МЕТАЛЛОКОМПОЗИТНЫЙ БАЛЛОН ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

Полезная модель относится к конструкциям комбинированных баллонов высокого давления многоразового использования, и может найти применение на автотранспорте, работающем на сжатом природном газе, а также в других областях, связанных с применением сжатых газов.
Известен металлопластиковый баллон давления, содержащий бесшовную металлическую оболочку, упрочненную намотанным на цилиндрическую часть полимерным композиционным материалом, в котором соотношение толщины оболочки из полимерного композиционного материала и металлической оболочки составляет 0,9-1,4, а толщина стенки цилиндрической части металлической оболочки выполнена из расчета по уровню окружных напряжений, равных (0,46-0,63)σ02, где σ02 - условный предел текучести металла (см. патент РФ №2002160 от 03.09.91, МПК F 16 C 1/06, опубликовано 30.10.93 г.).
Известен металлопластиковый баллон, принятый за прототип, содержащий внутренний металлический лейнер, включающий цилиндрическую часть, днища и горловины, внешнюю силовую оболочку из композитного материала, охватывающую цилиндрическую часть лейнера, состоящую из нескольких слоев волокон (см. патент JP 10220691, МПК F 17 C 1/00, опубликовано 21.08.1998 г.).
В известных баллонах их купола, в том числе и в местах перехода цилиндрической части в купол остаются свободными от силовой
композиционной оболочки, в результате чего осевые напряжения в баллоне воспринимает только его металлическая оболочка - лейнер. В процессе эксплуатации баллонов при их заправке сжатым газом температура баллона повышается до 80С, происходит разогрев баллона изнутри и в первую очередь нагревается лейнер, а поскольку коэффициенты линейного расширения лейнера и композитной оболочки существенно отличаются, происходит осевое удлинение лейнера и образование на нем свободных от композита цилиндрических участков лейнера. На открытые кольцевые участки попадает влага из атмосферного воздуха. Затем, в процессе охлаждения по мере выравнивания температуры лейнера и композитной оболочки, влага между ними оказывается "захлопнутой", что в процессах многократной заправки баллона ведет к неизбежной коррозии, интенсивность которой увеличивается за счет контактного давления композитной оболочки на лейнер.
Признаки прототипа, совпадающие с признаками технического решения - металлическая оболочка (лейнер), имеющая цилиндрическую часть, днища и горловины, внешняя силовая оболочка из композитного материала, нанесенная на цилиндрическую часть лейнера.
Техническая задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель - обеспечение эксплуатационной надежности и безопасности баллонов.
Поставленная задача достигается тем, что выполнение композитной оболочки с ортогональной ориентацией витков позволяет компенсировать осевые напряжения в цилиндрической части лейнера. При этом опасное сечение из места перехода цилиндрической части лейнера в купол перемещается на утолщенную часть купола.
Изменение угла наклона витков композитной оболочки в пределах 20° позволяет варьировать в конструкции баллона действующими в лейнере тангенциальными и осевыми напряжениями в процессе эксплуатации.
Наличие у лейнера в местах перехода цилиндрической части в купола днищ кольцевых занижений плотно запирает его в кольцевом утолщении композитной оболочки. При этом при нагреве в процессе заправки газом лейнер не имеет возможности "выйти" за пределы силовой оболочки.
Выполнение кольцевых занижений коническими с углом наклона относительно оси баллона не менее 3° увеличивает надежность запирания лейнера в кольцевом утолщении композитной оболочки.
Снабжение горловин баллона дополнительной кольцевой подмоткой позволяет исключить их деформацию или разрыв при ударах баллонов.
На чертеже изображен предлагаемый металлокомпозитный баллон высокого давления - частичный продольны разрез.
Металлокомпозитный баллон содержит внутреннюю герметизирующую металлическую оболочку (лейнер), имеющий цилиндрическую часть 1, купола днищ 2 и горловины 3, и внешнюю силовую оболочку 4 из композитного материала. В местах перехода цилиндрической части 1 лейнера в купола днищ 2 он имеет кольцевые занижения 5, выполненные с углом наклона относительно оси баллона не менее 3°. Внешняя силовая оболочка 4 охватывает цилиндрическую часть 1 лейнера, кольцевые занижения 5 и состоит из нескольких слоев волокон. Каждый слой волокон внешней силовой оболочки 4 расположен относительно другого слоя таким образом, что витки смежных слоев имеют ортогональную ориентацию, при
этом допустимый угол отклонения от ортогональности находится в пределах 20°. На горловинах 3 имеется дополнительный защитный слой кольцевой композитной подмотки 6.
В предпочтительном варианте выполнения металлокомпозитного баллона высокого давления витки смежных слоев волокон силовой оболочки имеют ортогональную ориентацию с допустимым углом отклонения от ортогональности в пределах 20. Кольцевые занижения выполнены с углом наклона относительно оси баллона не менее 3°. Горловина снабжена дополнительной кольцевой подмоткой из композитного материала.
Таким образом, выполнение внешней силовой оболочки многослойной с ортогональной ориентацией витков смежных слоев волокон, а также выполнение в местах перехода цилиндрической части лейнера в купола днищ кольцевых занижений, усиленных внешней силовой оболочкой, позволит переместить опасное сечение на утолщенную часть купола, компенсировать осевые напряжения и повысить безопасность баллона. А выполнение на горловинах дополнительной кольцевой подмотки повышает его надежность.