RU2559407C1 - Tight item for operation under overpressure - Google Patents
Tight item for operation under overpressure Download PDFInfo
- Publication number
- RU2559407C1 RU2559407C1 RU2014131702/03A RU2014131702A RU2559407C1 RU 2559407 C1 RU2559407 C1 RU 2559407C1 RU 2014131702/03 A RU2014131702/03 A RU 2014131702/03A RU 2014131702 A RU2014131702 A RU 2014131702A RU 2559407 C1 RU2559407 C1 RU 2559407C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- product
- ukkm
- item
- piercing
- fabric
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Woven Fabrics (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к конструкциям, работающим в условиях теплового и механического нагружения в окислительной среде, и может быть использовано при создании ракетно-космической техники, где к изделиям предъявляется требование по герметичности.The invention relates to structures operating under thermal and mechanical loading in an oxidizing environment, and can be used to create space rocket technology, where the requirements for tightness are imposed on the products.
Известны герметичные изделия для работы под избыточным внутренним давлением, выполненные из УУКМ на основе каркаса из углеродных волокон и углеродной матрицы, в котором углеродные волокна имеют КЛТР, близкий к КЛТР компонентов матрицы.Known sealed products for working under excessive internal pressure, made of CCCM on the basis of a carcass of carbon fibers and a carbon matrix, in which the carbon fibers have a CTE similar to that of the matrix components.
Герметичное изделие из УУКМ усматривается из способа изготовления герметичных изделий [пат. РФ №2470857, 2012 г. ].A sealed product from UUKM is seen from the method of manufacturing sealed products [US Pat. RF №2470857, 2012].
Недостатком изделия является невозможность его использования в окислительной среде.The disadvantage of this product is the impossibility of its use in an oxidizing environment.
Наиболее близким к заявляемому является герметичное изделие для работы под избыточным давлением из углерод-карбидокремниевого композиционного материала, компоненты которого имеют близкий КЛТР.Closest to the claimed is a sealed product for operation under excessive pressure from a carbon-carbide-silicon composite material, the components of which have a close CTE.
Герметичное изделие из УККМ усматривается из способа изготовления герметичных изделий [пат. РФ №2480433, 2013 г. ].A sealed product from UKKM is seen from the method of manufacturing sealed products [US Pat. RF №2480433, 2013].
Выполнение герметичного изделия из УККМ обеспечивает возможность его использования для работы под избыточным давлением в условиях окислительной среды.The implementation of a sealed product from UKKM provides the possibility of its use for operation under excessive pressure in an oxidizing environment.
Тем не менее при работе изделия в жестких условиях эксплуатации, а именно: при высоком избыточном давлении и высоком окислительном потенциале контактирующей с ним среды, возрастает вероятность увеличения величины потока среды через стенки изделия вплоть до полной утраты работоспособности из-за потери герметичности изделия. Обусловлено это тем, что при значительной величине потока окислительной среды через стенку изделия возрастает степень окисления глубинных слоев УККМ, в результате чего лавинообразно возрастает проницаемость материала, и как следствие, величина указанного потока, что в конечном итоге ведет к потере несущей способности армирующих слоев углеродной ткани и в целом материала.Nevertheless, when the product is operated under harsh operating conditions, namely, at high excess pressure and high oxidizing potential of the medium in contact with it, the probability of an increase in the flow rate of the medium through the walls of the product up to a complete loss of operability due to loss of tightness of the product increases. This is due to the fact that with a significant amount of the flow of the oxidizing medium through the product wall, the degree of oxidation of the deep layers of UKKM increases, resulting in an avalanche-like increase in the permeability of the material, and as a result, the value of the specified flow, which ultimately leads to a loss of the carrying capacity of the reinforcing layers of carbon fabric and overall material.
Задачей изобретения является не только обеспечение возможности, но и повышение надежности работы изделий в жестких условиях эксплуатации по величине давления и величине окислительного потенциала контактирующей с ним среды.The objective of the invention is not only to provide opportunities, but also to increase the reliability of products in harsh operating conditions in terms of pressure and oxidation potential of the medium in contact with it.
Поставленная задача решается за счет того, что герметичное изделие из УККМ, компоненты которого имеют близкий КЛТР, в соответствии с заявляемым техническим решением выполнено по всей его толщине - или по крайней мере со стороны наружной или внутренней поверхности - из УККМ на основе каркаса тканепрошивной или объемно-тканой структуры с ориентацией слоев ткани параллельно рабочей поверхности изделия при содержании прошивных или перевязочных нитей 4-8 об.%; при этом материал имеет открытую пористость не более 0,1%.The problem is solved due to the fact that the sealed product from UKKM, the components of which have a close KLTR, in accordance with the claimed technical solution is made over its entire thickness - or at least from the outer or inner surface - from UKKM based on a fabric-sewn frame or volumetric -woven structure with the orientation of the fabric layers parallel to the working surface of the product with the content of piercing or dressing threads 4-8 vol.%; while the material has an open porosity of not more than 0.1%.
В одном из предпочтительных вариантов конструктивного выполнения изделия прошивные или перевязочные нити каркаса не имеют сквозного прохода с внутренней поверхности изделия на наружную поверхность.In one of the preferred embodiments of the product, the piercing or dressing threads of the carcass do not have a through passage from the inner surface of the article to the outer surface.
Еще в одном предпочтительном варианте конструктивного выполнения изделия со стороны его внутренней и/или наружной поверхности имеется герметичное покрытие из карбидокремниевого материала с КЛТР, близким к КЛТР УККМ и его компонентов.In another preferred embodiment of the product, from the side of its inner and / or outer surface there is a sealed coating of silicon carbide material with a KLTR similar to that of the KKTR UKKM and its components.
Выполнение изделия по всей его толщине - или по крайней мере со стороны его наружной или внутренней поверхности - из УККМ на основе каркаса тканепрошивной или объемно-тканой структуры с ориентацией слоев ткани параллельно рабочей поверхности позволяет сориентировать участки с наибольшим содержанием углерод-карбидокремниевой или карбидокремниевой матрицы, расположенные между слоями ткани, в направлении перпендикулярном кратчайшему пути прохождения рабочей среды, т.е. по толщине изделия. В свою очередь это позволяет осуществить эффективную защиту от окисления каждого из слоев углеродного наполнителя тканевой структуры и тем самым сохранить на всем протяжении работы изделия несущую способность УККМ.The execution of the product over its entire thickness - or at least from the side of its outer or inner surface - from UKKM based on the framework of a fabric-stitched or bulk-woven structure with the orientation of the fabric layers parallel to the working surface allows you to orient areas with the highest content of carbon-carbide-silicon or silicon carbide matrix, located between the layers of fabric, in the direction perpendicular to the shortest path of the working medium, i.e. by the thickness of the product. In turn, this allows for effective protection against oxidation of each of the layers of the carbon filler of the tissue structure and thereby maintain the UKKM bearing capacity throughout the entire operation of the product.
Причем эта способность к эффективной защите слоев углеродного наполнителя (и не только наполнителя, но и в целом УККМ) обеспечивается также более низкой проницаемостью материала в указанном направлении (установлено нами экспериментально путем определения коэффициента газопроницаемости УККМ вдоль и поперек направления слоев углеродной ткани).Moreover, this ability to effectively protect the layers of the carbon filler (and not only the filler, but also the whole UKKM) is also ensured by lower permeability of the material in the indicated direction (we established experimentally by determining the gas permeability coefficient of the UKKM along and across the direction of the carbon fabric layers).
Содержание прошивных или перевязочных нитей в пределах 4-8 об.% обеспечивает с одной стороны достаточно высокую межслоевую прочность УККМ (и как следствие- длительную работу материала как единое целое), с другой стороны, позволяет ограничить поток рабочей среды через частично уплотненные матричным материалом прошивные или перевязочные нити, соединяющие внутреннюю и наружную поверхность изделия по кратчайшему пути (по толщине изделия).The content of piercing or dressing threads in the range of 4-8 vol.% Provides, on the one hand, a sufficiently high interlayer strength of UKKM (and as a result, long-term operation of the material as a whole), on the other hand, it allows limiting the flow of the working medium through the partially pierced matrix material or dressing threads connecting the inner and outer surfaces of the product along the shortest path (along the thickness of the product).
При содержании прошивных или перевязочных нитей менее 4 об.% велика вероятность расслоения материала (даже на технологических переделах) с вытекающими отсюда последствиями.If the content of piercing or dressing threads is less than 4 vol.%, There is a high probability of delamination of the material (even at technological stages) with the ensuing consequences.
При содержании более 8 об.% существенно увеличивается величина потока среды через стенку изделия.With a content of more than 8 vol.%, The flow rate of the medium through the wall of the product substantially increases.
Отсутствие сквозного прохода прошивных или перевязочных нитей в каркасе с внутренней поверхности изделия на наружную поверхность (в предпочтительном варианте конструктивного выполнения изделия) позволяет дополнительно ограничить поток рабочей среды через его стенку, т.к. указанные нити не образуют сквозные каналы, соединяющие по кратчайшему расстоянию внутреннюю и наружную поверхность изделия.The absence of a through passage of piercing or dressing threads in the frame from the inner surface of the product to the outer surface (in the preferred embodiment of the product) allows you to further limit the flow of the working medium through its wall, because these threads do not form through channels connecting the inner and outer surfaces of the product over the shortest distance.
Выполнение изделия из УККМ, имеющего открытую пористость не более 0,1% (3-ий из рассматриваемых признаков), позволяет благодаря низкой проницаемости материала существенно уменьшить величину потока рабочей среды, проходящей через стенку изделия при высоком избыточном давлении, и тем самым уменьшить ее механическое и химическое воздействие на армирующие слои материала и в целом на материал изделия в начальный момент его эксплуатации.The implementation of the product from UKKM having an open porosity of not more than 0.1% (the 3rd of the considered features), due to the low permeability of the material, can significantly reduce the amount of flow of the working medium passing through the wall of the product at high overpressure, and thereby reduce its mechanical and chemical effects on the reinforcing layers of the material and in general on the product material at the initial moment of its operation.
В совокупности же с 1-ым из рассмотренных признаков 3-ий признак обеспечивает (благодаря эффективной защите от окисления каждого из слоев углеродного наполнителя) сохранение низкой величины потока рабочей среды, проходящей через стенку изделия, и тем самым позволяет уменьшить ее механическое и химическое воздействие на армирующие слои материала, и на материал в целом, на всем протяжении работы изделия под высоким избыточным давлением.Together with the 1st of the considered features, the 3rd feature provides (due to effective protection against oxidation of each of the layers of the carbon filler) maintaining a low value of the flow of the working medium passing through the wall of the product, and thereby reduces its mechanical and chemical effect on reinforcing layers of the material, and on the material as a whole, throughout the entire operation of the product under high excess pressure.
Наличие со стороны внутренней и/или наружной поверхности герметичного покрытия из карбидокремниевого материала с КЛТР, близким к КЛТР УККМ и его компонентов (в предпочтительном варианте конструктивного выполнения изделия), позволяет, с одной стороны, дополнительно снизить его проницаемость, с другой стороны - защитить УККМ от интенсивного окисления. Выполнение изделия из УККМ с открытой пористостью более 0,1% приводит к недопустимому увеличению потока рабочей среды через стенку изделия и, как следствие, к более активному окислению глубинных слоев материала с постепенной потерей их несущей способности.The presence on the inner and / or outer surface of the sealed coating of silicon carbide material with a KLTE close to that of the UKKM and its components (in the preferred embodiment of the product) allows, on the one hand, to further reduce its permeability, and on the other hand, to protect the UKKM from intense oxidation. The implementation of the product from UKKM with an open porosity of more than 0.1% leads to an unacceptable increase in the flow of the working medium through the wall of the product and, as a result, to more active oxidation of the deep layers of the material with a gradual loss of their bearing capacity.
В новой совокупности существенных признаков у объекта изобретения появляется новое свойство: способность придать изделию работоспособность и сохранить ее на всем протяжении работы изделия в средах с высоким окислительным потенциалом и при большой величине избыточного давления.In the new set of essential features, the object of the invention has a new property: the ability to give the product operability and maintain it throughout the product’s operation in environments with high oxidative potential and with a high excess pressure.
Благодаря новому свойству решается поставленная задача, а именно: не только обеспечивается возможность, но и повышается надежность работы изделий в жестких условиях эксплуатации по величине давления и величине окислительного потенциала контактирующей с ним среды.Thanks to the new property, the task is solved, namely: not only is the possibility provided, but the reliability of the products in harsh operating conditions is increased in terms of pressure and the value of the oxidizing potential of the medium in contact with it.
Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На фиг. 1 и фиг. 2 изображено изделие, выполненное по всей толщине из УККМ на основе каркаса тканепрошивной или объемно-тканой структуры с ориентацией слоев ткани (1) параллельно рабочей поверхности (2), а на фиг. 3 и 4 изделие или его часть выполнены из такого же типа УККМ только со стороны одной из поверхностей (наружной или внутренней), а с противоположной поверхности - с ориентацией слоев ткани (3) - под углом к рабочей поверхности (2).In FIG. 1 and FIG. 2 shows a product made over the entire thickness of UKKM based on a framework of a fabric-stitched or bulk-woven structure with the orientation of the fabric layers (1) parallel to the working surface (2), and in FIG. 3 and 4, the product or part thereof is made of the same type of UKKM only on the side of one of the surfaces (external or internal), and on the opposite surface with the orientation of the fabric layers (3) - at an angle to the working surface (2).
В статике герметичное изделие можно охарактеризовать следующим образом.In statics, a sealed product can be characterized as follows.
Изделие выполнено из УККМ, компоненты которого имеют близкий КЛТР. Изделие выполнено по всей толщине или по крайней мере со стороны наружной или внутренней поверхности, - из УККМ на основе каркаса тканепрошивной или объемно-тканой структуры с ориентацией слоев ткани параллельно рабочей поверхности изделия при содержании прошивных или перевязочных нитей (4) 4-8 об.%; при этом материал имеет открытую пористость не более 0,1%.The product is made of UKKM, whose components have a close KLTR. The product is made over the entire thickness, or at least from the side of the outer or inner surface, from UKKM on the basis of a framework of a fabric-stitched or three-dimensional-woven structure with the orientation of the fabric layers parallel to the working surface of the product with the content of piercing or dressing threads (4) 4-8 vol. %; while the material has an open porosity of not more than 0.1%.
При заявляемом конструктивном выполнении изделия снижается величина газового потока, проходящего через стенку изделия, за счет уменьшения проницаемости УККМ. Экспериментально установлено, что коэффициент газопроницаемости УККМ плотностью 1,60 г/см3 и открытой пористостью 0,1% перпендикулярно слоям ткани равен 4,5×10-15 см2 в то время как вдоль слоев ткани 34,5×10-15 см2. Соответственно величина газового потока, проходящего через образец площадью 5,4 см2 и толщиной 2,29 см, в направлении перпендикулярном слоям ткани составляет 1,91×10-4 Вт в то время как вдоль слоев ткани - 9,56×10-4 Вт при давлении газовой среды 4,56 кгс/см2.With the claimed constructive implementation of the product decreases the amount of gas flow passing through the wall of the product, by reducing the permeability of UKKM. It was experimentally established that the gas permeability coefficient of UKKM with a density of 1.60 g / cm 3 and an open porosity of 0.1% perpendicular to the fabric layers is 4.5 × 10 -15 cm 2 while along the fabric layers 34.5 × 10 -15 cm 2 . Accordingly, the amount of gas flow passing through a sample with an area of 5.4 cm 2 and a thickness of 2.29 cm in the direction perpendicular to the fabric layers is 1.91 × 10 -4 W, while along the fabric layers it is 9.56 × 10 -4 W at a gas pressure of 4.56 kgf / cm 2 .
Наличие на изделии со стороны его внутренней и/или наружной поверхности герметичного покрытия из карбидокремниевого материала с КЛТР, близким к КЛТР УККМ и его компонентов, позволяет дополнительно уменьшить величину газового потока, проходящего через стенку изделия.The presence on the product from the side of its inner and / or outer surface of an airtight coating of silicon carbide material with a KLTR close to that of the UKKM KLTR and its components can further reduce the amount of gas flow passing through the wall of the product.
Герметичное изделие в соответствии с заявляемой конструкцией работает следующим образом.The sealed product in accordance with the claimed design works as follows.
Рабочая среда с высоким окислительным потенциалом воздействует под избыточным давлением при высокой температуре на рабочую поверхность изделия.A working medium with a high oxidizing potential acts under excessive pressure at high temperature on the working surface of the product.
Избыточное давление на рабочую поверхность изделия создается за счет нагнетания в него под давлением рабочей среды (или в результате сгорания топлива, продукты сгорания которого создают давление).Excessive pressure on the working surface of the product is created due to the injection of a working medium into it (or as a result of combustion of fuel, the combustion products of which create pressure).
Благодаря заявленному конструктивному выполнению изделия существенно минимизируется величина потока рабочей среды через стенку изделия.Thanks to the claimed structural design of the product, the magnitude of the flow of the working medium through the wall of the product is significantly minimized.
Тем самым рабочая среда в основном воздействует на рабочую поверхность изделия, в результате чего в первоначальный момент происходит интенсивное окисление контактирующего с ней слоя материала (или герметичного покрытия в предпочтительном варианте выполнения конструкции изделия), а глубинные слои материала, в том числе слои углеродной ткани, практически не окисляются и сохраняют высокую несущую способность.Thus, the working medium mainly affects the working surface of the product, as a result of which, at the initial moment, the material layer in contact with it (or the sealed coating in the preferred embodiment of the product design) is intensively oxidized, and the deep layers of the material, including layers of carbon fabric, practically do not oxidize and retain a high bearing capacity.
Образующийся при окислении материала расплав кварцевого стекла защищает в последующем материал от интенсивного окисления.The quartz glass melt formed during the oxidation of the material subsequently protects the material from intense oxidation.
Тем самым сохраняется несущая способность большей части толщины стенки изделия, а, значит, его длительная работоспособность.This retains the bearing capacity of most of the wall thickness of the product, and, therefore, its long-term performance.
Тем самым увеличивается надежность работы изделия в жестких условиях эксплуатации по величине давления и величине окислительного потенциала контактирующей с ним среды.This increases the reliability of the product in harsh operating conditions in terms of pressure and oxidation potential of the medium in contact with it.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014131702/03A RU2559407C1 (en) | 2014-07-30 | 2014-07-30 | Tight item for operation under overpressure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014131702/03A RU2559407C1 (en) | 2014-07-30 | 2014-07-30 | Tight item for operation under overpressure |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2559407C1 true RU2559407C1 (en) | 2015-08-10 |
Family
ID=53796381
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014131702/03A RU2559407C1 (en) | 2014-07-30 | 2014-07-30 | Tight item for operation under overpressure |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2559407C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2624707C1 (en) * | 2016-06-28 | 2017-07-05 | Акционерное общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" | Method of producing sealed products from composite materials |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5876659A (en) * | 1993-06-25 | 1999-03-02 | Hitachi, Ltd. | Process for producing fiber reinforced composite |
| EP1043290A1 (en) * | 1999-04-08 | 2000-10-11 | Ngk Insulators, Ltd. | Carbonaceous material having oxidation-resistant protective layer and method for producing the same |
| RU2235681C2 (en) * | 2002-05-06 | 2004-09-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Институт Термохимии" | Method for manufacture of crucibles from carbonaceous composite material |
| RU2422407C2 (en) * | 2008-09-09 | 2011-06-27 | Михаил Владимирович Василенко | Method of making workpieces from carbon-carbon composite materials |
| RU2480433C2 (en) * | 2011-07-08 | 2013-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный технический университет" | Method of making airgtight articles from carbon-silicon carbide material |
-
2014
- 2014-07-30 RU RU2014131702/03A patent/RU2559407C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5876659A (en) * | 1993-06-25 | 1999-03-02 | Hitachi, Ltd. | Process for producing fiber reinforced composite |
| EP1043290A1 (en) * | 1999-04-08 | 2000-10-11 | Ngk Insulators, Ltd. | Carbonaceous material having oxidation-resistant protective layer and method for producing the same |
| RU2235681C2 (en) * | 2002-05-06 | 2004-09-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Институт Термохимии" | Method for manufacture of crucibles from carbonaceous composite material |
| RU2422407C2 (en) * | 2008-09-09 | 2011-06-27 | Михаил Владимирович Василенко | Method of making workpieces from carbon-carbon composite materials |
| RU2480433C2 (en) * | 2011-07-08 | 2013-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный технический университет" | Method of making airgtight articles from carbon-silicon carbide material |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2624707C1 (en) * | 2016-06-28 | 2017-07-05 | Акционерное общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" | Method of producing sealed products from composite materials |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5518901B2 (en) | Longitudinal exhaust port of pressure vessel | |
| SG145703A1 (en) | Cell cultivation and breeding method | |
| JP2017517335A5 (en) | ||
| RU2559407C1 (en) | Tight item for operation under overpressure | |
| JP2019068044A5 (en) | ||
| BR112019007675A2 (en) | cooling tissue, and, article. | |
| CN103727357A (en) | Ultrathin high-temperature-resistant thermal insulation material structure | |
| AR103109A1 (en) | PRESSURE VESSEL | |
| KR20160112171A (en) | Fabric using high strength heat-resisting fiber and its manufacturing method | |
| MX2021016075A (en) | Fluid-carrying application. | |
| CN104942553B (en) | A kind of preparation method of phase-change accumulation energy brake disc | |
| JP2018501357A5 (en) | ||
| WO2015115149A1 (en) | Vacuum heat-insulating material, heat-insulating box using vacuum heat-insulating material, and method for manufacturing vacuum heat-insulating material | |
| Ruggles-Wrenn et al. | Creep behavior in interlaminar shear of a Hi-Nicalon™/SiC–B4C composite at 1200° C in air and in steam | |
| JPH11336911A (en) | Sealing material | |
| US10538463B2 (en) | Composite ceramic comprising a corrosion protection layer and production method | |
| GB201110372D0 (en) | A carbon or carbonizable fibrous structure and a method of manufacturing same | |
| CN105485514B (en) | LNG cold gas cylinder, storage tank, warehouse and defeated pipe | |
| JP6405096B2 (en) | Liquefied gas tank and liquefied gas carrier | |
| JP2008240507A (en) | Heat insulating material, heat insulating sheet and heat reserving sheet | |
| CN204186806U (en) | A kind of spherical steel ball | |
| CN207449331U (en) | A kind of leaching membrane paper with good high temperature resistance | |
| CN207673972U (en) | A kind of jet chimney | |
| US20150146316A1 (en) | Optical filter and method for making the same | |
| CN206082535U (en) | Ceramic membrane reaction unit |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200731 |