МЕТАЛЛОКОМПОЗИТНЫЙ БАЛЛОН ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

Полезная модель относится к конструкции сосудов для хранения газов в сжатом состоянии, выполненных из намотанных нитевидных материалов, и может использоваться в качестве емкости для хранения топлива в конструкции наземных транспортных средств на сжатом природном газе.
Из уровня техники известен композитный газовый баллон высокого давления (RU 2188356C2, МПК F17C 1/06, F17C 1/16, опубл. 27.08.2002), содержащий силовую оболочку из композитного материала, внутреннюю герметизирующую оболочку из металла с днищами и металлическими фланцами. Один из фланцев содержит конический выступ, а одно из днищ внутренней оболочки выполнено с конической отбортовкой и соединено сварным швом с коническим выступом фланца, направленным конической прямолинейной поверхностью внутрь баллона и по всей поверхности контакта соединенным с отбортовкой днища внутренней оболочки посредством клея.
Недостатком известного технического решения является его низкая надежность, связанная с тем, что внутренняя герметичная оболочка выполнена сварной. Кроме того, баллон имеет излишний вес в связи с тем, что внутренняя оболочка выполнена металлической.
Наиболее близким устройством к заявленной полезной модели и выбранным в качестве прототипа признан композитный баллон высокого давления (RU46834U1, МПК F17C 1/00, F17C 1/06, опубл. 27.07.2005), содержащий внешнюю силовую оболочку из композиционного материала, выполненную в виде многослойного силового каркаса и внутренний тонкостенный герметизирующий лейнер, включающий цилиндрическую часть и два днища, в отверстие одного из которых установлен штуцер. Лейнер выполнен бесшовным из алюминиевого сплава, а силовая оболочка представляет собой сетчато-ячеистую структуру.
Недостатком композитного баллона является недостаточная безопасность его эксплуатации, связанная с отсутствием в его конструкции элементов, обеспечивающих пожаробезопасность.
Технической задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является повышение безопасности металлокомпозитного баллона высокого давления.
Указанная задача решена тем, что металлокомпозитный баллон высокого давления содержит бесшовный лейнер из алюминиевого сплава, состоящий из цилиндрической обечайки, эллипсоидных днищ с горловинами, покрытый многослойной силовой оболочкой, состоящей из композитной ленты, пропитанной эпоксидным связующим и сформированной из нескольких ровингов. Отличает баллон от известных аналогов то, что в его горловинах установлены переходники, уплотненные герметиком, в первый из которых установлена заглушка, а во второй - вентиль; нечетные слои силовой оболочки выполнены кольцевыми, а четные - спиральными; последний слой силовой оболочки выполнен огнеупорным и пигментированным с помощью композитной ленты, пропитанной эпоксидным связующим, включающим в себя эпоксидную смолу с массовой долей от 40 до 53%, отвердитель с массовой долей от 32 до 42%, ускоритель с массовой долей от 0,7 до 1,5%, пластификатор полиуретановый с массовой долей от 5 до 18%, замедлитель горения с массовой долей от 1 до 3% и пигментную добавку с массовой долей от 0,2 до 1%.
Положительным техническим результатом, обеспечиваемым раскрытой выше совокупностью признаков устройства, является повышение безопасности металлокомпозитного баллона за счет применения в его конструкции переходников, уплотненных герметиком, а также выполнения последнего слоя силовой оболочки огнеупорным и пигментированным, что позволяет обеспечить пожаробезопасность баллона, в том числе и за счет окрашивания оболочки в предупреждающий об опасности цвет. В качестве дополнительного технического результата может рассматриваться упрощение технологического процесса изготовления баллона, за счет исключения операции его окрашивания в нужный цвет после окончания процесса намотки силовой оболочки, благодаря применению пигментной добавки.
Конструкция металлокомпозитного баллона высокого давления поясняется чертежом, где на фигуре показан его продольный разрез.
Баллон устроен следующим образом.
Его основой является бесшовный лейнер из алюминиевого сплава 1, состоящий из цилиндрической обечайки 2, эллипсоидных днищ 3 с горловинами 4, покрытый многослойной силовой оболочкой 5. В горловинах баллона установлены переходники 6, уплотненные герметиком, в первый из которых установлена заглушка 7, а во второй - вентиль 8.
В качестве материала композитной ленты для выполнения всех слоев силовой оболочки могут применяться стеклопластиковое или базальтовое волокно, а в качестве эпоксидного связующего, в котором смачивается лента при намотке всех слоев кроме последнего, целесообразно применять эпоксидный компаунд Этал-245.
В качестве эпоксидного связующего, применяющегося для смачивания ленты при выполнении последнего слоя, применяют специальный состав, раскрытый выше, при этом один из возможных вариантов состава связующего приведен в таблице 1.
Баллон изготавливают следующим образом.
На лейнер 1 перед намоткой силовой оболочки 5 устанавливают переходники 6 и уплотняют соединения герметиком по ОСТ3-6326-87. Силовая оболочка состоит из поочередно намотанных на лейнер слоев разного типа (кольцевой и спиральный), причем композитную ленту предварительно смачивают эпоксидным связующим. Схема намотки слоев приведена ниже (таблица 2).
При намотке всех слоев, кроме последнего, в качестве эпоксидного связующего используют эпоксидный компаунд Этал-245, а при намотке последнего - эпоксидное связующее, состав которого приведен в таблице 1. Перед намоткой последнего слоя на корпус баллона устанавливают этикетки (на фигуре условно не показаны) на расстоянии 300 мм от торца переходника 6 со стороны вентиля 8 или заглушки 7.
После окончания процесса намотки силовой оболочки дополнительно выполняют кольцевую подмотку 9 на расстоянии 250 мм от каждого торца. Затем баллон подвергают термической обработке, а после этого выполняют его автофреттирование. На последнем этапе изделие испытывают согласно требований ГОСТ Р 51753-2001 для баллонов высокого давления тип 3. Заглушку 7 и вентиль 8 устанавливают после завершения испытаний.
Баллон работает следующим образом.
Газ, хранящийся в баллоне под давлением, действует на его стенки, при этом, благодаря тому, что лейнер 1 выполнен бесшовным, значительно снижаются количество и типы концентраторов напряжения, способствующих появлению трещин в его оболочке. Благодаря наличию силовой оболочки значительно увеличивается надежность баллона, а выполнение ее последнего слоя огнеупорным повышает пожаробезопасность баллона при его эксплуатации.