RU14065U1 - METALLOPLASTIC HIGH PRESSURE CYLINDER (OPTIONS) - Google Patents

METALLOPLASTIC HIGH PRESSURE CYLINDER (OPTIONS) Download PDF

Info

Publication number
RU14065U1
RU14065U1 RU2000104904/20U RU2000104904U RU14065U1 RU 14065 U1 RU14065 U1 RU 14065U1 RU 2000104904/20 U RU2000104904/20 U RU 2000104904/20U RU 2000104904 U RU2000104904 U RU 2000104904U RU 14065 U1 RU14065 U1 RU 14065U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
power shell
thickness
cylinder
metal
plastic
Prior art date
Application number
RU2000104904/20U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
О.С. Клюнин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью НПО "ПОИСК"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью НПО "ПОИСК" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью НПО "ПОИСК"
Priority to RU2000104904/20U priority Critical patent/RU14065U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU14065U1 publication Critical patent/RU14065U1/en

Links

Landscapes

  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

Металлопластиковый баллон высокого давления (варианты)Metal-plastic cylinder of a high pressure (options)

Металлопластиковый баллон высокого давления содержит внутренний лейнер, выполненный бесшовным, из алюминиевых сплавов, и внешнюю силовую оболочку из высокопрочного волокнистого полимерного материала - арамидного волокна типа Армос (СВМ).The metal-plastic high-pressure cylinder contains an internal liner made of seamless aluminum alloys and an external power shell of a high-strength fibrous polymer material - aramid fiber of the Armos type (CBM).

Предлагается соотношение для определения толщины внешней силовой оболочки.A relation is proposed for determining the thickness of the external power shell.

Силовая оболочка представляет собой чередование спиральных и кольцевых слоев при отношении толщины спиральных слоев к толщине кольцевых слоев как 2/3.The power shell is an alternation of spiral and annular layers with a ratio of the thickness of the spiral layers to the thickness of the annular layers as 2/3.

3 н.п.ф-лы3 n.p.

РЕФЕРАТESSAY

Description

Металлопластиковый баллон высокого давления (варианты)Metal-plastic cylinder of a high pressure (options)

Полезная модель относится к области газовой аппаратуры, а именно, к металлопластиковым баллонам высокого давления (ВД), используемым, в частности, в портативных кислородных дыхательных аппаратах альпинистов, спасателей, в переносных изделиях криогенной и противопожарной техники, где существенное значение имеет минимизация удельной материалоемкости (d) баллона, представляющей собой отношение массы (М) баллона к его вместимости (V): d M/V,The utility model relates to the field of gas equipment, namely, to metal-plastic high-pressure cylinders (HP), used, in particular, in portable oxygen breathing apparatus of climbers, rescuers, in portable products of cryogenic and fire fighting equipment, where minimization of specific material consumption is essential ( d) a cylinder representing the ratio of the mass (M) of the cylinder to its capacity (V): d M / V,

Выпускаемые в настоящее время металлопластиковые баллоны высокого давления (ВД) содержат внутренний металлический герметичный лейнер и внешнюю силовую пластиковую оболочку, образованную намоткой на поверхность лейнера жгута из высокомодульного волокна (например, стекловолокна, углееолокна, арамида), пропитанного эпоксидными связующими.Currently produced high-pressure metal-plastic cylinders (VD) contain an internal metal sealed liner and an external power plastic shell formed by winding on the surface of the liner a tow of high modulus fiber (for example, fiberglass, carbon fiber, aramid) impregnated with epoxy binders.

Известен, например, мета л л оп ластиковый баллон конструкции ИЭСИМех, содержащий сварной герметичный стальной лейнер и внешнюю силовую пластиковую оболочку вокруг лейнера, типа кокон, изготовленную путем продольно-поперечной намотки стекловолокна, пропитанного эпоксидными связующими (Автоматическая сварка. No 9, 1995г. Б.Е. Патон, М.М. Савицкий и др. Конструкция и технология изготовления облегченных сварных баллонов ВД).For example, a metal plastic cylinder of the IESIMech design is known, which contains a welded sealed steel liner and an external power plastic shell around the liner, such as a cocoon, made by longitudinally-transverse winding of fiberglass impregnated with epoxy binders (Automatic welding. No 9, 1995; B .E. Paton, MM Savitsky and others. Design and manufacturing technology of lightweight welded cylinders VD).

Известен также Металлопластиковый баллон ВД, содержащий штампованно-сварной герметичный стальной лейнер и внешнюю силовуюAlso known is a metal-plastic cylinder VD containing a stamped-welded sealed steel liner and an external power

Т О л Э T O l E

Мкл.б: F17C 1/06 Mlb: F17C 1/06

пластиковую оболочку, выполненную из арамидного волокна ( RU, С1 2077682).a plastic shell made of aramid fiber (RU, C1 2077682).

Сварная и штампованно-сварная технологии позволяют изготовить стальные лейеры с достаточно тонкими стенками, тем самым обеспечить сравнительно невысокую удельную материалоемкость (d) баллона ВД со стальным лейнером. Однако сварные и штампованно-сварные лейнеры имеют невысокий ресурс по числу циклов нагружения. который не превышает несколько десятков сотен.Welded and stamped-welded technologies make it possible to manufacture steel rails with sufficiently thin walls, thereby ensuring a relatively low specific material consumption (d) of the VD cylinder with a steel liner. However, welded and stamped-welded liners have a low resource in the number of loading cycles. which does not exceed several tens of hundreds.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является металлопластиковый баллон ВД, выпускаемый фирмой SCI, США, содержащий бесшовный герметичный алюминиевый лейнер и внешнюю силовую пластиковую оболочку вокруг всей поверхности лейнера, изготовленную либо из стекловолокна, либо арамидного волокна марки Кевлар (RU, С1 2077682),Closest to the proposed technical solution is a metal-plastic cylinder VD, manufactured by SCI, USA, containing a seamless sealed aluminum liner and an external power plastic shell around the entire surface of the liner, made of either fiberglass or aramid fiber Kevlar brand (RU, C1 2077682),

Бесшовные лейнеры обеспечивают значительно более высокий ресурс по числу циклов нагружения (более 50 000), чем сварные или штампованно - сварные лейнеры. При этом использование алюминиевых сплавов, более пластичных, чем сталь, позволяет изготовить методом глубокой вытяжки цельные лейнеры с достаточно тонкими стенками с тем, чтобы обеспечить сравнительно невысокую удельную материалоемкость (d) баллона ВД.Seamless liners provide a significantly higher resource in the number of loading cycles (more than 50,000) than welded or stamped - welded liners. At the same time, the use of aluminum alloys that are more ductile than steel makes it possible to fabricate by the method of deep drawing solid liners with sufficiently thin walls in order to provide a relatively low specific material consumption (d) of the VD cylinder.

В приведенных выше известных конструкциях металлопластиковых баллонов ВД минимизация удельной материалоемкости достигается за счет уменьшения толщины стенкам металлического лейнера. При этом с уменьшением толщины стенки металлического лейнера, функции несущегоIn the above known constructions of metal-plastic cylinders VD, the minimization of specific material consumption is achieved by reducing the thickness of the walls of the metal liner. Moreover, with a decrease in the wall thickness of the metal liner, the bearing function

элемента баллона переносятся с металлического лейнера на внешнюю силовую пластиковую оболочку. Лейнер служит герметичной полостью для газа, а силовые нагрузки практически полностью воспринимает внешняя пластиковая оболочка,, образованная намоткой на поверхность лейнера жгута из высокомодульного волокна (стекловолокна, углеволокна, арамида), пропитанного эпоксидными связующими. Соответственно, прочностные характеристики баллонов ВД в большей степени обеспечивает пластиковая оболочка.cylinder element are transferred from a metal liner to an external power plastic shell. The liner serves as a sealed cavity for gas, and the external plastic shell, formed by winding a tow of high modulus fiber (fiberglass, carbon fiber, aramid) impregnated with epoxy binders, almost completely accepts the power loads. Accordingly, the strength characteristics of the VD cylinders are provided to a greater extent by the plastic shell.

В связи с этим встает вопрос о выборе типа высокомодульного волокна с высокими прочностными и упругими характеристиками в сочетании с низкой плотностью для обеспечения высоких прочностных характеристик баллонов ВД без увеличения удельной материалоемкости.In this regard, the question arises of choosing the type of high-modulus fiber with high strength and elastic characteristics in combination with low density to ensure high strength characteristics of VD cylinders without increasing specific material consumption.

Анализ известного уровня техники не позволяет выявить предпочтение какому-либо определенному типу известного выскомодульного волокна для изготовления силовой оболочки баллонов ВД.An analysis of the prior art does not reveal a preference for any particular type of known vysokomodulnogo fiber for the manufacture of the power shell of cylinders VD

Например, в баллонах конструкции ИЭС-Имех используется стекловолокно, в баллонах, описанных в патенте RU, С1 2077682 арамидное волокно, а в баллонах фирмы SCI, США используется как стекловолокно, так и арамидное волокно.For example, fiberglass is used in cylinders of the IES-Imech design, aramid fiber is used in cylinders described in patent RU, С1 2077682, and both fiberglass and aramid fiber are used in SCI cylinders, USA.

В основу настоящей полезной модели поставлена задача создать металлопластиковый баллон ВД, в котором пластиковая оболочка была бы изготовлена из такого волокна и имела бы такие конструктивные параметры, которые обеспечивали бы при минимальном весе оболочки максимально возможные прочностные характеристики баллона.The present utility model is based on the task of creating a metal-plastic cylinder VD, in which the plastic shell would be made of such fiber and have such structural parameters that would ensure the maximum possible strength characteristics of the cylinder with the minimum weight of the shell.

Поставленная задача решается тем, что в металлопластиковом баллоне высокого давления, содержащем внутренний металлический лейнер и внешнюю силовую оболочку из высокопрочного волокнистого полимерного материала, согласно предлагаемому техническому решению, силовая оболочка выполнена из арамидного волокна типа Армос или СВМ.The problem is solved in that in a metal-plastic high-pressure cylinder containing an internal metal liner and an external power shell of high-strength fibrous polymeric material, according to the proposed technical solution, the power shell is made of aramid fiber of the Armos or CBM type.

Исследования, проведенные авторами, показали целесообразность использования в баллонах ВД органических волокон, которые обладают высокими прочностными и упругими характеристиками в сочетании с более низкой плотностью (1.44 - 1.45 г/см ) по сравнению с углеродными (1.7 1.8 г/см) и стеклянными (2.5 - 2.7 г/см) волокнами.The studies conducted by the authors showed the feasibility of using organic fibers in VD cylinders, which have high strength and elastic characteristics in combination with a lower density (1.44 - 1.45 g / cm) compared to carbon (1.7 1.8 g / cm) and glass (2.5 - 2.7 g / cm) with fibers.

Кроме того, комплексный анализ физико-механических характеристик производимых в России и за рубежом органических волокон, а также модельных композиционных материалов на их основе показал, что наиболее целесообразным (с точки зрения достижения в баллонах ВД при минимальном весе максимальной прочности на растяжение) является использование арамидных волокон типа Армос.In addition, a comprehensive analysis of the physicomechanical characteristics of organic fibers produced in Russia and abroad, as well as model composite materials based on them, showed that the use of aramid fibers is most appropriate (from the point of view of achieving HP in cylinders with a minimum weight of maximum tensile strength) fiber type Armos.

Использование арамидных волокон типа Армос для внешней упрочняющей оболочки позволяет выполнять металлические лейнеры с минимальной толщиной стенок, ограниченной только технологическими условиями обеспечения жесткости лейнера при намотке силовой оболочки, с тем чтобы снизить удельную материалоемкость баллонов ВД.The use of aramid fibers of the Armos type for the external reinforcing shell allows metal liners to be made with a minimum wall thickness, limited only by the technological conditions for ensuring the rigidity of the liner when winding the power shell, in order to reduce the specific material consumption of the VD tanks.

Целесообразно металлический лейнер выполнять бесшовным, из алюминиевых сплавов.It is advisable to carry out a metal liner seamless, from aluminum alloys.

изготовить методом глубокой вытяжки цельные лейнеры с достаточно тонкими стенками.to make by the method of deep drawing one-piece liners with sufficiently thin walls.

Поставленная задача решается также тем, что в металлопластиковом баллон высокого давления, содержащем внутренний лейнер, выполненный бесшовным, из алюминиевого сплава, и внешнюю силовую оболочку из высокопрочного волокнистого полимерного материала, согласно предлагаемому техническому решению, силовая оболочка имеет толшину, определяемую соотношением:The problem is also solved by the fact that in a metal-plastic high-pressure container containing an internal liner made seamless of aluminum alloy and an external power shell of high-strength fibrous polymer material, according to the proposed technical solution, the power shell has a thickness defined by the ratio:

Рр Rep. - OmaxAi hnPP Rep. - OmaxAi hn

«1у ,„. - „ ,, -I-J I- TTJ.., j: - . "1u,„. - „,, -I-J I- TTJ .., j: -.

в констр.in construction

РР п-рраб. - расчетное разрушающее давление для баллона;PP p-prab. - estimated breaking pressure for the cylinder;

п - минималы1ый запас прочности по «Правилам устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением. ПБ 10-11596 ;p - minimum safety margin according to the "Rules for the design and safe operation of vessels operating under pressure. PB 10-11596;

Рраб - максимальное рабочее давление;Rrab - maximum working pressure;

RCP. - радиус срединной поверхности цилиндрической части баллона;RCP - the radius of the middle surface of the cylindrical part of the container;

omaxAi предел ПРОЧНОСТИ алюминиевого сплава;omaxAi STRENGTH of aluminum alloy;

Нл - толщина цилиндрической стенки лейнера;Nl - the thickness of the cylindrical wall of the liner;

OB констр. - реализуемая в конструкции баллона прочность силовой оболочки (среднеинтегральная по всей толщине намотки);OB construct - strength of the power shell realized in the design of the balloon (average integral over the entire thickness of the winding);

Предлагаемая формула определения толщины силовой оболочки выведена из условия, что практически всю нагрузку при рабочем давлении воспринимает силовая оболочка.The proposed formula for determining the thickness of the power shell is derived from the condition that the power shell perceives almost the entire load at operating pressure.

спиральных и кольцевых слоев при отношении толщины спиральных слоев к толщине кольцевых слоев как 2/3.spiral and annular layers with a ratio of the thickness of the spiral layers to the thickness of the annular layers as 2/3.

Предлагаемое конструктивное выполнение силовой оболочки определено авторами на основе опыта отработки прочности металлопластиковых баллонов БГ 6.8 - 30.4 ТУ 2296-003-03455343-99, состоящих из бесшовного лейнера из алюминиевого сплава и органопластиковой оболочки.The proposed structural performance of the power shell is determined by the authors based on the experience of testing the strength of metal-plastic cylinders BG 6.8 - 30.4 TU 2296-003-03455343-99, consisting of a seamless liner made of aluminum alloy and an organoplastic shell.

В дальнейшем наилучший вариант выполнения предлагаемой полезной модели будет подробно описан со ссылками на чертежи, на которых:In the future, the best embodiment of the proposed utility model will be described in detail with reference to the drawings, in which:

Фиг. 1 изображает металлопластиковый баллон ВД, продольныйFIG. 1 depicts a metal-plastic cylinder VD, longitudinal

разрез;incision;

Фиг.2 - схему армирования силовой оболочки из арамидногоFigure 2 - scheme of reinforcing the power shell of aramid

материала Армос.Armos material.

Металлопластиковый баллон высокого давления |ВД) содержит внутренний металлический герметичный лейнер 1 {фиг.1) и покрывающую всю наружную поверхность лейнера 1 силовую оболочку 2, типа «кокон, выполненную из высокопрочного волокнистого полимерного материала.High pressure metal-plastic cylinder | VD) contains an internal metal sealed liner 1 (Fig. 1) and a power shell 2, such as a “cocoon, made of high-strength fibrous polymer material, covering the entire outer surface of the liner 1.

Лейнер 1 выполнен бесшовным, из алюминиевого сплава, например методом глубокой ротационной вытяжки. С целью минимизации удельной материалоемкости (d) баллона толщину стенки лейнера 1 выбирают минимально возможной из условия обеспечения жесткости лейнера 1 при намотке силовой оболочки 2.The liner 1 is made seamless, from an aluminum alloy, for example, by deep rotational drawing. In order to minimize the specific material consumption (d) of the balloon, the wall thickness of the liner 1 is chosen as minimal as possible from the condition of ensuring the rigidity of the liner 1 when winding the power shell 2.

Силовая оболочка 2 изготовлена путем намотки на лейнер 1 высокопрочного волокнистого полимерного материала, пропитанного полимерными связующими, например, эпоксидной смолой.The power shell 2 is made by winding onto the liner 1 a high-strength fibrous polymer material impregnated with polymer binders, for example, epoxy resin.

В качестве материала силовой оболочки 2 использовано арамидное волокно типа «Армос.Aramid fiber of the type “Armos.

Исследования, проведенные авторами, показали целесообразность использования органических волокон по сравнению с углеродными и стеклянными. Это обусловлено высокими прочностными и упругими характеристиками органических волокон в сочетании с более низкой плотностью (1.44 - 1.45 г/см ) по сравнению с углеродными (1.7 - 1.8 г/см) и стеклянными (2.5 - 2.7 г/см) волокнами.Studies by the authors have shown the feasibility of using organic fibers compared to carbon and glass. This is due to the high strength and elastic characteristics of organic fibers in combination with a lower density (1.44 - 1.45 g / cm) compared to carbon (1.7 - 1.8 g / cm) and glass (2.5 - 2.7 g / cm) fibers.

Органические волокна, разработанные в России, можно разделить на два основных класса. Это арамидные волокна и полиимидные волокна К арамидным волокнам относятся : Армос, СВМ, Терлон. К полиимидным волокнам: Аримид ВМ, АримидТ.Organic fibers developed in Russia can be divided into two main classes. These are aramid fibers and polyimide fibers. Aramid fibers include: Armos, CBM, Terlon. To polyimide fibers: Arimid VM, ArimidT.

За рубежом наибольшую известность получили следующие марки арамидных волокон : Кевлар-49 (фирма «Дюпон, США) и Тварон-2200 (фирма «Акзо Нобель, Нидерланды).The following grades of aramid fibers were best known abroad: Kevlar-49 (DuPont, USA) and Twaron-2200 (Akzo Nobel, Netherlands).

В таблице 1 приведены сравнительные физико-механические характеристики арамидных и полиимидных волокон по результатам испытаний на разрывных машинах типа 1958У-10-1, Текстима-1505 (Zwick) и УМИВ-Зм. Обозначения, принятые 0 таблице: d, мкм прочность на растяжение моноволокна на базе 20мм, МПа; апв - прочность на растяжение пучка волокон на базе 120мм, МПа; Ев - модуль Юнга на растяжение моноволокна, ГПа; 8р, - разрывная деформация моноволокна, % ; Тр, - температура размягчения волокна, определенная из испытаний на ползучесть волокна при сканировании по температуре со скоростью 5С /мин, С;Table 1 shows the comparative physical and mechanical characteristics of aramid and polyimide fibers according to the results of tests on tensile testing machines of the type 1958U-10-1, Textima-1505 (Zwick) and UMIV-Zm. Designations adopted 0 table: d, micron tensile strength of a monofilament based on 20mm, MPa; apv - tensile strength of a fiber bundle based on 120mm, MPa; Ev - Young's modulus for monofilament tension, GPa; 8p, is the tensile deformation of the monofilament,%; Tr, is the fiber softening temperature, determined from the creep tests of the fibers when scanning at a temperature of 5C / min, C;

Анализ табл. 1 показывает, что полиимидные волокна, несмотря на их достаточно высокие теплостойкие свойства (Тр), уступают арамидным волокнам по прочностным и упругим характеристикам и, поэтому, не могут являться конкурентами арамидным волокнам при их использовании в баллонах ВД. Кроме того, использование баллонов ВД при температурах, не превышающих 60°С, делает вдвойне нецелесообразным использование термостойких и, поэтому, более дорогих полиимидных волокон. диаметр моноволокна, мкм; а.Table analysis 1 shows that polyimide fibers, despite their rather high heat-resistant properties (Tr), are inferior to aramid fibers in strength and elastic characteristics and, therefore, cannot compete with aramid fibers when used in HP cylinders. In addition, the use of VD cylinders at temperatures not exceeding 60 ° C makes it doubly impractical to use heat-resistant and, therefore, more expensive polyimide fibers. monofilament diameter, microns; a.

Из арамидных волокон наибольший интерес представляют волокна типа Армос и СВМ, которые в сраенении с волокнами Терлон, Кевлар - 49, Тварон - 2200 имеют более высокие упругие И прочностные характеристик. Наиболее высокие, но достаточно близкие с СВМ, значения прочности на растяжение у волокна Армос.Of the aramid fibers, the most interesting are fibers of the Armos and CBM type, which, when combined with Terlon, Kevlar - 49, Twaron - 2200 fibers, have higher elastic and strength characteristics. The highest, but fairly close to CBM, values of tensile strength of the Armos fiber.

В таблице 2 приведены результаты испытаний композиционных материалов, полученных на основе органических волокон и связующего ЭДТ-10. Композиционные материалы испытывались в виде микропластиков и кольцевых образцов диаметром 14бмм,Table 2 shows the test results of composite materials based on organic fibers and a binder EDT-10. Composite materials were tested in the form of microplastics and ring samples with a diameter of 14 mm,

Физи ко-механические характеристики композиционных материалов на основе органических B07i ; ifflH и эпо| сидного связующего ЭДТ-10.Physico-mechanical characteristics of composite materials based on organic B07i; ifflH and epo | Seed binder EDT-10.

Обозначения, принятые в таблице; Тсдв - сдвиговое напряжение между волокном и матрицей, характеризующее степень адгезионного взаимодействия органического волокна к ЭДТ-10, МПа; амп, - прочность наDesignations adopted in the table; Tsdv - shear stress between the fiber and the matrix, characterizing the degree of adhesive interaction of the organic fiber to EDT-10, MPa; amp - strength on

Таблица 2table 2

Анализ таблицы 2 показывает, что в наибольшей степени реализуют свои прочностные характеристики в однонаправленных композиционных материалах волокна Армос и несколько уступают им волокна СВМ.An analysis of Table 2 shows that Armos fibers realize their strength characteristics to the greatest extent in unidirectional composite materials and are somewhat inferior to CBM fibers.

Адгеозные характеристики арамидных волокон к ЭДТ-10 примерно одинаковые и находятся в пределах 20-30 МПа, для полиимидных волокон эти показатели выше.The adhesion characteristics of aramid fibers to EDT-10 are approximately the same and are in the range of 20-30 MPa, for polyimide fibers these figures are higher.

Таким образом, приведенный комплексный анализ физикомеханических характеристик производимых в России и за рубежом органических волокон, а также модельных композиционных материалов на их основе показывает, что наиболее целесообразным (с точки зрения достижения в баллонах ВД при минимальном весе максимальной прочности на растяжение) является использование в баллонах ВД арамидных волокон типа Армос,Thus, the above complex analysis of the physicomechanical characteristics of organic fibers produced in Russia and abroad, as well as model composite materials based on them, shows that the most appropriate (from the point of view of achieving HP in cylinders with a minimum weight of maximum tensile strength) is the use in cylinders VD aramid fibers of the Armos type,

На Фиг. 2 показана схема армирования силовой оболочки 2 из волокнистого полимерного материала, типа Армос, включающая чередование спиральных слоев 3 и кольцевых слоев 4, показанных, соответственно, сплошными и пунктирными линиями. При этом кольцевые слои 4 наносят только на цилиндрическукэ часть поверхности лейнера 1, а спиральные слои 3 - на всю поверхность лейнера 1, за исключением технологических полюсов, служащих для закрепления лейнера 1 в намоточном станке. Возможна и другая структура намотки силовой оболочки, которая выбирается известными методами в зависимости от эксплуатационных характеристик баллона ВД: рабочего давления, вместимости и размеров баллона.In FIG. 2 shows a reinforcement scheme of a power shell 2 of a fibrous polymeric material, such as Armos, including the alternation of spiral layers 3 and annular layers 4, shown by solid and dashed lines, respectively. In this case, the annular layers 4 are applied only to the cylindrical part of the surface of the liner 1, and the spiral layers 3 are applied to the entire surface of the liner 1, with the exception of the technological poles used to fix the liner 1 in the winding machine. Another structure of the winding of the power shell is also possible, which is selected by known methods depending on the operational characteristics of the HP cylinder: operating pressure, capacity and size of the cylinder.

Внешнюю силовую оболочку выполняют толщиной, определенной по формуле:The external power shell perform a thickness determined by the formula:

Рр Пер. - C maxAl лRr Per. - C maxAl l

hj; .. рде:hj; .. rde:

в констр.in construction

Рр прраб - расчетное разрушающее давление длй баллона;PP prab - estimated destructive pressure for the cylinder;

п - минимальный запас прочности по ПБ 10-115-96;p - the minimum safety margin according to PB 10-115-96;

Рраб - максимальное рабочее давление;Rrab - maximum working pressure;

RCP. - радиус срединной поверхности цилиндрической части баллона;RCP - the radius of the middle surface of the cylindrical part of the container;

omaxAi - предел ПРОЧНОСТИ алюминиевого сплава;omaxAi - STRENGTH of aluminum alloy;

Ьл - толщина цилиндрической стенки лейнера;Ll is the thickness of the cylindrical wall of the liner;

OB констр. - реализуемая в конструкций баллона прочность силовой оболочкиOB construct - strength of the shell

(среднеинтегральная по всей толщине намотки);(average integral over the entire thickness of the winding);

Предлагаемая формула определения толщины силовой оболочки выведенаThe proposed formula for determining the thickness of the power shell is derived

из условия, что практически всю нагрузку при рабочем давленииfrom the condition that almost the entire load at operating pressure

воспринимает силовая оболочка.perceives the power shell.

При этом намотанная на лейнер силовая оболочка 2 из арамидного волокна типа Армос, включающая чередование спиральных и кольцевых слоев, имеет отношение толщины спиральных слоев к толщине кольцевых слоев как 2/3.In this case, a power shell 2 of Armos type aramid fiber wound on a liner, including alternating spiral and annular layers, has a ratio of the thickness of the spiral layers to the thickness of the annular layers as 2/3.

Ниже приведены примеры конкретных конструктивных параметров баллонов ВД, выполненных в соответствии с расчетами по предлагаемым методикам.The following are examples of specific design parameters of the VD cylinders made in accordance with the calculations using the proposed methods.

Пример 1. Исходные данные для баллона ВД, состоящего из бесшовного лейнера и внешней силовой оболочки из высокомодульного арамидного волокна, типа,Example 1. The initial data for the cylinder VD, consisting of a seamless liner and an external power shell of a high-modulus aramid fiber, type,

Рраб 310 кгс/см ; п - 2,6; рр. 806 кгс/см ; h - 0,254 см. Ов 17125 кгс/см ; ОВКОНСТР. 11417 кгс/см ; Rep, 7,4 см.Rrab 310 kgf / cm; n - 2.6; RR 806 kgf / cm; h - 0.254 cm. Ov 17125 kgf / cm; OVKONSTR. 11417 kgf / cm; Rep, 7.4 cm.

В соответствии с приведенными соотношениями силовая оболочка баллона ВД имеет следующие конструктивные параметры: общая толщина оболочки hs 0,47 см при этом толщина спиральных слоев оболочки hen. 0,19 см а толщина кольцевых слоев оболочки Ик 0,28 см; Округленно следует принять hz 5 мм, hen. 2 мм, Ьк 2 ммПример 2. Исходные данные те же, кроме наружного диаметра лейнера, равного 301 мм, т.е. Rep 15,6 см.В данном случае внещняя оболочка имеет следующие конструктивные параметры: hs 11 мм, hon, 4.5 мм, Ьк. 6,5 мм. При этом баллон ВД будет иметь удельную материалоемкость, равную 0,6 и прочность Рр 806 кгс/смР.In accordance with the above relations, the force shell of the VD cylinder has the following design parameters: the total shell thickness hs 0.47 cm, while the thickness of the spiral layers of the shell hen. 0.19 cm and the thickness of the annular layers of the shell Ic 0.28 cm; Rounded should take hz 5 mm, hen. 2 mm, bk 2 mm Example 2. The initial data is the same, except for the outer diameter of the liner, equal to 301 mm, i.e. Rep 15.6 cm. In this case, the external shell has the following design parameters: hs 11 mm, hon, 4.5 mm, bk. 6.5 mm. In this case, the cylinder VD will have a specific material consumption equal to 0.6 and strength Rp 806 kgf / cmR.

Из описания, приведенного выще, понятно, что рассмотренные варианты реализации допускают модификаш1И, очевидные специалисту в данной области техники и не выходящие за пределы существа предложенного технического рещения, которое определяется приведенной ниже формулой полезной модели.From the description given above, it is clear that the considered implementation options allow modification1I, obvious to a person skilled in the art and not going beyond the essence of the proposed technical solution, which is determined by the utility model formula given below.

Claims (8)

1. Металлопластиковый баллон высокого давления, содержащий внутренний лейнер и внешнюю силовую оболочку из высокопрочного волокнистого полимерного материала, отличающийся тем, что силовая оболочка выполнена из арамидного волокна типа Армос (СВМ).1. Metal-plastic high-pressure cylinder, containing an inner liner and an external power shell of high-strength fibrous polymer material, characterized in that the power shell is made of aramid fiber of the Armos type (CBM). 2. Металлопластиковый баллон по п.1, отличающийся тем, что лейнер выполнен бесшовным, из алюминиевого сплава. 2. The metal-plastic cylinder according to claim 1, characterized in that the liner is made seamless from aluminum alloy. 3. Металлопластиковый баллон высокого давления по п.2, отличающийся тем, что силовая оболочка имеет толщину, определяемую соотношением
Figure 00000001

где Рр=nРраб - расчетное разрушающее давление для баллона;
n - минимальный запас прочности по ПБ 10-115-96;
Рраб - максимальное рабочее давление;
Rср - радиус срединной поверхности цилиндрической части баллона;
σmaxAl - предел прочности алюминиевого сплава;
hл - толщина цилиндрической стенки лейнера;
σB констр. - реализуемая в конструкции баллона прочность силовой оболочки (среднеинтегральная по всей толщине намотки).
3. The metal-plastic cylinder of high pressure according to claim 2, characterized in that the power shell has a thickness determined by the ratio
Figure 00000001

where P p = nP slave - estimated destructive pressure for the cylinder;
n is the minimum safety margin according to PB 10-115-96;
P slave - maximum working pressure;
R cf is the radius of the middle surface of the cylindrical part of the container;
σ maxAl is the tensile strength of an aluminum alloy;
h l - the thickness of the cylindrical wall of the liner;
σ B construction - the strength of the power shell realized in the design of the cylinder (the average integral over the entire thickness of the winding).
4. Металлопластиковый баллон высокого давления по 3, отличающийся тем, что силовая оболочка представляет собой чередование спиральных и кольцевых слоев при отношении толщины спиральных слоев к толщине кольцевых слоев как 2/3. 4. A high pressure metal-plastic cylinder according to claim 3, characterized in that the power shell is an alternation of spiral and annular layers with a ratio of the thickness of the spiral layers to the thickness of the annular layers as 2/3. 5. Металлопластиковый баллон высокого давления, содержащий внутренний лейнер, выполненный бесшовным, из алюминиевого сплава, и внешнюю силовую оболочку из высокопрочного волокнистого полимерного материала, отличающийся тем, что силовая оболочка имеет толщину, определяемую соотношением
Figure 00000002

где Рр=nРраб - расчетное разрушающее давление для баллона;
n - минимальный запас прочности по ПБ 10-115-96;
Рраб - максимальное рабочее давление;
Rср - радиус срединной поверхности цилиндрической части баллона;
σmaxAl - предел прочности алюминиевого сплава;
hл - толщина цилиндрической стенки лейнера;
σB констр. - реализуемая в конструкции баллона прочность силовой оболочки (среднеинтегральная по всей толщине намотки).
5. A metal-plastic high-pressure cylinder containing an internal liner made of seamless aluminum alloy and an external power shell of high-strength fibrous polymer material, characterized in that the power shell has a thickness determined by the ratio
Figure 00000002

where P p = nP slave - estimated destructive pressure for the cylinder;
n is the minimum safety margin according to PB 10-115-96;
P slave - maximum working pressure;
R cf is the radius of the middle surface of the cylindrical part of the container;
σ maxAl is the tensile strength of an aluminum alloy;
h l - the thickness of the cylindrical wall of the liner;
σ B construction - the strength of the power shell realized in the design of the cylinder (the average integral over the entire thickness of the winding).
6. Металлопластиковый баллон высокого давления по п.5, отличающийся тем, что силовая оболочка выполнена из арамидного волокна типа Армос (СВМ). 6. The high pressure metal-plastic cylinder according to claim 5, characterized in that the power shell is made of aramid fiber of the Armos type (CBM). 7. Металлопластиковый баллон высокого давления, содержащий внутренний лейнер, выполненный бесшовным, из алюминиевого сплава, и внешнюю силовую оболочку из высокопрочного волокнистого полимерного материала, отличающийся тем, что силовая оболочка представляет собой чередование спиральных и кольцевых слоев при отношении толщины спиральных слоев к толщине кольцевых слоев как 2/3. 7. A metal-plastic high-pressure cylinder containing an internal liner made of seamless aluminum alloy and an external power shell of high-strength fibrous polymer material, characterized in that the power shell is an alternation of spiral and annular layers with respect to the thickness of the spiral layers to the thickness of the annular layers like 2/3. 8. Металлопластиковый баллон высокого давления по п.7, отличающийся тем, что силовая оболочка выполнена из арамидного волокна типа Армос (СВМ).
Figure 00000003
8. The high pressure metal-plastic cylinder according to claim 7, characterized in that the power shell is made of aramid fiber of the Armos type (CBM).
Figure 00000003
RU2000104904/20U 2000-02-16 2000-02-16 METALLOPLASTIC HIGH PRESSURE CYLINDER (OPTIONS) RU14065U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000104904/20U RU14065U1 (en) 2000-02-16 2000-02-16 METALLOPLASTIC HIGH PRESSURE CYLINDER (OPTIONS)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000104904/20U RU14065U1 (en) 2000-02-16 2000-02-16 METALLOPLASTIC HIGH PRESSURE CYLINDER (OPTIONS)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU14065U1 true RU14065U1 (en) 2000-06-27

Family

ID=35635228

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000104904/20U RU14065U1 (en) 2000-02-16 2000-02-16 METALLOPLASTIC HIGH PRESSURE CYLINDER (OPTIONS)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU14065U1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2507872C (en) Pressure vessel and method for producing the same
CA2912415C (en) Hydrogen storage tank
EP1659331B1 (en) High-performance pressure vessel and carbon fiber for pressure vessel
EP0873488B1 (en) Gas containment apparatus
US9939108B2 (en) Wire wrapped pressure vessels
US9618157B2 (en) Concentric shells for compressed gas storage
US11371659B2 (en) Boss with internal bearing
US4073400A (en) Gas containers
CN102211405A (en) Process for forming light-weight and high-pressure gas bottle made of composite material
CN111368439A (en) Design method of pressure container based on winding forming process
RU14065U1 (en) METALLOPLASTIC HIGH PRESSURE CYLINDER (OPTIONS)
WO1994009245A1 (en) Bending stiffener
JP2005113971A (en) Liner for pressure resistant container
Horn et al. Strength and durability characteristics of ropes and cables from Kevlar® aramid fibers
Lark Filament-wound composite vessels material technology
RU2077682C1 (en) Composite high-pressure gas cylinder
JP2004245348A (en) Pressure container
RU2757315C1 (en) High pressure metal composite cylinder
RU13498U1 (en) HIGH PRESSURE METAL-PLASTIC CYLINDER
RU96204U1 (en) METAL COMPOSITE HIGH PRESSURE CYLINDER
WO2010131990A1 (en) Metal-to-composite high-pressure cylinder
RU2432521C2 (en) Metal composite high pressure vessel
JP2004245347A (en) Pressure container
MORRIS Composite fiber/metal pressure vessels for propulsion systems
Hanson Static and dynamic fatigue behavior of glass filament-wound pressure vessels at ambient and cryogenic temperatures

Legal Events

Date Code Title Description
ND1K Extending utility model patent duration

Effective date: 20050216

MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20070217