КОМПОЗИТНЫЙ БАЛЛОН ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

Полезная модель относится к сосудам высокого давления, предназначенных для использования в условиях арктического климата экстремально низких температур при рабочем внутреннем давлении до 400 Атм., и может использоваться в качестве газовых баллонов для хранения и транспортировки сжатого природного газа, используемого на автомобилях, а также для систем пожаротушения, при аварийном запуске резервных электрогенераторов, для продувки балластных цистерн, оперативной накачки аэростатов, для водородных топливных элементов.
Известен композитный баллон высокого давления, содержащий внешнюю силовую оболочку из композиционного материала и внутренний тонкостенный герметизирующий лейнер. Силовая оболочка выполнена намоткой из внутреннего и наружного слоев, при этом внутренний слой выполнен базальтовым ровингом по всей поверхности баллона и содержит несколько слоев, а наружный слой выполнен стеклоровингом и содержит, по крайней мере, два слоя. /Патент РФ на полезную модель №69610, МПК F17C 1/06, опубликовано 27.12.2007/
Недостаток аналога в том, что конструкция баллона не позволяет работать в условиях экстремально низких температур при рабочем давлении до 400 Атм, так как баллон такого типа способен выдержать максимально 250 Атм внутреннего рабочего давления, т.к имеет низкое эксплуатационное рабочее давление.
За наиболее близкое техническое решение - прототип принят баллон высокого давления, содержащий внутреннюю герметизирующую оболочку - алюминиевый лейнер, представляющий собой цилиндр, соединенный с днищами и наружный силовой элемент, выполненный из композиционного материала. Наружный силовой элемент выполнен из двух многослойных оболочек, причем первая оболочка выполнена из низко модульного материала со сравнительно невысоким пределом прочности, а вторая оболочка выполнена из более прочного материала с высокими упругими свойствами. /Патент РФ на изобретение №2333417 МПК F17C 1/06, опубликовано 10.09.2008/.
Недостаток прототипа в том, что, конструкция баллона не позволяет работать в условиях экстремально низких температур, так как первая оболочка баллона выполнена из низкомодульного материала со сравнительно невысоким пределом прочности.
Технической задачей, стоящей перед авторами, является предотвращение раскрытия намотки в переходной зоне днище - цилиндрическая часть баллона, что обеспечивает повышение коэффициента разрушения баллона (значения внутреннего испытательного давления) в условиях внутреннего испытательного нагружения более 2,6 по отношению к величине рабочего давления.
Технический результат достигается тем, что в композиционном баллоне высокого давления, содержащим алюминиевый бесшовный лейнер, состоящий из цилиндрической части, переходной зоны, соединяющей днища округлой формы и цилиндрическую часть, композитную оболочку, выполненную из двух многослойных оболочек, новым является то, что первая многослойная оболочка выполнена под углами намотки 45-60 град, а первый слой первой многослойной оболочки, размещенной в переходной зоне, соединяющей днище округлой формы с цилиндрической частью баллона, выполнен спирально-перекрестным.
При решении поставленной задачи были проведены опытные работы по обеспечению предотвращения раскрытия намотки в переходной зоне, соединяющей днище округлой формы с цилиндрической частью баллона. В результате проведения опытных работ было определено, что выполнение первой многослойной композитной оболочки намоткой под углами 45-60 град., а выполнение первого слоя первой композитной оболочки спирально-перекрестным, позволило предотвратить раскрытие намотки в переходной зоне баллона и дало возможность удержать ленту намотки на переходной зоне, соединяющей днища с цилиндрической частью лейнера, что позволило решить поставленную перед авторами задачу.
На фиг. 1 изображен заявляемый баллон в разрезе.
На фиг. 2 - углы намотки.
Композитный баллон высокого давления содержит алюминиевый бесшовный лейнер 1, состоящий из цилиндрической части 2, переходной зоны 3, соединяющей днища 4 округлой формы и цилиндрическую часть 2. Композитная оболочка, выполненная из базальтового ровинга, состоит из двух многослойных оболочек 5, 6. Первый слой 7 оболочки 5 выполнен спирально-перекрестным под углами намотки 45-60 град. Второй и третий слои оболочки 5 выполнены чередованием намотки, например, кольцевых и спиральных. Вторая многослойная оболочка 6 выполнена также чередованием намотки, например, кольцевых и спиральных слоев.
Устройство работает следующим образом.
На лейнер 1 осуществляют намотку базальтового ровинга, пропитанного эпоксидным связующим. Образуют первый спирально-перекрестный слой 7 первой оболочки 5. Затем производят намотку второго и третьего слоев первой оболочки чередованием намотки, например, кольцевых и спиральных. Интервал углов намотки 45-60 град, позволяет ленте оболочки «лечь» на переходную зону баллона и удержать ленту намотки на переходной зоне 3 баллона. Намотку второй многослойной оболочки 6 формируют чередованием, например, спиральных и кольцевых слоев.
Таким образом, новая совокупность существенных признаков позволила обеспечить повышение коэффициента разрушения баллона в условиях внутреннего испытательного нагружения до более 2,6 по отношению к величине рабочего давления за счет предотвращения раскрытия намотки в переходной зоне, соединяющей днище округлой формы и цилиндрическую часть баллона.