МЕТАЛЛОКОМПОЗИТНЫЙ БАЛЛОН ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

Полезная модель относится к общему машиностроению, а именно к производству сосудов высокого давления и используется при производстве металлокомпозитных баллонов высокого давления, предназначенных для дыхательных аппаратов спасателей и пожарных служб МЧС.
Известен композитный баллон высокого давления, содержащий внешнюю силовую оболочку из композиционного материала и внутренний тонкостенный герметизирующий лайнер, выполненный бесшовным из алюминиевого сплава (см. патент РФ №46834 на полезную модель, МПК7 F17C 1/00, F17C 1/06, 07.03.2005 г.).
Известный композитный баллон высокого давления не обеспечивает высокой надежностью и необходимый эксплутационный ресурс.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по совокупности существенных признаков является сосуд давления, имеющий сферическую форму и состоящий из алюминиевого лайнера с двумя толстостенными горловинами для размещения арматуры или заглушек (см. патент РФ №2175088 на изобретение (вариант 2), МПК7 F16J 12/00, F17C 1/06, B29D 22/00, 20.10.2001 г.).
Данный композитный баллон высокого давления не обеспечивает высокую надежность и необходимый эксплутационный ресурс.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание металлокомпозитного баллона высокого давления с высокими прочностными характеристиками и продолжительным эксплутационным ресурсом.
Техническим результатом при использовании предлагаемой полезной модели является повышение надежности металлокомпозитного баллона высокого давления и увеличение эксплутационного ресурса.
Указанный технический результат достигается тем, что в металлокомпозитном баллоне, содержащем лейнер из алюминиевого сплава с глухим днищем, днищем с горловиной и средней цилиндрической частью и внешнюю силовую композитную оболочку, состоящую из нескольких слоев, в полярной точке глухого днища лейнера выполнено коническое отверстие для заварки его с присадкой сварочной проволоки и образования однородного глухого днища, при этом диаметр отверстия на наружной поверхности днища составляет не менее двух диаметров на внутренней поверхности, а наружная поверхность глухого днища имеет эллипсоидную форму, причем внешняя силовая композитная оболочка выполнена из жгутов в виде не менее двух кольцевых слоев для усиления баллона в кольцевом направлении и не менее двух спиральных слоев для усиления баллона в осевом направлении.
Кроме того, жгуты выполнены или из стекловолокна, или из углеволокна, или из органоволокна; металлокомпозитный баллон снабжен внешним защитным покрытием, закрепленным на внешней силовой композитной оболочке, и выполненным или в виде полимерной оболочки на цилиндрической части и резиновых колпаков на днищах, или в виде сплошной оболочки с антикоррозийными, противоударными свойствами.
На фиг.1 изображен металлокомпозитный баллон, общий вид;
на фиг.2 - изображен лейнер с коническим отверстием в днище.
Металлокомпозитный баллон высокого давления состоит из металлического лейнера 1, например, из алюминиевого сплава, и силовой композиционной оболочки 2, выполненной в виде не менее двух кольцевых слоев 3 для усиления баллона в кольцевом направлении и не менее двух спиральных слоев 4 для усиления баллона в осевом направлении. Слои 3, 4 выполнены посредством намотки жгутов, предварительно смоченных в жидком эпоксидном связующем. Перед полимеризацией связующего на слои 3, 4 наматывают киперную ленту для сохранения жидкого эпоксидного связующего до его полимеризации. Жгуты 5 выполнены или из стекловолокна, или из углеволокна, или из органоволокна.
Лейнер 1 представляет собой герметичную тонкостенную оболочку и содержит днище 7, днище 8 с горловиной 9 и среднюю цилиндрическую часть 10. В горловине 9 выполнена резьба для установки вентиля дыхательного аппарата (на чертеже не показано).
Днище 7 выполнено равнопрочным и герметически глухим, что достигается выполнением в полярной точке 11 днища 7 конического отверстия 12 для его последующей заварки с присадкой алюминиевой проволоки. При этом толщина днища 7 составляет не менее двух толщин цилиндрической части 10, а наружная поверхность днища 7 имеет эллипсоидную форму.
Для металлокомпозитных баллонов важной составляющей является масса баллона, т.е. чем ниже вес заряженного дыхательного аппарата, тем удобнее и легче работать в аппарате спасателю или пожарному, поэтому используют лейнер, например, из алюминиевого сплава.
Силовая композитная оболочка, выполненная с использованием углеволокна вместо стекловолокна, позволила снизить массу баллонов в разы, обеспечить высокую коррозийную стойкость, устойчивость к воздействию агрессивных сред, пожаровзрывобезопасность и гарантировать безосколочность разрушения.
При необходимости металлокомпозитный баллон изготавливают с защитным покрытием или в виде полимерной оболочки на цилиндрической части 10 и резиновых колпаков на днищах, или в виде сплошного полимерно-каучукового покрытия.
Металлокомпозитный баллон высокого давления изготавливают следующим образом.
Лейнер 1 устанавливают и закрепляют в патроне намоточного станка с ЧПУ и наматывают кольцевые слои 3 для усиления баллона в кольцевом направлении и спиральные слои 4 для усиления баллона в осевом направлении слои 3, 4 чередуют между собой. Соотношение толщин слоев 3, 4 определяют при проектировании с учетом конструктивных и эксплутационных требований предъявляемых к баллону. Выбор материала жгутов определяют исходя из требований, предъявляемых к баллону, жгуты перед намоткой пропитывают связующим.
После намотки заготовку металлокомпозитного баллона помещают в полимеризационную камеру с последующим ступенчатым повышением температуры до 100°С и выдержкой в течение 6 часов для полимеризации эпоксидного связующего.