RU2670289C2 - Способ изготовления силовой оболочки полимерно-композитного газового баллона высокого давления - Google Patents

Способ изготовления силовой оболочки полимерно-композитного газового баллона высокого давления Download PDF

Info

Publication number
RU2670289C2
RU2670289C2 RU2017111501A RU2017111501A RU2670289C2 RU 2670289 C2 RU2670289 C2 RU 2670289C2 RU 2017111501 A RU2017111501 A RU 2017111501A RU 2017111501 A RU2017111501 A RU 2017111501A RU 2670289 C2 RU2670289 C2 RU 2670289C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
winding
angle
cylinder
horizontal axis
spiral
Prior art date
Application number
RU2017111501A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2017111501A3 (ru
RU2017111501A (ru
Inventor
Талгат Гилмуллович Фаткуллин
Алексей Владимирович Гуськов
Ирина Владимировна Шевцова
Елена Геннадьевна Монахова
Original Assignee
Акционерное общество "Дзержинское производственное объединение "Пластик"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Дзержинское производственное объединение "Пластик" filed Critical Акционерное общество "Дзержинское производственное объединение "Пластик"
Priority to RU2017111501A priority Critical patent/RU2670289C2/ru
Priority to PCT/RU2018/000193 priority patent/WO2018182459A2/ru
Publication of RU2017111501A3 publication Critical patent/RU2017111501A3/ru
Publication of RU2017111501A publication Critical patent/RU2017111501A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2670289C2 publication Critical patent/RU2670289C2/ru

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS 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
    • F17C1/00Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge
    • F17C1/02Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge involving reinforcing arrangements
    • F17C1/04Protecting sheathings
    • F17C1/06Protecting sheathings built-up from wound-on bands or filamentary material, e.g. wires
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS 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
    • F17C1/00Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способам изготовления силовой оболочки полимерно-композитного газового баллона высокого давления. Способ включает намотку на внутреннюю газонепроницаемую оболочку армирующего углеволокна в виде ленты, пропитанной эпоксидным связующим, по следующей схеме армирования: кольцевой виток под углом намотки 87,81°, спиральный виток под углом намотки 14,2°, спиральный виток под углом намотки 14,1°, кольцевой виток под углом намотки 87,72°, спиральный виток под углом намотки 20,0°, кольцевой виток под углом намотки 87,76°, спиральный виток под углом намотки 14,4°, кольцевой виток под углом намотки 87,79°. Далее формируют защитный слой силовой оболочки, выполненный путем намотки сформированной из стеклоровинга ленты, пропитанной эпоксидным связующим, по следующей схеме армирования: спиральный виток под углом намотки 13,6°, спиральный виток под углом намотки 30,0°, спиральный виток под углом намотки 40,0°, спиральный виток под углом намотки 65,0°, спиральный виток под углом намотки 70,0°, кольцевой виток под углом намотки 88,1°. Углы намотки определяются по отношению к горизонтальной оси баллона. Затем осуществляют термообработку силовой оболочки. Технический результат заключается в повышении весовой эффективности. 4 з.п. ф-лы, 2 табл.

Description

Изобретение относится к способам изготовления силовой оболочки полимерно-композитного газового баллона высокого давления (далее - баллон тип КПГ-4), предназначенного для хранения на транспортном средстве природного газа как топлива. Из уровня техники известны различные способы изготовления силовых оболочек полимерно-композитных газовых баллонов (RU 2175088, RU 2234021, US 08727174, ЕР 2581638, US 20160084437, ЕР 2418412).
Наиболее близким аналогом заявляемого способа является способ изготовления силовой оболочки полимерно-композитного газового баллона высокого давления тип КПГ-4, предназначенного для хранения на транспортном средстве природного газа как топлива, включающий намотку на внутреннюю газонепроницаемую оболочку баллона армирующего волокна в виде ленты, спиральными витками (ЕР 2418412). Недостатком наиболее близкого аналога является низкая весовая эффективность за счет отсутствия гибридной структуры силовой оболочки.
Задачей заявляемого способа является создание силовой оболочки баллона тип КПГ-4, изготовленной по схеме армирования для комбинированной композиционной оболочки в определенном соотношении углеродного и стеклянного армирующего волокна, т.е. имеющей гибридную структуру и обеспечивающей оптимальные технические характеристики баллона тип КПГ-4 и необходимую прочность. Задача решается тем, что способ изготовления силовой оболочки баллона тип КПГ-4, включает намотку на внутреннюю газонепроницаемую оболочку баллона тип КПГ-4 армирующего углеволокна в виде ленты, предварительно пропитанной эпоксидным связующим, по следующей схеме армирования:
- кольцевой виток под углом намотки 87,81° к горизонтальной оси баллона,
- спиральный виток под углом намотки 14,2° к горизонтальной оси баллона,
- спиральный виток под углом намотки 14,1° к горизонтальной оси баллона,
- кольцевой виток под углом намотки 87,72° к горизонтальной оси баллона,
- спиральный виток под углом намотки 20,0° к горизонтальной оси баллона,
- кольцевой виток под углом намотки 87,76° к горизонтальной оси баллона,
- спиральный виток под углом намотки 14,4° к горизонтальной оси баллона,
- кольцевой виток под углом намотки 87,79° к горизонтальной оси баллона.
После чего осуществляют формирование защитного слоя, являющегося неотъемлемой частью силовой оболочки, выполненного путем намотки сформированной из стеклоровинга ленты, предварительно пропитанной упомянутым эпоксидным связующим, по следующей схеме армирования:
- спиральный виток под углом намотки 13,6° к горизонтальной оси баллона,
- спиральный виток под углом намотки 30,0° к горизонтальной оси баллона,
- спиральный виток под углом намотки 40,0° к горизонтальной оси баллона,
- спиральный виток под углом намотки 65,0° к горизонтальной оси баллона,
- спиральный виток под углом намотки 70,0° к горизонтальной оси баллона,
- кольцевой виток под углом намотки 88,1° к горизонтальной оси баллона,
и последующую термообработку комбинированной композиционной силовой оболочки баллона тип КПГ-4.
Вышеуказанной совокупностью достигается технический результат, заключающийся в создании конструкции нового полимерно-композитного газового баллона высокого давления, имеющего гибридную структуру композиционной силовой оболочки, обеспечивающей оптимальные технические характеристики, в частности высокую весовую эффективностью (0,42 кг/л.).
В частном случае выполнения заявляемого изобретения в качестве армирующего углеволокна могут использовать углеволокно марки 37-800WD 30K или Tansome Н2550 24K, или Torayca Т 700SC 24 K, или Aksa А-49 24К.
В частном случае выполнения заявляемого изобретения баллон тип КПГ-4 может иметь следующие габаритные размеры: длина баллона равна 1360 мм, наружный диаметр баллона равен 327 мм, объем баллона 80 л, рабочее давление 250 бар. В частном случае выполнения заявляемого изобретения упомянутое эпоксидное связующее для пропитки каждой из упомянутых лент может содержать эпоксидную смолу марки ARALDITE LY 564 SP, ангидридный отвердитель марки ARADUR 917, аминовый ускоритель отверждения марки ACCELERATOR 960 при следующем соотношении компонентов, мас. доля, %:
- эпоксидная смола марки ARALDITE LY 564 SP - 49,8
- ангидридный отвердитель марки ARADUR 917 - 48,8
- аминовый ускоритель отверждения марки ACCELERATOR 960 - 1,4.
В частном случае выполнения заявляемого изобретения каждую из упомянутых лент для намотки могут выполнять из 4 жгутов, намотку армирующего угле- стекловолокна в виде ленты осуществляют с натяжением 17±3 Н/жгут, массовая доля связующего 31-33 %, волокна 67-69 %, при этом предварительную пропитку армирующего угле- стекловолокна в виде ленты упомянутым связующим осуществляют в ванне с температурой связующего 40°С, а отверждение оболочки при последующей термической обработке оболочки осуществляют в течение ≥45 минут при температуре 65 +5°С, затем повышают температуру до 95 + 5°С на ≥4 часов.
Пример осуществления заявленного способа.
Технологическая схема производства баллона тип КПГ-4 состоит из следующих процессов:
- Выдув (производство полиэтиленового лейнера);
- Подготовка лейнера для намотки силовой оболочки: интеграции шифтов в лейнер, образования пластиковой резьбы для вентилей, вкручивание вентилей в лейнер, обработка пламенем, предварительный наддув и тест на герметичность лейнеров.
- Намотка в два этапа для создания комбинированной композиционной силовой оболочки баллона:
1 этап - намотка на внутреннюю газонепроницаемую оболочку баллона армирующего углеволокна в виде ленты, предварительно пропитанной эпоксидным связующим по следующей схеме армирования: кольцевой виток под углом намотки 87,81° к горизонтальной оси баллона, спиральный виток под углом намотки 14,2° к горизонтальной оси баллона, спиральный виток под углом намотки 14,1° к горизонтальной оси баллона, кольцевой виток под углом намотки 87,72° к горизонтальной оси баллона, спиральный виток под углом намотки 20,0° к горизонтальной оси баллона, кольцевой виток под углом намотки 87,76° к горизонтальной оси баллона, спиральный виток под углом намотки 14,4° к горизонтальной оси баллона, кольцевой виток под углом намотки 87,79° к горизонтальной оси баллона;
2 этап - формирование защитного слоя силовой оболочки, являющегося неотъемлемой частью силовой оболочки, выполненного путем намотки сформированной из стеклоровинга ленты, предварительно пропитанной упомянутым эпоксидным связующим по следующей схеме армирования: спиральный виток под углом намотки 13,6° к горизонтальной оси баллона, спиральный виток под углом намотки 30,0° к горизонтальной оси баллона, спиральный виток под углом намотки 40,0° к горизонтальной оси баллона, спиральный виток под углом намотки 65,0° к горизонтальной оси баллона,
спиральный виток под углом намотки 70,0° к горизонтальной оси баллона;
- Термообработка: ≥45 минут при температуре 65 ±5°С, затем повышение температуры до 95 ± 5°С на ≥4 часов;
- Обработки баллонов после отверждения (взвешивание, испытание на герметичность, приклеивание этикеток).
- Гидравлическое испытание баллонов тип КПГ-4 давлением 30,0 МПа.
- Упаковка готовых баллонов тип КПГ-4.
В таблице 1 представлены характеристики баллона тип КПГ-4, полученного заявляемым способом.
При намотке на первом этапе использовали углеродное волокно марки 37-800WD 30K ТУ CF-036, вер. 3 (производитель - компания Grafil Inc.), допустимый аналог - углеволокно марки Tansome Н2550 24K или Torayca Т 700SC 24 K, или Aksa А-49 24К.
Качественные характеристики углеродного волокна представлены в таблице 2.
При намотке на втором этапе использовали стеклоровинг SE 2400 tex Owens Corning, Advantex®.
В качестве эпоксидного связующего для пропитки ленты использовали эпоксидную смолу марки ARALDITE LY 564 SP, ангидридный отвердитель марки ARADUR 917, аминовый ускоритель отверждения марки ACCELERATOR 960 при следующем соотношении компонентов, мас. доля, %: эпоксидная смола марки ARALDITE LY 564 SP - 49,8, ангидридный отвердитель марки ARADUR 917 - 48,8, аминовый ускоритель отверждения марки ACCELERATOR 960 - 1,4.
Качественные характеристики эпоксидного связующего:
жизнеспособность при 40°С: 6-8 ч, вязкость при 25°С: прибл. 500 МПа*сек, температура отверждения: максимум 100°С, температура стеклования (TG) +/-100°С, прочность на сдвиг: минимум 13.8 МПа (в отвержденном виде).
Таким образом, заявляемым способом получена силовая оболочки полимерно-композитного газового баллона высокого давления, предназначенного для хранения на транспортном средстве природного газа как топлива, имеющая гибридную структуру и обеспечивающей оптимальные характеристики баллона тип КПГ-4, в частности высокую весовую эффективностью (0,42 кг/л.)
Figure 00000001
Figure 00000002

Claims (22)

1. Способ изготовления силовой оболочки баллона типа КПГ-4, включающий намотку на внутреннюю газонепроницаемую оболочку баллона армирующего углеволокна в виде ленты, предварительно пропитанной эпоксидным связующим, по следующей схеме армирования:
- кольцевой виток под углом намотки 87,81° к горизонтальной оси баллона,
- спиральный виток под углом намотки 14,2° к горизонтальной оси баллона,
- спиральный виток под углом намотки 14,1° к горизонтальной оси баллона,
- кольцевой виток под углом намотки 87,72° к горизонтальной оси баллона,
- спиральный виток под углом намотки 20,0° к горизонтальной оси баллона,
- кольцевой виток под углом намотки 87,76° к горизонтальной оси баллона,
- спиральный виток под углом намотки 14,4° к горизонтальной оси баллона,
- кольцевой виток под углом намотки 87,79° к горизонтальной оси баллона,
с последующим формированием защитного слоя силовой оболочки, являющегося неотъемлемой частью силовой оболочки, выполненного путем намотки сформированной из стеклоровинга ленты, предварительно пропитанной упомянутым эпоксидным связующим, по следующей схеме армирования:
- спиральный виток под углом намотки 13,6° к горизонтальной оси баллона,
- спиральный виток под углом намотки 30,0° к горизонтальной оси баллона,
- спиральный виток под углом намотки 40,0° к горизонтальной оси баллона,
- спиральный виток под углом намотки 65,0° к горизонтальной оси баллона,
- спиральный виток под углом намотки 70,0° к горизонтальной оси баллона,
- кольцевой виток под углом намотки 88,1° к горизонтальной оси баллона,
и последующую термообработку силовой углестеклопластиковой оболочки.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве армирующего углеволокна используют углеволокно марки 37-800WD 30K, или Tansome Н2550 24K, или Torayca Т 700SC 24 K, или Aksa А-49 24К.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что баллон типа КПГ-4 имеет следующие габаритные размеры: длина баллона равна 1360 мм, наружный диаметр баллона равен 327 мм, объем баллона 80 л, рабочее давление 250 бар.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что упомянутое эпоксидное связующее для пропитки каждой из упомянутых лент содержит эпоксидную смолу марки ARALDITE LY 564 SP, ангидридный отвердитель марки ARADUR 917, аминовый ускоритель отверждения марки ACCELERATOR 960 при следующем соотношении компонентов, мас. доля, %:
эпоксидная смола марки ARALDITE LY 564 SP 49,8 ангидридный отвердитель марки ARADUR 917 48,8 аминовый ускоритель отверждения марки ACCELERATOR 960 1,4
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что каждую из упомянутых лент для намотки выполняют из 4 жгутов, намотку армирующего углестекловолокна в виде ленты осуществляют с натяжением 17±3 Н/жгут, массовая доля связующего 31-33%, волокна 67-69%, при этом предварительную пропитку армирующего углестекловолокна в виде ленты упомянутым связующим осуществляют в ванне с температурой связующего 40°C, а отверждение оболочки при последующей термической обработке оболочки осуществляют в течение ≥45 мин при температуре 65±5°C, затем повышают температуру до 95±5°C на ≥4 ч.
RU2017111501A 2017-03-30 2017-03-30 Способ изготовления силовой оболочки полимерно-композитного газового баллона высокого давления RU2670289C2 (ru)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017111501A RU2670289C2 (ru) 2017-03-30 2017-03-30 Способ изготовления силовой оболочки полимерно-композитного газового баллона высокого давления
PCT/RU2018/000193 WO2018182459A2 (ru) 2017-03-30 2018-03-30 Способ изготовления силовой оболочки полимерно-композитного газового баллона высокого давления

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017111501A RU2670289C2 (ru) 2017-03-30 2017-03-30 Способ изготовления силовой оболочки полимерно-композитного газового баллона высокого давления

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2017111501A3 RU2017111501A3 (ru) 2018-10-04
RU2017111501A RU2017111501A (ru) 2018-10-04
RU2670289C2 true RU2670289C2 (ru) 2018-10-22

Family

ID=63677652

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017111501A RU2670289C2 (ru) 2017-03-30 2017-03-30 Способ изготовления силовой оболочки полимерно-композитного газового баллона высокого давления

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2670289C2 (ru)
WO (1) WO2018182459A2 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2750827C1 (ru) * 2020-12-01 2021-07-05 Олег Станиславович Клюнин Способ изготовления баллона высокого давления и устройство для пропитки армирующего материала связующим для его осуществления
RU2765217C1 (ru) * 2020-12-30 2022-01-26 Закрытое акционерное общество Научно-производственное предприятие "Маштест" Металлокомпозитный баллон для дыхательного аппарата
RU213938U1 (ru) * 2022-07-11 2022-10-05 Акционерное общество "Дзержинское производственное объединение "Пластик" Большеразмерный баллон для компримированного газообразного водорода с полимерно-композитной оболочкой

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10220691A (ja) * 1997-02-06 1998-08-21 Nkk Corp Frp圧力容器
RU8774U1 (ru) * 1998-02-09 1998-12-16 Дочернее открытое акционерное общество "Оргэнергогаз" Российского акционерного общества "Газпром" Комбинированный баллон для хранения сжатого газа
US6190481B1 (en) * 1995-12-04 2001-02-20 Toray Industries, Inc. Pressure vessel and process for producing the same
RU2190150C1 (ru) * 2001-06-28 2002-09-27 Открытое акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения" Армированная оболочка для высокого давления из слоистого композиционного материала (варианты)
EP2418412A1 (en) * 2009-04-10 2012-02-15 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Tank and fabrication method thereof

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6190481B1 (en) * 1995-12-04 2001-02-20 Toray Industries, Inc. Pressure vessel and process for producing the same
JPH10220691A (ja) * 1997-02-06 1998-08-21 Nkk Corp Frp圧力容器
RU8774U1 (ru) * 1998-02-09 1998-12-16 Дочернее открытое акционерное общество "Оргэнергогаз" Российского акционерного общества "Газпром" Комбинированный баллон для хранения сжатого газа
RU2190150C1 (ru) * 2001-06-28 2002-09-27 Открытое акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения" Армированная оболочка для высокого давления из слоистого композиционного материала (варианты)
EP2418412A1 (en) * 2009-04-10 2012-02-15 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Tank and fabrication method thereof

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2750827C1 (ru) * 2020-12-01 2021-07-05 Олег Станиславович Клюнин Способ изготовления баллона высокого давления и устройство для пропитки армирующего материала связующим для его осуществления
RU2765217C1 (ru) * 2020-12-30 2022-01-26 Закрытое акционерное общество Научно-производственное предприятие "Маштест" Металлокомпозитный баллон для дыхательного аппарата
RU213938U1 (ru) * 2022-07-11 2022-10-05 Акционерное общество "Дзержинское производственное объединение "Пластик" Большеразмерный баллон для компримированного газообразного водорода с полимерно-композитной оболочкой

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018182459A2 (ru) 2018-10-04
RU2017111501A3 (ru) 2018-10-04
WO2018182459A3 (ru) 2019-01-24
RU2017111501A (ru) 2018-10-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100594658B1 (ko) 가공 송전선의 인장선용 섬유강화 플라스틱 선재, 그제조방법 및 이를 이용한 가공 송전선
US20150292677A1 (en) Method of manufacturing a compressed gas cylinder
RU2670289C2 (ru) Способ изготовления силовой оболочки полимерно-композитного газового баллона высокого давления
US20170191618A1 (en) Method for manufacturing a pressure vessel
CN106989265B (zh) 高压罐的制造方法
RU2013126414A (ru) Эпоксидная полимерная композиция для армированного волокнами композитного материала, препрег и армированный волокнами композитный материал
CN101123131A (zh) 一种以拉挤棒为内芯的复合支柱绝缘子及其制造方法
KR101756678B1 (ko) 카본섬유 강화 복합소재 스프링 제조방법
CN102211405A (zh) 轻质高压复合材料气瓶成型工艺
CN103906620A (zh) 压缩气体罐及其制造方法
US6325108B1 (en) Prestressed composite cryogenic piping
CN104743087B (zh) 一种船舶用三维编织复合材料螺旋桨叶片及其制备方法
CN109282139B (zh) 一种复合材料气瓶及其制备方法
KR102318066B1 (ko) 압력용기의 제조방법
CN105090305A (zh) 一种复合材料中空弹簧及制备方法和制备模具
DE102014215718A1 (de) Hochdruckgasbehälter für ein Kraftfahrzeug sowie Verfahren zur Herstellung eines Hochdruckgasbehälters
JP2012052588A (ja) 圧力容器の製造法および圧力容器
CN112477082A (zh) 一种碳纤维复合材料结构层的缠绕成型方法
CN108466437A (zh) 用于带法兰边包容机匣的二维多向预浸布的制备及其应用
US20230226783A1 (en) Method for Post-Curing a Profile of Fibre-Reinforced Plastic Material
RU2568725C1 (ru) Способ изготовления объемно армированного композиционного материала
JPWO2023062999A5 (ru)
KR101794469B1 (ko) 압력 용기용 수지 조성물 및 이를 포함하는 압력 용기
CN113646556B (zh) 具有碳纤维和玻璃纤维层的复合线圈弹簧
Ekanthappa et al. Fabrication & experimentation of the glass-epoxy helical spring reinforced with graphite powder

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: PLEDGE FORMERLY AGREED ON 20200908

Effective date: 20200908

QB4A Licence on use of patent

Free format text: PLEDGE FORMERLY AGREED ON 20210719

Effective date: 20210719

QB4A Licence on use of patent

Free format text: SUBSEQUENT PLEDGE FORMERLY AGREED ON 20210909

Effective date: 20210909