RU2215216C2 - Pressure vessel and method of manufacturing the same - Google Patents
Pressure vessel and method of manufacturing the same Download PDFInfo
- Publication number
- RU2215216C2 RU2215216C2 RU2002101904/06A RU2002101904A RU2215216C2 RU 2215216 C2 RU2215216 C2 RU 2215216C2 RU 2002101904/06 A RU2002101904/06 A RU 2002101904/06A RU 2002101904 A RU2002101904 A RU 2002101904A RU 2215216 C2 RU2215216 C2 RU 2215216C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pressure vessel
- modular
- vessel according
- frame
- cylindrical
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
- B29D22/00—Producing hollow articles
- B29D22/003—Containers for packaging, storing or transporting, e.g. bottles, jars, cans, barrels, tanks
-
- 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
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
- B29L2031/00—Other particular articles
- B29L2031/712—Containers; Packaging elements or accessories, Packages
- B29L2031/7154—Barrels, drums, tuns, vats
- B29L2031/7156—Pressure vessels
-
- 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
- F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
- F17C2201/01—Shape
- F17C2201/0104—Shape cylindrical
- F17C2201/0109—Shape cylindrical with exteriorly curved end-piece
-
- 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
- F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
- F17C2201/01—Shape
- F17C2201/0104—Shape cylindrical
- F17C2201/0123—Shape cylindrical with variable thickness or diameter
-
- 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
- F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
- F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
- F17C2203/0602—Wall structures; Special features thereof
- F17C2203/0604—Liners
-
- 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
- F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
- F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
- F17C2203/0602—Wall structures; Special features thereof
- F17C2203/0612—Wall structures
- F17C2203/0614—Single wall
- F17C2203/0619—Single wall with two layers
-
- 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
- F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
- F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
- F17C2203/0634—Materials for walls or layers thereof
- F17C2203/0658—Synthetics
- F17C2203/0663—Synthetics in form of fibers or filaments
-
- 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
- F17C2209/00—Vessel construction, in particular methods of manufacturing
- F17C2209/22—Assembling processes
-
- 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
- F17C2209/00—Vessel construction, in particular methods of manufacturing
- F17C2209/23—Manufacturing of particular parts or at special locations
- F17C2209/234—Manufacturing of particular parts or at special locations of closing end pieces, e.g. caps
-
- 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
- F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
- F17C2223/01—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the phase
- F17C2223/0146—Two-phase
- F17C2223/0153—Liquefied gas, e.g. LPG, GPL
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к крупнотоннажным сосудам и цистернам для транспортировки и хранения жидкостей, сжиженных газов и сыпучих неслеживающихся веществ, применяемых в различных отраслях народного хозяйства, и может использоваться в нефтегазовой, химической, пищевой промышленности и транспортном хозяйстве. The invention relates to large-capacity vessels and tanks for transporting and storing liquids, liquefied gases and bulk non-caking substances used in various sectors of the national economy, and can be used in the oil and gas, chemical, food industries and transport.
Известна конструкция железнодорожной цистерны для тяжелых и агрессивных жидкостей диаметром 2,7 м и длиной 16,8 м, изготовленная намоткой из стеклопластика, содержащая силовую оболочку, выполненную заодно с овалойдными днищами, толщина стенки которой в цилиндрической части составляет 9,5 мм, и внутренний герметизирующий защитный слой из асбопластика [1]. A known construction of a railway tank for heavy and aggressive liquids with a diameter of 2.7 m and a length of 16.8 m, made of fiberglass-wound, containing a power shell made integrally with ovaloid bottoms, the wall thickness of which in the cylindrical part is 9.5 mm, and the inner asboplastics sealing protective layer [1].
К недостаткам конструкции относится ее конструктивно-технологическая сложность, существенное ограничение продольного габарита сосуда возможностями промышленного намоточного оборудования, высокая стоимость технологической оснастки - формообразующей смолопесчаной оправки, обусловленная значительными энергетическими и трудовыми затратами на ее изготовление, демонтаж и утилизацию технологических отходов. The design shortcomings include its structural and technological complexity, a significant limitation of the longitudinal dimension of the vessel with the capabilities of industrial winding equipment, the high cost of technological equipment - a formative resin-sand mandrel, due to significant energy and labor costs for its manufacture, dismantling and disposal of technological waste.
Известен также стеклопластиковый баллон высокого давления и способ его изготовления, содержащий внешнюю силовую оболочку из композиционного материала и внутреннюю герметизирующую оболочку из газонепроницаемого материала, два металлических фланца одинаковой конструкции, установленных на противоположных полюсах баллона, один из которых имеет отверстие [2], принятый в качестве прототипа, основным достоинством которого является более высокая технологичность конструкции и возможность ее изготовления на оправке многоразового использования. Also known is a fiberglass high-pressure cylinder and a method for its manufacture, comprising an external power shell made of composite material and an internal sealing shell made of gas-tight material, two metal flanges of the same design mounted on opposite poles of the cylinder, one of which has an opening [2], adopted as prototype, the main advantage of which is a higher manufacturability of the design and the possibility of its manufacture on a reusable mandrel Ania.
Недостатками известной конструкции являются ограниченные возможности создания, а также доставки на место монтажа крупнотоннажных сосудов давления большой и сверхбольшой емкости, в частности, на обычных намоточных станках спиральной намотки, выпускаемых промышленностью; однотипность конструктивных форм намоточных сосудов давления различного назначения. The disadvantages of the known design are the limited possibilities for creating, as well as delivering to the installation site of large tonnage pressure vessels of large and extra large capacity, in particular, on conventional spiral winding machines produced by industry; uniformity of constructive forms of pressure winding vessels for various purposes.
Известен способ изготовления секционированных корпусов сосудов давления из намоточных стеклопластиков (см.[1], стр.220...221), включающий изготовление цилиндрической секции корпуса и двух овалоидных днищ, которые соосно соединяются воедино, например, с помощью штифто-болтового или клеевого соединения. A known method of manufacturing a sectioned body of pressure vessels from winding fiberglass (see [1], p. 220 ... 221), including the manufacture of a cylindrical section of the body and two oval shaped bottoms that are coaxially connected together, for example, using a pin-bolt or adhesive connections.
Недостатком известного способа является повышенная трудоемкость изготовления и относительно высокая масса корпуса сосуда давления, обусловленные наличием нескольких разъемов и необходимостью формирования сложной структуры законцовок составляющих секций, обработкой базирующих и скрепляющих элементов конструкции. The disadvantage of this method is the increased complexity of manufacturing and the relatively high mass of the pressure vessel body, due to the presence of several connectors and the need to form a complex structure of the endings of the constituent sections, the processing of the base and fastening structural elements.
Известен также способ изготовления сосуда давления, принятый за прототип, типа "кокон", включающий намотку стеклоленты, пропитанной полимерным связующим, на формообразующий модульный элемент типа "кокон", представляющий собой внутренний коаксиальный модуль корпуса, изготовленный предварительно из двух состыкованных соосно секций-полукоконов, имеющих герметизирующую оболочку из газонепроницаемого материала, заключенную в тонкую стеклопластиковую оболочку, и металлических полюсных фланцев, вклеенных в полюсные отверстия полукоконов [2]. There is also known a method of manufacturing a pressure vessel, adopted for the prototype, type "cocoon", including winding glass tape, impregnated with a polymer binder, on the forming module element of the type "cocoon", which is an internal coaxial module of the housing, made previously of two coaxially connected sections-half-windows, having a sealing shell of a gas-tight material enclosed in a thin fiberglass shell, and metal pole flanges glued into the pole holes of the half-windows [2].
Недостатками известного способа являются его технологическая сложность и высокая трудоемкость, а также ограниченные технологические возможности изготовления крупнотоннажных большого объема сосудов давления, обусловленные возможностями существующего намоточного станочного оборудования. The disadvantages of this method are its technological complexity and high complexity, as well as limited technological capabilities for the manufacture of large-capacity large volumes of pressure vessels, due to the capabilities of the existing winding machine equipment.
Изобретение направлено на расширение технологических возможностей создания крупнотоннажных сосудов давления различного назначения из композиционных материалов, повышение технологичности их изготовления и транспортировки на место монтажа и эксплуатации, а также на увеличение ассортимента средне- и крупнотоннажных резервуаров для транспортирования и хранения различных жидкостей, сжиженных газов и сыпучих неслеживающихся веществ. The invention is aimed at expanding the technological capabilities of creating large-capacity pressure vessels for various purposes from composite materials, increasing the manufacturability of their manufacture and transportation to the place of installation and operation, as well as increasing the range of medium and large-capacity tanks for transporting and storing various liquids, liquefied gases and bulk non-caking substances.
Сущность изобретения состоит в том, что в сосуде давления из композиционного материала для транспортирования и хранения жидкостей, сжиженных газов и сыпучих неслеживающихся материалов, содержащем корпус типа "кокон", образованный намоткой высокопрочных волокон, скрепленных между собой полимерным связующим, внутренний герметизирующий слой из газонепроницаемого материала и полюсные фланцы, задраенные герметично крышками, корпус сосуда выполнен составным, по крайней мере, из двух состыкованных соосно модульных оболочек типа "кокон", изготовленных намоткой из композиционного материала, и скрепленных герметично между собой полюсными фланцами овалоидных днищ, образующих в зоне стыковки полый кольцевой элемент диаметральной жесткости (шпангоут) составного корпуса, кольцевая полость шпангоута может быть заполнена эластичным амортизационным материалом, герметично приклеенным к наружным поверхностям состыкованных днищ и полюсных фланцев адгезивом. Донная поверхность полого шпангоута образует цилиндрическую шейку, используемую для базирования и крепления корпуса на раме транспортного средства или контейнера-цистерны. В стенке цилиндрической шейки полого шпангоута могут быть выполнены конструктивно-технологические отверстия для установки аппаратуры контроля за состоянием содержимого продукта (вещества) и/или вентеляционных устройств, либо предохранительных клапанов давления. Кольцевая полость шпангоута, по крайней мере частично, может быть заполнена кольцевыми бандажирующими витками высокопрочных волокон, скрепленных между собой и приклеенных к прилегающим поверхностям термореактивным полимерным связующим. Кольцевая полость шпангоута может быть закрыта снаружи тонкостенной цилиндрической муфтой из прочного конструкционного материала, например стеклотекстолита, имеющей прочные нахлестные клеевые соединения с цилиндрическими поверхностями обеих состыкованных модульных оболочек корпуса. Замкнутая кольцевая полость шпангоута заполнена легким жестким ячеистым заполнителем. Она может быть заполнена жестким заливочным пенополиуретаном или жестким синтактовым пенопластом. Она может быть также заполнена пенобетоном или порошковым, либо гранулированным антипиреном в полимерной матрице. The essence of the invention lies in the fact that in a pressure vessel made of a composite material for transporting and storing liquids, liquefied gases and bulk non-caking materials, comprising a "cocoon" body formed by winding high-strength fibers bonded to each other with a polymer binder, an inner sealing layer of a gas-tight material and pole flanges, hermetically sealed with covers, the vessel body is made of at least two cocoon-type modular shells stacked coaxially, made Caught by winding from composite material, and sealed tightly between the pole flanges of oval shaped bottoms forming a hollow ring element of diametric stiffness (frame) in the joint area, the ring cavity of the frame can be filled with elastic cushioning material that is hermetically glued to the outer surfaces of the joined bottoms and pole adhesive flanges. The bottom surface of the hollow frame forms a cylindrical neck, used for basing and mounting the body on the frame of the vehicle or tank container. Structural and technological holes can be made in the wall of the cylindrical neck of the hollow frame for installing equipment for monitoring the state of the product (substance) and / or ventilation devices or pressure relief valves. The ring cavity of the frame, at least partially, can be filled with ring banding coils of high-strength fibers, bonded to each other and glued to adjacent surfaces with a thermosetting polymer binder. The ring cavity of the frame can be closed externally with a thin-walled cylindrical sleeve made of a strong structural material, for example fiberglass, having strong overlapping adhesive joints with the cylindrical surfaces of both joined modular shell casings. The closed annular cavity of the frame is filled with lightweight rigid cellular aggregate. It can be filled with rigid filling polyurethane foam or rigid syntactic foam. It can also be filled with foam concrete or powder or granular flame retardant in a polymer matrix.
Состыкованные модульные оболочки составного корпуса сосуда давления могут иметь существенно различные диаметральные или/и продольные размеры и объемы. При этом одна или несколько модульных оболочек корпуса могут иметь коническую форму средней части "кокона". Docked modular shells of the composite body of the pressure vessel can have substantially different diametrical and / or longitudinal sizes and volumes. In this case, one or more modular shells of the housing may have a conical shape of the middle part of the "cocoon".
Сущность способа изготовления сосуда давления состоит в том, что предварительно изготавливают модульные элементы из композиционного материала и собирают из них корпус сосуда. Любым известным способом изготавливают, по крайней мере, две модульные секции-оболочки типа "кокон" из намоточного композиционного материала с внутренним герметизирующим слоем и полюсными фланцами, вставляют их в цилиндрическую центрующую муфту (одну модульную оболочку с одной стороны, другую - с другой), внутренний диаметр центрующего цилиндрического канала которой соответствует наружному диаметру цилиндрической поверхности модульных секций, обеспечивают таким образом их соосность; а затем, перемещая секции навстречу друг другу, стыкуют горловины полюсных фланцев и соединяют их друг с другом, обеспечивая прочность и герметичность соединения любым известным способом. The essence of the method of manufacturing a pressure vessel is that pre-made modular elements of composite material and assemble from them the body of the vessel. By any known method, at least two cocoon-type modular shell sections are made of winding composite material with an internal sealing layer and pole flanges, inserted into a cylindrical centering sleeve (one modular shell on one side, the other on the other), the inner diameter of the centering cylindrical channel which corresponds to the outer diameter of the cylindrical surface of the modular sections, thus ensure their alignment; and then, moving the sections towards each other, they join the necks of the pole flanges and connect them to each other, ensuring the strength and tightness of the connection in any known manner.
После соединения состыкованных и скрепленных модульных секций полость между их состыкованными днищами заполняют при необходимости через технологическое отверстие в стенке центрующей муфты заливочной композицией жесткого или эластичного пенополиуретана и вспенивают ее в замкнутом формообразующем объеме муфты и полого шпангоута. After joining the docked and bonded modular sections, the cavity between their docked bottoms is filled, if necessary, through the technological hole in the wall of the centering sleeve with a filling composition of rigid or flexible polyurethane foam and foamed in a closed forming volume of the sleeve and hollow frame.
В качестве центрующей цилиндрической муфты может быть использована тонкостенная соединительная муфта 8 (фиг.5), например, из намоточного стеклотекстолита, которая является модульным элементом конструкции сборного корпуса сосуда давления, скрепляющего цилиндрические и конические части состыкованных модульных оболочек 2 между собой. После соединения модульных оболочек муфту 8 приклеивают к ним в местах кольцевых нахлестных участков сопряжения. As a centering cylindrical coupling, a thin-
Технический результат устройства выражается в расширении технологических возможностей создания крупнотоннажных сосудов давления из композиционных материалов различного назначения благодаря возможности независимого (автономного) изготовления модульных оболочковых секций укороченной длины, удобной для изготовления на обычном наличном оборудовании (намоточных станках и автоклавах) и для транспортирования в разобранном виде на место окончательного монтажа сосуда давления проектной длины (высоты, в случае вертикального монтажа устройства). В условиях одинакового внутреннего давления в корпусе сосуда существенно снижается осевая растягивающая нагрузка, действующая на соединение модульных оболочковых секций, причем пропорционально уменьшению диаметров стыкуемых горловин полюсных фланцев, снижается количество и масса болтовых (или шпилечных) соединений стыкуемых секций. Конструкция обладает высокими амортизационно-демпфирующими характеристиками при воздействии внешних динамических нагрузок продольного сжатия и/или поперечного изгиба, а также компенсацией продольных термоупругих деформаций, благодаря упругой податливости состыкованных днищ коконообразных модульных оболочек. Расширяется арсенал и ассортимент сосудов давления для транспортирования и хранения жидких, газообразных и сыпучих веществ. Технический результат предлагаемого способа состоит в создании технологических и производственных возможностей и условий для изготовления сосудов давления практически любой длины (высоты) на стандартном промышленном оборудовании, используя известные (освоенные) высокоэффективные технологии, наличное производственное оборудование, инструмент и оснащение. The technical result of the device is expressed in expanding the technological capabilities of creating large-capacity pressure vessels from composite materials for various purposes due to the possibility of independent (autonomous) manufacturing of modular shell sections of shortened length, convenient for manufacturing on ordinary available equipment (winding machines and autoclaves) and for transportation in disassembled form on place of final installation of the pressure vessel of the design length (height, in the case of vertical installation of the device property). Under the conditions of the same internal pressure in the vessel body, the axial tensile load acting on the connection of the modular shell sections is significantly reduced, and in proportion to the decrease in the diameters of the joined necks of the pole flanges, the number and weight of bolted (or hairpin) joints of the joined sections is reduced. The design has high damping and damping characteristics when exposed to external dynamic loads of longitudinal compression and / or transverse bending, as well as compensation of longitudinal thermoelastic deformations due to the elastic flexibility of the joined bottoms of cocoon-shaped modular shells. The arsenal and assortment of pressure vessels for transporting and storing liquid, gaseous and bulk substances is expanding. The technical result of the proposed method consists in creating technological and production capabilities and conditions for the manufacture of pressure vessels of almost any length (height) using standard industrial equipment using well-known (mastered) high-performance technologies, available production equipment, tools and equipment.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлен общий вид составного сосуда давления типа "кокон", состоящего из трех соосно состыкованных модульных оболочек типа "кокон", выполненных из композиционного материала; на фиг.2 приведен узел стыковки двух смежных модульных оболочек, где кольцевая полость шпангоута заполнена амортизационным упругим пеноматериалом. На фиг.3 проиллюстрирован вариант стыковки смежных секций и скрепления их между собой с помощью сварочного кольцевого соединения горловин металлических полюсных фланцев; а на фиг.4 - узел стыковки болтового соединения полюсных фланцев состыкованных днищ модульных оболочек. На фиг.5 показан вариант стыковочного соединения, усиленный внешней кольцевой муфтой, а на фиг.6 - вариант сварного стыкового соединения с частичным бандажирующим заполнением кольцевой полости шпангоута витками композиционного материала. The invention is illustrated in the drawing, where Fig.1 shows a General view of a composite pressure vessel of the type "cocoon", consisting of three coaxially stacked modular shells of the type "cocoon" made of composite material; figure 2 shows the docking node of two adjacent modular shells, where the annular cavity of the frame is filled with shock-absorbing elastic foam. Figure 3 illustrates the option of docking adjacent sections and fastening them together using a welding ring connection of the necks of the metal pole flanges; and figure 4 is a node for the connection of the bolt connection of the pole flanges of the docked bottoms of the modular shells. Figure 5 shows a variant of the joint, reinforced by an external annular coupling, and figure 6 is a variant of the welded butt joint with a partial banding filling of the annular cavity of the frame with turns of composite material.
На фиг. 7, фиг.8, фиг.9 представлены типовые варианты составных сосудов давления из намоточных композиционных материалов, собранных из модульных оболочек типа "кокон", отличающихся размерами и/или геометрическими формами. In FIG. 7, Fig. 8, Fig. 9 show typical variants of composite pressure vessels from winding composite materials assembled from modular shells of the "cocoon" type, differing in size and / or geometric shapes.
Позиции на чертежах обозначают: 1 - составной сосуд давления типа "кокон"; 2 - модульные оболочки типа "кокон" из композиционного материала; 3 - силовая оболочка модульной оболочки из высокопрочного намоточного композиционного материала; 4 - герметизирующий слой модульной оболочки; 5 - полюсный фланец; 6 - соединительный элемент состыкованных модульных оболочек; 7 - амортизационно-демпфирующий упругий заполнитель кольцевого шпангоута сборной конструкции; 8 - тонкостенная цилиндрическая муфта из прочного конструкционного материала; 9 - кольцевые бандажирующие витки высокопрочного композиционного материала. The positions in the drawings indicate: 1 - a composite pressure vessel of the type "cocoon"; 2 - modular shells of the type "cocoon" of composite material; 3 - power shell modular shell of high strength winding composite material; 4 - a sealing layer of a modular shell; 5 - pole flange; 6 - connecting element of the docked modular shells; 7 - shock-absorbing and damping elastic filler of the ring frame of the precast structure; 8 - thin-walled cylindrical sleeve made of durable structural material; 9 - ring banding coils of high strength composite material.
Сосуд давления 1 (фиг.1) состоит из трех одинаковых модульных оболочек из намоточного композиционного материала, имеющих коконообразную форму и по два полюсных отверстия. The pressure vessel 1 (figure 1) consists of three identical modular shells of a winding composite material having a cocoon shape and two pole holes.
Каждая модульная оболочка 2 содержит силовую оболочку 3 из намоточного высокопрочного композиционного материала, герметизирующего слоя 4 из термопластичного или эластомерного резиноподобного непроницаемого материала и двух полюсных фланцев 5, выполненных из высокопрочной стали, титанового или алюминиевого сплава, либо из композиционного материала. Each
Модульные оболочки 2 соосно состыкованы между собой в составной сосуд давления 1 своими полюсными фланцами 5, которые прочно скреплены между собой любым известным разъемным (фиг.2, фиг.4, фиг.5) или неразъемным типом соединения 6. Разъемное соединение 6 (фиг.2, фиг.4) может быть болтовым, шпилечным или винтовым. Непроницаемость разъемных соединений обеспечивается любым известным способом: эластомерными или пластичными прокладками, герметиками и т.д. The
Неразъемные соединения 6 (фиг.3, фиг.5, фиг.6) могут быть сварными, паянными, клеевыми, клеевинтовыми (фиг.5). Непроницаемость неразъемных соединений обеспечивается необходимой плотностью (непроницаемостью) сварного, паяного или клеевого шва. One-piece joints 6 (FIG. 3, FIG. 5, FIG. 6) can be welded, soldered, glue, glue-screw (FIG. 5). The impermeability of one-piece joints is ensured by the necessary density (impermeability) of the welded, soldered or adhesive joint.
Для повышения надежности и амортизационно-демпфирующих качеств образованных в стыках модульных оболочек 2 полых кольцевых шпангоутов сосуда давления 1 необходимо, чтобы торцевые фланцы состыкованных днищ силовых оболочек 3 оказались состыкованными друг с другом с натягом, создаваемым болтовыми или шпилечными соединениями. При отсутствии непосредственного контакта и натяга на фланцевых поверхностях днищ, т.е. при наличии между ними определенного зазора, последний должен быть заполнен либо клеевым составом (в случае зазора щелевого типа), либо витками волокнистого жгута (ровинга), пропитанного полимерным связующим (фиг.6), либо в широком кольцевом зазоре (фиг.3) может быть установлена промежуточная распирающая втулка, защемляющая фланцевые окончания днищ, прижимая их к полюсным фланцам 5. To increase the reliability and damping and damping qualities of the hollow annular frames of the pressure vessel 1 formed at the joints of the
Для повышения прочности и жесткости сосуда давления 1 в зонах стыковки модульных оболочек 2 в условиях продольного сжатия и/или поперечного изгиба полости кольцевых шпангоутов, образованных состыкованными днищами модульных оболочек, могут быть заполнены (при необходимости) каким-либо заполнителем 7 типа жесткого пенополиуретана, синтактового пенопласта, ячеистого бетона (фиг. 2, фиг. 5), либо витками волокнистого жгута, пропитанного полимерным связующим. To increase the strength and rigidity of the pressure vessel 1 in the docking zones of the
Для динамической прочности сосуда давления и амортизации энергии продольных и изгибающих внешних нагрузок полость кольцевого шпангоута может быть заполнена эластомерным пористым материалом 7 (фиг.2) типа эластичного пенополиуретана, пенорезины и т.п. Кроме того, зоны стыковки модульных оболочек 2 могут быть усилены постановкой специальных тонкостенных оболочковых муфт 8, например, из композиционного материала типа стеклотекстолита (фиг.5), которые существенно повышают прочность и жесткость конструкции, защищают стыковые соединения от агрессивного воздействия внешней среды, а заполнитель 7 - от эрозии и злоумышленного разрушения. Муфты 8 выполнены с нахлестом на цилиндрические и/или конические поверхности состыкованных модульных оболочек 2 (фиг.5, фиг.7, фиг.8, фиг.9). Нахлестные соединения муфт и модульных оболочек заполнены влагонепроницаемым адгезивом (герметиком или высокопрочным клеевым составом). For the dynamic strength of the pressure vessel and the amortization of the energy of longitudinal and bending external loads, the cavity of the ring frame can be filled with an elastomeric porous material 7 (Fig. 2) such as elastic polyurethane foam, foam rubber, etc. In addition, the docking zones of
Для повышения прочности, жесткости, герметичности и амортизационно-демпфирующих качеств сосуда давления в зонах стыковки модульных оболочек, образующих полые кольцевые шпангоуты, эти кольцевые полости шпангоутов частично заполняют бандажирующими витками высокопрочного композиционно-волокнистого материала 9 (фиг.6), защемляющими полюсные окончания состыкованных днищ на горловинах полюсных фланцев 5. В качестве заполнителя 7 полого кольцевого шпангоута может быть использован порошковый пламегасящий состав или капсюлированный жидкий антипирен, заделанные в полимерной матрице. To increase the strength, rigidity, tightness and cushioning and damping qualities of the pressure vessel in the docking zones of the modular shells forming hollow annular frames, these annular cavities of the frames are partially filled with banding coils of high-strength composite fiber material 9 (Fig. 6), pinching the pole ends of the joined days on the necks of the
В зависимости от конкретного назначения и области практического применения сосуд давления 1 может состоять из набора состыкованных модульных оболочек 2, абсолютно одинакового конструктивно-технологического исполнения и по форме, и по размерам, и по используемым материалам (фиг.1), либо из цилиндрических коконообразных модульных оболочек 2 различного диаметра, и/или длины, и/или композиционного материала, и/или типа соединений, и/или имеющих какие-либо другие конструктивные, технологические и материальные отличия (фиг. 7); либо из модульных коконообразных оболочек 2, имеющих различные геометрические формы (фиг.8 и фиг.9), например, одна из которых цилиндрическая, а другая - коническая. Depending on the specific purpose and field of application, the pressure vessel 1 may consist of a set of stacked
При использовании в составе промышленных агрегатов нефтегазовых и химических производств, а также в качестве емкостей для хранения сыпучих материалов и вязких жидкостей составной сосуд давления 1 целесообразно монтировать на эстакадах или промышленных фундаментах и площадках, располагая ось симметрии сосуда вертикально к горизонтальной плоскости основания, так как при этом существенно повышается эксплуатационная технологичность устройства, выраженная в упрощении и снижении энергозатрат на заполнение и на разгрузку или частичный отбор содержимого продукта. When used in industrial units of oil and gas and chemical industries, and also as containers for storing bulk materials and viscous liquids, it is advisable to mount a composite pressure vessel 1 on racks or industrial foundations and platforms, placing the axis of symmetry of the vessel vertically to the horizontal plane of the base, since this significantly increases the operational manufacturability of the device, expressed in the simplification and reduction of energy costs for filling and unloading or partial boron content of the product.
При заполнении сосуда давления 1 жидким или газообразным продуктом, а также и сыпучим (особенно в горизонтальном его положении), внутреннее давление содержимого продукта через герметизирующий эластичный слой передается на стенки силовых оболочек 3 состыкованных и скрепленных между собой модульных оболочек 2. Под действием внутреннего давления, действующего на состыкованные днища модульных оболочек, стыковые разъемы (соединения) сжимаются с обеих сторон, уплотняясь и разгружая элементы соединения 6 (болтовые, или сварные, или клеевые, или другого типа). Благодаря этому обеспечиваются необходимые прочность, герметичность, эксплуатационная надежность и относительно малая масса соединительных элементов (в частности, существенно меньшее количество болтовых, винтовых и шпилечных элементов, а также меньшие размеры их диаметров). When filling the pressure vessel 1 with a liquid or gaseous product, as well as granular (especially in its horizontal position), the internal pressure of the product contents is transmitted through the sealing elastic layer to the walls of the
Давление, действующее на концевые днища (задраенные крышками) сосуда 1, обусловливает продольное растягивающее усилие, воспринимаемое элементами стыковых соединений (болтов, шпилек, сварных и клеевых швов). Величина этого усилия определяется произведением значения внутреннего давления содержимого продукта на площадь поперечного сечения полюсных отверстий состыкованных полюсных фланцев модульных оболочек, т.е. значительно меньшая, чем в известных сосудах типа "кокон". The pressure acting on the end bottoms (covered by the covers) of the vessel 1 determines the longitudinal tensile force perceived by the elements of the butt joints (bolts, studs, welds and glues). The magnitude of this effort is determined by the product of the value of the internal pressure of the product contents by the cross-sectional area of the pole holes of the joined pole flanges of the modular shells, i.e. significantly smaller than in the known vessels of the type "cocoon".
В случае, когда площадь поперечного сечения полюсных отверстий состыкованных фланцев меньше или равна площади проекции овалоидного днища на плоскость стыковочного соединения, скрепляющие элементы составной конструкции сосуда давления 1 оказываются разгруженными стыковое соединение уплотнено (сжато). In the case when the cross-sectional area of the pole holes of the joined flanges is less than or equal to the projection area of the ovaloid bottom on the plane of the docking joint, the fastening elements of the composite structure of the pressure vessel 1 are unloaded butt joint sealed (compressed).
При воздействии внешних ударных нагрузок продольного сжатия или поперечного изгиба состыкованные тонкостенные днища модульных оболочек из высокопрочного намоточного композиционного материала ведут себя как упругие мембраны, амортизируя и демпфируя энергию внешних динамических ударов и вибраций. Амортизационно-демпфирующие характеристики устройства существенно могут быть при необходимости повышены путем частичного заполнения или полного заполнения кольцевой полости стыковых шпангоутов эластомером или эластичным пеноматериалом. При частичном заполнении полости шпангоута уменьшается размер упругого (амортизирующего) пояса мембраны, а следовательно, повышается ее жесткость и возрастают диссипационные и демпфирующие качества соединения. При полном заполнении полого шпангоута эластомером или эластичным пенопластом повышается жесткость и эффективность амортизационно-демпфирующих элементов (шпангоутов) сосуда давления. Under the influence of external shock loads of longitudinal compression or lateral bending, the joined thin-walled bottoms of modular shells made of high-strength winding composite material behave like elastic membranes, absorbing and damping the energy of external dynamic shocks and vibrations. If necessary, the shock-absorbing and damping characteristics of the device can be substantially increased by partially filling or completely filling the annular cavity of the butt frames with an elastomer or elastic foam. With a partial filling of the frame cavity, the size of the elastic (shock-absorbing) belt of the membrane decreases, and therefore, its rigidity increases and the dissipation and damping qualities of the joint increase. When the hollow frame is completely filled with an elastomer or elastic foam, the stiffness and efficiency of the shock-absorbing damping elements (frames) of the pressure vessel increases.
Использование в качестве амортизационно-демпфирующего заполнителя полых шпангоутов порошковых или капсулированных антиперенов повышает пожарозащищенность устройства в условиях появления вблизи него открытого очага пламени. Для этого достаточно экранировать цилиндрические участки модульных оболочек, оставляя открытыми зоны стыковых шпангоутов. Под действием теплового воздействия газообразные продукты разложения антиперенов будут заполнять зазор между экранами и силовыми оболочками модульных секций, создавая защитные пристеночные атмосферные завесы, препятствующие возгоранию полимерного связующего композиционного материала силовой стенки сосуда давления. The use of powder or encapsulated anti-foams as a cushioning-damping aggregate of hollow frames increases the fire protection of the device in the presence of an open source of flame near it. To do this, it is enough to shield the cylindrical sections of the modular shells, leaving the zones of the butt frames open. Under the influence of thermal action, the gaseous decomposition products of antifrictions will fill the gap between the screens and the power shells of the modular sections, creating protective wall-mounted atmospheric curtains that prevent the polymer binder composite material from igniting the pressure vessel’s wall.
Способ изготовления сосуда давления включает в себя изготовление модульных оболочек коконообразной формы любым известным способом нитевой (жгутовой) намотки, на имеющемся стандартном намоточном станке, например, модели КУ-421, позволяющем изготавливать коконообразные оболочки "мокрым" методом спиральной намоткой диаметром до 2500 мм и длиной до 9000 мм, относящиеся к крупнотоннажным сосудам давления. На формообразующей оправке формируют, например, из эластомера типа невулканизованных или вулканизованных полиуретановых резин или резин на основе этиленпропиленовых каучуков и других, герметизирующий слой 4. Для склеивания листовых заготовок из вулканизованных резин могут быть использованы клеевые системы на основе каучуков, например фенолкаучуковый клей или клей на основе бутилкаучука для склеивания вулканизованных и невулканизованных заготовок между собой. Невулканизованные резиновые заготовки соединяют аутогезионным способом, обрабатывая их бензином, т.е. без использования клея. С торцев к герметизирующему слою 4 на бутилкаучуковом клее пристыковывают полюсные металлические фланцы 5, затем осуществляют намотку конструктивно-технологического слоя композиционно-волокнистого материала спиральными витками жгутов (или ровингов), пропитанных полимерным связующим. После совместного отверждения конструктивно-технологического слоя и частичной вулканизации герметизирующего резинового слоя полученный технологический "кокон" разрезают, по крайней мере, пополам кольцевым резом, перпендикулярным оси кокона, и снимают с оправки. Затем обе половины (полукоконы) вновь склеивают друг с другом, получая коконообразную конструктивно-технологическую оболочку-оправку, на которую выполняют намотку силовой оболочки 3 жгутами, пропитанными полимерным связующим, и производят окончательную операцию отверждения композиционного материала и вулканизации герметизирующего резинового слоя 4. A method of manufacturing a pressure vessel includes the manufacture of modular shells of a cocoon shape by any known method of filament (tow) winding using an existing standard winding machine, for example, model KU-421, which makes it possible to produce cocoon shells by the wet method by spiral winding with a diameter of up to 2500 mm and a length up to 9000 mm, related to large-capacity pressure vessels. A
Изготовленные таким образом две модульные оболочки 2 вводят телескопически с двух сторон в центрующую технологическую муфту, используя для центрирования наружные цилиндрические и/или конические поверхности стыкуемых модульных секций. После стыковки полюсных фланцев соединяемых модульных оболочек в них выполняют сквозные отверстия для болтовых (или шпилечных, или винтовых) соединительных элементов. После герметизации стыка с помощью герметика полюсные фланцы 5 состыкованных модульных оболочек стягивают и скрепляют между собой болтовыми элементами, или шпилечными, или винтовыми. Неразъемное соединение полюсных металлических фланцев может быть выполнено с помощью сварки. The two
При необходимости через окно (или лючок) в стенке центрующей муфты полость между овалоидными днищами состыкованных оболочек заполняют соответствующим заполнителем. If necessary, through the window (or hatch) in the wall of the centering sleeve, the cavity between the ovaloid bottoms of the joined shells is filled with an appropriate filler.
При наличии в конструкции сосуда давления достаточно прочной тонкостенной соединительной муфты 8 она может быть использована в качестве конструктивно-технологической центрующей муфты для центрирования стыкуемых модульных оболочек. If the design of the pressure vessel is sufficiently strong thin-
Предложенный способ изготовления сосуда давления упрощает и снижает трудоемкость операций центрирования и стыковки модульных секций и позволяет изготавливать крупнотоннажные сосуды давления практически любой длины (или высоты) на существующем намоточном и автоклавном или термокамерном оборудовании. The proposed method of manufacturing a pressure vessel simplifies and reduces the complexity of centering and docking of modular sections and allows the manufacture of large-capacity pressure vessels of almost any length (or height) on existing winding and autoclave or heat chamber equipment.
Источники информации
1. Д. В.Росато, К.С.Грове. Намотка стеклонитью. Развитие метода, производство, области применения и конструирование/пер. с англ. (Машиностроение, 1969. - 310 с. (см. стр.28-29, рис.1.1).Sources of information
1. D.V. Rosato, K.S. Grove. Glass fiber winding. Method development, production, applications and design / Per. from English (Engineering, 1969. - 310 p. (See p. 28-29, Fig. 1.1).
2. RU пат. 2144644, F 17C 1/00, B 21D 51/24. Стеклопластиковый баллон высокого давления и способ его изготовления. 2. RU Pat. 2144644, F 17C 1/00, B 21D 51/24. Fiberglass high pressure cylinder and method of its manufacture.
Claims (17)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002101904/06A RU2215216C2 (en) | 2002-01-11 | 2002-01-11 | Pressure vessel and method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002101904/06A RU2215216C2 (en) | 2002-01-11 | 2002-01-11 | Pressure vessel and method of manufacturing the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2002101904A RU2002101904A (en) | 2003-08-20 |
RU2215216C2 true RU2215216C2 (en) | 2003-10-27 |
Family
ID=31988734
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002101904/06A RU2215216C2 (en) | 2002-01-11 | 2002-01-11 | Pressure vessel and method of manufacturing the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2215216C2 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011059356A1 (en) * | 2009-11-13 | 2011-05-19 | Lukyanets Sergei Vladimirovich | Metal composite pressure cylinder |
RU190224U1 (en) * | 2018-07-23 | 2019-06-24 | Хурамшин Ильнур Разифович | SEIS-SOUND-RESISTANT GAS FIRE EXTINGUISHMENT MODULE |
WO2020002470A1 (en) * | 2018-06-26 | 2020-01-02 | Plastic Omnium Advanced Innovation And Research | Tank liner having two cylindrical sections |
RU2800343C1 (en) * | 2020-07-08 | 2023-07-20 | Газтранспорт Эт Технигаз | Liquefied gas and/or liquid storage unit |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2716957B1 (en) | 2011-04-21 | 2018-04-25 | Sergei Vladimirovich Lukyanets | High-pressure vessel made of composite materials |
-
2002
- 2002-01-11 RU RU2002101904/06A patent/RU2215216C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011059356A1 (en) * | 2009-11-13 | 2011-05-19 | Lukyanets Sergei Vladimirovich | Metal composite pressure cylinder |
WO2020002470A1 (en) * | 2018-06-26 | 2020-01-02 | Plastic Omnium Advanced Innovation And Research | Tank liner having two cylindrical sections |
CN112219057A (en) * | 2018-06-26 | 2021-01-12 | 全耐塑料高级创新研究公司 | Tank liner with two cylindrical sections |
JP2021528611A (en) * | 2018-06-26 | 2021-10-21 | プラスチック・オムニウム・アドヴァンスド・イノベーション・アンド・リサーチ | Tank liner with two cylindrical sections |
CN112219057B (en) * | 2018-06-26 | 2022-08-19 | 法国全耐塑料新能源公司 | Tank liner with two cylindrical sections |
US11506335B2 (en) | 2018-06-26 | 2022-11-22 | Plastic Omnium New Energies France | Tank liner having two cylindrical sections |
JP7332636B2 (en) | 2018-06-26 | 2023-08-23 | プラスチック・オムニウム・ニュー・エナジーズ・フランス | Tank liner with two cylindrical sections |
RU190224U1 (en) * | 2018-07-23 | 2019-06-24 | Хурамшин Ильнур Разифович | SEIS-SOUND-RESISTANT GAS FIRE EXTINGUISHMENT MODULE |
RU2800343C1 (en) * | 2020-07-08 | 2023-07-20 | Газтранспорт Эт Технигаз | Liquefied gas and/or liquid storage unit |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5704512A (en) | Vessel | |
CN108692179B (en) | Composite container assembly and manufacturing method | |
CN107709794B (en) | Method for producing a gas bag accumulator and gas bag accumulator produced according to said method | |
JPH05164295A (en) | Light-weight container, in which pressure fluid is preserved, and manufacture thereof | |
KR20010089360A (en) | Compressed gas fuel storage system | |
EP4050249A1 (en) | High-pressure gas storage system having adaptable morphology | |
US5927537A (en) | Pressure container | |
RU2215216C2 (en) | Pressure vessel and method of manufacturing the same | |
US20200363005A1 (en) | 3d shaped assembly | |
KR20220054614A (en) | pressure vessel | |
US20170113401A1 (en) | Chamber coupler | |
US20130213562A1 (en) | Continuous onsite-manufactured pipe | |
CN106247865A (en) | A kind of check valve gas blast device that can reuse and manufacture method thereof | |
RU2002101904A (en) | Pressure vessel and method for its manufacture | |
KR102024929B1 (en) | Expansion joint | |
GB2269877A (en) | Hydrobouy-bouyancy system | |
WO2002053960A2 (en) | Bulkheads for double-walled pipe structures | |
CN106370062A (en) | Recyclable cylindrical multi-directional blasting gas blaster and manufacturing method thereof | |
CN106225589A (en) | A kind of multidirectional blasting fume blaster that can reuse and manufacture method thereof | |
CN106225597A (en) | A kind of column type orientation gas blast device that can reuse and manufacture method thereof | |
US10913210B2 (en) | Mold-less curing method of manufacturing a composite vessel assembly | |
RU2183784C1 (en) | Multi-layer pipe line | |
SU877209A1 (en) | Tube connection method | |
HU185586B (en) | Pipeline to pipe medium necessitating heat insulation, in particular hot water | |
CN106225584A (en) | A kind of disposable column type carbon fiber gas blaster and manufacture method thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050112 |