RU2570260C2 - Баллон из композиционного материала - Google Patents
Баллон из композиционного материала Download PDFInfo
- Publication number
- RU2570260C2 RU2570260C2 RU2014117873/02A RU2014117873A RU2570260C2 RU 2570260 C2 RU2570260 C2 RU 2570260C2 RU 2014117873/02 A RU2014117873/02 A RU 2014117873/02A RU 2014117873 A RU2014117873 A RU 2014117873A RU 2570260 C2 RU2570260 C2 RU 2570260C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bottoms
- revolution
- shell
- layers
- reinforcement
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Abstract
Изобретение относится к машиностроению, а именно к баллонам из композиционного материала, получаемым методом непрерывной намотки армирующей нити, и может быть использовано при создании твердотопливных двигателей ракет, в химическом машиностроении, а также в других отраслях промышленности. В баллоне из композиционного материала днища с центральными полюсными отверстиями соединены оболочкой вращения, выполненной из перекрестных прямых нитей, которые образуют поверхность однополостного гиперболоида вращения, поверх ее намотаны кольцевые слои. Оболочка вращения может содержать армированные сферические участки сопряжения днищ и однополостного гиперболоида вращения, идентичные экваториальным участкам днищ. Расширяются технологические возможности. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к машиностроению, а именно к баллонам из композиционного материала (КМ), получаемым методом непрерывной намотки армирующей нити (ленты, жгута), и может быть использовано при создании твердотопливных двигателей ракет (РДТТ), в химическом машиностроении, а также в других отраслях промышленности.
Из технической и патентной литературы широко известны конструкции цельномотанных баллонов из КМ, содержащих два сфероподобных днища с полюсными отверстиями, соединенные между собой цилиндрической оболочкой (см. Росато Д.В., Грове К.С. Намотка стеклонитью. - М.: Машиностроение, 1969. С. 212, рис. 7.25).
В книге (Образцов И.Ф., Васильев В.В., Бунаков В.А. Оптимальное армирование оболочек вращения из композиционных материалов. - М.: Машиностроение, 1977. С. 51, рис. 2.5) показан баллон с центральными полюсными отверстиями, в котором цилиндрическая оболочка выполнена из спиральных и кольцевых слоев армирующего материала, что и днища (прототип).
В баллоне, выполненном путем плоскостной намотки (армирующая нить укладывается в плоскости, соединяющей диаметрально противоположные точки полюсных отверстий), цилиндрическая оболочка, соединяющая днища, также выполнена из спиральных и кольцевых слоев армирующего материала.
Для цилиндрической оболочки минимальной массы, имеющей достаточную прочность при действии внутреннего давления, толщины спиральных hc и кольцевых hk слоев определяются по известным формулам (см., например, Елпатьевский А.Н., Васильев В.В. Прочность цилиндрических оболочек из армирующих материалов. - М.: Машиностроение, 1972. С. 75):
где Р - величина расчетного внутреннего давления;
Ra - величина внутреннего радиуса оболочки;
σв - предел прочности армирующего материала в направлении армирования (вдоль нити);
φа - угол армирования спиральных слоев на экваторе днища.
Таким образом, толщина цилиндрической оболочки складывается из суммы толщины спиральных hc и кольцевых hk слоев:
Наружный диаметр баллона составляет
В условиях ограничения габаритов баллона при обеспечении наибольшего его внутреннего объема (что важно для корпуса РДТТ) толщина цилиндрической части баллона играет немаловажную роль. Поэтому уменьшение толщины оболочки, следовательно, и массы баллона является важной задачей в вопросе его массовой эффективности.
Технической задачей является снижение массы баллона и увеличение его внутреннего объема путем формоизменения его цилиндрической части.
Сущность изобретения заключается в том, что в баллоне из композиционного материала, содержащем образованные непрерывной намоткой слоев армирующей нити из одного материала сфероподобные днища с центральными полюсными отверстиями и оболочку вращения, расположенную между экваторами сфероподобных днищ и сопряженную с ними, оболочка вращения выполнена в виде участка поверхности однополостного гиперболоида вращения, а его сопряжение с экваториальными поверхностями сфероподобных днищ выполнено в виде участков сопряжения, при этом поверх участка поверхности однополостного гиперболоида вращения намотаны кольцевые слои армирующей нити.
Возможно выполнение поверхности участков сопряжения однополостного гиперболоида вращения с экваториальными поверхностями сфероподобных днищ сферическими.
Результат достигается тем, что между экваторами днищ в продольном направлении армирующий материал укладывается не по спиральной траектории, а по прямой линии, семейство таких линий образует однополостную гиперболическую оболочку вращения (см. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. - М.: Наука, 1964. С. 208, рис. 192). Сопряжение сфероподобных поверхностей днищ и однополостной гиперболической поверхности осуществляется участками сферической поверхности. При непрерывной намотке баллона армирующей нитью сопрягаемые поверхности получаются автоматически на сфероподобных поверхностях оправки.
На фиг. 1 приведена предлагаемая конструкция баллона с разнополюсными днищами 1 и 2, с фланцами 3 и 4. Днища соединены между собой оболочкой, выполненной прямыми армирующими нитями 5, уложенными на однополостную гиперболическую поверхность вращения 6 с углом армирования φa2 (участок В).
Сопряжение гиперболического участка В с сфероподобными поверхностями днищ осуществляется участками А и С сферической поверхности, аналогичными экваториальной поверхности днищ. Для сферических участков А и С, как и для днищ, не требуется кольцевая арматура.
Поверх гиперболической оболочки намотаны кольцевые слои армирующего материала 7 на длине L1 меньшей длины L между экваторами днищ (фиг. 2). Для нее толщина спиральных слоев hc определяется по формуле (1), толщина кольцевых слоев hk определяется по формуле
где Р - величина расчетного внутреннего давления;
R - величина внутреннего радиуса оболочки;
σв - предел прочности армирующего материала в направлении армирования (вдоль нити).
Из формул (2) и (5) следует, что толщина кольцевых слоев гиперболической оболочки больше толщины кольцевых слоев цилиндрической оболочки, но так как длина L1 гиперболической оболочки меньше длины L укладки кольцевой арматуры цилиндрической оболочки, то масса требуемой кольцевой арматуры гиперболической оболочки не превышает массу кольцевой арматуры цилиндрической оболочки.
Масса продольной арматуры предлагаемой конструкции баллона меньше массы спиральной арматуры вследствие меньшей длины армирующей нити, уложенной между экваторами днищ. На фиг. 2 приведена плоскость укладки нитей спиральной (СА) и продольной (ПА) арматуры, а на фиг. 3 показаны траектории их укладки в плоскости (сечение А-А, фиг. 2), из которой видно, что нить продольной арматуры короче нити спиральной арматуры.
При одинаковом наружном диаметре D баллонов известной и предлагаемой конструкции, последний имеет внутренний объем не меньше объема первого вследствие большего радиуса внутренней поверхности днищ на величину, равной толщине кольцевых слоев, это видно из соотношений (3) и (4):
- для баллона известной конструкции
Ra=0,5·D-hc-hk;
- для баллона, приведенного на фиг. 1,
Ra=0,5·D-hc.При изготовлении баллона сначала подготавливают оправку, наружный профиль днищ, участков сопряжения и гиперболического участка которой выполняют согласно расчету, исходя из параметров баллона - величины внутреннего радиуса и угла армирования спиральных слоев на экваторах днищ, а также длины баллона. Затем проводят намотку продольных слоев на оправку, имеющую расчетные профили днищ, гиперболического участка и участков сопряжения. При этом расчетный профиль гиперболического участка выполняется так, что армирующие нити на этом участке являются прямыми линиями. Затем наматывают кольцевые слои на гиперболическом участке.
При намотке же баллона с цилиндрической оболочкой необходимо чередование спиральных и кольцевых слоев для обеспечения их надежного скрепления, иначе при нагружении баллона внутренним давлением произойдет отслоение спиральной арматуры от кольцевой. Процесс такой намотки удлиняется из-за необходимости частой смены программ намотки.
В баллоне предлагаемой конструкции кольцевая арматура расположена в кинематически устойчивой зоне, максимальный диаметр которой не превышает наружный диаметр днищ как в исходном, так и в деформированном состоянии, поэтому в нем нет необходимости чередования продольных и кольцевых слоев, что сокращает процесс намотки баллона.
Данное изобретение позволяет создать новые конструкции баллонов высокой массовой эффективности с небольшой трудоемкостью и сроком изготовления.
Claims (2)
1. Баллон из композиционного материала, содержащий образованные непрерывной намоткой слоев армирующей нити из одного материала сфероподобные днища с центральными полюсными отверстиями и оболочку вращения, расположенную между экваторами сфероподобных днищ и сопряженную с ними, отличающийся тем, что оболочка вращения выполнена в виде участка поверхности однополостного гиперболоида вращения, а его сопряжение с экваториальными поверхностями сфероподобных днищ выполнено в виде участков сопряжения, при этом поверх участка поверхности однополостного гиперболоида вращения намотаны кольцевые слои армирующей нити.
2. Баллон по п. 1, отличающийся тем, что поверхности участков сопряжения однополостного гиперболоида вращения с экваториальными поверхностями сфероподобных днищ выполнены сферическими.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014117873/02A RU2570260C2 (ru) | 2014-04-30 | 2014-04-30 | Баллон из композиционного материала |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014117873/02A RU2570260C2 (ru) | 2014-04-30 | 2014-04-30 | Баллон из композиционного материала |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014117873A RU2014117873A (ru) | 2015-11-10 |
RU2570260C2 true RU2570260C2 (ru) | 2015-12-10 |
Family
ID=54536235
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014117873/02A RU2570260C2 (ru) | 2014-04-30 | 2014-04-30 | Баллон из композиционного материала |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2570260C2 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2051307C1 (ru) * | 1992-09-23 | 1995-12-27 | Научно-производственное предприятие "Урал-фактор" | Баллон давления |
RU2205330C1 (ru) * | 2001-10-04 | 2003-05-27 | Тадтаев Владимир Ираклиевич | Композитный баллон высокого давления и способ его изготовления |
UA15026U (en) * | 2005-11-24 | 2006-06-15 | Kharkiv State Zooveterinary Ac | Device for catheterization of urethra and urinary bladder in bulls |
WO2006076029A2 (en) * | 2004-05-20 | 2006-07-20 | The Usa As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics & Space Administration(Nasa) | Pressure vessel with improved impact resistance and method of making the same |
-
2014
- 2014-04-30 RU RU2014117873/02A patent/RU2570260C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2051307C1 (ru) * | 1992-09-23 | 1995-12-27 | Научно-производственное предприятие "Урал-фактор" | Баллон давления |
RU2205330C1 (ru) * | 2001-10-04 | 2003-05-27 | Тадтаев Владимир Ираклиевич | Композитный баллон высокого давления и способ его изготовления |
WO2006076029A2 (en) * | 2004-05-20 | 2006-07-20 | The Usa As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics & Space Administration(Nasa) | Pressure vessel with improved impact resistance and method of making the same |
UA15026U (en) * | 2005-11-24 | 2006-06-15 | Kharkiv State Zooveterinary Ac | Device for catheterization of urethra and urinary bladder in bulls |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2014117873A (ru) | 2015-11-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3495494A (en) | Threaded plastic member with a reinforced thread | |
CN102802925B (zh) | 复合连杆制造方法和根据该方法得到的连杆 | |
US2829671A (en) | Reinforced hose | |
US2481001A (en) | Coupling for flexible hose | |
GB2535925A (en) | Connection end-fitting of a flexible pipe with the armour threads anchored by trapping | |
US11543077B2 (en) | Pressure vessel | |
MY194447A (en) | High-pressure composite vessel and the method of manufacring high-pressure composite vessel | |
DK2689175T3 (en) | Assembly of a connecting piece and a flexible pipe for transporting a fluid in a marine environment and method of assembling the connecting piece | |
CN108097762B (zh) | 一种具有新型结构的直径可调的柔性芯棒 | |
RU2570260C2 (ru) | Баллон из композиционного материала | |
RU2015147725A (ru) | Соединительная конструкция между телом трубы и замком бурильной трубы из алюминиевого сплава | |
CN205843496U (zh) | 一种环形结构延期件及其应用的高段别雷管 | |
RU2558506C1 (ru) | Оболочечная конструкция и способ ее изготовления | |
WO2011093737A1 (ru) | Метало композитный баллон давления | |
JPH10119138A (ja) | フィラメントワインディング製圧力容器の製造方法 | |
CN103883522B (zh) | 一种锥螺杆-衬套副的曲面成形方法 | |
RU2319061C1 (ru) | Корпус для высокого давления из композиционных материалов | |
WO2013162428A1 (en) | Vessel for compressed gas, liner and method of manufacturing vessel | |
RU2471112C1 (ru) | Электроизолирующее соединение для трубопровода | |
RU2570263C1 (ru) | Баллон из композиционного материала | |
NL8104135A (nl) | Met vezels versterkt t-stuk uit kunststofmateriaal voor leidingen. | |
RU2637596C1 (ru) | Оболочка из композиционного материала и способ изготовления оболочки из композиционного материала | |
RU2439425C2 (ru) | Металло-композитный баллон давления | |
US20200399847A1 (en) | Pneumatic fender | |
RU2008134619A (ru) | Баллон высокого давления |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
HZ9A | Changing address for correspondence with an applicant | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180501 |