БАЛЛОН ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

Предлагаемая полезная модель относится к сосудам высокого давления, а именно, к баллонам высокого давления для текучей среды, главным образом, для сжатого или сжиженного газа.
В основном баллоны подобного типа предназначены для хранения и транспортировки сжатого или сжиженного газа для бытовых или промышленных нужд или использования в качестве сменной емкости газа на транспортных средствах для питания двигательных установок.
Известен баллон высокого давления, включающий корпус, в нижней части которого выполнено дно, размещенную в нем внутренную герметизирующую оболочку из металла (лейнер), в горловине, которой установлен газоввод (Серенсен С.В. Зайцев Г.П. «Несущая способность тонкостенных конструкций из армированных пластиков с дефектами» Киев, Наукова думка, 1982, с.261).
Недостатками известной конструкции являются:
Под воздействием многоцикловых нагрузок металлический лейнер подвергается усталостной ползучести в виде остаточной деформации и преждевременно выходит из строя, а баллон высокого давления при этом теряет герметичность.
Металлический лейнер, являясь несущим элементом, имеет толщину равную 0,4-0,6 толщины стеклопластикового корпуса, т.е. толщину соизмеримую с толщиной корпуса.
Следовательно, металлический лейнер имеет значительную массу, обладает пониженной коррозионной стойкостью в агрессивных средах и высокой скоростью ползучести при повышенной температуре хранения газа.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является баллон высокого давления, включающий металлический корпус, имеющий дно и горловину, газоввод и соосно установленный в корпусе и жестко связанный с ним внутренний металлический лейнер, с размещенными в нем продольными, жестко связанными друг с другом
трактами, при этом одни концы трактов герметично закреплены на дне корпуса, а другие - связаны с газовводом, (патент RU 45503, по кл. F17C 11/00, 2004 г)
В известной конструкции выполнение несущих элементов (лейнера и корпуса) металлическими и многократно диссипативными позволяет существенно повысить безопасность хранения и транспортировки газов.
В известном решение тракты выполнены в виде трубок и/или капилляров. Это позволяет снизить радиальное напряжение в стенках корпуса и как следствие предотвратить внезапное его разрушение.
Однако, известный баллон высокого давления обладает рядом недостатков:
- технологические трудности получения трактов, (например, капилляров) из высокопрочной стали с тонкой стенкой без изгибов и деформации, и как следствие, высокая стоимость капилляров.
- трудоемкость и сложность проведения операции нанесения припоя на поверхность трактов для их соединения.
- сложность сборки трактов в единый лейнер.
Задачей, решаемой предлагаемой полезной модели, является создание диссипативного высокоэффективного баллона, позволяющего обеспечить максимальное давление в нем газа, и имеющего простые конструкцию и технологию сборки при значительном увеличении отношения веса газа к весу баллона.
Технический результат в предлагаемой полезной модели достигают созданием баллона высокого давления, включающего металлический корпус, имеющего дно и горловину, газоввод и соосно установленный в корпусе и жестко связанный с ним внутренний металлический лейнер с размещенными в нем продольными, жестко связанными друг с другом трактами, при этом одни концы трактов герметично закреплены на дне корпуса, а другие - связаны с газовводом, в котором, согласно полезной модели лейнер и тракты выполнены в виде единой детали, методом точного литья по выплавляемым моделям, и деталь имеет форму баллона с трактами
переменного сечения, при этом газоввод выполнен в виде горловины детали с трактами, причем сечение трактов детали уменьшается пропорционально диаметру ее горловины, при этом элементы корпуса имеют одинаковый контур с деталью.
Выполнение лейнер и тракты выполнены в виде единой детали, методом точного литья по выплавляемым моделям позволяет устранить технологические трудности получения трактов, (например, капилляров) из высокопрочной стали с тонкой стенкой без изгибов и деформации, и как следствие, уменьшить стоимость капилляров.
Использование горловины детали с трактами в качестве газоввода позволяет упростить сборку баллона и дополнительно позволяет снизить радиальное напряжение в стенках газоввода, и как следствие, предотвратить внезапное его разрушение.
Предлагаемая конструкция баллона позволяет получить оптимальное отношение веса заполняемого газа к весу сосуда за счет возможности его эксплуатации при высоких давлениях, а в случае отливки детали из жаропрочного сплава и при высоких температурах (выше 1000°С)
Предлагаемая полезная модель поясняется нижеследующим описанием и чертежом, где
На фиг.1 показана конструкция предлагаемого баллона.
Баллон высокого давления, состоит из металлического корпуса 1, имеющий дно 2 и горловину 3, газоввод 4 и соосно установленный в корпусе и жестко связанный с ним внутренний металлический лейнер 5 с размещенными в нем продольными, жестко связанными друг с другом трактами 6. В качестве трактов могут быть использованы трубки и/или капилляры.
Наибольший положительный результат для предлагаемой полезной модели достигают при использовании капилляров.
Лейнер 5 и тракты 6 выполнены в виде единой детали, методом точного литья по выплавляемым моделям, при этом деталь имеет форму баллона с трактами 6 переменного сечения.
Одни концы трактов 6 герметично закреплены на дне 2 корпуса, а другие - связаны с газовводом 4.
В качестве газоввода 4 используют горловину детали с трактами 6, причем сечение трактов детали уменьшается пропорционально диаметру ее горловины, т.к. она формируется обратным прессованием, а по закону деформации внутренние диаметры пропорциональны изменению внешнего диаметра.
В предлагаемой полезной модели элементы корпуса имеют одинаковый контур с деталью и жестко связаны друг с другом, например, с помощью сварки.
В предлагаемой конструкции корпус, внешние поверхность детали и внутренние поверхности трактов могут быть снабжены защитным от проникновения в них диффузионно-активных газов покрытием 7.
Предлагаемый баллон высокого давления может быть собран следующим образом:
Предварительно известным способом точного литья по выплавляемым моделям получают деталь (лейнер с трактами), пронизанную трактами, которые получаются в результате электро-химического удаления из металла керамических стержней, например, из жаропрочного сплава.
Этот метод позволяет получать количество трактов в несколько раз больше, чем в прототипе.
В предлагаемой полезной модели вес лейнера с трактами значительно меньше, чем в известных решениях, т.к. отсутствуют стенки капилляров, а их сечение может приближаться к шестигранникам.
В предлагаемой конструкции полностью использован объем лейнера.
Затем для дальнейших пластических деформаций детали образованные тракты, для предотвращения их охлопывания заполняют полимерной массой.
Формирование горловины и дна детали производят известным способом обратного прессования.
На новизну использованных известных способов точного литья по выплавляемым моделям и обратного прессования авторы не претендуют.
После придания детали формы баллона из нее удаляют полимерную массу.
Корпус изготавливают строго по профилю лейнера и покрывают корпус внутри любым известным жаропрочным припоем.
Сборку осуществляют следующим образом: сначала на лейнер надевают горловину корпуса и приваривают дно корпуса, а лейнер скрепляют с корпусом пайкой.
Заполнение предлагаемого баллона высокого давления осуществляют следующим образом:
-2
Предварительно перед компримированием газа в баллон его подвергают вакуумированию (до 10 торр.), затем закачивают газ и баллон герметизируют с помощью запорного вентиля 8.
Закаченный в баллон газ размещается в каналах трактов 6.
Открытые концы трактов 6 детали плавно переходят в тракты газоввода 4 и обеспечивают перетекание газа из лейнера к газовводу и далее при открытом вентиле 8 газ выходит из баллона.
3
Были проведены эксперименты и полученные результаты показали, что предлагаемая конструкция баллона позволяет получить максимальное отношение веса газа высокой плотности к весу баллона для давления газа (гелий, водород) до 1500 МПА равным четыре к одному для объема баллона не более 500 см, а также снизить стоимость баллона, например,
Баллон емкостью 1 л
Стоимость, в руб./шт.
Прототип
150000
Предлагаемый баллон
5000