Металлокомпозитный баллон для дыхательного аппарата
METAL COMPOSITE CYLINDER FOR A BREATHING APPARATUS

Изобретение 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 металлопластиковый баллон высокого давления, содержащий внутренний тонкостенный стальной лейнер и внешнюю силовую пластиковую оболочку, образованную намоткой на лейнер по всей его поверхности прочного полимерного волокна, пропитанного смолой (см. патент RU №2289062, МПК F17C 1/00 (2006.01), МПК B21D 51/24 (2006.01), 10.12.2006 г.).
Известный металлопластиковый баллон высокого давления не обеспечивает высокой надежностью и необходимый эксплутационный ресурс.
Наиболее близкой к предлагаемой группе изобретений по совокупности существенных признаков является металлопластиковый баллон, содержащий лейнер, состоящий из верхнего днища с горловиной, нижнего глухого днища и цилиндрической части с глухим днищем, и внешнюю силовую композитную оболочку, состоящую из нескольких слоев (см. патент RU №2310120, МПК F17C 1/00 (2006.01), МПК F47C 1/02 (2006.01), МПК F47C 1/10 (2006.01), 10.11.2007 г.).
Данный металлопластиковый баллон высокого давления не обеспечивает высокую надежность и необходимый эксплутационный ресурс.
Задачей предлагаемого изобретения является создание металлокомпозитного баллона для дыхательного аппарата с высокими прочностными характеристиками и продолжительным эксплуатационным ресурсом.
Техническим результатом при использовании предлагаемого изобретения является повышение надежности металлокомпозитного баллона для дыхательного аппарата и увеличение эксплутационного ресурса.
Указанный технический результат достигается тем, что в металлокомпозитном баллоне для дыхательного аппарата, содержащем лейнер, состоящий из верхнего днища с горловиной, нижнего глухого днища и цилиндрической части с глухим днищем, и внешнюю силовую композитную оболочку, состоящую из нескольких слоев, внешняя силовая композитная оболочка выполнена из чередующихся кольцевых и спиральных слоев стеклоровинга, при этом спиральные слои расположены под углом 41°-46° к продольной оси баллона по схеме «полукокон», с заходом на днища лейнера примерно на 30-50 мм по образующей, при этом соотношение наружного диаметра лейнера к его длине составляет примерно от 0,25 до 0,5.
Кроме того, предпочтительно, среднелегированная сталь, из которой выполнен лейнер, содержит не более 0,015% фосфора и не более 0,011% серы; толщина стенки цилиндрической части лейнера составляет примерно 2-3 мм; толщина стенки нижнего глухого днища лейнера имеет максимальную величину в средней части и составляет примерно 8 мм; толщина стенки верхнего днища с горловиной лейнера имеет разную величину и составляет примерно от 5 мм до 7 мм; для контроля повреждений наружной поверхности композитной оболочки выполнена контрольная сетка из контрастной нити, расположенной на наружной поверхности композитной оболочки под углом примерно 45° к продольной оси баллона с шагом примерно 4-8 мм.
На фиг. 1 изображен металлокомпозитный баллон для дыхательного аппарата, общий вид;
на фиг. 2 - изображен выносной элемент на фиг. 1;
на фиг. 3 - изображен лейнер для металлокомпозитного баллона, общий вид.
Металлокомпозитный баллон для дыхательного аппарата состоит из металлического лейнера 1 и внешней силовой композиционной оболочки 2, состоящей из нескольких слоев, а именно из чередующихся кольцевых слоев 3 стеклоровинга и спиральных слоев 4 стеклоровинга. Спиральные слои 4 расположены под углом 41°-46° к продольной оси 5 баллона по схеме «полукокон», с заходом на днища 6 лейнера, примерно на 30-50 мм по образующей. Армирование цилиндрической поверхности баллона пластиковой оболочкой необходимой толщины позволяет повысить надежность металлокомпозитного баллона для дыхательного аппарата.
Лейнер 1 состоит из верхнего днища 6 с горловиной 7, нижнего глухого днища 8 и цилиндрической части 9. Отличительной особенностью лейнера является его выполнение бесшовным из среднелегированной стали, причем данная среднелигированная сталь содержит не более 0,015% фосфора и не более 0,011% серы.
Для обеспечения циклической долговечности соотношение наружного диаметра D лейнера к его длине L составляет примерно от 0,25 до 0,5, важное значение имеет толщина стенок составных частей лейнера, а именно: толщина h1 стенки цилиндрической части 9 меньше толщины h2 стенки верхнего днища 6 и толщины h3 с горловины 7 и толщины h4 нижнего глухого днища 8 лейнера, при этом - h1 составляет примерно 2-3 мм; h2 и h3 имеют разные величины, которые составляет примерно от 5 мм до 7 мм; h4 составляет примерно 8 мм.
Для контроля повреждений наружной силовой поверхности композитной оболочки 2 выполнена контрольная сетка 10 из контрастной нити, расположенной на наружной поверхности композитной оболочки под углом примерно 45° к продольной оси 5 баллона с шагом примерно 4-8 мм.
Металлокомпозитный баллон для дыхательного аппарата 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 слоев 3, 4 определяют при проектировании с учетом конструктивных и эксплутационных требований предъявляемых к баллону.
После намотки заготовку металлокомпозитного баллона помещают в полимеризационную камеру с последующим ступенчатым повышением температуры до 60°С и выдержкой в течение 12 часов для полимеризации эпоксидного связующего.
При использовании заявленного изобретения каждый отличительный существенный признак формулы изобретения влияет на достижение технического результата, т.к. выявлена и описана причинно-следственная связь между техническим результатом и совокупностью отличительных существенных признаков формулы изобретения.