RU2205326C1 - Армированная оболочка для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала - Google Patents
Армированная оболочка для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала Download PDFInfo
- Publication number
- RU2205326C1 RU2205326C1 RU2001125014/06A RU2001125014A RU2205326C1 RU 2205326 C1 RU2205326 C1 RU 2205326C1 RU 2001125014/06 A RU2001125014/06 A RU 2001125014/06A RU 2001125014 A RU2001125014 A RU 2001125014A RU 2205326 C1 RU2205326 C1 RU 2205326C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- flange
- radius
- shell
- reinforced
- protrusion
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Армированная оболочка содержит силовой каркас с цилиндрическим участком, торцевыми выпуклыми днищами и фланцами в их полюсных отверстиях. Каркас оборудован комбинацией групп слоев спиральных и концевых лент, ориентированных в спиральных и окружном направлениях с соответственно расположенными в них однонаправленными высокомодульными нитями. Нити скреплены полимерным связующим. Корпус облицован внутренним защитным покрытием. Фланец и внутренняя поверхность днища снабжены кольцевыми поверхностями с прямолинейной образующей с меньшим радиусом, выполненным равным радиусу полюсного отверстия, и наибольшим радиусом, равным r0+(rb-r0)•(0,25-0,9), где r0 - радиус полюсного отверстия, rb - максимальный радиус фланца. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к оболочкам из композиционных материалов, в частности к армированным оболочкам для высокого внутреннего давления, используемым в качестве несущих конструкций или узлов, находящихся в условиях кратковременного или длительного воздействия избыточного внутреннего давления.
К армированным оболочкам из композиционных материалов предъявляются повышенные требования по прочности, надежности и весовому совершенству при использовании их в качестве несущих конструкций баллонов и емкостей при действии высоких внутренних давлений.
Известна армированная оболочка для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала, содержащая силовой каркас с цилиндрическим участком, торцевыми днищами и фланцами в их полюсных отверстиях, контактирующими с их внутренними поверхностями, образованный комбинацией групп слоев спиральных и кольцевых лент, ориентированных в спиральных и окружном направлениях с соответственно расположенными в них однонаправленными высокомодульными нитями, скрепленными полимерным связующим, облицованный внутренним защитным покрытием (патенты США 3047191, кл. 220/83 1962 г., N3083864, кл. 220-83, 1963 г.). В данной армированной оболочке внутренние поверхности днищ силового каркаса и контактирующие с ними поверхности фланца выполнены в виде выпуклых поверхностей, что приводит к возникновению изгибных деформаций и увеличению напряжений на днище в зоне полюсного отверстия при действии внутреннего давления и не позволяет использовать всю потенциальную энергетику армирующего материала силового каркаса.
Известна также армированная оболочка по патенту ЕР 0300931 Bl, F 17 C 1/16, F 17 C 1/12, 1991, в которой днища и контактирующие с внутренними поверхностями днищ силового каркаса поверхности фланца выполнены в виде конических поверхностей, что приводит при действии внутреннего давления к большим изгибным деформациям и напряжениям на днище вне полюсного отверстия и существенно ухудшает несущую способность силового каркаса.
Известна армированная оболочка для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала, в которой поверхность днищ и прилегающая поверхность фланцев спрофилированы из условия обеспечения максимальной прочности в однонаправленных лентах на днище (книга Образцов И.О., Васильев В. В. , Бунаков В.А. Оптимальное армирование оболочек вращения из композиционных материалов. - М. , 1977, - 144 с.). Поверхность днищ такой оболочки выпукла по всей образующей с переменным, но конечным меридиональным радиусом кривизны во всех точках. Использование подобного решения позволяет получать максимальную реализацию прочности используемого армирующего материала по сравнению со всеми остальными схемами, но меньшую по сравнению с теоретическими прогнозами. При этом разрушение силового каркаса оболочки происходит обычно у полюсного отверстия.
Причинами появления больших напряжений у полюсного отверстия по сравнению со всей поверхностью днища и оболочки в целом является изгибное деформирование этой зоны, определяемое геометрическими параметрами оболочки у полюсного отверстия.
Наиболее близким аналогом технического решения является армированная оболочка по книге "Оптимальное армирование оболочек вращения из композиционных материалов", выбранная в качестве прототипа, авторов Образцова И.Ф. и др.
Основной задачей является создание армированной оболочки из слоистого композиционного материала повышенного качества, в которой были бы устранены вышеуказанные недостатки, оболочка обладала бы повышенной прочностью.
Техническим результатом от использования изобретения является повышение несущей способности, весового совершенства и эксплуатационной надежности армированной оболочки при действии внутреннего давления.
Основная задача решена и технический результат достигнут за счет изменения конструкции днищ каркаса армированной оболочки и вмотанных в их полюсные отверстия фланцев для исключения изгибного деформирования оболочки у полюсного отверстия.
Для этого в армированной оболочке для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала, содержащей силовой каркас с цилиндрическим участком, торцевыми выпуклыми днищами и фланцами в их полюсных отверстиях, контактирующими с их внутренними поверхностями, образованный комбинацией групп слоев спиральных и кольцевых лент, ориентированных в спиральных и окружном направлениях с соответственно расположенными в них однонаправленными высокомодульными нитями, скрепленными полимерным связующим, облицованный внутренним защитным покрытием, фланец и внутренняя поверхность выпуклого днища снабжены кольцевыми поверхностями с прямолинейной образующей с меньшим радиусом, выполненным, равным радиусу полюсного отверстия, и наибольшим радиусом, равным r0+(rb-r0)•(0,25-0,9), где r0 - радиус полюсного отверстия, rb - максимальный радиус фланца. Кольцевые поверхности могут быть выполнены с перпендикулярным расположением прямолинейных образующих к оси симметрии оболочки.
Фланец может быть снабжен выступом, а днище - углублением, с соответственно выполненными на них кольцевыми поверхностями с прямолинейными образующими. Кольцевые поверхности выступа и углубления соответственно фланца и днища могут быть выполнены с отклонением прямолинейных образующих от перпендикуляра к оси симметрии оболочки в пределах от - 30o до 0o.
Фланец может быть снабжен углублением, а днище - выступом, с соответственно выполненными на них кольцевыми поверхностями с прямолинейными образующими. Кольцевые поверхности углубления и выступа соответственно фланца и днища могут быть выполнены с отклонением прямолинейных образующих от перпендикуляра к оси симметрии оболочки в пределах от 0o до 30o.
Отличительными особенностями армированной оболочки для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала являются следующие признаки:
- фланец и внутренняя поверхность выпуклого днища снабжены кольцевыми поверхностями с прямолинейной образующей;
- с меньшим радиусом кольцевой поверхности, выполненным равным радиусу полюсного отверстия и наибольшим радиусом кольцевой поверхности, равным r0+(rb-r0)•(0,25-0,9), где r0 - радиус полюсного отверстия, rb - максимальный радиус фланца;
- кольцевые поверхности фланца и днища выполнены с перпендикулярным расположением прямолинейных образующих к оси симметрии оболочки;
- фланец снабжен выступом, а днище - углублением, с соответственно выполненными на них кольцевыми поверхностями с прямолинейными образующими;
- кольцевые поверхности выступа и углубления соответственно фланца и днища могут быть выполнены с отклонением прямолинейных образующих от перпендикуляра к оси симметрии оболочки в пределах от -30o до 0o;
- фланец снабжен углублением, а днище - выступом, с соответственно выполненными на них кольцевыми поверхностями с прямолинейными образующими;
- кольцевые поверхности углубления и выступа соответственно фланца и днища могут быть выполнены с отклонением прямолинейных образующих от перпендикуляра к оси симметрии оболочки в пределах от 0o до 30o.
- фланец и внутренняя поверхность выпуклого днища снабжены кольцевыми поверхностями с прямолинейной образующей;
- с меньшим радиусом кольцевой поверхности, выполненным равным радиусу полюсного отверстия и наибольшим радиусом кольцевой поверхности, равным r0+(rb-r0)•(0,25-0,9), где r0 - радиус полюсного отверстия, rb - максимальный радиус фланца;
- кольцевые поверхности фланца и днища выполнены с перпендикулярным расположением прямолинейных образующих к оси симметрии оболочки;
- фланец снабжен выступом, а днище - углублением, с соответственно выполненными на них кольцевыми поверхностями с прямолинейными образующими;
- кольцевые поверхности выступа и углубления соответственно фланца и днища могут быть выполнены с отклонением прямолинейных образующих от перпендикуляра к оси симметрии оболочки в пределах от -30o до 0o;
- фланец снабжен углублением, а днище - выступом, с соответственно выполненными на них кольцевыми поверхностями с прямолинейными образующими;
- кольцевые поверхности углубления и выступа соответственно фланца и днища могут быть выполнены с отклонением прямолинейных образующих от перпендикуляра к оси симметрии оболочки в пределах от 0o до 30o.
Эти существенные признаки позволяют снизить уровень деформаций в днищах у полюсного отверстия, улучшить весовое совершенство оболочек и повысить их эксплуатационную надежность.
Отличительные существенные признаки являются новыми, так как их использование в известном уровне техники, аналогах и прототипе не обнаружены, что позволяет характеризовать армированную оболочку для высокого внутреннего давления соответствием критерию "новизна".
Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными существенными признаками позволяет решить поставленную задачу и достичь новый технический результат в весовом совершенстве конструкций с обеспечением их повышенной прочности и надежности, что характеризует предложенное техническое решение существенными отличиями от известного уровня техники, аналогов и прототипа. Новое техническое решение является результатом научно-исследовательской работы и творческого вклада без использования стандартизованных проектов или рекомендаций в данной области техники, является оригинальным, неочевидным для круга специалистов в данной области техники, соответствует в совокупности существенных признаков критерию "изобретательский уровень".
Сущность изобретения поясняется чертежами с кратким их описанием.
На фиг.1 представлен общий вид армированной оболочки для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала, на фиг.2 показан участок днища с фланцем при выступе на фланце и углублении на днище, на фиг. 3 показан участок днища с прямолинейными образующими кольцевых поверхностей, перпендикулярными оси оболочки, на фиг.4 показан участок днища с фланцем при углублении на фланце и выступе на днище.
Более подробное описание сущности изобретения состоит в следующем:
Армированная оболочка для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала (фиг.1) содержит силовой каркас 1 с цилиндрическим участком 2, торцевыми днищами 3, 4 и фланцами 5, 6 в их полюсных отверстиях 7, 8, образованный комбинацией групп 9, 10 и 11 слоев 12, 13, 14 спиральных и кольцевых лент 15, 16, ориентированных в спиральных и окружном направлениях с соответственно расположенными в них однонаправленными высокомодульными нитями 17, 18, скрепленными полимерным связующим, облицованный внутренним защитным покрытием 19.
Армированная оболочка для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала (фиг.1) содержит силовой каркас 1 с цилиндрическим участком 2, торцевыми днищами 3, 4 и фланцами 5, 6 в их полюсных отверстиях 7, 8, образованный комбинацией групп 9, 10 и 11 слоев 12, 13, 14 спиральных и кольцевых лент 15, 16, ориентированных в спиральных и окружном направлениях с соответственно расположенными в них однонаправленными высокомодульными нитями 17, 18, скрепленными полимерным связующим, облицованный внутренним защитным покрытием 19.
Фланец 6 и внутренняя поверхность 20 выпуклого днища 4 (фиг.2) снабжены кольцевыми поверхностями 21, 22 с прямолинейной образующей 23 и 24 с меньшим радиусом, выполненным равным радиусу полюсного отверстия r0 и наибольшим радиусом, равным r0+(rb-r0)•(0,25-0,9), где r0 - радиус полюсного отверстия, rb - максимальный радиус фланца.
Кольцевые поверхности 21, 22 фланца 5, 6 и днища 3, 4 (фиг.3) выполнены с перпендикулярным расположением прямолинейных образующих 23, 24 к оси симметрии оболочки.
Фланец 5, 6 снабжен выступом 25 (фиг.2), а днище - углублением 26, с соответственно выполненными на них кольцевыми поверхностями 21, 22 с прямолинейными образующими 23, 24.
Кольцевые поверхности 21, 22 выступа 25 и углубления 26 соответственно фланца 6 и днища 4 (фиг.2) могут быть выполнены с отклонением прямолинейных образующих 23, 24 от перпендикуляра к оси симметрии оболочки в пределах от -30o до 0o.
Фланец 6 снабжен углублением 27, а днище 4 - выступом 28 (фиг.4), с соответственно выполненными на них кольцевыми поверхностями 21, 22 с прямолинейными образующими 23, 24.
Кольцевые поверхности углубления 27 и выступа 28 соответственно фланца 6 и днища 4 (фиг.4) могут быть выполнены с отклонением прямолинейных образующих 23, 24 от перпендикуляра к оси симметрии оболочки в пределах от 0o до 30o.
Армированная оболочка для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала (фиг.1 - 4) может быть изготовлена способом намотки на извлекаемую оправку (не показано) с последующим отверждением полимерного связующего.
Функционирование армированной оболочки для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала на основе однонаправленных армирующих материалов и полимерного связующего заключается в нахождении его в напряженно-деформированном состоянии в пределах упругих свойств композиционного материала, из которого изготовлен ее силовой каркас 1, с учетом обеспечения высокой надежности и безопасности без разрушения днищ 3, 4 в зонах фланцев 5, 6 за счет снижения уровней деформаций и напряжений в композиционном материале у полюсного отверстия. Испытания армированных оболочек, изготовленных с использованием нового технического решения, показали положительные результаты. Реализация предложенного технического решения позволяет повысить весовое совершенство изделий с обеспечением повышенной прочности и надежности.
Таким образом, новое техническое решение воспроизводимо в условиях производства, обеспечивает решение поставленной задачи и достижение нового технического результата, в предложенной совокупности признаков соответствует критерию "промышленная применимость", то есть уровню изобретения.
Следует отметить, что могут быть различные комбинации выполнения армированной оболочки для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала в отношении формы, размеров и расположения отдельных элементов. Предложенная форма выполнения представляет собой только возможные предпочтительные варианты ее осуществления, могут быть различные комбинации, если все это не выходит за пределы существующих признаков, изложенных в пунктах формулы.
Предложенное техническое решение не ограничивается его использованием в армированных оболочках. Как для высокого внутреннего давления, оно может быть использовано для реализации обнаруженных и других свойств, описанных в материалах заявки, для получения емкостей, работающих под избыточным давлением.
Claims (6)
1. Армированная оболочка для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала, содержащая силовой каркас с цилиндрическим участком, торцевыми выпуклыми днищами и фланцами в их полюсных отверстиях, контактирующими с их внутренними поверхностями, образованный комбинацией групп слоев спиральных и кольцевых лент, ориентированных в спиральных и окружном направлениях с соответственно расположенными в них однонаправленными высокомодульными нитями, скрепленными полимерным связующим, облицованный внутренним защитным покрытием, отличающаяся тем, что фланец и внутренняя поверхность выпуклого днища снабжены кольцевыми поверхностями с прямолинейной образующей, с меньшим радиусом, выполненным равным радиусу полюсного отверстия, и наибольшим радиусом, равным r0+(rb-r0)•(0,25÷0,9), где r0 - радиус полюсного отверстия, rb - максимальный радиус фланца.
2. Армированная оболочка по п. 1, отличающаяся тем, что кольцевые поверхности фланца и днища выполнены с перпендикулярным расположением прямолинейных образующих к оси симметрии оболочки.
3. Армированная оболочка по п. 1, отличающаяся тем, что фланец снабжен выступом, а днище - углублением с соответственно выполненными на них кольцевыми поверхностями с прямолинейными образующими.
4. Армированная оболочка по п. 3, отличающаяся тем, что кольцевые поверхности выступа и углубления соответственно фланца и днища могут быть выполнены с отклонением прямолинейных образующих от перпендикуляра к оси симметрии оболочки в пределах от -30 до 0o.
5. Армированная оболочка по п. 1, отличающаяся тем, что фланец снабжен углублением, а днище - выступом с соответственно выполненными на них кольцевыми поверхностями с прямолинейными образующими.
6. Армированная оболочка по п. 3, отличающаяся тем, что кольцевые поверхности углубления и выступа соответственно фланца и днища могут быть выполнены с отклонением прямолинейных образующих от перпендикуляра к оси симметрии оболочки в пределах от 0 до 30o.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001125014/06A RU2205326C1 (ru) | 2001-09-13 | 2001-09-13 | Армированная оболочка для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001125014/06A RU2205326C1 (ru) | 2001-09-13 | 2001-09-13 | Армированная оболочка для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2205326C1 true RU2205326C1 (ru) | 2003-05-27 |
Family
ID=20253098
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001125014/06A RU2205326C1 (ru) | 2001-09-13 | 2001-09-13 | Армированная оболочка для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2205326C1 (ru) |
-
2001
- 2001-09-13 RU RU2001125014/06A patent/RU2205326C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ОБРАЗЦОВ И.Ф. и др. Оптимальное армирование оболочек вращения из композиционных материалов. - М.: Машиностроение,1977, с. 49-60. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4468269A (en) | Ultracentrifuge rotor | |
EP3596382B1 (en) | Threaded boss for pressure vessel | |
US4699288A (en) | High pressure vessel construction | |
US3608767A (en) | Deep submergence vessels of interconnected radial-filament spheres | |
RU2205326C1 (ru) | Армированная оболочка для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала | |
KR940003722B1 (ko) | 양쪽 돔 개공직경이 서로 다른 압력용기의 제작방법 | |
RU2319061C1 (ru) | Корпус для высокого давления из композиционных материалов | |
RU2205328C1 (ru) | Армированная оболочка для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала | |
WO2011093737A1 (ru) | Метало композитный баллон давления | |
US4398646A (en) | Multi-layered vessel with discontinuity neutralizing area | |
RU2205329C1 (ru) | Армированная оболочка для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала | |
RU2190150C1 (ru) | Армированная оболочка для высокого давления из слоистого композиционного материала (варианты) | |
RU2205327C1 (ru) | Армированная оболочка для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала (варианты) | |
RU2205325C1 (ru) | Корпус для высокого давления из композиционного материала | |
RU2077682C1 (ru) | Композитный газовый баллон высокого давления | |
RU2765217C1 (ru) | Металлокомпозитный баллон для дыхательного аппарата | |
JP2003287193A (ja) | 圧力容器 | |
US20060138150A1 (en) | Pressurised container | |
RU2526999C1 (ru) | Оболочка из композиционных материалов для высокого внутреннего давления | |
US20030067167A1 (en) | Joint for the connection of fiber-reinforced composite pipes and process for the realisation thereof | |
JP2006519961A5 (ru) | ||
RU2187747C1 (ru) | Баллон давления из композиционного материала | |
CN112219057B (zh) | 具有两个圆柱形区段的储箱内衬 | |
RU2141073C1 (ru) | Сосуд высокого давления | |
RU2008134619A (ru) | Баллон высокого давления |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160914 |