RU2564481C2 - High pressure casing from composite materials - Google Patents
High pressure casing from composite materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2564481C2 RU2564481C2 RU2013154932/06A RU2013154932A RU2564481C2 RU 2564481 C2 RU2564481 C2 RU 2564481C2 RU 2013154932/06 A RU2013154932/06 A RU 2013154932/06A RU 2013154932 A RU2013154932 A RU 2013154932A RU 2564481 C2 RU2564481 C2 RU 2564481C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- housing according
- threads
- modulus
- shell
- layers
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к корпусам для высокого давления из композиционных материалов, используемых, в частности, в двигательных установках, а также может быть использовано во всех конструкциях машиностроительной и химических отраслей, где используются корпусы для газовых и жидких сред.The invention relates to cases for high pressure from composite materials used, in particular, in propulsion systems, and can also be used in all structures of engineering and chemical industries, which use cases for gas and liquid media.
Известна армированная труба-оболочка для высокого давления с поясами-шпангоутами, установленными на ней на податливых прослойках (патент RU 2113648 С1, МПК6 F16L 9/12, опубл. 20.06.1998).Known reinforced pipe shell for high pressure with belt frames installed on it on pliable layers (patent RU 2113648 C1, IPC 6 F16L 9/12, publ. 06/20/1998).
Известен корпус для высокого давления из композиционных материалов, содержащий цилиндрическую оболочку с установленными на ней на податливых прослойках поясами-шпангоутами (патент RU 2176347 С1, МПК7 F16L 9/12, опубл. 27.11.2001).A well-known casing for high pressure from composite materials containing a cylindrical shell with belt frames mounted on it on malleable layers (patent RU 2176347 C1, IPC 7 F16L 9/12, publ. 11/27/2001).
Известен корпус РДТТ из композиционных материалов, в котором узлы стыка (шпангоуты) крепятся к пластиковой силовой оболочке через слой резины (Конструкции ракетных двигателей на твердом топливе / Под общ. ред. чл.-корр. Российской академии наук, д-ра техн. наук, проф. Л.Н. Лаврова. - М.: Машиностроение, 1993. - 215 с., ил. стр.63).The well-known solid propellant rocket engine case made of composite materials, in which the joint nodes (frames) are attached to the plastic power shell through a rubber layer (Designs of solid propellant rocket engines) / Under the General Editor’s Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences, Doctor of Technical Sciences , Prof. L.N. Lavrova. - M.: Mechanical Engineering, 1993.- 215 p., ill. p. 63).
Все известные конструкции обладают общим недостатком - пониженным уровнем допустимых действующих на пояс-шпангоут осевых сил, определяемых реализуемым уровнем сдвиговых деформаций в податливой прослойке при действии эксплуатационных нагрузок - внутреннего давления совместно с осевой силой.All known constructions have a common drawback - a reduced level of permissible axial forces acting on the belt-frame, determined by the realized level of shear deformations in the compliant layer under the action of operational loads - internal pressure together with axial force.
Известная конструкция корпуса для высокого давления из композиционных материалов по патенту RU 2176347 С1 является наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и достигаемому результату и выбрана в качестве ближайшего аналога (прототипа).The known design of the housing for high pressure from composite materials according to the patent RU 2176347 C1 is the closest to the claimed technical essence and the achieved result and is selected as the closest analogue (prototype).
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение уровня допустимых осевых сил, действующих на пояса-шпангоуты при эксплуатации.The technical problem to which the invention is directed is to increase the level of permissible axial forces acting on the frame belts during operation.
Функционально пояса-шпангоуты предназначены для восприятия и передачи осевых сил от ответных конструкций на силовую оболочку и наоборот - от оболочки, через пояса-шпангоуты к стыкуемым ответным конструкциям.Functionally, the frame belts are designed for the perception and transmission of axial forces from the response structures to the power shell and vice versa - from the shell, through the frame belts to the mating response structures.
В известном соединении пояса-шпангоута с силовой оболочкой через податливую прослойку (слой резиноподобного материала) при действии осевых сил возникают сдвиговые деформации и, соответственно, касательные напряжения. Максимально возможный уровень этих характеристик, определяемый соответствующими предельными характеристиками используемого материала, определяет предельно возможную величину действующих осевых сил. Характер распределения сдвиговых характеристик по длине такого соединения при действии осевых сил - нелинейный с максимумами на границах, причем эти максимумы имеют одинаковый знак.In the well-known connection of the frame-belt with the power shell through a compliant layer (a layer of rubber-like material) under the action of axial forces, shear deformations and, accordingly, shear stresses arise. The maximum possible level of these characteristics, determined by the corresponding limit characteristics of the material used, determines the maximum possible value of the acting axial forces. The character of the distribution of shear characteristics along the length of such a joint under the action of axial forces is nonlinear with maxima at the boundaries, and these maxima have the same sign.
В рассматриваемых корпусах осевые силы на пояса-шпангоуты действуют, в самом нагруженном варианте, одновременно с действием внутреннего давления на силовую оболочку корпуса.In the cases under consideration, the axial forces on the frame belts act, in the most loaded version, simultaneously with the action of internal pressure on the power shell of the case.
При действии внутреннего давления на силовую оболочку в эластичной прослойке также возникают сдвиговые деформации, которые вызваны тем, что оболочка деформируется в осевом направлении (растягивается), а пояс-шпангоут - нет, если не считать его осевую деформацию за счет возникающих в прослойке касательных напряжений, которая сравнительно мала. Характер распределения сдвиговых характеристик по длине рассматриваемого соединения при действии внутреннего давления нелинейный с максимумами на границах, но в этом случае максимумы имеют противоположные знаки.Under the action of internal pressure on the force shell, shear deformations also occur in the elastic layer, which are caused by the fact that the shell is deformed in the axial direction (stretched), and the frame belt is not, except for its axial deformation due to shear stresses arising in the layer, which is relatively small. The nature of the distribution of the shear characteristics along the length of the compound under the action of internal pressure is nonlinear with maxima at the boundaries, but in this case the maxima have opposite signs.
При совместном действии осевой силы и внутреннего давления величина возникающих в податливой прослойке сдвиговых деформаций равна алгебраической сумме деформаций, действующих в каждом отдельном случае, и эта суммарная величина собственно и определяет несущую способность соединения.Under the combined action of axial force and internal pressure, the magnitude of the shear deformations arising in the compliant interlayer is equal to the algebraic sum of the strains acting in each individual case, and this total value actually determines the bearing capacity of the joint.
Для корпусов из композиционных материалов и наиболее часто используемого сочетания нагрузок величины сдвиговых деформаций в обоих случаях примерно одинаковы, и получается, что соединение, предназначенное для восприятия осевых нагрузок, половину своей несущей способности теряет из-за того, что силовая оболочка имеет большие деформации - порядка 2-2,5%.For cases made of composite materials and the most frequently used combination of loads, the values of shear deformations are approximately the same in both cases, and it turns out that a joint designed to absorb axial loads loses half of its bearing capacity due to the fact that the force shell has large deformations of the order 2-2.5%.
Снижение осевых деформаций силовой оболочки позволит снизить уровень сдвиговых деформаций, возникающих от действия внутреннего давления, и, соответственно, повысить долю возможных сдвиговых деформаций, возникающих от осевых сил, в общей величине допустимых деформаций.Reducing axial deformations of the force shell will reduce the level of shear deformations arising from the action of internal pressure, and, accordingly, increase the proportion of possible shear deformations arising from axial forces in the total value of permissible deformations.
Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, заключается в повышении уровня допустимых действующих на пояса-шпангоуты осевых сил за счет снижения осевых деформаций силовой оболочки в зоне расположения пояса-шпангоута.The technical result that can be obtained by using the invention is to increase the level of permissible axial forces acting on the frame belts by reducing the axial deformations of the power shell in the area of the frame belts.
Техническая задача решается, а технический результат достигается тем, что в корпусе для высокого давления из композиционных материалов, содержащем силовую оболочку с цилиндрической частью и выпуклыми днищами, выполненную из спиральных и кольцевых слоев однонаправленного армирующего материала, скрепленных полимерным связующим, с фланцами, расположенными в полюсных отверстиях днищ, облицованную изнутри защитным покрытием, и с расположенными на ней на податливых прослойках поясами-шпангоутами, согласно изобретению силовая оболочка содержит, по меньшей мере, один дополнительный локальный слой, расположенный на ее цилиндрической части в месте нахождения пояса-шпангоута и содержащий однонаправленный армирующий материал на основе высокомодульных нитей, расположенных так, что осевая составляющая от их продольной жесткости находится в диапазоне от 0,9 до 1,0, причем в частных случаях выполнения изобретения локальные слои распределены между слоями силовой оболочки, локальные слои выполнены с разной осевой длиной и расположены по толщине силовой оболочки с убыванием от внутреннего к наружному, локальный слой расположен симметрично относительно центрального сечения пояса-шпангоута, локальный слой выполнен осевой длиной в пределах от 1,0 до 1,2 от осевой длины пояса-шпангоута, в качестве высокомодульных нитей использованы углеродные нити или стеклонити, высокомодульные нити представляют собой расположенные по образующей оболочки уточные нити тканого материала, высокомодульные нити расположены в виде, по меньшей мере, одной непрерывной плоской спирали, охватывающей расположенные в кольцевом направлении нити локального слоя, высокомодульные нити расположены в виде, по меньшей мере, одной непрерывной плоской спирали, охватывающей часть нитей кольцевого слоя силовой оболочки, высокомодульные нити расположены попарно симметрично относительно образующей оболочки в пределах угла от минус 25° до плюс 25°, локальный слой выполнен на основе расположенных по образующей отрезков однонаправленных нитей, предварительно скрепленных между собой, например пленочным клеем, или связующим, или прошивным материалом, или иным способом, в качестве высокомодульных нитей локального слоя используются нити силовой оболочки.The technical problem is solved, and the technical result is achieved by the fact that in the case for high pressure of composite materials containing a power shell with a cylindrical part and convex bottoms, made of spiral and annular layers of unidirectional reinforcing material, fastened with a polymer binder, with flanges located in the pole openings of the bottoms, lined with a protective coating from the inside, and with frames-belts located on it on flexible layers, according to the invention, a power shell with holds at least one additional local layer located on its cylindrical part at the location of the frame-belt and containing unidirectional reinforcing material based on high-modulus threads arranged so that the axial component of their longitudinal stiffness is in the range from 0.9 to 1,0, and in particular cases of the invention, the local layers are distributed between the layers of the power shell, the local layers are made with different axial lengths and are located along the thickness of the power shell with decreasing from the inside earlier to the outer, the local layer is located symmetrically with respect to the central section of the frame belt, the local layer is made with an axial length ranging from 1.0 to 1.2 from the axial length of the frame belt, carbon fibers or glass fibers are used as high-modulus threads, high-modulus threads represent the weft threads of the woven material located along the generatrix of the shell, the high-modulus threads are arranged in the form of at least one continuous planar spiral covering the threads located in the annular direction and the local layer, the high-modulus threads are arranged in the form of at least one continuous flat spiral covering part of the threads of the annular layer of the power shell, the high-modulus threads are arranged in pairs symmetrically relative to the forming shell within an angle from minus 25 ° to plus 25 °, the local layer is made on the basis of segments of unidirectional threads located along the generatrix, pre-bonded to each other, for example with film glue, or a binder, or piercing material, or in another way, as a high-quality nyh local layer yarns are used the yarn structural envelope.
Отличительными от прототипа признаками заявленного корпуса для высокого давления являются следующие:Distinctive features of the prototype features of the claimed housing for high pressure are the following:
а) признаки, обеспечивающие получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны:a) the signs that ensure the receipt of a technical result in all cases to which the requested amount of legal protection applies:
- силовая оболочка содержит, по меньшей мере, один дополнительный локальный слой,- the power shell contains at least one additional local layer,
- расположенный на ее цилиндрической части в месте нахождения пояса-шпангоута,- located on its cylindrical part in the location of the belt-frame,
- и содержащий однонаправленный армирующий материал на основе высокомодульных нитей,- and containing unidirectional reinforcing material based on high modulus threads,
- расположенных так, что осевая составляющая от их продольной жесткости находится в диапазоне от 0,9 до 1,0.- positioned so that the axial component of their longitudinal stiffness is in the range from 0.9 to 1.0.
б) признаки, характеризующие изобретение в частных случаях:b) signs characterizing the invention in special cases:
- локальные слои распределены между слоями силовой оболочки,- local layers are distributed between the layers of the power shell,
- локальные слои выполнены с разной осевой длиной и расположены по толщине силовой оболочки с убыванием от внутреннего к наружному,- local layers are made with different axial lengths and are located along the thickness of the power shell with decreasing from internal to external,
- локальный слой расположен симметрично относительно центрального сечения пояса-шпангоута,- the local layer is located symmetrically relative to the Central section of the belt-frame,
- локальный слой выполнен осевой длиной в пределах от 1,0 до 1,2 от осевой длины пояса-шпангоута,- the local layer is made axial in the range from 1.0 to 1.2 from the axial length of the belt-frame,
- в качестве высокомодульных нитей использованы углеродные нити или стеклонити,- carbon fibers or glass fibers are used as high modulus threads,
- высокомодульные нити представляют собой расположенные по образующей оболочки уточные нити тканого материала,- high-modulus threads are weft threads of the woven material located along the forming sheath,
- высокомодульные нити расположены в виде, по меньшей мере, одной непрерывной плоской спирали, охватывающей расположенные в кольцевом направлении нити локального слоя,- high-modulus filaments are arranged in the form of at least one continuous flat spiral covering the filaments of the local layer located in the annular direction,
- высокомодульные нити расположены в виде, по меньшей мере, одной непрерывной плоской спирали, охватывающей часть нитей кольцевого слоя силовой оболочки,- high-modulus threads are arranged in the form of at least one continuous flat spiral, covering part of the threads of the annular layer of the power shell,
- высокомодульные нити расположены попарно симметрично относительно образующей оболочки в пределах угла от минус 25° до плюс 25°,- high-modulus threads are arranged in pairs symmetrically relative to the generatrix of the shell within the angle from minus 25 ° to plus 25 °,
- локальный слой выполнен на основе расположенных по образующей отрезков однонаправленных нитей, предварительно скрепленных между собой, например пленочным клеем, или связующим, или прошивным материалом, или иным способом,- the local layer is made on the basis of located along the generatrix of segments of unidirectional threads pre-bonded to each other, for example with film glue, or a binder, or piercing material, or in another way,
- в качестве высокомодульных нитей локального слоя используются нити силовой оболочки.- as a high-modulus threads of the local layer, threads of the power shell are used.
Указанные отличительные признаки, каждый в отдельности и все вместе, направлены на достижение заявленного результата и являются существенными. В предшествующем уровне техники представленная в формуле изобретения совокупность известных и отличительных признаков не известна, и, следовательно, изобретение соответствует критерию «новизна».These distinctive features, individually and collectively, are aimed at achieving the stated result and are significant. In the prior art, the totality of the known and distinctive features presented in the claims is not known, and therefore, the invention meets the criterion of "novelty."
Корпус для высокого давления, в отличие от корпуса по прототипу, работоспособен при более широком диапазоне действующих осевых нагрузок за счет снижения осевых деформаций силовой оболочки при действии внутреннего давления и, соответственно, увеличения диапазона допустимых сдвиговых деформаций в податливой прослойке от действия осевых сил.The case for high pressure, in contrast to the case of the prototype, is operable with a wider range of acting axial loads due to the reduction of axial deformations of the power shell under the influence of internal pressure and, accordingly, the increase in the range of permissible shear deformations in the ductile layer from the action of axial forces.
Возможность улучшения эксплуатационных характеристик заявляемого корпуса дополняется частными случаями исполнения, которые позволяют использовать наиболее эффективный вариант технологического процесса и используемого материала в каждом конкретном случае для достижения максимальных массовой и экономической эффективностей с высокой эксплуатационной надежностью.The ability to improve the operational characteristics of the claimed case is supplemented by special cases of execution, which allow you to use the most effective version of the process and the material used in each case to achieve maximum mass and economic efficiency with high operational reliability.
Изобретение поясняется описанием конкретного, но не ограничивающего его, примера реализации и прилагаемыми чертежами.The invention is illustrated by a description of a specific, but not limiting, example of implementation and the accompanying drawings.
На фиг.1 представлен заявленный корпус для высокого давления из композиционных материалов, на фиг.2, 3 - вид сечения силовой оболочки в зоне расположения дополнительных локальных слоев при вариантах расположения пояса-шпангоута на границе цилиндрической части силовой оболочки и внутри границ.Figure 1 presents the claimed housing for high pressure from composite materials, figure 2, 3 is a sectional view of the power shell in the area of additional local layers with options for the location of the belt-frame at the border of the cylindrical part of the power shell and inside the borders.
Корпус для высокого давления из композиционных материалов содержит силовую оболочку 1 с цилиндрической частью 2, выпуклыми днищами 3 и 4, с фланцами 5 и 6, расположенными в полюсных отверстиях днищ 3 и 4, облицованную изнутри защитным покрытием 7, и с расположенными на ней на податливых прослойках 10 поясами-шпангоутами 8 и 9, дополнительные локальные слои 11, расположенные на цилиндрической части силовой оболочки.The case for high pressure made of composite materials contains a power shell 1 with a
Экспериментальная проверка подтвердила повышенную несущую способность соединения силовой оболочки с поясом-шпангоутом при действии осевых сил совместно с внутренним давлением и надежность предложенной конструкции.The experimental verification confirmed the increased load-bearing capacity of the connection of the power shell with the frame-belt under the action of axial forces together with internal pressure and the reliability of the proposed design.
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013154932/06A RU2564481C2 (en) | 2013-12-10 | 2013-12-10 | High pressure casing from composite materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013154932/06A RU2564481C2 (en) | 2013-12-10 | 2013-12-10 | High pressure casing from composite materials |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013154932A RU2013154932A (en) | 2015-06-20 |
| RU2564481C2 true RU2564481C2 (en) | 2015-10-10 |
Family
ID=53433498
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013154932/06A RU2564481C2 (en) | 2013-12-10 | 2013-12-10 | High pressure casing from composite materials |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2564481C2 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5518141A (en) * | 1994-01-24 | 1996-05-21 | Newhouse; Norman L. | Pressure vessel with system to prevent liner separation |
| RU2113648C1 (en) * | 1995-08-10 | 1998-06-20 | Акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения" | Reinforced tube-envelope for high pressure |
| RU2176347C1 (en) * | 2000-04-25 | 2001-11-27 | Открытое акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения" | Housing made of composite materials and capable of withstanding high pressure |
| RU2009146417A (en) * | 2009-12-14 | 2011-06-20 | Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения (RU) | HOUSING FOR HIGH PRESSURE FROM COMPOSITE MATERIALS |
| US8333858B2 (en) * | 2006-02-02 | 2012-12-18 | The Boeing Company | Method for fabricating curved thermoplastic composite parts |
-
2013
- 2013-12-10 RU RU2013154932/06A patent/RU2564481C2/en active IP Right Revival
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5518141A (en) * | 1994-01-24 | 1996-05-21 | Newhouse; Norman L. | Pressure vessel with system to prevent liner separation |
| RU2113648C1 (en) * | 1995-08-10 | 1998-06-20 | Акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения" | Reinforced tube-envelope for high pressure |
| RU2176347C1 (en) * | 2000-04-25 | 2001-11-27 | Открытое акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения" | Housing made of composite materials and capable of withstanding high pressure |
| US8333858B2 (en) * | 2006-02-02 | 2012-12-18 | The Boeing Company | Method for fabricating curved thermoplastic composite parts |
| RU2009146417A (en) * | 2009-12-14 | 2011-06-20 | Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения (RU) | HOUSING FOR HIGH PRESSURE FROM COMPOSITE MATERIALS |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013154932A (en) | 2015-06-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10189578B2 (en) | Self-balancing pressure bulkhead | |
| US10584508B2 (en) | Composite sleeve rod axial dampener for buildings and structures | |
| EP2365186B1 (en) | Improvements relating to layered composite components | |
| KR102048508B1 (en) | Triaxial fiber-reinforced composite laminate | |
| US20080105114A1 (en) | Composite containment of high energy debris and pressure | |
| JP2006316845A (en) | Cylinder barrel | |
| US10619767B2 (en) | Tubular pipe with a composite holding strip | |
| BR0214550B1 (en) | flexible malleable submarine conduit for transporting a fluid. | |
| US20070031246A1 (en) | Containment casing | |
| EP3095688A1 (en) | A pressure bulkhead for an aircraft fuselage, and an aircraft comprising such a pressure bulkhead | |
| EP1579141B1 (en) | A flexible pipe connected to an end fitting | |
| US4570979A (en) | Flexible joint means | |
| RU2564481C2 (en) | High pressure casing from composite materials | |
| Elsayed et al. | Optimal design analysis of composite submersible pressure hull | |
| RU2441798C1 (en) | Housing for the external pressure made of composite materials | |
| CN110360389A (en) | A kind of auxetic composite material conduit and transfer pipeline | |
| RU2367838C1 (en) | Angular reinforced rubber compensator | |
| RU2458813C1 (en) | Strong composite bulkhead between compartments of submarine vessel | |
| RU197021U1 (en) | POWER STRUCTURE OF SPACE VEHICLE HOUSING | |
| WO2015170094A1 (en) | Liquid storage system | |
| US5467889A (en) | Nestable elastic fuel tank and method for making same | |
| US20160356286A1 (en) | Containment casing | |
| ES2813925T3 (en) | Composite material | |
| US20090159145A1 (en) | Hose with composite layer | |
| US20210317890A1 (en) | Arrangement for transferring torsion torque, particularly in the form of a torsion spring or drive shaft made of composite fiber materials in order to achieve a high specific material usage |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| HC9A | Changing information about inventors | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201211 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20211222 |