ГОРЛОВИНА КОМПОЗИТНОГО СОСУДА ДЛЯ ХРАНЕНИЯ СЖАТЫХ И СЖИЖЕННЫХ ГАЗОВ

Полезная модель относится к сосудам, предназначенных для хранения сжатых и сжиженных газов.
Применение композитных материалов в производстве сосудов для хранения сжатых и сжиженных газов является одним из эффективных путей решения проблемы снижения массы сосуда. Такие сосуды обычно используются для хранения различных технических газов или жидкостей под давлением: пропана, метана, бутана, водорода и др.
В большинстве случаев композитный сосуд представляет собой неразъемное соединение, состоящее из внутренней пустотелой герметизирующей оболочки - полимерного лейнера и внешней композитной силовой оболочки из высокопрочного армирующего композитного материала (волокно, нити, жгуты, ленты и пр.), получаемой методом намотки (материал пропитывается связующим в процессе намотки) на лейнер. На одном конце композитный сосуд содержит отверстие, в которое вмонтирована горловина.
Головина композитного сосуда - это закладная деталь композитного баллона, предназначенная для соединения с запорной арматурой. Внутренняя поверхность контакта горловины с запорной арматурой и сама запорная арматура содержат резьбу, за счет которой происходит их соединение.
Известна конструкция горловины напорного резервуара (патент RU 2528773, 20.09.2014, МПК F17C 1/16, F16J 12/00). Напорный резервуар (композитный сосуд), включает в себя внутренний резервуар (лейнер), горловой элемент, который предпочтительно выполнен из металла, и вставку, расположенную между горловым элементом и внутренним резервуаром. Указанная вставка включает в себя втулкообразную цилиндрическую часть, которая установлена коаксиально с резьбовым отверстием в горловом элементе и в отверстии резервуара во внутреннем резервуаре. Горловой элемент, вставка и отверстие внутреннего резервуара образуют горловину.
Известна горловина композитного сосуда (международная заявка WO 2013000956 03.01.2013, F17C 1/06; F17C 1/16). Композитный сосуд включает в себя внутренний полимерный лейнер, внешнюю композитную силовую оболочку и горловину. Горловина состоит из металлической закладной втулки и полимерной втулки. Металлическая закладная втулка включает нижний и резьбовой цилиндрический верхний участки. Полимерная втулка охватывает внешнюю поверхность и нижний участок внутренней поверхности металлической закладной втулки с образованием цилиндрического участка внутренней поверхности контакта горловины с запорной арматурой. Полимерная втулка герметично соединена с металлической закладной втулкой с одной стороны и полимерным лейнером - с другой. Цилиндрический участок внутренней поверхности контакта горловины и резьбовой цилиндрический участок соосны и имеют разные диаметры - у резьбового участка диаметр больше. Часть запорной арматуры, которая контактирует с цилиндрическим участком внутренней поверхности контакта горловины имеет, по крайней мере, одно уплотнительное кольцо. Особенностью данной конструкции является наличие канала сброса давления (depressurization channel) на горловине или на запорной арматуре.
Известна горловина композитного сосуда (международная заявка WO 2013000954 03.01.2013 F17C 1/06; F17C 1/16), выбранная в качестве ближайшего аналога). Композитный сосуд включает в себя внутренний полимерный лейнер, внешнюю композитную силовую оболочку и горловину. Горловина состоит из металлической закладной втулки и полимерной втулки. Металлическая закладная втулка включает нижний и резьбовой цилиндрический верхний участки. Полимерная втулка охватывает внешнюю поверхность и нижний участок внутренней поверхности металлической закладной втулки с образованием цилиндрического участка внутренней поверхности контакта горловины с запорной арматурой. Полимерная втулка герметично соединена с металлической закладной втулкой и полимерным лейнером. Цилиндрический участок внутренней поверхности контакта горловины и резьбовой цилиндрический участок соосны и имеют разные диаметры - у резьбового участка диаметр больше. Часть запорной арматуры, которая контактирует с цилиндрическим участком внутренней поверхности контакта горловины имеет, по крайней мере, одно уплотнительное кольцо.
Производство полимерных изделий имеет широкое распространение во многих отраслях техники, поскольку является высокопроизводительным методом. Однако качество поверхности производимых полимерных изделий бывает недостаточным, чтобы обеспечить необходимую точность или геометрию. Для стабильного уплотнения в месте контакта запорной арматуры с участком внутренней поверхности полимерной втулки необходимо, чтобы упомянутая внутренняя поверхность имела стабильный диаметр. Если диаметр меньше необходимого, то уплотнительное кольцо на запорной арматуре зажимается и происходит его разрушение. Если диаметр больше необходимого, то происходит утечка газа в образовавшийся зазор. По этой причине для повышения надежности герметичности соединения с запорной арматурой горловину снабжают металлической закладной втулкой. При этом зачастую резьба, выполненная на цилиндрической внутренней поверхности закладной втулки, является недостаточным уплотнением для удержания газа в композитном сосуде. Недостатком указанных выше конструкций горловин является недостаточная герметизация соединения горловина - запорная арматура.
Задача, на решение которой направлена данная полезная модель, состоит в повышении безопасности эксплуатации композитных баллонов.
Технический результат заключается в повышении надежности соединения горловина - впускная арматура.
Технический результат достигается за счет того, что у горловины композитного сосуда для хранения сжатых и сжиженных газов, включающего в себя внутренний полимерный лейнер и внешнюю композитную силовую оболочку, состоящей из металлической закладной втулки, внутренняя поверхность которой включает нижний и резьбовой верхний участки, и полимерной втулки, охватывающей по меньшей мере часть внешней поверхности и нижний участок внутренней поверхности закладной втулки, при этом полимерная втулка герметично соединена с металлической закладной втулкой и полимерным лейнером, верхний участок внутренней поверхности закладной втулки имеет коническую форму.
На фиг. представлена конструкция горловины композитного сосуда для хранения сжатых и сжиженных газов в сечении.
Композитный сосуд для хранения сжатых и сжиженных газов в общем случае включает в себя внутренний полимерный лейнер 1, внешнюю композитную силовую оболочку 2 и горловину 3. Горловина 3 состоит из металлической закладной втулки 4 и полимерной втулки 5. Внутренняя поверхность закладной втулки 3 включает нижний 6 и резьбовой верхний 7 участки. Верхний участок 7 выполнен коническим. Полимерная втулка 5 охватывает внешнюю поверхность закладной втулки 4 и нижний участок 6 внутренней поверхности с формированием внутренней цилиндрической поверхности 8 контакта горловины 3 с запорной арматурой 9. Полимерная втулка 5 соединена с закладной втулкой 4 методом литья под давлением или с помощью любого другого известного метода, который обеспечивает надежную герметизацию данного соединения. Соединение полимерной втулки 5 с полимерным лейнером 1 выполнено методом склеивания, тепловой сварки или любым другим способом, обеспечивающим надежную герметизацию данного соединения. Запорная арматура 9 в месте контакта с цилиндрической поверхностью 8 снабжена уплотнительным кольцом 10.
Известно, что преимуществом конической резьбы является повышенная надежность герметизации соединяемых деталей. При сборке конического соединения часть витков резьбы, как правило, одной из соединяемых деталей, деформируется, обеспечивая герметизацию соединения. Возможно соединение резьбовых конических деталей с произвольным моментом затяжки, то есть без деформации витков резьбы, при помощи дополнительного герметизирующего материала, например анаэробного клея (патент РФ №2305223). При этом достигается повышенная надежность герметизации соединения с исключением недостатков, свойственных цилиндрическим резьбовым соединениям, к которым можно отнести зависимость герметичности соединения от свойств и качества деформируемых упругих деталей, используемых в этом случае.
Таким образом, по сравнению с ближайшим аналогом заявляемая горловина композитного сосуда для хранения сжатых и сжиженных газов позволяет повысить надежность герметизации соединения горловина - впускная арматура за счет применения в горловине конического закладного элемента.