RU2691278C1

RU2691278C1 - Gas cylinder

Info

Publication number: RU2691278C1
Application number: RU2018125832A
Authority: RU
Inventors: Александр Иванович КАРПОВ; Андрей Юрьевич Лещев; Артем Андреевич Шаклеин; Павел Георгиевич Овчаренко
Priority date: 2018-07-12
Filing date: 2018-07-12
Publication date: 2019-06-11

Abstract

FIELD: oil, gas and coke-chemical industries.

SUBSTANCE: invention relates to gas equipment, mainly to gas cylinders with compressed combustible gas, hydrogen, namely to increase of gas cylinders operation safety. In a gas cylinder containing a body with shutoff valves and a safety valve, twisted threads attached to the polymer adhesive base in one or several layers are laid freely on the inner side of the cylinder wall. Layers are laid one on the other, the laying direction of which is perpendicular to each other or at an angle. Threads can be made of strong material, for example, steel spring wire or Kevlar threads coated with a polymer shell, which includes a flame retardant, wherein the filaments can be a series along a rectangular, triangular or trapezoidal generatrix.

EFFECT: technical result is higher reliability of combustible compressed gas protection against explosion or ignition at mechanical damage of cylinder body integrity.

4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к газовой технике, преимущественно к газовым баллонам со сжатым горючим газом, водородом, а именно к повышению безопасности эксплуатации газовых баллонов.The invention relates to gas technology, mainly to gas cylinders with compressed combustible gas, hydrogen, namely to improve the safety of operation of gas cylinders.

Из уровня техники известен газовый баллон с предохранительным клапаном (RU 2220363, F17C 13/12, 27.12.2003), содержащий корпус с горловиной, на одном из выходных штуцеров которой размещен предохранительный клапан. Выходной штуцер с предохранительным клапаном может быть расположен в донной части корпуса газового баллона, и газовый баллон может быть снабжен емкостью, заполненной огнетушительным порошком и установленной над выходным отверстием предохранительного клапана. При локальном воздействии высокой температуры на корпус баллона давление в газовом баллоне быстро нарастает до уровня критического (срабатывания предохранительного клапана). При срабатывании предохранительного клапана струя горючего газа выходит через полиэтиленовую емкость с огнетушительным порошком, разрывая ее и смешиваясь с порошком, чтобы не было воспламенения.The prior art gas cylinder with a safety valve (RU 2220363, F17C 13/12, 12/27/2003), comprising a housing with a throat, on one of the output fittings of which is placed a safety valve. The outlet fitting with a safety valve can be located at the bottom of the gas cylinder body, and the gas cylinder can be equipped with a container filled with extinguishing powder and installed above the outlet of the safety valve. When local exposure to high temperature on the body of the cylinder pressure in the gas cylinder quickly increases to a critical level (actuation of the safety valve). When a safety valve is triggered, a jet of combustible gas escapes through a plastic container with extinguishing powder, breaking it and mixing with the powder so that there is no ignition.

Недостаток аналога в том, что его конструкция не обеспечивает требования безопасности при его эксплуатации при высоких давлениях.The lack of analogue is that its design does not provide safety requirements for its operation at high pressures.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является восстановленный пропановый баллон (US 2004188435 Al, А62С 3/06, F17C 13/123, 30.09.2004), содержащий алюминиевый корпус, размещенный в нем защитный пористый наполнитель, состоящий из элементов, выполненных в виде цилиндров из алюминиевой сетки, запорную арматуру и предохранительный клапан. Корпус дополнительно снабжен теплозащитным кожухом.Closest to the claimed invention is a restored propane cylinder (US 2004188435 Al, А62С 3/06, F17C 13/123, 30.09.2004), containing an aluminum body, a protective porous filler contained in it, consisting of elements made in the form of aluminum cylinders nets, valves and safety valve. The case is additionally equipped with a heat shield.

Недостатком известного устройства является отсутствие защиты горючего сжатого газа от взрыва или воспламенения при механическом поражении целостности корпуса баллона, при воздействии на него, например, пулей или металлическими осколками. Существенным недостатком указанной конструкции является заполнение пористым наполнителем всего внутреннего объема корпуса газового баллона, что уменьшает полезный рабочий объем сжиженного газа на 3%.A disadvantage of the known device is the lack of protection of combustible compressed gas from explosion or ignition during mechanical damage to the integrity of the cylinder body, when exposed to it, for example, a bullet or metal fragments. A significant drawback of this design is the filling of the entire internal volume of the gas cylinder body with a porous filler, which reduces the effective working volume of liquefied gas by 3%.

Преимуществом заявляемого изобретения является повышение надежности защиты горючего сжатого газа от взрыва или воспламенения при механическом поражении целостности корпуса баллона, при воздействии на него, например, пулей или металлическими осколками.The advantage of the claimed invention is to improve the reliability of protection of combustible compressed gas from explosion or ignition during mechanical damage to the integrity of the cylinder body, when exposed to it, for example, a bullet or metal fragments.

Заявленный технический результат достигается тем, что в газовом баллоне, содержащем корпус с запорной арматурой и предохранительный клапан, согласно предложению, на внутренней стороне стенки баллона свободно уложены скрученные нити, прикрепленные к полимерной клеевой основе, в один или несколько слоев. Кроме того, слои уложены друг на друга, направление укладки которых перпендикулярны друг к другу или под углом. Нити могут быть выполнены из прочного материала, например, из стальной пружинной проволоки или кевларовых нитей, покрытых полимерной оболочкой, в состав которой входит ингибитор горения, причем нити могут быть свиты по прямоугольной, треугольной или трапецеидальной образующей.The claimed technical result is achieved by the fact that in a gas cylinder containing a housing with shut-off valves and a safety valve, according to the proposal, twisted threads attached to a polymer adhesive base are loosely laid in one or several layers on the inside of the cylinder wall. In addition, the layers are stacked on each other, the direction of laying which is perpendicular to each other or at an angle. The threads can be made of durable material, for example, from steel spring wire or Kevlar threads coated with a polymer sheath, which includes a flame retardant, and the threads can be twisted along a rectangular, triangular or trapezoidal generatrix.

Устройство, принцип работы и способ нанесения показан на фигурах 1-3 и будет объяснен в описании.The device, the principle of operation and the method of application is shown in figures 1-3 and will be explained in the description.

Устройство, показанное на фиг. 1 в 3-D модели, на фиг. 2 - в плоскости, состоит из корпуса 1 баллона (показан фрагмент корпуса баллона) и запорной арматуры с предохранительным клапаном (на чертеже не показаны). Полимерная клеевая основа 2 нанесена на внутреннюю поверхность стенки корпуса баллона, на нее приклеен первый слой 3 скрученных нитей, а второй слой 4 нитей укладывается на первый так, что он входит в зацепление с первым слоем. Направление расположения нитей второго слоя перпендикулярно первому слою, следующие слои витых нитей уложены аналогично, или под различными углами друг к другу (на чертеже не показаны). Количество слоев подбираемся экспериментально и зависит от конструкции баллона, давления в нем и его степени защиты. Нити свиты в спираль по круговой образующей (как наиболее простые), показаны на фиг. 1 и фиг. 2. Нити могут быть свиты и по прямоугольной, треугольной, трапецеидальной образующей, на чертеже не показаны.The device shown in FIG. 1 in the 3-D model, in FIG. 2 - in a plane, consists of a cylinder body 1 (a fragment of the cylinder body is shown) and shut-off valves with a safety valve (not shown in the drawing). Polymer adhesive base 2 is applied on the inner surface of the cylinder body wall, the first layer 3 of the twisted threads is glued on it, and the second layer 4 of the threads is laid on the first so that it engages with the first layer. The direction of the arrangement of the filaments of the second layer is perpendicular to the first layer, the following layers of twisted filaments are laid similarly, or at different angles to each other (not shown in the drawing). The number of layers is chosen experimentally and depends on the design of the cylinder, the pressure in it and its degree of protection. The filaments are twisted in a spiral along a circular generatrix (as the simplest ones), shown in FIG. 1 and FIG. 2. The threads can be twisted and along a rectangular, triangular, trapezoidal generatrix, not shown in the drawing.

Основа 5 нити выполнена из прочного материала, например, из стальной проволоки (пружинной) или кевларовых нитей, покрытых полимерной оболочкой 6, в состав которой входит ингибитор горения, это можно представить как изоляцию электрического провода. Основное требование к нитям - достаточная прочность, чтобы они не разрушились при вытягивании их внутренним давлением при разрыве стенки баллона. Спирали могут быть установлены под углом к нормали стенки баллона.The base 5 of the filament is made of durable material, for example, from steel wire (spring) or Kevlar filaments coated with a polymeric sheath 6, which includes a flame retardant, this can be represented as insulation of an electrical wire. The main requirement for the threads is sufficient strength so that they do not collapse when they are pulled out by internal pressure when the cylinder wall breaks. The spirals can be set at an angle to the normal to the wall of the cylinder.

Работа устройства показана на фиг. 3. При механическом повреждении стенки 1 баллона, пулей или металлическими осколками, образуется отверстие, в которое под действием перепада давления (в баллоне и атмосфере) свитые нити стремятся выскочить из отверстия в стенке баллона. Свитые нити слоя 3 и 4 запутываются при выходе из образовавшегося отверстия, запутываются и затягивают его. Струя горючего газа, истекающая из отверстия, теряет свою скорость в запутанных нитях, поэтому не может воспламениться (температура торможения потока газа уменьшается и становится ниже температуры воспламенения), сверхзвуковых скачков газового потока не возникает, следовательно, вероятность воспламенения горючего газа снижается.The operation of the device is shown in FIG. 3. In case of mechanical damage to the wall 1 of the cylinder, by a bullet or metal fragments, a hole is formed into which the twisted threads tend to pop out of the hole in the wall of the cylinder under the action of the pressure drop (in the balloon and the atmosphere). The twisted yarns of layer 3 and 4 are tangled at the exit from the formed hole, tangled and tightened. The jet of combustible gas escaping from the hole loses its speed in entangled filaments, therefore it cannot ignite (the deceleration temperature of the gas flow decreases and becomes lower than the ignition temperature), there are no supersonic jumps in the gas flow, therefore, the probability of ignition of combustible gas decreases.

Если вдруг произойдет воспламенение струи газа от других источников воспламенения, например, искры, то при взаимодействии пламени с оболочкой 6 нити 5 (фиг. 2), в состав которой входит ингибитор горения, произойдет его тушение.If suddenly a gas jet ignites from other sources of ignition, for example, a spark, then when the flame interacts with the sheath 6 of the filament 5 (FIG. 2), which includes a combustion inhibitor, it will be extinguished.

Рассмотрим второй случай аварийной ситуации. Если корпус баллона локально нагревается, тогда подложка 3 (фиг. 2) и оболочка 6 нитей начинают сублимировать, что приводит к быстрому нарастанию давления внутри баллона до уровня критического, предохранительный клапан открывается быстрее.Consider the second case of an emergency. If the container body locally heats up, then the substrate 3 (FIG. 2) and the sheath 6 of the filaments begin to sublimate, which leads to a rapid increase in pressure inside the cylinder to the critical level, the safety valve opens faster.

Пример конкретного исполнения: Баллон диаметром 300 мм, длиной 2000 мм закрепляется в приспособлении шпинделя токарно-винторезного станка. В горловину баллона заводится изогнутая направляющая трубка, которая своим изогнутым концом может касаться стенки баллона. Направляющая трубка зажимается в резцедержатель, который позволяет ей перемещаться в продольном направлении по длине баллона и в поперечном в пределах диаметра горловины. Внутренний диаметр трубки равен диаметру свитой нити с учетом нанесенного покрытия 6 (фиг. 2), был равен 5 мм, а внутренний диаметр трубки - 6 мм. Нити, укладываемые в направлении радиуса, были длинными, нити, укладываемые в направлении оси баллона, - короткими и равными цилиндрической части баллона.Specific example: A cylinder with a diameter of 300 mm and a length of 2000 mm is fixed in the spindle fixture of a screw-cutting lathe. A curved guide tube is inserted into the neck of the balloon, which with its curved end can touch the wall of the balloon. The guide tube is clamped into the tool holder, which allows it to move in the longitudinal direction along the length of the container and in the transverse direction within the diameter of the neck. The inner diameter of the tube is equal to the diameter of the twisted yarn, taking into account the applied coating 6 (Fig. 2), was equal to 5 mm, and the inner diameter of the tube was 6 mm. The threads stacked in the direction of the radius were long, the threads stacked in the direction of the axis of the balloon were short and equal to the cylindrical part of the balloon.

Claims

1. Gas cylinder, comprising a housing with stop valves and a safety valve, characterized in that on the inner side of the cylinder wall loosely laid twisted threads attached to the polymer adhesive base, in one or several layers.

2. The device according to claim 1, characterized in that the layers are stacked on each other, the direction of laying which is perpendicular to each other or at an angle.

3. The device according to p. 1, characterized in that the filaments are made of durable material, such as steel spring wire or Kevlar threads coated with a polymer sheath, which includes a flame retardant.

4. The device according to claim 1, characterized in that the threads of the suite are along a rectangular, triangular or trapezoidal generatrix.