ГАЗОВЫЙ БАЛЛОН
GAS CYLINDER

Изобретение относится к газовой технике, преимущественно к газовым баллонам со сжатым горючим газом, водородом, а именно к повышению безопасности эксплуатации газовых баллонов.
Из уровня техники известен газовый баллон с предохранительным клапаном (RU 2220363, F17C 13/12, 27.12.2003), содержащий корпус с горловиной, на одном из выходных штуцеров которой размещен предохранительный клапан. Выходной штуцер с предохранительным клапаном может быть расположен в донной части корпуса газового баллона, и газовый баллон может быть снабжен емкостью, заполненной огнетушительным порошком и установленной над выходным отверстием предохранительного клапана. При локальном воздействии высокой температуры на корпус баллона давление в газовом баллоне быстро нарастает до уровня критического (срабатывания предохранительного клапана). При срабатывании предохранительного клапана струя горючего газа выходит через полиэтиленовую емкость с огнетушительным порошком, разрывая ее и смешиваясь с порошком, чтобы не было воспламенения.
Недостаток аналога в том, что его конструкция не обеспечивает требования безопасности при его эксплуатации при высоких давлениях.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является восстановленный пропановый баллон (US 2004188435 Al, А62С 3/06, F17C 13/123, 30.09.2004), содержащий алюминиевый корпус, размещенный в нем защитный пористый наполнитель, состоящий из элементов, выполненных в виде цилиндров из алюминиевой сетки, запорную арматуру и предохранительный клапан. Корпус дополнительно снабжен теплозащитным кожухом.
Недостатком известного устройства является отсутствие защиты горючего сжатого газа от взрыва или воспламенения при механическом поражении целостности корпуса баллона, при воздействии на него, например, пулей или металлическими осколками. Существенным недостатком указанной конструкции является заполнение пористым наполнителем всего внутреннего объема корпуса газового баллона, что уменьшает полезный рабочий объем сжиженного газа на 3%.
Преимуществом заявляемого изобретения является повышение надежности защиты горючего сжатого газа от взрыва или воспламенения при механическом поражении целостности корпуса баллона, при воздействии на него, например, пулей или металлическими осколками.
Заявленный технический результат достигается тем, что в газовом баллоне, содержащем корпус с запорной арматурой и предохранительный клапан, согласно предложению, на внутренней стороне стенки баллона свободно уложены скрученные нити, прикрепленные к полимерной клеевой основе, в один или несколько слоев. Кроме того, слои уложены друг на друга, направление укладки которых перпендикулярны друг к другу или под углом. Нити могут быть выполнены из прочного материала, например, из стальной пружинной проволоки или кевларовых нитей, покрытых полимерной оболочкой, в состав которой входит ингибитор горения, причем нити могут быть свиты по прямоугольной, треугольной или трапецеидальной образующей.
Устройство, принцип работы и способ нанесения показан на фигурах 1-3 и будет объяснен в описании.
Устройство, показанное на фиг. 1 в 3-D модели, на фиг. 2 - в плоскости, состоит из корпуса 1 баллона (показан фрагмент корпуса баллона) и запорной арматуры с предохранительным клапаном (на чертеже не показаны). Полимерная клеевая основа 2 нанесена на внутреннюю поверхность стенки корпуса баллона, на нее приклеен первый слой 3 скрученных нитей, а второй слой 4 нитей укладывается на первый так, что он входит в зацепление с первым слоем. Направление расположения нитей второго слоя перпендикулярно первому слою, следующие слои витых нитей уложены аналогично, или под различными углами друг к другу (на чертеже не показаны). Количество слоев подбираемся экспериментально и зависит от конструкции баллона, давления в нем и его степени защиты. Нити свиты в спираль по круговой образующей (как наиболее простые), показаны на фиг. 1 и фиг. 2. Нити могут быть свиты и по прямоугольной, треугольной, трапецеидальной образующей, на чертеже не показаны.
Основа 5 нити выполнена из прочного материала, например, из стальной проволоки (пружинной) или кевларовых нитей, покрытых полимерной оболочкой 6, в состав которой входит ингибитор горения, это можно представить как изоляцию электрического провода. Основное требование к нитям - достаточная прочность, чтобы они не разрушились при вытягивании их внутренним давлением при разрыве стенки баллона. Спирали могут быть установлены под углом к нормали стенки баллона.
Работа устройства показана на фиг. 3. При механическом повреждении стенки 1 баллона, пулей или металлическими осколками, образуется отверстие, в которое под действием перепада давления (в баллоне и атмосфере) свитые нити стремятся выскочить из отверстия в стенке баллона. Свитые нити слоя 3 и 4 запутываются при выходе из образовавшегося отверстия, запутываются и затягивают его. Струя горючего газа, истекающая из отверстия, теряет свою скорость в запутанных нитях, поэтому не может воспламениться (температура торможения потока газа уменьшается и становится ниже температуры воспламенения), сверхзвуковых скачков газового потока не возникает, следовательно, вероятность воспламенения горючего газа снижается.
Если вдруг произойдет воспламенение струи газа от других источников воспламенения, например, искры, то при взаимодействии пламени с оболочкой 6 нити 5 (фиг. 2), в состав которой входит ингибитор горения, произойдет его тушение.
Рассмотрим второй случай аварийной ситуации. Если корпус баллона локально нагревается, тогда подложка 3 (фиг. 2) и оболочка 6 нитей начинают сублимировать, что приводит к быстрому нарастанию давления внутри баллона до уровня критического, предохранительный клапан открывается быстрее.
Пример конкретного исполнения: Баллон диаметром 300 мм, длиной 2000 мм закрепляется в приспособлении шпинделя токарно-винторезного станка. В горловину баллона заводится изогнутая направляющая трубка, которая своим изогнутым концом может касаться стенки баллона. Направляющая трубка зажимается в резцедержатель, который позволяет ей перемещаться в продольном направлении по длине баллона и в поперечном в пределах диаметра горловины. Внутренний диаметр трубки равен диаметру свитой нити с учетом нанесенного покрытия 6 (фиг. 2), был равен 5 мм, а внутренний диаметр трубки - 6 мм. Нити, укладываемые в направлении радиуса, были длинными, нити, укладываемые в направлении оси баллона, - короткими и равными цилиндрической части баллона.