UA65694A

UA65694A - Combined metal-plastic balloon

Info

Publication number: UA65694A
Application number: UA2002118806A
Authority: UA
Inventors: Ivan Yuriiovych Babych; Anatolii Ivanovych Zirka; Arkadii Antonovych Krytsuk; Valentyn Ivanovych Ozerov; Anatolii Mykhailovych Fedii
Original assignee: S P Tymoshenko Inst Of Mechani
Priority date: 2002-11-06
Filing date: 2002-11-06
Publication date: 2004-04-15

Abstract

The combined metal-plastic balloon has inner tightening metal shell-case and the outer force case, this is made of composite-fiber material; and the external protection layer. The inner tightening metal shell-case is made as solid-drawn one, with bottoms that gradually go to the cylindrical part of the shell-case, of circular layers of composite-fiber material; those are in 4-5 layers supported by a layer of web material.

Description

Винахід належить до конструцій циліндричних комбінованих балонів із композиційних волокнистих матеріалів і може бути використаний як ємність для збереження і транспортування газів та рідин, що працюють на стисненому природному газі, у пожежній справі для гасіння пожеж за допомогою газоподібних сумішей.The invention belongs to the constructions of cylindrical combined cylinders made of composite fibrous materials and can be used as a container for storing and transporting gases and liquids operating on compressed natural gas, in the fire service for extinguishing fires using gaseous mixtures.

Завдання створення конструкцій комбінованих балонів, безпечних в експлуатації, технологічних, полегшених порівнянно з металевими, низької вартості, вирішувались у багатьох технічних дослідженнях.The tasks of creating constructions of combined cylinders, safe in operation, technological, lighter compared to metal ones, and of low cost, were solved in many technical studies.

Відомим є комбінований балон, який має внутрішню герметизуючу оболонку у вигляді циліндра з днищами і намотаний на неї поздовжній шар композиту, підсилений зовні кільцевим шаром композиційно-волокнистого матеріалу (1). Відомі й інші варіанти циліндричних комбінованих балонів із намотаними на внутрішню герметизуючу оболонку у вигляді циліндру з днищами внутрішніми кільцевими шарами, поздовжніми шарами та зовнішніми кільцевими шарами композиційного волокнистого матеріалу (2, ЗІ.A well-known combined cylinder has an inner sealing shell in the form of a cylinder with bottoms and a longitudinal layer of composite wound on it, reinforced on the outside with an annular layer of composite-fibrous material (1). There are also other variants of cylindrical combined cylinders wound on an inner sealing shell in the form of a cylinder with bottoms with inner annular layers, longitudinal layers and outer annular layers of composite fibrous material (2, ZI.

Недоліком конструкцій таких балонів є низька технологічність, пов'язана із операцією намотування поздовжніх шарів, висока вартість композиційного матеріалу, викликана великою його масою.The disadvantage of the designs of such cylinders is the low manufacturability associated with the operation of winding the longitudinal layers, the high cost of the composite material, caused by its large mass.

Найближчим до винаходу за технічною сутністю, обраним як прототип, є циліндричний комбінований балон з зовнішніми, захисними тканевими шарами та силовою оболонкою, яка состоїть з поздовжніх та кільцевих шарів композиційного матеріалу, намотуваних на герметизуючу зварену гільзу-оболонку в вигляді циліндра з днищамиThe closest to the invention in terms of technical essence, chosen as a prototype, is a cylindrical combined cylinder with outer, protective fabric layers and a power shell, which consists of longitudinal and annular layers of composite material wound on a sealing welded sleeve-shell in the form of a cylinder with bottoms

ІЗІ.ISI

Недоліком такого балону є його зварена внутрішня герметизуюча гільза-оболонка, у якої низька міцність, і яка втрачає герметичність при циклічних змінних тисках, пов'язаних із заряджанням і розряджанням в процесі експлуатації, підвищена вага, знижена ударна витривалість, низька міцність через можливість руйнування "розмотуванням" кільцевого шару.The disadvantage of such a cylinder is its welded internal sealing sleeve-shell, which has low strength, and which loses its tightness under cyclically changing pressures associated with charging and discharging during operation, increased weight, reduced impact resistance, low strength due to the possibility of destruction. unwinding" of the ring layer.

В основу винаходу поставлена задача удосконалення конструкції балону шляхом виключення поздовжніх шарів композиційного матеріалу створенням суцільної, а не звареної внутрішньої герметизуючої оболонки, яка забезпечує міцність циліндричної частини балону в напрямку вісі та днищ, удосконалення технологій виготовлення балону за рахунок намотування лише кільцевих шарів.The invention is based on the task of improving the design of the cylinder by eliminating the longitudinal layers of composite material by creating a continuous, not welded, inner sealing shell, which ensures the strength of the cylindrical part of the cylinder in the direction of the axis and the bottom, improving the cylinder manufacturing technologies by winding only the annular layers.

В результаті цього знижується маса композиційного матеріалу та вартість комбінованого балону.As a result, the weight of the composite material and the cost of the combined cylinder are reduced.

Поставлена задача вирішується так: внутрішня герметична металева гільза-оболонка виконується суцільнотягненою за технологією виготовлення металевих балонів відповідно до ГОСТ 949-73 із днищами, які забезпечують міцність балона із відповідними коефіцієнтами запасу міцності і які, головне, поступово переходять в циліндричну частину гільзи-оболонки на відстані 100-150мм, яка забезпечує вісьову міцність балону з відповідним коефіцієнтом запасу міцності, а в окружному напрямку міцність ціліндричної частини балону забезпечується кільцевим намотуванням шарів композиційно-волокнистого матеріалу із прокладанням через 4-5 шарів тканинного шару, який забезпечує міцність кільцевих шарів у напрямку вісі, із додатковим намотуванням захисного шару на основі композиційно-тканинного матеріалу, який забезпечує захист від пошкодження та "розмотування" кільцевих шарів композиційно-волокнистого матеріалу. Усе це забезпечує зниження ваги та вартості балону.The task is solved as follows: the inner hermetic metal sleeve-shell is made continuous according to the technology of manufacturing metal cylinders in accordance with GOST 949-73 with bottoms that ensure the strength of the cylinder with the corresponding coefficients of safety margin and which, most importantly, gradually transition into the cylindrical part of the sleeve-shell on a distance of 100-150 mm, which ensures the axial strength of the cylinder with the appropriate safety factor, and in the circumferential direction, the strength of the cylindrical part of the cylinder is ensured by the ring winding of layers of composite fibrous material with laying through 4-5 layers of a fabric layer, which ensures the strength of the ring layers in the direction of the axis , with an additional winding of a protective layer based on a composite-fabric material, which provides protection against damage and "unwinding" of the annular layers of composite-fiber material. All this ensures a reduction in the weight and cost of the cylinder.

На малюнку показано поздовжній перетин балону. Балон тиску виконано із внутрішньої герметизуючої суцільнотягненої металевої гільзи-оболонки із штуцером 6 та силової оболонки 5, яка включає кільцеві шари 4, тканинні шари З та захисний шар 2. Кільцеві шари композиційно-волокнистого матеріалу на основі волокон високої міцності (скло-, вугле-, базальтоволокна).The figure shows the longitudinal section of the balloon. The pressure cylinder is made of an internal sealing continuous metal sleeve-shell with a fitting 6 and a power shell 5, which includes ring layers 4, fabric layers Z and protective layer 2. Ring layers of composite fiber material based on high-strength fibers (glass, carbon , basalt fiber).

Захисний шар 2 виконано із шарів композиційно-тканинного матеріалу 1, здатного стискувати силову оболонку в процесі полімеризації композиційного матеріалу. Запропонована конструкція балону забезпечує високу технологічність за рахунок усунення поздовжніх шарів силової оболонки, зменшення вартості балону за рахунок зниження маси композиційного матеріалу, а суцільнотягнена металева гільза-оболонка забезпечує високу втомну міцність балону при циклічному навантаженні.The protective layer 2 is made of layers of composite fabric material 1 capable of compressing the power shell during the polymerization of the composite material. The proposed design of the cylinder ensures high manufacturability by eliminating the longitudinal layers of the power shell, reducing the cost of the cylinder by reducing the weight of the composite material, and the continuous metal sleeve-shell ensures high fatigue strength of the cylinder under cyclic loading.

Захисний шар 2, виконаний із шарів композиційно-тканинного матеріалу 1, захищає кільцеві шари 4 силової оболонки від руйнування "розмотуванням", яке залежить від зсувної міцності композита поперек волокон і настає при навантаженні балону внутрішнім тиском, нижчим за розрахунковий, що забезпечує збільшення міцності балону. Захисний шар 2 забезпечує захист кільцевих шарів 4 від впливу навколишнього середовища при тривалій експлуатації, що дозволяє періодично поновлювати тільки найменш трудомісткий шар 2 і тим самим поліпшує ремонтноздатність балону.The protective layer 2, made of layers of composite fabric material 1, protects the annular layers 4 of the power shell from destruction by "unwinding", which depends on the shear strength of the composite across the fibers and occurs when the cylinder is loaded with an internal pressure lower than the calculated one, which ensures an increase in the strength of the cylinder . The protective layer 2 provides protection of the annular layers 4 from the influence of the environment during long-term operation, which allows you to periodically renew only the least time-consuming layer 2 and thereby improves the repairability of the cylinder.

Джерела інформації 1. Образцов И.Ф. Васильєв В.В. Бунаков В.А. Оптимальное армированиеє оболочек вращения из композиционньїх материалов. М. Машиностроение, 1977, 1286б. 2. Авторское свидетельство СССР Ме1399580 кл. Е17С100 1988Гг. 3. Патент И.А. 2593С1Е17С100. 4. Патент Украинь! Ме18 874 кл. СТО (прототип).Sources of information 1. Obraztsov I.F. Vasiliev V.V. Bunakov V.A. Optimum reinforcement of the rotation shell from composite materials. M. Mashinostroenie, 1977, 1286b. 2. Author's certificate of the USSR Me1399580 cl. Е17С100 1988Гг. 3. Patent I.A. 2593С1Е17С100. 4. Patent Ukraine! Me18 874 cl. STO (prototype).

їхtheir

ФМ щ ! ШИ ХВFM sh! Shy Khv

ІА | о с г» "з з "НИ ще» іх 3. зн І: Ше до о. в ЖИIA | o s g" "z z "WE still" ih 3. zn I: She do o. in ZHI

Claims

A combined metal-plastic cylinder, which contains an inner sealing metal sleeve-shell and an outer power shell made of a composite-fibrous material, and an outer protective layer, which is characterized by the fact that the inner sealing metal sleeve-shell is made continuous with bottoms that gradually transition into a cylindrical part of the sleeve-shell made of annular layers of composite fibrous material, reinforced after 4-5 layers with a layer of fabric material.