RU1838714C - Газовый баллон высокого давлени - Google Patents

Description

i Изобретение относитс  к производству изделий из полимерных композиционных материалов, а именно к изготовлению сосу- J;OB высокого давлени  дл  хранени  газа, примен емых в различных отрасл х народного хоз йства, например, в химической, нефтехимической или автомобильной промышленности .

Цель изобретени  - обеспечение, равнопрочной структуры баллона и повышение механических характеристик узлов стыков- си торцовых и цилиндрических частей.

На фиг. 1 изображен предлагаемый баллон; на фиг. 2 - узел .стыковки цилиндрической и торцовой частей внутреннего ехнологического сло ; на фиг. 3 приведена

схема укладки промежуточных слоев в зоне стыковки технологической оболочки и торцовой крышки.

Газовый баллон высокого давлени  состоит из внутренней технологической оболочки 1, выполненной из полимерного композиционного материала, наружного силового сло  2, выполненного также из полимерного композиционного материала, и герметизирующего сло  3, например, на основе каучука.

Внутренн   технологическа  оболочка 1 содержит цилиндрическую обечайку 4, торцовую крышку 5 с вмотанной полюсной (дл  центровки) вставкой 6 и торцевую

00 СА) 00 VJ

00

крышку 7 с вмотанной металлической горловиной 8.

Технологическа  оболочка 1 используетс  в качестве оправки в процессе формировани  верхней силовой оболочки. Так как, в процессе намотки силовых слоев армированного пластика создаютс  значительные контактные давлени  на технологическую оболочку, то последн   должна обладать соответствующей жесткостью и устойчивостью , а следовательно, и достаточной толщиной стенок и массой. Поэтому включение в работу технологической оболочки и максимальное использование ее прочности при воспри тии и эксплуатационных нагрузок  вл етс  важной экономической и технической задачей. Стыковка торцевых крышек 5 и 7 с цилиндрической обечайкой 4 осуществл етс  последовательным наложением симметрично стыку, промежуточных слоев 9 армированного пластика в виде нетканой ленты с измен емой ступенчатой шириной.

Размеры первого промежуточного сло , наложенного на стык методом намотки нетканой ленты, определ ютс  конструктивными параметрами технологической оболочки. Расчеты показали, что касательные напр жени  в зоне клеевого шва места контакта технологической оболочки и каждого из промежуточных слоев распредел ютс  по определенному закону. Так дл  нашего случа  в воспри тии сдвиговых усилий участвует лишь только зона шва котора  в 7 раз больше, чем толщина нетканой ленты из которой формирует промежуточный слой, не работает. То есть, если соотношение толщины и приращени  ленты равное 7 . не выдерживаетс , то та часть приращени  нетканой ленты, котора  будет больше расчетной величины, облада  адгезией к поверхности технологической оболочки, усилий на сдвиг не воспринимает. Поэтому, дл  обеспечени  равной прочности узла стыка на раст жение и на сдвиг поверхност м наложени  промежуточных слоев, каждый верхний слой должен по ширине перекрывать нижележащий на величину, равную не менее 7 его толщин с обеих сторон, а обща  толщина промежуточных слоев должна обеспечить сечени  стыка раст жение равную прочности цилиндрической части технологической оболочки, как показано на фиг. 2. Указанное соотношение ширины и толщины слоев накладываемых в местах стыка, справедливо дл  армированных пластиков , у которых соотношение модулей деформаций волокнистого материала и отвержденной св зующей матрицы близко к 10:1, что характерно дл  распространенных стеклопластиков на основе эпоксидных

и

св зующих. Узел стыка указанной выше конструкции обеспечивает рациональное использование прочности армированного пластика и максимально возможное включе- 5 ние в работу технологической оболочки совместно с намотанной на нее силовой оболочкой.

Поскольку промежуточный слой 9, создаваемый дл  стыковки,  вл етс  неотъем- лемой составной частью стенки баллона высокого давлени , то и соотношение количества продольных и поперечных нитей в нетканой ленте при формовании каждого из промежуточных слоев необходимо рассчиты- 5 ватьи регулировать по определенной зависимости исход  из характера напр женного состо ни  стенки толстостенных оболочек 5.

Промежуточный слой состоит из нескольких слоев, формование которых произ- 0 водитс  методом намотки нетканой ленты на вращающиес  технологическую оболочку и торцевую крышку 5 или 7,

Намотка промежуточных слоев 9 осуществл етс , неткаными лентами 10 по на- 5 ружнойповерхноститехнологическойоболочки 1.

Неткана  лента 10 представл ет собой определенной сочетание продольных (пови- вочных) и поперечных (кормочных) нитей.

Обозначим через К отношение количе- 0 ства продольных нитей nz к количеству поперечных нитей nt.

35

V - Пг

(1)

Как известно радиальные напр жени  в оболочке цилиндрической формы измен ютс  по толщине стенки по следующей зависимости:

Ot

t-3

где п - внутренний радиус оболочки (или наружный радиус оправки),  вл ющийс  ве- личиной посто нной;

Г2 - наружный радиус оболочки (измен - етс  от п до п+ б , где б-толщина стенки баллона). Р - внутреннее давление. Из формулы (2) видно, что радиальные напр жени  в оболочке максимальны во внутреннем слое и уменьшаютс  с увеличе- нием толщины стенки. Прочность армирующего материала в конструкци х изготовленных методом намотки может быть использована с максимальной эффективностью при условии равного напр жени  всех армирующих волокон по всей толщине оболочки.

Усили  возникающие от давлени  Р, воспринимаемые нит ми ленты, можно регулировать в процессе формовани  издели , измен   величину К в соответствии с изменением о.

Так как необходимое количество поперечных нитей по условию их равнонапр - женности пропорционально действующим напр жени м о, то

7ti 012

3+3 23

где 0ц Р

3+3

рациональные напр 3-3 жени  во внутреннем слое оболочки

23

Ot2

-радиальные напр же3-3 ни  во внешнем слое оболочки;

Так как осевые напр жени  по толщине стенки оболочки не измен ютс  5, то количество продольных нитей nt в течении всего процесса намотки принимаем посто нным, а регулировку требуемого армировани  соотношени  Кв нетканой ленте производим по сло м за счет поэтапного изменени  количества поперечных нитей nt по следующей зависимости:

К -

nt

(r2+ rf)nz

таким образом, количество продольных нитей по сло м не измен етс  т.е. nz const, а количество поперечных нитей в нижнем слое принимаем равным расчетному nt, тогда исходное значение соотношени  обеих групп нитей в самой нетканой ленте, в первом слое - величина строго определенна . Дальнейшее изменение (уменьшение) количества поперечных нитей второго сло  по отношению к первому будет подчин тьс  зависимости:

2 г

nt2 -о--т n t1 (5) Г2 + П

Регулировка производитс  за счет послойного уменьшени  количества поперечных нитей в нетканой ленте при посто нных скорост х вращени  оправки и формирую5 щей нетканую ленту головки.

Таким образом, авторами предложена конструкци  газового баллона высокого давлени , изготавливаемого методр/л намотки нетканой ленты, котора  позвол ет

10 обеспечить однородную, равнопрочную структуру баллона в узлах стыковки торцевых и цилиндрических частей и дает возможность с максимальной эффективностью включить в работу технологический слой

15 (фальшоправку).

Claims (2)

1. Газовый баллон высокого давлени , 20 содержащий внутреннюю технологическую оболочку, наружный силовой слой, герметизирующий слой и горловины, отличающийс  тем, что, с целью обеспечени  равнопрочной структуры баллона в узлах стыков- 25 ки торцовых и цилиндрических частей и максимального включени  в работу технологической оболочки, он снабжен расположенными на технологической оболочке в зонах ее стыковки последовательно проме- 30 жуточными сло ми армированного пластика с соотношением количества нитей продольного nz и поперечного nt армирова2 3 nt ни , равным К ------

причем

35(3+3)2

каждый верхний промежуточный слой по ширине превышает с каждой стороны нижележащий не менее, чем на семь его толщин, а обща  толщина промежуточных слоев опре40 дел етс  из услови , равнопрочности с технологической оболочкой в осевом направлении, где n - внутренний радиус оболочки, а га - наружный радиус оболочки.

2. Баллон по п. 1, отличающийс 

45 тем, что соотношение модулей деформаций в осевом направлении армирующего волокнистого материала и отвержденного св зующего в пластике равно 10:1.

/53

9 5 6

Фиг.2

)