RU191996U1 - Герметичный горловой элемент полимерно-композитного сосуда высокого давления - Google Patents
Герметичный горловой элемент полимерно-композитного сосуда высокого давления Download PDFInfo
- Publication number
- RU191996U1 RU191996U1 RU2018144634U RU2018144634U RU191996U1 RU 191996 U1 RU191996 U1 RU 191996U1 RU 2018144634 U RU2018144634 U RU 2018144634U RU 2018144634 U RU2018144634 U RU 2018144634U RU 191996 U1 RU191996 U1 RU 191996U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- liner
- washer
- fitting
- polymer
- neck
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C1/00—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge
- F17C1/02—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge involving reinforcing arrangements
- F17C1/04—Protecting sheathings
- F17C1/06—Protecting sheathings built-up from wound-on bands or filamentary material, e.g. wires
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C7/00—Methods or apparatus for discharging liquefied, solidified, or compressed gases from pressure vessels, not covered by another subclass
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к конструкции горлового элемента (втулки) полимерно-композитного сосуда высокого давления (ПКСВД), и может быть использована при изготовлении сосудов высокого давления из композиционных материалов.Втулка для ПК СВД содержит полимерный лейнер с установленным в нем металлическим штуцером с уплотнительными резиновыми кольцами, который зафиксирован полимерной шайбой, удерживающей штуцер от прокручивания. Шайба внутренней стороной плотно прилегает к конической части горловины лейнера, а снаружи имеет сектор овальной формы, продолжающей форму сосуда. Для фиксации шайбы на лейнер в сборе с шайбой и штуцером наматывается силовая оболочка из композиционных материалов.Полимерный лейнер заданной конфигурации изготавливают методом ротационного формования. В горловину устанавливают металлический штуцер с резиновыми кольцами таким образом, чтобы уплотнительные кольца плотно прилегали к штуцеру и к горловине лейнера. После этого навинчивают шайбу до плотного контакта с лейнером. Производят намотку внешней силовой оболочки из пропитанных связующим армирующих нитей и полимеризацию оболочки при температуре ниже температуры размягчения материала лейнера. Технический результат: повышение герметичности и усталостной выносливости. 1 ил.
Description
Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к конструкции горлового элемента (втулки) полимерно-композитного сосуда высокого давления (ПКСВД), и может быть использована при изготовлении сосудов высокого давления из композиционных материалов.
ПКСВД являются более легкими и более устойчивыми к агрессивным средам по сравнению с металлическими и металло-композитными сосудами высокого давления. Применение легких сосудов высокого давления особенно актуально в качестве топливных баков летательных аппаратов и автомобильной техники, работающих на газовом топливе, а также при транспортировке и хранении сжиженных углеводородных газов [Резолюция семинара «Перевод транспорта на газомоторное топливо: проблемы и перспективы» / НИУ ВШЭ - 2013. - С. 16; В.В. Воробей, В.Б. Маркин. Основы проектирование и технология сверхлегких композитных баллонов высокого давления: монография / - Барнаул: АлтГТУ, 2014; Торлова А.С., Пикалов Е.С. Обзор технологии ротационного формования изделий из полимерных материалов [Электронный ресурс] / Материалы конференции «Студенческий научный форум» - Режим доступа: www.scienceforum.ru/2018/3175/5377].
В связи с тем, что ПКСВД занимают огромный сектор различных направлений хозяйственной деятельности, все конструктивные элементы ПКСВД требуют максимальной проработки технологичности изготовления и обеспечения безопасности при эксплуатации.
Конструктивной особенностью ПК СВД является то, что он состоит из герметичной оболочки (полимерного лейнера), наружной силовой армирующей оболочки и вставных закладных металлических элементов, выполняющих роль штуцеров для присоединения запорной арматуры и других элементов, необходимых для эксплуатации сосуда высокого давления.
При этом место соединения закладных элементов с лейнером выполняется различными способами, которые сложно организовать на производствах и которые не обеспечивают надежность соединения закладного металлического штуцера с полимерным материалом.
Из уровня техники известен способ изготовления сосуда высокого давления [Пат. РФ №2315228], включающий изготовление внутренней герметизирующей оболочки, внешней силовой оболочки намоткой армирующих нитей на внутреннюю оболочку и полимеризацию оболочки, отличающийся тем, что перед изготовлением внутренней герметизирующей сферической оболочки без швов методом ротационного формования из полимерного материала предварительно изготавливают устанавливаемые в форму для ротационного формования штуцера, на обеих поверхностях закладной части которых выполняют канавки, а на внутренней поверхности со стороны выходного отверстия штуцеров - кольцевой выступ, затем внутреннюю герметизирующую оболочку закрепляют с возможностью вращения консольно за один штуцер, намотку на нее сухих армирующих нитей начинают вести вплотную к штуцерам посредством вращения оболочки и нитеукладчика, огибающего свободный штуцер оболочки, после завершения намотки первого слоя многократно повторяют послойную намотку оболочки, причем в каждом слое поворачивают ось вращения оболочки относительно оси вращения нитеукладчика на угол не менее 2°, при этом количество витков намотки и толщину каждого слоя в последующих слоях уменьшают, пропитку армирующих нитей связующим ведут в вакууме, а полимеризацию связующего ведут при температуре ниже температуры размягчения материала внутренней оболочки.
Недостатком этого способа является то, что необходимо изготавливать сложные металлоемкие специализированные закладные штуцера, производить их установку при ротационном формовании, в последующем необходимо контролировать их качество изготовления. Как известно, при ротационном формовании сложно получить гарантированное обволакивание металлических закладных без высокого контроля качества входного материала [Торлова А.С., Пикалов Е.С. Обзор технологии ротационного формования изделий из полимерных материалов [Электронный ресурс] / Материалы конференции «Студенческий научный форум» - Режим доступа: www.scienceforum.ru/2018/3175/5377]. Кроме того, при эксплуатации закладные элементы, вплавленные в материал, имеют пониженный уровень адгезии полимера с металлом, что ускоряет усталостное разрушение узла соединения.
Из уровня техники известна емкость из композиционного материала [Пат. РФ №2438066], содержащая пластиковую оболочку, металлические фланцы, установленные в районе ее полюсных отверстий и имеющие перо, наружная поверхность которого через адгезионный подслой контактирует с внутренней поверхностью пластиковой оболочки, стыковочный шпангоут, соединенный с пером со стороны его внутренней поверхности и имеющий шпоночную канавку, люки, имеющие опорную поверхность, шпонки, установленные в шпоночную канавку и контактирующие с опорной поверхностью люка, узлы герметизации, отличающаяся тем, что, по крайней мере, у одного из фланцев поверхность шпоночной канавки имеет форму части тора, образованной вращением образующей дуги окружности вокруг направляющей окружности, радиус которой превышает радиус полюсного отверстия пластиковой оболочки, при этом шпонки выполнены в виде секторов тела вращения, образованного конической обечайкой с соединенным с ней тором, сопряженным со шпоночной канавкой, причем коническая обечайка контактирует с опорной поверхностью люка кромкой, выполненной на ее малом диаметре.
Недостатком этого изобретения является высокая степень сложности изготовления как изделия в целом, так и отдельных его элементов.
Наиболее близким к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является изобретение [Пат. РФ №2507437]. Изобретение относится к втулке для баллона высокого давления и способу ее крепления к баллону. Втулка состоит из двух элементов, прикрепляемых друг к другу, которые могут быть объединены в единую конструкцию самого баллона, образованного из композитного материала, металлического сплава, синтетического материала, смол и армирующих волокон. Внутренний, извлекаемый элемент горловины представляет в его внутренней части гексагональное сквозное отверстие, тогда как верхняя часть представляет резьбу для крепления клапана или пробки; на верхней внешней части размещена резьба для соединения с внешним элементом, тогда как на нижней части имеет кольцеобразное гнездо для приема уплотнения в прямом контакте с сердцевиной. Подобное уплотнение обеспечено на внешнем элементе. Между двумя элементами на нижней части закреплена концевая часть сердцевины: далее эта сборка заключается снаружи во множество обматывающих слоев, изготовленных из армирующих волокон и синтетических смол.
Основным недостатком такого решения является сложность ориентирования втулки на сосуде давления при его сборке и обмотке. Так же горловая часть (втулка) представляет собой сложный элемент, требующий больших затрат при изготовлении. Металлический элемент, расположенный между сердцевиной и армирующей оболочкой при переменном давлении, вызванном наполнением и опорожнением баллона, неизбежно будет вступать в контакт с трением по поверхности, вследствие различной деформативности металла и пластика. При этом металлический элемент может повредить оболочки, вызвать их износ и нарушение герметичности.
Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является создание втулки для ПК СВД, обладающей высокой герметичностью и надежностью работы сосуда в процессе эксплуатации.
Поставленная техническая задача решается тем, что предлагается втулка для ПК СВД, которая состоит из металлического штуцера, уплотнительных колец и полимерной шайбы, встраивается в сердцевину баллона (горловину полимерного лейнера, далее - лейнер), изготавливаемого ротационным методом, и закрепляется обмоткой волокнистым материалом, пропитанным связующим. В горловину лейнера устанавливается штуцер с уплотнительными резиновыми кольцами, закрепляется фиксирующая шайба, с одной стороны имеющая коническую форму, повторяющую форму конической части горловины лейнера, с другой стороны имеющая сектор овальной формы, продолжающий форму сосуда, после сборки которых производится намотка армирующего волокнистого материала, пропитанного связующим, с последующим отверждением при температуре ниже температуры размягчения материала лейнера.
Предлагаемое устройство поясняется фигурой 1.
Втулка для ПК СВД содержит полимерный лейнер 1 с установленным в нем металлическим штуцером 2 с уплотнительными резиновыми кольцами 3, который зафиксирован шайбой 4, удерживающей штуцер от прокручивания. Шайба 4 внутренней стороной плотно прилегает к конической части горловины лейнера, а снаружи имеет сектор овальной формы, продолжающей форму сосуда. Для фиксации шайбы на лейнер в сборе с шайбой и штуцером наматывается силовая оболочка 5 из композиционных материалов.
Полимерный лейнер 1 заданной конфигурации изготавливают известным методом ротационного формования. В горловину устанавливают металлический штуцер 2 с резиновыми кольцами 3 таким образом, чтобы уплотнительные кольца плотно прилегали к штуцеру и к горловине лейнера. После этого устанавливают (навинчивают) шайбу 4 до плотного контакта с лейнером. С противоположной стороны лейнера устанавливают известным способом опору, а при необходимости - симметрично устанавливают штуцер с шайбой как описано выше. Штуцер 2 и опора используются для закрепления лейнера в сборе на намоточном станке. Производят намотку внешней силовой оболочки 5 из пропитанных связующим армирующих нитей и полимеризацию оболочки при температуре ниже температуры размягчения материала лейнера.
Предлагаемый способ герметизации имеет ряд преимуществ по сравнению с технологией изготовления полимерного лейнера методом ротационного формования с закладным штуцером [Пат. РФ 139612; Игуменов М.С.Разработка технологии изготовления гибридного сосуда высокого давления методом ротационного формования из линейного полиэтилена с применением армирования: дис. канд. техн. Наук: 05.17.06 / СПб., 2015]. Нет необходимости устанавливать закладной элемент в формующую оболочку, снижается требование к гранулометрическому составу порошка из-за отсутствия сложно формуемых зон [Торлова А.С., Пикалов Е.С. Обзор технологии ротационного формования изделий из полимерных материалов [Электронный ресурс] / Материалы конференции «Студенческий научный форум» - Режим доступа: www.scienceforum.ru/2018/3175/5377], изготовление закладного элемента по сравнению с ближайшим аналогом [Пат. РФ №2507437] технологично и экономически целесообразно, так как диаметр металлического штуцера гораздо меньше по сравнению с ближайшим аналогом [Пат. РФ №2507437]. В отличие от аналогов с консольным закреплением, сосуд имеет опоры в двух точках, что обеспечивает технологичность при намотке силовой оболочки. Эластичные соединения полимерных частей и отсутствие прямого контакта металлической арматуры с отвержденной силовой оболочкой повышают циклическую выносливость изделия.
В промышленных условиях (ООО «Полимер», ООО «Бийский завод стеклопластиков», г. Бийск) были изготовлены полимерно-композитные сосуды объемом 25 литров, содержащие предложенные технические решения. Полимерные лейнеры для баллонов были изготовлены из ЛПЭНП методом ротационного формования, после установки металлического штуцера и шайбы согласно схеме (фиг 1), была осуществлена намотка силовой оболочки на основе стеклянного ровинга РБН 17-4800, пропитанного связующим ЭДИ, отверждение оболочки и гидроиспытания композитного баллона. Гидроиспытания показали, что разрушение баллона происходит в средней части путем разрыва стеклонитей, при этом горловина остается неповрежденной. Таким образом, проведенные исследования подтверждают отсутствие разрушений в месте соединения металлического штуцера и композитного баллона. Конструкция горлового элемента лейнера при воздействии внутреннего давления самоуплотняется за счет горловины, направленной внутрь лейнера (в отличие от аналогов, у которых горловина как правило направлена наружу).
Claims (1)
- Втулка для баллона высокого давления, выполненного с внутренней сердцевиной, изготовленной из пластикового материала, и футерованной на наружной стороне несколькими слоями армирующих волокон и смол, состоящая из частей, которые могут быть прикреплены друг к другу, образуя горловину, и дополнительно прикреплена к сердцевине баллона посредством внешней обмотки несколькими слоями, изготовленных из армирующих волокон и смол, практически в единую массу баллона, отличающаяся тем, что части втулки представляют собой металлический штуцер с уплотнительными резиновыми кольцами и полимерную шайбу, причем штуцер установлен в сердцевину баллона, изготовленную методом ротационного формования и имеющую горловину, направленную внутрь баллона, и закреплен шайбой, причем шайба с одной стороны имеет коническую форму, повторяющую коническую форму сердцевины, с другой имеет сектор овальной формы, продолжающий форму сосуда.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018144634U RU191996U1 (ru) | 2018-12-14 | 2018-12-14 | Герметичный горловой элемент полимерно-композитного сосуда высокого давления |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018144634U RU191996U1 (ru) | 2018-12-14 | 2018-12-14 | Герметичный горловой элемент полимерно-композитного сосуда высокого давления |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU191996U1 true RU191996U1 (ru) | 2019-08-29 |
Family
ID=67852142
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018144634U RU191996U1 (ru) | 2018-12-14 | 2018-12-14 | Герметичный горловой элемент полимерно-композитного сосуда высокого давления |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU191996U1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2754572C1 (ru) * | 2020-11-05 | 2021-09-03 | Николай Григорьевич МОРОЗ | Металлокомпозитный баллон высокого давления с горловинами большого диаметра |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5474104A (en) * | 1995-01-17 | 1995-12-12 | Superior Valve Company | Refueling check valve for compressed natural gas powered vehicles |
RU2507437C2 (ru) * | 2009-06-08 | 2014-02-20 | К.Т.С.С.П.А. | Втулка для баллонов высокого давления и способ ее изготовления |
RU170160U1 (ru) * | 2016-06-22 | 2017-04-17 | Максим Сергеевич Игуменов | Сосуд высокого давления |
RU2631202C2 (ru) * | 2016-01-19 | 2017-09-19 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" | Металлопластиковый баллон высокого давления космического аппарата |
US20180147587A1 (en) * | 2015-06-12 | 2018-05-31 | Theodosier Pty Ltd | Fluid reservoir and dispensing device |
-
2018
- 2018-12-14 RU RU2018144634U patent/RU191996U1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5474104A (en) * | 1995-01-17 | 1995-12-12 | Superior Valve Company | Refueling check valve for compressed natural gas powered vehicles |
RU2507437C2 (ru) * | 2009-06-08 | 2014-02-20 | К.Т.С.С.П.А. | Втулка для баллонов высокого давления и способ ее изготовления |
US20180147587A1 (en) * | 2015-06-12 | 2018-05-31 | Theodosier Pty Ltd | Fluid reservoir and dispensing device |
RU2631202C2 (ru) * | 2016-01-19 | 2017-09-19 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" | Металлопластиковый баллон высокого давления космического аппарата |
RU170160U1 (ru) * | 2016-06-22 | 2017-04-17 | Максим Сергеевич Игуменов | Сосуд высокого давления |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2754572C1 (ru) * | 2020-11-05 | 2021-09-03 | Николай Григорьевич МОРОЗ | Металлокомпозитный баллон высокого давления с горловинами большого диаметра |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US2809762A (en) | Pressure vessel | |
KR102484769B1 (ko) | 압력용기용 압력 포트 요소가 있는 폴캡 | |
US3815773A (en) | Cyclic pressure vessel | |
CN105705856B (zh) | 高压复合容器和制造高压复合容器的方法 | |
CN102906484B (zh) | 压力容器的口承部件与吹塑杆的卡合构造、具有该卡合构造的压力容器的口承构造及压力容器的制造方法 | |
US20200332957A1 (en) | Threaded boss for pressure vessel | |
US20240060582A1 (en) | Composite connectors and methods of manufacturing the same | |
CN102392894A (zh) | 压力容器 | |
RU191996U1 (ru) | Герметичный горловой элемент полимерно-композитного сосуда высокого давления | |
US11226068B2 (en) | High-pressure tank and manufacturing method of high-pressure tank | |
CN107709794A (zh) | 用于制造气囊式蓄能器的方法以及根据该方法制造的气囊式蓄能器 | |
CN113478791B (zh) | 一种编织气瓶的制备方法及其编织气瓶 | |
US20150316207A1 (en) | Composite Pressure Vessel Integrated Mandrel | |
CN110848569A (zh) | 一种非金属内胆纤维缠绕气瓶的瓶口连接部 | |
CN114935104B (zh) | 一种超薄碳纤维全缠绕储氢气瓶的制造方法 | |
US10215336B2 (en) | Composite pressure vessel and method of construction | |
US20240077175A1 (en) | Boss-liner structure for a type iv pressure vessel | |
US20150330568A1 (en) | Pressure Vessel Having Composite Boss With Weldable Metal Fitting | |
US20210222830A1 (en) | Manufacturing method for high-pressure tank and high-pressure tank | |
US20150136789A1 (en) | Pressure vessel with composite boss | |
CN113217814A (zh) | 一种内翻式高阻氢塑料-金属封头密封结构 | |
CN113639186A (zh) | 一种碳纤维双层连丝结构储氢容器 | |
GB930156A (en) | Improvements relating to pressure vessels | |
EP4339502A1 (en) | A double-wall tank comprising a fluid channelling system and an assembling method of said double-wall tank | |
US11685126B2 (en) | Method and tool for molding a composite pressure vessel liner to a boss |