БАЛЛОН ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
HIGH-PRESSURE BOTTLE

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для использования в условиях низких температур при длительном хранении и транспортирования жидкостей, сжатых и сжиженных газов.
В связи с возрастающей актуальностью промышленного, социального и военно-технического развития сетей по заправке сжатым природным газом транспортных средств и доставки газа, включая труднодоступные районы территорий с экстремально низкими температурами до минус 60°С, потребуется новое технологическое и транспортное оборудование, соответствующее требованиям безопасности и надежности при работе.
Широкое распространение, как элементы различных технических комплексов, получили баллоны-аккумуляторы давления, например:
- в газовых и жидкостных системах активного пожаротушения;
- в качестве емкостей при транспортировке компримированного природного газа и иных технических газов;
- в системах подачи дыхательных смесей;
- в системе аварийного запуска больших электрогенераторов;
- в устройствах скоростной накачки аэростатов.
В условиях низких температур и при высоких давлениях в баллонах неизбежно образование конденсатных накоплений, способных отрицательно влиять на работу запорной арматуры и предохранительных устройств. Для обеспечения накопления и последующего удаления конденсатных масс необходимо баллоны при их транспортировке и (или) хранении разместить вертикально. Баллоны используются с групповым расположением их в кассетах, модулях, ПАГЗах, которые должны иметь максимально возможно малые массо-габаритные размеры, а, следовательно, конструкция баллона, размещенного вертикально, должна обеспечить надежное крепление баллона за его горловины, что позволит отказаться от ложементов, кронштейнов и опоясывающих хомутов крепления и расположить баллоны на минимальном расстоянии друг от друга в рядном и шахматном порядке.
Известен баллон высокого давления, содержащий лейнер с армирующей намоткой и горловину с резьбовым участком, выполненным на наружной поверхности горловины. На резьбовой участок горловины навинчена резьбовая муфта, которая имеет выступы на своей наружной поверхности, а армирующая намотка выполнена таким образом, что покрывает и внешнюю поверхность резьбовой муфты. Конструкция аналога обеспечивает более высокую эксплуатационную прочность баллона [Патент РФ на полезную модель 70959, МПК F17C 1/00, опубл. 20.02.2008].
Недостатками аналога являются: недостаточная эксплуатационная надежность уплотнения и резьбового соединения алюминиевой горловины и стальной муфты, его ослабление в процессе намотки и полимеризации армирующей оболочки. В процессе изготовления баллонов, когда в горловину лейнера вворачивается цапфа для намотки оболочки и полимеризации, особенно при изготовлении баллонов крупных габаритов неизбежно возникают динамические нагрузки, наиболее актуально при скоростной намотке кольцевых слоев силовой оболочки. Как следствие происходит ослабление резьбового соединения стальной муфты и алюминиевой горловины лейнера, которое сохраняется и при полимеризации с вращением баллона на цапфах. Возможен также последующий проворот ослабленной в намотке стальной муфты, имеющей только кольцевые выступы. Кроме того, происходит затекание связующего в резьбу и торец цапфы, возникают трудности при ввертывании цапф. Также недостатком аналога является недостаточная надежность соединений горловин баллона с запорной арматурой при вертикальной схеме их расположения вследствие знакопеременных нагрузок на резьбовое соединение торца запорного устройства с торцем горловины лейнера при транспортировке и (или) хранении, что может привести к разгерметизации баллона.
Известен металлокомпозитный баллон, принятый за прототип, содержащий алюминиевый лейнер с наружной и внутренней резьбами на горловине. На наружную резьбу навинчена стальная муфта с продольными и кольцевыми углублениями. Торец горловины лейнера контактирует с торцом запорного устройства - специального вентиля, или пробки (заглушки), или переходника с конической резьбой под стандартный вентиль, завинчиваемых в выступающую над горловиной лейнера часть стальной муфты. На удлиненной части, вворачиваемой в муфту арматуры, установлено резиновое уплотнительное кольцо, под которое в торце горловины выполнена кольцевая канавка. На наружной части лейнера выполнена силовая композитная намотка, охватывающая и наружную поверхность муфты. Внутренняя резьба горловины используется как технологическая для вворачивания в нее цапфы при намотке и полимеризации силовой композитной намотки. Конструкция баллона прототипа позволяет повысить эксплуатационную прочность и надежность баллона [Патент РФ на полезную модель №100809, МПК F17C 1/00, опубл. 27.12.2010].
Недостаток прототипа в том, что конструкция баллона позволяет повысить эксплуатационную прочность и надежность баллонов, но не позволяет обеспечить достаточную надежность соединений горловин баллона с запорной арматурой при вертикальной схеме их расположения вследствие знакопеременных нагрузок на резьбовое соединение торна запорного устройства с торием горловины лейнера при транспортировке и (или) хранении, что может привести к разгерметизации баллона. Технические задачи заявленного решения:
- создание конструкции баллона, при которой бы обеспечивалось закрепление баллона в вертикальном положении за его горловины;
- обеспечение увеличения количества баллонов при групповом размещении;
- предотвращение проворота баллона в закрепленном состоянии вокруг своей оси вращения;
- обеспечение возможности удаления конденсата из баллона.
Технический результат достигается тем, что в баллоне высокого давления, содержащем лейнер 1 с покрытием 2 армирующей намоткой его цилиндрической части 3, днищ 4, составных горловин верхней 5 и нижней 6 с наружной 12 и внутренней 9 резьбами, существует вариант, в котором каждая из составных горловин 5 и 6 баллона состоит из первичной горловины 7 самого лейнера 1 с наружной 8 и внутренней 9 резьбами, силовых втулок верхней 10 и нижней 11 с резьбами наружной 12 и внутренней 13, с возможностью навертывания на наружную резьбу 8 первичных горловин 7 самого лейнера 1, при этом силовые втулки 10 и 11 имеют шестигранные буртики 14, примыкающие к днищам 4 лейнера, причем нижняя силовая втулка 11 выполнена с двумя лысками 15. а покрытие 2 из слоев армирующих волокон и эпоксидных смол частично покрывают силовые втулки 10 и 11, при этом соотношение толщин слоя покрытия части силовой втулки составной горловины и цилиндрической части баллона соответствует 3:1.
На фиг. 1 - общий вид баллона в разрезе.
На фиг. 2 - вид сверху.
На фиг. 3 - вид снизу
Баллон высокого давления содержит лейнер 1 с покрытием 2 армирующей намоткой его цилиндрической части 3, днищ 4, составных горловин верхней 5 и нижней 6 с наружной 12 и внутренней 9 резьбами. Каждая из составных горловин 5 и 6 баллона состоит из первичной горловины 7 самого лейнера 1 с наружной 8 и внутренней 9 резьбами, силовых верхней 10 и нижней 11 втулок, навернутых на наружную резьбу 8 первичных горловин 7 самого лейнера 1, при этом силовые втулки 10 и 11 имеют шестигранные буртики 14, примыкающие к днищам 4 лейнера. Нижняя силовая втулка 11 выполнена с двумя лысками 15. На верхней и нижней горловинах установлены фиксирующие гайки 16. Покрытие 2 из слоев армирующих волокон и эпоксидных смол частично покрывают силовые втулки 10 и 11, при этом соотношение толщин слоя покрытия части силовых втулок 10, 11 к толщине слоя цилиндрической части баллона соответствует 3:1.
Благодаря выполнению горловин баллона упрочненными посредством:
- соединения силовой втулки с первичной горловиной лейнера с возможностью навертывания на наружную резьбу горловины лейнера:
- покрытия из слоев армирующих волокон и эпоксидных смол частично на силовых втулках с шестигранными буртиками, примыкающих к днищам лейнера;
- выполнению соотношения толщин слоев покрытия части силовых втулок составной горловины и цилиндрической части баллона 3:1;
- наличию фиксирующих гаек на верхней и нижней горловинах;
- наличию фиксирующих лысок на нижней горловине, позволяющих исключить проворот баллона вокруг своей оси в фигурном пазу нижней опоры установки (на чертеже не показано), позволило обеспечить удержание баллона от продольных и поперечных перемещений, а следовательно, конденсатные накопления будут скапливаться в нижней части баллона, и при необходимости их могут свободно удалить через открытие нижнего отверстия баллона.
Баллон высокого давления работает следующим образом. Баллон устанавливают на транспортную площадку посредством его закрепления в вертикальном положении за горловины верхнюю 5 и нижнюю 6, что обеспечивает возможность цилиндрической части баллона быть свободной от закрепляющих его силовых элементов при транспортировке и хранении, обеспечить более плотное наполнение баллонами кассет и увеличить количество размещения баллонов на транспортной площадке.
Таким образом, совокупность существенных признаков заявленного решения, а именно упрочнение горловин путем соединения горловины лейнера с силовыми втулками, навернутыми на наружную резьбу горловин, шестигранные буртики которых примыкают к днищу лейнера и покрыты слоями армирующих волокон и эпоксидных смол, толщина которых в три раза превышает толщину слоев цилиндрической части баллона, позволило обеспечить технологичность удаления конденсатных масс и увеличить количество размещения баллонов на транспортной площадке.