RU2205328C1 - Reinforced high internal pressure shell made from laminated composite material - Google Patents
Reinforced high internal pressure shell made from laminated composite material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2205328C1 RU2205328C1 RU2001125016/06A RU2001125016A RU2205328C1 RU 2205328 C1 RU2205328 C1 RU 2205328C1 RU 2001125016/06 A RU2001125016/06 A RU 2001125016/06A RU 2001125016 A RU2001125016 A RU 2001125016A RU 2205328 C1 RU2205328 C1 RU 2205328C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- annular
- pole
- spiral
- composite material
- pole hole
- Prior art date
Links
Images
Abstract
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. The invention relates to shells of composite materials, in particular to reinforced shells for high internal pressure, used as load-bearing structures or assemblies that are under conditions of short-term or long-term exposure to excessive internal pressure.
Одними из наиболее нагруженных частей армированных оболочек являются зоны полюсных отверстий, где в основном происходит разрушение оболочки из-за превышения действующих напряжений, допустимых для армирующего материала. В то же время 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. One of the most loaded parts of the reinforced shells are the zones of the pole openings, where the destruction of the shell mainly occurs due to the excess of the existing stresses permissible for the reinforcing material. At the same time, reinforced shells made of composite materials are subject to increased requirements for strength, reliability and weight perfection when used as load-bearing structures for cylinders and containers under high internal pressures.
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 с образованием кольцевого выступа у полюсного отверстия, скрепленными полимерным связующим, облицованный внутренним защитным покрытием (патент US 3083864, кл. 220/83, 1963; 3047191, 220/83, 1962). Known reinforced shell for high internal pressure from a layered composite material containing a power frame with a cylindrical section, end bottoms and flanges in their pole holes in contact with their inner surfaces, formed by a combination of groups of layers of spiral and ring bands oriented in spiral and circumferential directions with accordingly unidirectional high-modulus threads located in them with the formation of an annular protrusion at the pole hole, fastened to the floor an dimensional binder, lined with an internal protective coating (US patent 3083864, CL 220/83, 1963; 3047191, 220/83, 1962).
В данной армированной оболочке полюсное отверстие сформировано расположенными здесь спиральными лентами, в которых при нагружении внутренним давлением из-за больших кольцевых деформаций у полюсного отверстия растягивающие напряжения превышают предельные раньше, чем во всей оболочке. In this reinforced shell, the pole hole is formed by spiral tapes located here, in which, under internal pressure loading due to large ring deformations, the tensile stresses at the pole hole exceed the ultimate stresses earlier than in the entire shell.
Известна армированная оболочка для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала, в которой в зоне полюсных отверстий между слоями расположены кольцевые элементы с внутренним диаметром, равным полюсному отверстию, и скрепленные со слоями оболочки болтовым соединением (US 4053081, кл. 220/3, 1977). Known reinforced casing for high internal pressure of a layered composite material, in which in the area of the pole holes between the layers are ring elements with an inner diameter equal to the pole hole, and bolted to the shell layers (US 4053081, class 220/3, 1977) .
В данной оболочке кольцевые элементы перекрывают поверхность слоев с выходом к полюсному отверстию, что приводит к передаче меридиональных усилий через слой связующего, прочность которого гораздо ниже армирующего материала, и через болтовое соединение, что является само по себе достаточно сильным концентратором напряжений и не всегда приемлемо из конструкторских соображений. In this shell, the ring elements overlap the surface of the layers with access to the pole hole, which leads to the transfer of meridional forces through a binder layer, the strength of which is much lower than the reinforcing material, and through a bolt connection, which in itself is a sufficiently strong stress concentrator and is not always acceptable from design considerations.
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 с образованием кольцевого выступа у полюсного отверстия, скрепленными полимерным связующим, облицованный внутренним защитным покрытием (патенты FR 2219899, МПК2 В 65 Н 81/00, 1974; 2251756, МПК2 F 16 J 11/00, 1974), в которых болты фланцевого соединения расположены в слоях композиционного материала у полюсного отверстия.Known reinforced shell for high internal pressure from a layered composite material containing a power frame with a cylindrical section, end bottoms and flanges in their pole holes in contact with their inner surfaces, formed by a combination of groups of layers of spiral and ring bands oriented in spiral and circumferential directions with accordingly unidirectional high-modulus threads located in them with the formation of an annular protrusion at the pole hole, fastened to the floor dimensional binder, lined with an internal protective coating (patents FR 2219899, IPC 2 B 65 N 81/00, 1974; 2251756, IPC 2 F 16 J 11/00, 1974), in which the bolts of the flange connection are located in the layers of the composite material at the pole hole .
Данным оболочкам присущи недостатки, отмеченные выше (патент US 4053081, кл. 220/3, 1977), а именно необходимость усиления оболочки дополнительными слоями для обеспечения необходимой прочности композиционного материала в зоне расположения болтов. These shells have the disadvantages noted above (patent US 4053081, CL 220/3, 1977), namely the need to strengthen the shell with additional layers to provide the necessary strength of the composite material in the area of the bolts.
Наиболее близким аналогом технического решения является армированная оболочка по патенту FR 2219899, МПК2 В 65 Н 81/00, 1974, выбранная в качестве прототипа.The closest analogue of the technical solution is the reinforced shell according to patent FR 2219899, IPC 2 65 H 81/00, 1974, selected as a prototype.
Основной задачей является создание армированной оболочки из слоистого композиционного материала повышенного качества, в которой были бы устранены вышеуказанные недостатки, оболочка обладала бы повышенной прочностью. The main objective is to create a reinforced shell of a layered composite material of high quality, in which the above disadvantages would be eliminated, the shell would have increased strength.
Техническим результатом от использования изобретения является повышение несущей способности, весового совершенства и эксплуатационной надежности армированной оболочки при действии внутреннего давления. The technical result from the use of the invention is to increase the bearing capacity, weight perfection and operational reliability of the reinforced shell under the action of internal pressure.
Основная задача решена и технический результат достигнут за счет снижения кольцевых деформаций оболочки у полюсного отверстия введением толстостенного кольцевого элемента из высокомодульного материала в зоне полюсного отверстия силового каркаса оболочки. 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 с образованием кольцевого выступа у полюсного отверстия, скрепленными полимерным связующим, облицованный внутренним защитным покрытием, силовой каркас снабжен, по меньшей мере, одним толстостенным кольцевым элементом из высокомодульного материала, установленным в кольцевой впадине наружной поверхности кольцевого выступа днища, с соответственно выполненными их конгруэнтными контактными поверхностями, зафиксированным по наружной поверхности, по меньшей мере, одним слоем из спирально перекрещивающихся лент, причем внутренний диаметр кольцевого элемента равен dпол+(2,0-3,0)•δлен, где dпол - текущий диаметр полюсного отверстия, а δлен- ширина спиральной ленты у полюсного отверстия.The main problem has been solved and the technical result has been achieved by reducing annular deformations of the shell at the pole hole by introducing a thick-walled ring element of high modulus material in the zone of the pole hole of the sheath power frame. To do this, in a reinforced shell for high internal pressure of a layered composite material containing a power frame with a cylindrical section, end convex bottoms and flanges in their pole holes in contact with their internal surfaces, formed by a combination of groups of layers of spiral and ring bands oriented in spiral and circumferential directions with correspondingly arranged unidirectional high-modulus filaments with the formation of an annular protrusion at the pole hole, scratch captured by a polymeric binder, lined with an internal protective coating, the power frame is equipped with at least one thick-walled ring element of high modulus material installed in the annular cavity of the outer surface of the annular protrusion of the bottom, with correspondingly made congruent contact surfaces fixed on the outer surface of at least least one layer of helically intersecting strips, with the inner diameter of the annular element equals half d + (2,0-3,0) • δ flax, where d floor - cur d diameter of the pole opening, and δ flax - width of the spiral belt at pole hole.
Кольцевой элемент может быть выполнен из высокопрочной стали или титана. The ring element may be made of high strength steel or titanium.
Кольцевой элемент может быть выполнен из композиционного материала с кольцевым расположением однонаправленных высокопрочных армирующих волокон. Отличительными особенностями армированной оболочки для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала являются следующие признаки:
- силовой каркас снабжен, по меньшей мере, одним толстостенным кольцевым элементом из высокомодульного материала;
- установленным в кольцевой впадине наружной поверхности кольцевого выступа днища;
- с соответственно выполненными их конгруэнтными контактными поверхностями;
- кольцевой элемент зафиксирован по наружной поверхности, по меньшей мере, одним слоем из спирально перекрещивающихся лент;
- внутренний диаметр кольцевого элемента равен dпол+(2,0-3,0)δлен, где dпол - текущий диаметр полюсного отверстия, а δлен- ширина спиральной ленты у полюсного отверстия.The annular element may be made of composite material with an annular arrangement of unidirectional high-strength reinforcing fibers. The distinctive features of the reinforced shell for high internal pressure from a layered composite material are the following features:
- the power frame is equipped with at least one thick-walled annular element of high modulus material;
- installed in the annular cavity of the outer surface of the annular protrusion of the bottom;
- with correspondingly executed congruent contact surfaces;
- the annular element is fixed on the outer surface with at least one layer of spirally intersecting ribbons;
- the inner diameter of the annular element is equal to d floor + (2.0-3.0) δ linen , where d floor is the current diameter of the pole hole, and δ linen is the width of the spiral tape at the pole hole.
- кольцевой элемент выполнен из высокопрочной стали или титана;
- кольцевой элемент выполнен из композиционного материала с кольцевым расположением однонаправленного высокопрочного армирующего материала.- the ring element is made of high strength steel or titanium;
- the annular element is made of composite material with an annular arrangement of unidirectional high-strength reinforcing material.
Эти существенные признаки позволяют снизить уровень деформаций в днищах у полюсного отверстия, улучшить весовое совершенство оболочек и повысить их эксплуатационную надежность. These essential features make it possible to reduce the level of deformation in the bottoms at the pole hole, to improve the weight perfection of the shells and to increase their operational reliability.
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". Distinctive essential features are new, since their use in the prior art, analogues and prototype were not found, which allows us to characterize the reinforced casing for high internal pressure in accordance with the criterion of "novelty."
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". A single set of new essential features with common known essential features allows us to solve the problem and achieve a new technical result in the weighted perfection of the structures, ensuring their increased strength and reliability, which characterizes the proposed technical solution by significant differences from the prior art, analogues and prototype. The new technical solution is the result of scientific research and creative contribution without the use of standardized projects or recommendations in the field of technology, is original, non-obvious for a circle of specialists in this field of technology, meets the essential criteria of the "inventive step" criterion.
Сущность изобретения поясняется чертежами с кратким их описанием. The invention is illustrated by drawings with a brief description.
На фиг.1 представлен общий вид армированной оболочки для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала, на фиг.2 - участок днища у полюсного отверстия с одним кольцевым элементом на внешней поверхности выступа, на фиг. 3 - участок днища у полюсного отверстия с двумя кольцевыми элементами на внешней поверхности выступа. Figure 1 presents a General view of the reinforced shell for high internal pressure from a layered composite material, figure 2 is a section of the bottom at the pole hole with one ring element on the outer surface of the protrusion, in Fig. 3 - a section of the bottom at the pole hole with two ring elements on the outer surface of the protrusion.
Более подробное описание сущности изобретения состоит в следующем. A more detailed description of the invention is as follows.
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. The reinforced shell for high internal pressure from a layered composite material (Fig. 1) contains a power frame 1 with a cylindrical section 2,
Кольцевой элемент 20 установлен в кольцевой впадине наружной поверхности 21 кольцевого выступа 22 днища у его полюсного отверстия 8. Кольцевой элемент 20 зафиксирован по наружной поверхности 23, по меньшей мере, одним слоем 24 из спирально перекрещивающихся лент. The
Армированная оболочка для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала (фиг.1-3) может быть изготовлена способом намотки на извлекаемую оправку (не показано) с последующим отверждением полимерного связующего. Количество установленных колец определяется конкретными конструкторскими параметрами оболочки и может быть равно одному, двум и более. The reinforced casing for high internal pressure of the layered composite material (Fig.1-3) can be made by winding on a removable mandrel (not shown) followed by curing of the polymer binder. The number of installed rings is determined by the specific design parameters of the shell and may be equal to one, two or more.
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 полюсных отверстий 7, 8 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. The functioning of the reinforced shell for high internal pressure from a layered composite material based on unidirectional reinforcing materials and a polymer binder consists in finding it in a stress-strain state within the elastic properties of the composite material of which its power frame 1 is made, taking into account high reliability and safety without destroying the
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. Thus, the new technical solution is reproducible under production conditions, provides a solution to the problem and the achievement of a new technical result, in the proposed set of features meets the criterion of "industrial applicability", that is, the level of the invention.
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. It should be noted that there may be various combinations of the implementation of the reinforced shell for high internal pressure of the layered composite material with respect to the shape, size and location of the individual elements. The proposed form of execution is only possible preferred options for its implementation, there may be various combinations, if all this does not go beyond the existing features set forth in the claims.
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. The proposed technical solution is not limited to its use in reinforced shells. As for high internal pressure, it can be used to implement the discovered and other properties described in the application materials, to obtain containers operating under overpressure.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001125016/06A RU2205328C1 (en) | 2001-09-13 | 2001-09-13 | Reinforced high internal pressure shell made from laminated composite material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001125016/06A RU2205328C1 (en) | 2001-09-13 | 2001-09-13 | Reinforced high internal pressure shell made from laminated composite material |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2205328C1 true RU2205328C1 (en) | 2003-05-27 |
Family
ID=20253100
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001125016/06A RU2205328C1 (en) | 2001-09-13 | 2001-09-13 | Reinforced high internal pressure shell made from laminated composite material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2205328C1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2514980C1 (en) * | 2013-04-17 | 2014-05-10 | Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения | Reinforced shell of laminar composite for inner pressure |
| RU2564479C2 (en) * | 2014-01-14 | 2015-10-10 | Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения | High pressure casing from composite materials |
| RU2570534C2 (en) * | 2014-03-04 | 2015-12-10 | Закрытое Акционерное Общество "Центр перспективных разработок ОАО ЦНИИСМ" | High pressure bottle out of polymer composite materials, method of manufacturing of high pressure bottle out of polymer composite materials, rigid liner out of polymer composite materials, and method of manufacturing of rigid liner out of polymer composite materials |
| RU2607575C2 (en) * | 2015-05-26 | 2017-01-10 | Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения | Sectional shell for internal pressure from layered composite material |
| RU2692172C2 (en) * | 2017-10-05 | 2019-06-21 | Закрытое акционерное общество Научно-производственное предприятие "СПЕЦМАШ" (ЗАО НПП "СПЕЦМАШ") | Inflatable pressure tank |
-
2001
- 2001-09-13 RU RU2001125016/06A patent/RU2205328C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2514980C1 (en) * | 2013-04-17 | 2014-05-10 | Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения | Reinforced shell of laminar composite for inner pressure |
| RU2564479C2 (en) * | 2014-01-14 | 2015-10-10 | Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения | High pressure casing from composite materials |
| RU2570534C2 (en) * | 2014-03-04 | 2015-12-10 | Закрытое Акционерное Общество "Центр перспективных разработок ОАО ЦНИИСМ" | High pressure bottle out of polymer composite materials, method of manufacturing of high pressure bottle out of polymer composite materials, rigid liner out of polymer composite materials, and method of manufacturing of rigid liner out of polymer composite materials |
| RU2607575C2 (en) * | 2015-05-26 | 2017-01-10 | Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения | Sectional shell for internal pressure from layered composite material |
| RU2692172C2 (en) * | 2017-10-05 | 2019-06-21 | Закрытое акционерное общество Научно-производственное предприятие "СПЕЦМАШ" (ЗАО НПП "СПЕЦМАШ") | Inflatable pressure tank |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1087063C (en) | Pressure container | |
| US4468269A (en) | Ultracentrifuge rotor | |
| CA2129636C (en) | Pipe construction | |
| US6053696A (en) | Impact resistant composite shell for gas turbine engine fan case | |
| US4207778A (en) | Reinforced cross-ply composite flywheel and method for making same | |
| US5025943A (en) | Pressure vessel having a filamentary wound structure | |
| US4765602A (en) | Composite coil spring | |
| NZ209933A (en) | Energy storage flywheel:allowing for diameter increase with rotational speed | |
| RU2205328C1 (en) | Reinforced high internal pressure shell made from laminated composite material | |
| US3993243A (en) | Centrifuge drum and method of making such centrifuge drum | |
| US4187738A (en) | Rim for rotary inertial energy storage device and method | |
| US4570979A (en) | Flexible joint means | |
| GB1567968A (en) | Stressed skin elements such as wings or rotor blades | |
| WO1994009245A1 (en) | Bending stiffener | |
| RU2205327C1 (en) | Reinforced high internal pressure shell made from laminated composite material (versions) | |
| RU2077682C1 (en) | Composite high-pressure gas cylinder | |
| RU2190150C1 (en) | Reinforced envelope for high pressure made from laminate composite (versions) | |
| RU2205329C1 (en) | Reinforced high internal pressure shell made from laminated composite material | |
| RU2205326C1 (en) | Reinforced high internal pressure shell made from laminated composite material | |
| JP3361116B2 (en) | Hollow cylindrical component made of fiber reinforced plastic | |
| DE10305397B4 (en) | pressure vessel | |
| KR100255113B1 (en) | Composite material mold for a centrifugal casting | |
| RU2205325C1 (en) | High-pressure casing made from composite material | |
| RU2765217C1 (en) | Metal composite cylinder for a breathing apparatus | |
| RU2107215C1 (en) | Tube-envelope from composite materials |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160914 |