spojené v ohybu. Prvky jsou v podobě ploch tangentové křivky, jejíchž spoje a ohyb tvoří lehkou prostorovou nosnou kostru ze zakřivených hran. Krátké příčné můstky mezi hranami této nosné kostry jsou na vnitřním válcovém povrchu pružné mezivrstvy nádoby, a dlouhé příčné můstky mezi hranami se dotýkají vepsaného válcového povrchu, který je vybraný za podmínky, že • · · · · 4 • · · • · · • · · · • · · ··· · • · · ·· ·

-5souhrnný objem tvořících vlisů převyšuje nárůst objemu hladkého válcového kompozitního obalu v deformaci, přičemž do vlisů jsou nainstalované profilové tlumící mezivrstvy z pružného nestlačitelného materiálu.

Pro daný příklad se předpokládá, že vztah mezi délkou vlisů na obalu výstelky a povrchovou přímkou vnitřního válcového povrchu pružné mezivrstvy kjejímu vnitřnímu _2

JT poloměru činí maximálně-; -.....—, kde

- tolerovaná osová deformace kompozitního obalu n - počet vlisů (dlouhých příčných můstků) po obvodu příčného řezu nádoby.

Částečnou modifikací nabízeného řešení je to, že zrcadlově souběžné složky povrchu buněčného obalu výstelky jsou provedené ve formě n - úhelníků, kde n>3.

Dodatečně nastolený problém může být vyřešený tak, že tenkostěnný obal, který je izometrický k vnitřnímu kruhovému válci mezivrstvy, je proveden v podobě souboru střídajících se podél povrchové přímky tenkostěnných obalů v podobě přímočarých hranolů a obalů s pravidelnými vlisy ve formě částí ploch tangentové křivky.

Tento problém se řeší také tím, že část dna výstelky je také provedená ve formě obalu s pravidelnými vlisy, izometrického ke kuželovitému obalu, jehož povrch je také tvořen zrcadlově uloženými prvky povrchu ve formě částí ploch tangentové křivky, jejíž spoje a body ohybu tvoří prostorovou nosnou kostru křivočarých hran s vytvořením spáry u kompozitního obalu, vyplněného nestlačitelným materiálem, například gumou.

Částečnou modifikací předkládaného řešení je to, že část dna výstelky je také provedená ve formě obalu s povrchem ve formě zrcadlově uspořádaných prvků vzhledem k rovině, kolmé na osu nádoby s vnitřním povrchem dna kompozitního obalu dutiny vyplněným nestlačitelným materiálem.

Výhodou tohoto řešení je to, že poměr tloušťky stěny obalu s vlisy k poloměru ohybu v oblasti vytvoření hrany „lehké nosné kostry“ je v intervalu 1 : 20 až 1 : 100 a také to, že tlumící • · · · · ·

-6těsnění jsou provedeny jako celek se spojovací mezivrstvou, přičemž pro tlumícího těsnění se využívá guma.

Jako j edno z výhodných řešení se jeví realizace vynálezu, při němž alespoň jedno dno výstelky je hermeticky spojené s lemovanými kraji středové části výstelky, prostřednictvím okrajového lemu, a mezi kompozitním obalem a dny výstelky, při zachycení lemovaných krajů dochází ke spojení středové části a dna výstelky, jsou nainstalovány profilové pružné vsuvky pro vytvoření spáry mezi dny výstelky, kteráje vyplněna nestlačitelným materiálem.

V dalším výhodném provedení se nabízí takové řešení, které předpokládá, že mezi kompozitním obalem a dny výstelky jsou pružné vsuvky pro vytvoření spáry mezi dny výstelky, které jsou také vyplněny nestlačitelným materiálem, přičemž poměr hloubky dna výstelky k poloměru se nachází v intervalu od 0,2 do 0,6.

Předpokladem řešení podle těchto variant je i to, že průměr, spojených prostřednictvím okrajového lemu, okrajů středové části a dna výstelky nepřevyšuje průměr vnitřního povrchu pružné mezivrstvy, a oblast spojení je posunuta ke dnu kompozitního obalu.

Předností tohoto řešení je i to, že umožňuje vytvářet lehké a spolehlivé, nejen pevné, ale i hermetické, konstrukce tlakových nádob, a zajistit jejích dlouhodobý výkon v provozu, při různých podmínkách jejích využití.

Využití nabízené konstrukce výstelky nádoby, podle daného řešení, zajišťuje jeho novou kvalitu - vyloučení deformace (roztažení) při zvýšeném tlaku v nádobě, což umožňuje, při její výrobě, využití jakýchkoliv kovů a jejích slitin.

Přednost tohoto řešení, ve srovnání s již známými, spočívá také v jeho technologičnosti, zejména při jeho výrobě lze používat dobře rozvinutou a odladěnou technologii výroby tenkostěnných kovových nádob a nádrží, což umožňuje podstatně snížit pracnost a výrobní náklady při výrobě nádoby, a dosáhnout vyšších kvalitativních ukazatelů, nižších výrobních nákladů než u kovových analogů, při získání nové kvality v hmotnosti, pevnosti a spolehlivosti.

-Ί Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude podrobněji vysvětlen na podrobném popisu příkladů provedení, s pomocí přiložených výkresů. Na obr. 1 je uveden celkový pohled na tlakovou nádobu s částečným průřezem. Na obr. 2 je schématicky znázorněna stavba povrchu izometrického k válci. Na obr. 3: je znázorněn v axonometrickém pohledu konkrétní povrchu, izometrický k válci. Na obr. 4 je v axonometrickém pohledu znázorněna v řezu příkladná konstrukce válcové části nádoby. Na obr. 5 až 7 jsou v axonometrickém pohledu znázorněny různé varianty izometrických povrchů výstelky na válcové části nádoby. Na obr. 8 je uvedený vzhled válcové části nádoby z čelní strany. Na obr. 9 je uveden příčný řez válcové části nádoby a na obr. 10 a 11 jsou uvedeny varianty provedení dna nádoby s doplňkovými vsuvkami.

Příklady provedení vynálezu

Jak je uvedeno na obr. 1, v jednom z příkladů provedení, vysokotlaká nádoba obsahuje obal 1 z kompozitního materiálu, ve formě mnohovrstvé nosné konstrukce, jejíž vrstvy byly získány navíjením zkřížených jednosměrných nití ze skleněného nebo uhlíkového vlákna s impregnaci polymemím pojidlem. Do tohoto obalu 1 je při jeho výrobě zabudována tenkostěnná kovová výstelka 2, oddělená od kompozitního obalu I mezivrstvou 3 z viskoelastického materiálu.

Z poznatků geometrie je známo, že dva povrchy jsou izometrické, pokud jeden z nich se může přetransformovat do druhého, a to beze změny ve vnitřní metrice, tj. takové povrchy, které mohou přecházet jeden do druhého jen za podmínky deformace ohybu. Například válec a kužel jsou izometrické povrchy.

Dle stávajících zkušeností je známo, že obal, který je izometrický k válci, má určitou pravidelnost konstrukce. Zejména je možné pozorovat zjevnou periodicitu změny formy, jak v poloměru, tak i v délce válce. Sestrojení takové konstrukce může vést k následujícímu postupu. Vezme se pravidelný hranol se sudým počtem stran (2n), a na jedné z jeho bočních ·· ····

-8hran se sestrojí libovolná plynulá křivka yj (obr. 2). Tato křivka yj se zrcadlově odráží k rovině a, která prochází hranou a osou hranolu. Nyní se přes dvě získané křivky yj vede válcový povrch Lj s povrchovými přímkami roviny a. Analogicky se sestaví válcové povrchy Lj na zbylých hranách hranolu. Celkový povrch Σ_ο, který sestává ze spojených daných povrchů, je prostorovou kostrou, všude hladkou, kromě hran křivky yj, a izometrického válcového povrchu. Přičemž, délka křivky yj se rovna výšce izometrického válce, a nezávisí na tom, kterou boční hranou je vedená průřezová rovina, která určuje křivku yj.

V posuzované konstrukci nádoby je válcová část výstelky 2 provedená jako prostorová kostra s nerovnostmi, jejíž povrch je izometrický k vnitřní válcové ploše mezivrstvy 3. Přičemž celkový povrch, který je izometrický k válci (obr. 4) výstelky 2 je tvořen dělenými válcovými povrchy, jejíchž varianty tvarů jsou uvedené na obr. 5 až 7.

Ve vlisech - prohlubních, které se tvoří na povrchu výstelky 2, jsou zabudovaná těsnění 4 z pružného nestlačitelného materiálu, přičemž tvar povrchu těsnění 4, kterým jsou v kontaktu s povrchem výstelky 2, plně koresponduje s tvarem a rozměry prohlubní v obalu. Technologicky je přijatelnější ta varianta, kde těsnění 4 a mezivrstva 3 jsou provedeny jako jeden celek, z pružného nestlačitelného materiálu.

Počet a rozměry vlisů na povrchu výstelky 2 se volí z podmínky, kdy celkový objem materiálu těsnění 4, vyplňující vlisy převyšuje nárůst objemu hladkého válcového kompozitního obalu při deformaci.

Podstata funkce výstelky 2 v tomto řešení spočívá v následujícím: při vzniku tlaku v dutině nádoby se povrch výstelky 2s vlisy deformuje bez membránových deformací tahu nebo stlačení, ale jen výhradně díky ohybové deformaci, a v mezním stavu dosahuje tvaru válce, jehož poloměr se rovná vnitřnímu poloměru pružné mezivrstvy 3. Přičemž dochází ke stlačení materiálu těsnění 4 a materiálu mezivrstvy 3, a působením jejích nestlačitelnosti, dochází k přetváření po celém vnitřním povrchu kompozitního obalu 1. Kompozitní obal 1 se také deformuje. Ale proto, že celkový objem těsnění 4 je vyšší než nárůst objemu při deformaci kompozitního obalu 1., vznikající od vnitřním tlaku, síly jsou pohlcovány pouze materiálem kompozitního obalu 1. Přičemž ve výstelce 2 vzniká malé membránové pnutí. Takto, vlivem

0« «00« 0« 0 0 « 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0·· 0000 0 0 0 0 0 0

0 00 0

-9toho, že výstelka 2 nepřenáší napětí, tloušťka její stěny a materiál mohou být zvoleny libovolně za podmínek, které nejsou spojené s činností nádoby, při působení vnitřního tlaku. Toto umožňuje snížit hmotnost výstelky 2 a náklady na její výrobu. Přičemž je možné využití poměrně levných komponentů kompozitního materiálu, například sklolaminátu.

Výběr geometrie vlisů na povrchu výstelky 2 bude vysvětlen na dalším příkladě (viz obr. 8). Vybere se trojúhelník jako prvek, který tvoří vlis na povrchu - viz obr. 8. Počet vlisů podél poloměru příčného průřezu výstelky 2 se označí n. Je třeba podotknout, že číslo n se neurčuje libovolně, ale tak, aby celkový objem materiálu těsnění 4 byl vyšší než nárůst vnitřního objemu kompozitního obalu při jeho deformaci. Celková délka vlisu v osovém směru se označí jako 1. Zároveň se zadá maximální hodnota osové deformace ε_α kompozitního obalu. Za předpokladu, že při deformaci výstelky 2 se vlisy plně ztrácejí a tvoří povrchovou přímku válce, se po malých úpravách získá jednoduchý poměr, který udává krajní rozměry velikosti vlisů: — > - . iW η²^ρ2εζ

Při analýze výše uvedeného poměřuje třeba podotknout, že ε_α —> oo l -> 0 a £_a /->oo, což znamená, že při velkých osových deformacích ε „ kompozitního obalu se počet vlisů zvyšuje a obal se přeměňuje do určitého systému typu „harmonika“, a při deformaci ε_α kompozitního obalu rovné nule, se tvar obalu s vlisy přeměňuje do tvaru přímočarého n - úhelného hranolu.

Z toho vyplývá, že je přijatelné řešení provedení obalu výstelky 2 ve formě kombinace tvarů n - úhelných hranolů a obalů s vlisy.

Protože kuželovitý obal je izometrický k rovině, mohou být dna výstelky 2 zhotoveny jako soubor kónických obálek, které mohou být přetransformovány do lokálního izometrického obalu, podobně jako u válcové části. V tomto případě se rozměry vlisů volí pro konkrétní obal.

Částečným východiskem pro dna výstelky 2 je takové řešení, kdy je část dna ve tvaru zrcadlového odrazu, vpuštěného dovnitř výstelky 2. V tomto případě je získaný tvar dna také izometrický k zadanému tvaru dna.

4444 44 4

4 4 4 4 4 • · 4 4 4 4 4 •44 444 4444

4 4 4 4 4 · 44 4

-10Částečným východiskem pro dna výstelky 2 je rovněž takové řešení, kdy část dna se provádí ve tvaru ploché membrány.

Mechanizmus funkce dna v tomto případě prakticky odpovídá výše rozebranému pro válcovou část.

Výhodami předkládaného řešení je i to, že na povrchu výstelky 2 se vytváří prostorová nosná kostra, která se skládá z hran spojovacích míst izometrických ploch. Tato nosná kostra disponuje vysokou jak lokální tak i celkovou pevnosti v ohybu. Vytvoření takovéto nosné kostry dovoluje při snižování vnitřního tlaku v nádrži vracet deformovaný nestlačitelný materiál těsnění 4 a mezivrstvy 3 do původního stavu, při tom tvar výstelky 2 se vrací prakticky do původního stavu bez ztráty odolnosti. Kromě toho vzhledem k výběru geometrie vlisů, je možné některá omezení k pevnosti výstelky 2, zajistit tak, aby nádoba byla vždy výkonná, a to vakuováním její vnitřní dutiny.

Pokud v materiálu výstelky 2 chybí vnitří pnutí při zaplnění nádoby, je jednou z účelných variant při realizaci konstrukce výstelky 2 její provedení ve formě jednotlivě provedených a lemovačkou spojených mezi sebou částí válce a dna. V tomto případě lze při výrobě výstelky 2 používat rozšířenou a spolehlivou technologii výroby plechovek, anebo tenkostěnných kovového nádobí, jako například tenkostěnných sudů.

V tomto případě ve spojích částí výstelky 2, nebo dna výstelky 2 podle tohoto řešení, za účelem vyloučení vlivu deformací ohybu, se nabízí instalace profilových pružných vsuvek mezi kompozitním obalem 1 a výstelkou 2, a to s vytvořením spár mezi vsuvkami a dny výstelky 2, vyplněných nestlačitelným materiálem. To znamená, že zátěž, která přechází na vsuvku, se při deformaci výstelky 2 předává kompozitnímu materiálu, a to ve formě kontaktního tlaku mezi vsuvkou a kompozitním obalem 1, přičemž vsuvka funguje jako pevný celek. Přitom profil dna nádoby se musí vybrat za podmínky stejného napětí vyztužujících vláken kompozitu, a to po celé jeho délce, a při omezeních na tvary dna. Jedním z takovýchto řešení je následující: mezi kompozitním obalem 1 a dny výstelky 2, v oblasti poledníku dna, při obepínání lemovaných krajů spojení částí výstelky 2, jsou nainstalované profilové pružné vsuvky - kroužky, které zajišťuji splnění poměru hloubky dna nádoby kjejímu poloměru ·· ··«· • · • · · • ····

-11 v rozmezí od 0,2 do 0,6. V daném případě při navíjení vyztužujících vláken v následujícím přeplňování nádoby, příjme tvar jejího dna optimální tvar, zajišťující stejné napětí u všech vyztužujících vláken využívaného kompozitu, což umožní snižování hmotnost celkové konstrukce.

Fungování vysokotlaké nádoby spočívá v jejím naplnění kapalným prostředím /kapalinou nebo plynem/, a to do požadované úrovně tlaku, uskladnění, dopravy, vypuštění, následujícím novém naplnění, spotřeby kapalného prostředí, tj. v opakování činností a operací s častou cyklickou zátěží. Funkce zařízení byla uvedena při popisu variant provedení jeho konstrukce, a nevyžaduje v tomto případě další zvláštní vysvětlování.

Vytvořením nabízeného zařízení, vznikla reálná možnost využití vysokotlakých nádob z kompozitního materiálu a s tenkostěnným kovovým vnitrním obalem. Výroba a testování vysokotlakých nádob s uvedenou výstelkou za účelem jejích hermetizace, potvrdily jejích vysokou spolehlivost a efektivitu.

Vynález se neomezuje výše uvedenými formami provedení, které jsou přiložené pouze pro ilustraci vynálezu, jenž může procházet změnami v rámci patentových nároků.

Průmyslová využitelnost

Tlakové nádoby podle tohoto vynálezu naleznou uplatnění zejména při uskladňování a převážení kapalných látek jako jsou tekutiny nebo plyny, která jsou pod tlakem, a to jak v oblasti průmyslu, tak i v domácnostech

Claims (10)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Kompozitní tlaková nádoba, obsahující hladký vnější kompozitní obal, hladkou mezivrstvu z visko-elastického materiálu a vnitřní tenkostěnnou kovovou výstelku tvořenou tělesem ve tvaru koule nebo válce se dny opatřeným vlisy, vyznačující se tím, že alespoň část tělesa výstelky (2) je vyrobena jako tenkostěnný plášť s pravidelnými vlisy a je izometrická vůči vnitřnímu kruhovému válcovému povrchu mezivrstvy (3) a/nebo vůči vnitřnímu kuželovému povrchu mezivrstvy (3), přičemž povrch pláště výstelky (2) je tvořen zrcadlově uspořádanými navzájem propojenými prvky v podobě částí oříznutých ploch, u nichž místa spojení a zakřivení vytvářejí lehkou prostorovou kostru ze zakřivených žeber, u které se krátké příčné přepážky mezi žebry nacházejí na vnitřním povrchu elastické mezivrstvy (3) nádoby a dlouhé příčné můstky mezi hranami se dotýkají vepsaného povrchu, za podmínky, že celkový objem vlisů převyšuje přírůstek objemu hladkého kompozitního obalu (1) během deformace, přičemž ve vlisech jsou umístěna profilová tlumící těsnění (4) z pružného nestlačitelného materiálu.
2. 2. Kompozitní tlaková nádoba podle nároku 1, vyznačující se tím, že poměr délky vlisů podél přímočaré povrchové přímky vnitřního povrchu elastické mezivrstvy (4) k jejímu poloměru činí méně než ——== , kde ε_χ - přípustná osová deformace kompozitního obalu η ·\]Ζ2ε_χ (1), n - počet vlisů, to jest dlouhých příčných můstků po obvodu příčného řezu nádoby.
3. 3. Kompozitní tlaková nádoba podle nároků lnebo 2, vyznačující se tím, že mezi sebou zrcadlově propojené složky pláště výstelky (2) s vlisy jsou v podobě rovinných n-uhelníků, kde n>3.
4. 4. Kompozitní tlaková nádoba podle nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že poměr tloušťky pláště výstelky (1) s vlisy k poloměru jeho zaoblení v oblasti vytvoření hrany lehké nosné konstrukce je v rozmezí 1 : 20 až 1 : 100.
5. 5. Kompozitní tlaková nádoba podle nároků laž 3, vyznačující se tím, že tlumící těsnění (4) z pružného nestlačitelného materiálu je z gumy.

   - 13 • φ ΦΦΦ φ φφφφ
6. 6. Kompozitní tlaková nádoba podle nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že tlumící těsnění (4) z pružného nestlačitelného materiálu je odděleno od povrchu pláště výstelky (2) kluzným materiálem, například, ftoroplastem.
7. 7. Kompozitní tlaková nádoba podle nároku 1, vyznačující se tím, že alespoň část dna tenkostěnného pláště výstelky (2) je vyrobena ve tvaru plochy zrcadlově obrácené vzhledem k rovině kolmé na osu nádoby, pro vytvoření dutiny mezi dnem nádoby a pláštěm výstelky (2), přičemž dutina je zaplněna nestlačitelným materiálem, například gumou.
8. 8. Kompozitní tlaková nádoba podle nároku 1, vyznačující se tím, že mezi kompozitním obalem a dny výstelky (2) jsou umístěny profilové pružné vsuvky pro vytvoření mezery, která je zaplněna nestlačitelným materiálem.
9. 9. Kompozitní tlaková nádoba podle nároku 1, vyznačující se tím, že alespoň jedno dno výstelky (2) je hermeticky spojeno s lemovanými okrají středové části výstelky (2) prostřednictvím okrajového zlomu pro vytvoření dutiny mezi kompozitním obalem (1), která je zaplněna nestlačitelným materiálem.
10. 10. Kompozitní tlaková nádoba podle nároku 9, vyznačující se tím, že průměr hran spojů mezi středovou částí a dny výstelky (2) vytvořených prostřednictvím okrajového zalomení je menší než průměr vnitřní plochy elastické mezi vrstvy (3) a oblast spojení je posunuta směrem ke dnu kompozitního obalu (1).