СОСТАВНОЙ МЕТАЛЛОКОМПОЗИТНЫЙ СЕЙСМОУДАРОСТОЙКИЙ БАЛЛОН

Предлагаемая полезная модель относится к сосудам высокого давления, в частности, к металлокомпозитным баллонам, используемым в системах противопожарной защиты стационарных и подвижных объектов Министерства обороны.
При создании систем пожаротушения для объектов Министерства обороны требования повышения эффективности (функциональности) выражаются в стремлении повысить объемы хранения огнегасящих газовых смесей в стесненных условиях и обеспечить повышенную сейсмоударостойкость их конструкций.
Из уровня техники известен многополостной баллон (патент РФ №2365809 опубл. 27.08.2009), который состоит из корпуса, заключенных в него замкнутых оболочек, установленных с зазором относительно друг друга, и распределительного заправочного устройства для заправки/опорожнения баллона газом. Корпус состоит из цилиндрической части и двух полусферических днищ одинаковой толщины h. Внутри корпуса размещено несколько сферических замкнутых оболочек толщиной h/2, образующих полости. Две полусферы такой же толщины утоплены в корпус и образуют вместе с соответствующими полусферическими днищами крайние сферические полости. Центры сфер, включая крайние, расположены на оси корпуса. Полости, образованные внутренней поверхностью цилиндрической части корпуса и внешними поверхностями сферических оболочек, соединены друг с другом и с заправочным устройством, создавая вторую дополнительную совокупность сообщающихся полостей.
Недостатком этого технического решения является сложность изготовления многополостного баллона в виде металлопластикового лейнера с нанесенным на его поверхность силовым композитным слоем.
Другое техническое решение составного баллона, который может быть изготовлен и собран из металлокомпозитных баллонов классической формы на основе металлического лейнера и композитной оболочки, описано в патенте РФ №2355942, опубликовано 20.05.2009 г. Емкость для сжатых и сжиженных газов или жидкостей содержит, по меньшей мере, два соединенных между собой с возможностью сообщения сосуда высокого давления, по меньшей мере, один из которых снабжен горловиной для присоединения запорно-расходной арматуры. Каждый сосуд включает цилиндрическую оболочку и днища, при этом сосуды сообщаются между собой через сквозные отверстия в боковых стенках оболочек и/или днищ посредством, по меньшей мере, одного трубчатого соединительного элемента, который через участки на своей наружной поверхности герметично скреплен со стенками отверстий в оболочках и/или днищах сосудов с образованием жесткой силовой конструкции. Основным недостатком этого решения является то, что составной баллон из одинаковых сосудов занимает по габаритам объем, пропорциональный массе хранимого в них газа.
Вариант конструкции многослойного композитного баллона приведен в патенте на полезную модель №69610, опубликована 27.12.2007. Техническая задача, стоящая перед авторами - повысить безопасность эксплуатации баллонов. Технический результат достигается тем, что в известной конструкции баллона высокого давления содержащего 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.
Задачами полезной модели являются повышение вместимости объема хранения огнегасящих газовых смесей в стесненных условиях и повышение сейсмоударостойкости.
Технический результат достигается тем, что составной металлокомпозитный сейсмоударостойкий баллон, содержащий основной внутренний баллон с двумя горловинами в днищах и внутреннюю рабочей полостью, снабжен внешним баллоном, охватывающим внутренний баллон с образованием между баллонами дополнительной рабочей полости, причем выходные каналы основного внутреннего баллона выполнены в одной из горловин, а выходные каналы дополнительной рабочей полости выполнены в другой горловине внутреннего баллона.
Снабжение основного внутреннего баллона дополнительным внешним баллоном позволяет увеличить давление в рабочей полости внутреннего баллона за счет создания противодавления в дополнительной рабочей полости, образующейся между внутренним и внешним баллонами.
Выполнение выходных каналов основного внутреннего баллона в одной из горловин, а выходных каналов дополнительной рабочей полости в другой горловине внутреннего баллона повышает сейсмическую стойкость баллона за счет более равномерного распределения редуцированных масс запорных устройств (что повышает сопротивление удару от сейсмоволн) и ударостойкость за счет уменьшения вероятности поражения точечным ударным предметом (осколком, снарядом) сразу двух запорных устройств. Ударостойкость повышается, также, за счет того, что наружный баллон по сути представляет собой защитный экран для внутреннего баллона.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где показано:
- на фиг. 1 - продольный разрез баллона, в котором образованы две рабочие полости (основная и дополнительная);
- на фиг. 2 - поперечный разрез баллона (разрез А-А, фиг. 1);
- на фиг. 3 - продольный разрез горловины выходных каналов из дополнительной рабочей полости (вид I, фиг. 1);
- на фиг. 4 - разрез оболочек внутреннего и внешнего баллонов в срединной части (вид II, фиг. 1);
- на фиг. 5 - продольный разрез горловины выходных каналов из внутреннего баллона (вид. Ш, фиг. 1).
Составной металлокомпозитный сейсмоударостойкий баллон содержит внутренний баллон 1 с основной рабочей полостью 2 и внешний баллон 3, охватывающий по объему внутренний баллон 1 так, что внутренний баллон 1 находится внутри внешнего баллона 3 с образованием дополнительной рабочей полости 4.
Внутренний баллон 1 имеет две горловины:
- горловину 5 с выходным каналом 6 из рабочей полости 2 баллона 1. Для рабочей полости 4 горловина 5 выполнена заглушенной;
- горловину 7 с выходным каналом 8 для рабочей полости 4. Для рабочей полости 2 горловина 7 выполнена заглушенной.
Горловины 5 и 7 одновременно являются технологическими элементами крепления на обмоточном станке (не показан) при изготовлении металлокомпозитного баллона.
Внутренний баллон 1 состоит из лейнера 9 и силового композитного слоя 10, а внешний баллон 3 состоит из лейнера 11 и силового композитного слоя 12.
При использовании предлагаемого составного металлокомпозитного сейсмоударостойкого баллона он оснащается запорно-пусковыми устройствами (на чертежах не показаны) и заполняется газовой огнегасящей смесью.
Заполнение происходит в следующем порядке:
2
4
пред
2
4
пред
Σ
2
4
Σ
4
2
4
2
2
4
пред
Σ
пред
2
4
1 этап - заполняются обе рабочие полости - основная 2 и дополнительная 4 до давления Р=Р, величина которого является расчетной (предельной) Р для внешнего баллона 3 Р=Р=Р. При этом накапливается соответствующая этому давлению и объему масса газового огнегасящей смеси M=M+M; масса M=f (P, P, V, V) или, учитывая, что Р=Р=Р общая масса огнегасящей смеси составит M=f (Р, V+V);
2
2
2
2 этап - дополнительно заполняется рабочая полость 2 внутреннего баллона 1 до величины давления, величина которого является для него расчетной (предельной), превышающей давление в рабочей полости 4 внешнего баллона 3 за счет меньшего диаметра и за счет противодавления в полости 4 внешнего баллона 3. При этом накапливается соответствующая давлению и объему масса огнегасящей смеси M=f(P,V).
2
пред
Σ
2
2
2
4
пред
4
Поскольку давление Р значительно больше, чем Р то и суммарная величина огнегасящей смеси будет больше M=[M=f(P,V)]+[M=f(P, V)]
эфф
Таким образом, в объеме, занимаемом внешним баллоном 3, накапливается для хранения более значительная масса огнегасящей смеси с условным коэффициентом эффективности К.
внш
внт
эфф
Расчеты, проведенные для двухполостного баллона с диаметром внешнего баллона d=380 мм и внутреннего d=240 мм при двукратном увеличении давления во внутренней полости по сравнению с промежуточной достигает К=1,58.
внш
внт
внш
внт
эфф
Если разность диаметров d и d уменьшить по величине, например, принять d=380 мм и внутренний d=300 мм, то коэффициент эффективности превысит К=2,0.
На горловину 5 к выходным каналам 6 и на горловину 7 к выходным каналам 8 подключают запорно-пусковые устройства (не показаны).
Лейнер 9 с силовым композитным слоем 10 и лейнер 11 с силовым композитным слоем 12 обеспечивают заданную прочность конструкции внутреннего баллона 1 и наружного баллона 3.