RU2141073C1 - High pressure vessel - Google Patents
High pressure vessel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2141073C1 RU2141073C1 RU98109399A RU98109399A RU2141073C1 RU 2141073 C1 RU2141073 C1 RU 2141073C1 RU 98109399 A RU98109399 A RU 98109399A RU 98109399 A RU98109399 A RU 98109399A RU 2141073 C1 RU2141073 C1 RU 2141073C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ratio
- binder
- load
- relative elongation
- equal
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к технике хранения, распределения и транспортировки газов и жидкостей, а именно к сосудам высокого давления с корпусами из композиционных материалов, и может быть использовано, в частности, в автомобильной промышленности при переводе транспортных средств на газовое топливо. The invention relates to techniques for storage, distribution and transportation of gases and liquids, and in particular to pressure vessels with bodies made of composite materials, and can be used, in particular, in the automotive industry when converting vehicles to gas fuel.
Известен баллон высокого давления, содержащий цилиндрическую оболочку, выполненную из стали, и имеющую полусферические днища, в одном из которых герметично закреплен фланец (Сосуды и трубопроводы высокого давления. Справочник. М.: Машиностроение, 1990, с.6). Known high-pressure cylinder containing a cylindrical shell made of steel and having hemispherical bottoms, in one of which a flange is hermetically fixed (Vessels and pipelines of high pressure. Reference book. M .: Mechanical Engineering, 1990, p.6).
Недостатком этого баллона является большая масса, что резко ограничивает области его использования. The disadvantage of this cylinder is the large mass, which sharply limits the scope of its use.
Известен баллон для хранения сжатого газа, содержащий слои волокнистого материала, армированные в осевом и кольцевом направлениях (US, патент, 3508677, В 65 D 25/00, 1977). Такая конструкция обеспечивает меньшую массу баллона, чем металлического, однако отличается сложностью в изготовлении и, кроме того, не может гарантировать его безопасное разрушение, которое обычно происходит в зоне днища с вылетом металлического закладного элемента. A known container for storing compressed gas containing layers of fibrous material, reinforced in the axial and annular directions (US patent, 3508677, 65 D 25/00, 1977). This design provides a smaller mass of the cylinder than metal, however, it is difficult to manufacture and, in addition, cannot guarantee its safe destruction, which usually occurs in the bottom area with the departure of the metal embedded element.
Более безопасным в эксплуатации является баллон, содержащий внешнюю цилиндрическую силовую оболочку из композиционного материала (стеклопластика), имеющую полусферические днища, по крайней мере в одном из которых герметично закреплен металлический фланец, и внутреннюю герметизирующую оболочку из металла (DE, патент, 3821852, F 17 C 1/02, 1990). It is safer to use a cylinder containing an external cylindrical power shell made of composite material (fiberglass), having hemispherical bottoms, in at least one of which a metal flange is hermetically fixed, and an internal metal sealing shell (DE, patent, 3821852, F 17 C 1/02, 1990).
Другой способ повышения надежности сосуда высокого давления реализован в баллоне, содержащем оправку из полимерного материала с размещенными на ней внутренним и внешним композиционными слоями из высокопрочных волокон, пропитанных полимерным связующим (RU, патент, 2100200, В 29 D 22/00, 1997). Недостатком является сложность изготовления этого баллона. Another way to increase the reliability of a pressure vessel is realized in a cylinder containing a mandrel of a polymeric material with internal and external composite layers of high-strength fibers impregnated with a polymeric binder placed on it (RU, patent, 2100200, B 29 D 22/00, 1997). The disadvantage is the difficulty of manufacturing this cylinder.
Наиболее близким аналогом заявленного технического решения по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является сосуд высокого давления, содержащий тонкую металлическую оболочку, имеющую по крайней мере одну горловину, и корпус, включающий один или несколько композиционных слоев из волокнистого материала, пропитанного связующим (GB, патент, 1379160, F 17 C 1/16, 1975). К недостаткам этого сосуда следует отнести заметное снижение прочности при многократном заполнении рабочей средой. The closest analogue of the claimed technical solution in terms of the set of essential features and the achieved result is a high pressure vessel containing a thin metal shell having at least one neck, and a housing comprising one or more composite layers of fibrous material impregnated with a binder (GB, patent, 1379160, F 17 C 1/16, 1975). The disadvantages of this vessel include a marked decrease in strength upon repeated filling with a working medium.
Задачей настоящего изобретения являлось повышение прочности и безопасности эксплуатации сосуда высокого давления при одновременном обеспечении относительно небольшой его массы на единицу полезного объема. The objective of the present invention was to increase the strength and safety of operation of a pressure vessel while providing a relatively small mass per unit of usable volume.
Поставленная задача решается тем, что сосуд высокого давления содержит металлическую оболочку, по крайней мере одну горловину и расположенный снаружи корпус, выполненный из двух слоев композиционного материала, при этом охватывающий металлическую оболочку герметично-силовой слой выполнен из тканого армирующего материала (А1), пропитанного связующим (С1) при соотношении А1:С1, равном (40-70):(30-60), причем отношение величины относительного удлинения при разрыве материала А1 к величине относительного удлинения отвержденного связующего С1 составляет 1-4.The problem is solved in that the pressure vessel contains a metal shell, at least one neck and an external housing made of two layers of composite material, while the hermetically-force layer covering the metal shell is made of woven reinforcing material (A 1 ), impregnated binder (C 1) at a ratio of A 1: C 1 is equal to (40-70) :( 30-60), wherein the ratio of the elongation at break of the material A1 to the value of elongation of the cured binder C 1 1-4 leaves.
Дополнительные отличия предлагаемого изобретения заключаются в том, что силовой слой, расположенный над герметично-силовым слоем, выполнен из однонаправленного армирующего материала А2, пропитанного связующим С2 при соотношении А2: С2, равном (68-82):(18-32), отношение величины относительного удлинения при разрыве материала А2 к величине относительного удлинения отвержденного связующего С2 составляет 0,9-5,5, а отношение величин относительного удлинения при разрыве материалов А1 и А2 составляет 1-3,5.Additional differences of the invention are that the force layer located above the hermetically-force layer is made of unidirectional reinforcing material A 2 impregnated with a binder C 2 with a ratio of A 2 : C 2 equal to (68-82) :( 18-32 ), the ratio of the relative elongation at break of the material A 2 to the relative elongation of the cured binder C 2 is 0.9-5.5, and the ratio of the values of elongation at break of the materials A 1 and A 2 is 1-3.5.
Другое дополнительное отличие состоит в том, что соотношение между толщиной герметично-силового слоя и толщиной силового слоя составляет 1:2-15. Another additional difference is that the ratio between the thickness of the hermetically-force layer and the thickness of the force layer is 1: 2-15.
Кроме того, сосуд может быть выполнен состоящим из цилиндрической части и днищ с ребрами жесткости на обращенной внутрь сосуда поверхности металлической оболочки в местах перехода цилиндрической части в днища. In addition, the vessel can be made up of a cylindrical part and bottoms with stiffeners on the surface of the metal shell facing the inside of the vessel at the points of transition of the cylindrical part to the bottoms.
На чертеже представлен общий вид сосуда высокого давления с частичным продольным разрезом. Сосуд содержит металлическую оболочку 1 по крайней мере с одной горловиной 2, на оболочке расположен герметично-силовой композиционный слой 3 из тканого армирующего материала, пропитанного связующим, над которым размещен силовой слой 4 из композиционного материала, например из однонаправленного армирующего материала, пропитанного связующим. В месте перехода цилиндрической части сосуда в днища на металлической оболочке выполнены ребра жесткости 5 (необязательный элемент конструкции). The drawing shows a General view of a pressure vessel with a partial longitudinal section. The vessel contains a metal shell 1 with at least one neck 2, on the shell there is a hermetically-force
Сосуд изготавливают следующим образом. Герметично-силовой слой 3 формуют на оправке, в качестве которой выступает металлическая оболочка 1, путем "мокрой" намотки тканого армирующего материала, пропитанного связующим, с последующим отверждением. Экспериментально установлено, что для получения газонепроницаемого сосуда необходимо соблюдать массовое соотношение армирующего тканого материала (А1) и эпоксидного связующего (С1), равное (40-70): (30-60). Установлено также, что для обеспечения герметичности слоя 3 во всем диапазоне нагрузок отношение величины относительного удлинения при разрыве тканого армирующего материала (LА1) к величине относительного удлинения отвержденного связующего (LС1) должно составлять 1-4.The vessel is made as follows. The sealed-
Силовой слой 4 из композиционного материала располагают над герметично-силовым слоем. The power layer 4 of the composite material is placed above the hermetically-force layer.
Вся вышеперечисленная совокупность признаков обеспечивает достижение предусмотренного технического результата - получение сосуда, отличающегося повышенной прочностью и безопасностью эксплуатации при относительно небольшой массе. All of the above set of features ensures the achievement of the intended technical result - obtaining a vessel, characterized by increased strength and safety of operation with a relatively small mass.
Формование силового слоя 4 может быть произведено, например, путем намотки готового препрега или отдельных нитей однонаправленного армирующего материала (А2), пропитанного связующим (С2), на герметично-силовой слой 3 и последующего отверждения. Задача силового слоя - принять на себя силовую нагрузку, возникающую за счет рабочей среды (например, газа), находящейся внутри сосуда под высоким давлением. Экспериментально показано, что оптимальное массовое соотношение А2:С2 составляет (68-82):(18-32). В зависимости от выбранного соотношения реализуется "сухая" или "мокрая" намотка.The formation of the force layer 4 can be performed, for example, by winding the finished prepreg or single strands of unidirectional reinforcing material (A 2 ), impregnated with a binder (C 2 ), on the hermetically-
В качестве однонаправленного армирующего материала высокой прочности может быть использовано высокомодульное стекловолокно, органо- или углеволокна. Оптимальными армирующими материалами и связующим являются те, которые обеспечивают отношение величины относительного удлинения при разрыве армирующего материала (LА2) к величине относительного удлинения отвержденного связующего (LС2), равное 0,9-5,5.As a unidirectional reinforcing material of high strength, high-modulus fiberglass, organo- or carbon fiber can be used. Optimum reinforcing materials and a binder are those that provide a ratio of the relative elongation at break of the reinforcing material (L A2 ) to the relative elongation of the cured binder (L C2 ) equal to 0.9-5.5.
Для наиболее полного использования упруго-пластических свойств армирующих материалов в сосуде высокого давления отношение LА1:LС2 должно быть равно 1-3,5.For the most full use of the elastic-plastic properties of reinforcing materials in a pressure vessel, the ratio L A1 : L C2 should be 1-3.5.
Частный случай выполнения сосуда давления предусматривает соотношение между толщиной герметично-силового слоя (S1) и толщиной силового слоя (S2), равное 1:2-15. Кроме того, в частном случае выполнения сосуд может включать цилиндрическую часть и днища, например имеющие параболическую поверхность, при этом на обращенной внутрь сосуда поверхности металлической оболочки в местах перехода цилиндрической части в днища выполнены ребра жесткости.A special case of the execution of the pressure vessel provides a ratio between the thickness of the hermetically-force layer (S 1 ) and the thickness of the force layer (S 2 ) equal to 1: 2-15. In addition, in the particular case of execution, the vessel may include a cylindrical part and bottoms, for example having a parabolic surface, while stiffening ribs are made on the surface of the metal shell facing the inside of the vessel at the transition points of the cylindrical part to the bottoms.
Пример 1. Example 1
Для изготовления сосуда высокого давления, включающего цилиндрическую часть, днища с параболической поверхностью и горловины, используют металлическую оболочку из алюминия с толщиной стенок в цилиндрической части не более 1 мм. В качестве тканого армирующего материала используют стеклоленты (СЛ) марки ЛЭС-0,15-35 (ГОСТ 5931-81), а в качестве однонаправленного армирующего материала - стеклоровинг (СВ-стекловолокно) марки РВМ10-1200 (ТУ 6-06-31-502-85) при отношении LА1:LА2 = 1,05. В качестве эпоксидного связующего взята система, состоящая из смеси диановой смолы марки ЭД-20 (ГОСТ 10587-84) и диглицидилового эфира диэтиленгликоля марки ДЭГ-1 (ТУ 6-05-1823-77) при соотношении ЭД-20:ДЭГ-1, равном 60:40, и отвердителя - триэтаноламинатитаната ТЭАТ-1 (ТУ 6-05-1860-79) при соотношении (ЭД-20+ДЭГ): ТЭАТ, равном 100:10. При этом достигается отношение LА1:LС1 и LА2:LС2, соответственно равное 2,5 и 2,6. Соотношение А1:С1 выбрано равным 65:35, соотношение А2:С2 = 75:25, а S1:S2 = 1:3,5.For the manufacture of a pressure vessel, including a cylindrical part, bottoms with a parabolic surface and a neck, a metal shell of aluminum with a wall thickness in the cylindrical part of not more than 1 mm is used. As a woven reinforcing material, glass tape (SL) of the LES-0.15-35 brand (GOST 5931-81) is used, and as a unidirectional reinforcing material, glass roving (CB-glass fiber) of the PBM10-1200 brand (TU 6-06-31- 502-85) with a ratio of L A1 : L A2 = 1.05. As an epoxy binder, a system consisting of a mixture of ED-20 brand Diane resin (GOST 10587-84) and diethylene glycol diglycidyl ether grade DEG-1 (TU 6-05-1823-77) with a ratio of ED-20: DEG-1, equal to 60:40, and hardener - triethanolaminate titanate TEAT-1 (TU 6-05-1860-79) with a ratio of (ED-20 + DEG): TEAT equal to 100: 10. This achieves the ratio L A1 : L C1 and L A2 : L C2 , respectively, equal to 2.5 and 2.6. The ratio A 1 : C 1 is chosen equal to 65:35, the ratio A 2 : C 2 = 75:25, and S 1 : S 2 = 1: 3.5.
Пример 2. Example 2
Сосуд изготовлен аналогично примеру 1, за исключением того, что на внутренней поверхности металлической оболочки выполнены ребра жесткости в местах перехода цилиндрической части в днища, в качестве армирующего однонаправленного материала применен ровинг на основе углеволокна (УВ) (ТУ 6-05-1875-77), а в качестве связующего для силового слоя взята смесь ЭД-20:ТЭАТ-1 = 100:10, что обеспечивает соотношения LА2:LС2 = 0,9, LА1:LА2 = 3,5 и S1:S2 = 2.The vessel was made analogously to example 1, except that stiffeners were made on the inner surface of the metal shell at the points of transition of the cylindrical part to the bottoms, carbon fiber based roving (HC) was used as reinforcing unidirectional material (TU 6-05-1875-77) and the mixture ED-20: TEAT-1 = 100: 10 was taken as a binder for the power layer, which ensures the ratios L A2 : L C2 = 0.9, L A1 : L A2 = 3.5 and S 1 : S 2 = 2.
В таблице приведены основные характеристики сосудов высокого давления по примерам 1, 2. The table shows the main characteristics of the pressure vessels in examples 1, 2.
Как следует из представленных в таблице данных, сосуды высокого давления по данному изобретению при относительно небольшой объемной массе являются газонепроницаемыми, имеют значительный запас прочности и выдерживают более 15000 заправок, что обеспечивает их безопасную эксплуатацию. As follows from the data presented in the table, the pressure vessels according to this invention with a relatively small bulk density are gas impermeable, have a significant margin of safety and withstand more than 15,000 refills, which ensures their safe operation.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98109399A RU2141073C1 (en) | 1998-05-21 | 1998-05-21 | High pressure vessel |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98109399A RU2141073C1 (en) | 1998-05-21 | 1998-05-21 | High pressure vessel |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2141073C1 true RU2141073C1 (en) | 1999-11-10 |
Family
ID=20206143
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU98109399A RU2141073C1 (en) | 1998-05-21 | 1998-05-21 | High pressure vessel |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2141073C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2529206C1 (en) * | 2013-05-15 | 2014-09-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Long length load-bearing structural element of vertical column type from polymeric composition material |
WO2017048154A1 (en) * | 2015-09-14 | 2017-03-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Русские цилиндры" | Gas cylinder |
-
1998
- 1998-05-21 RU RU98109399A patent/RU2141073C1/en active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2529206C1 (en) * | 2013-05-15 | 2014-09-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Long length load-bearing structural element of vertical column type from polymeric composition material |
WO2017048154A1 (en) * | 2015-09-14 | 2017-03-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Русские цилиндры" | Gas cylinder |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5865923A (en) | Method of fabricating a dual chamber composite pressure vessel | |
US4699288A (en) | High pressure vessel construction | |
KR100738723B1 (en) | Fibre-reinforced pressure vessel and method of manufacturing fibre-reinforced pressure vessel | |
US5499739A (en) | Thermoplastic liner for and method of overwrapping high pressure vessels | |
US3815773A (en) | Cyclic pressure vessel | |
RU2309321C2 (en) | Reservoir for fluid under pressure, in particular, for high- pressure gas used in automobile | |
US8550286B2 (en) | High-pressure container | |
WO2011154994A1 (en) | High pressure tank, and high pressure tank manufacturing method | |
US20090314785A1 (en) | Damage and leakage barrier in all-composite pressure vessels and storage tanks | |
KR102478330B1 (en) | pressure vessel dome vent | |
AU662989B2 (en) | Vessel for storing fluid under pressure and able to undergo rupture without cracking open | |
KR101846733B1 (en) | Pressure vessel using fiber-reinforced composite and method manufacturing thereof | |
US5862938A (en) | Flat bottom composite pressure vessel | |
CN114667407A (en) | Pressure vessel | |
RU2141073C1 (en) | High pressure vessel | |
KR20180116010A (en) | Pressure vessel including reinforced cylinder part | |
KR102347694B1 (en) | Method for manufacturing a pressure vessel | |
JP2005113971A (en) | Liner for pressure resistant container | |
JP6726408B2 (en) | High pressure tank manufacturing method and high pressure tank | |
US20220065399A1 (en) | Composite gas storage tank | |
KR102598547B1 (en) | Pressure vessel and method for manufacturing the same | |
RU2140602C1 (en) | Composite pressure balloon and composite pressure balloon manufacture method | |
CN110678317A (en) | Robust high pressure vessel construction with joint compound | |
US20060138150A1 (en) | Pressurised container | |
WO2023120975A1 (en) | Pressure vessel with small diameter and long axis |