Металлокомпозитный баллон высокого давления

Полезная модель относится к конструкциям комбинированных баллонов высокого давления многоразового использования и может найти применение на автотранспорте, работающем на сжатом природном газе, а также в других областях, связанных с применением сжатых газов. Задачей, решаемой полезной моделью, является обеспечение эксплуатационной надежности и безопасности баллонов за счет компенсации осевых напряжений в цилиндрической части лейнера и исключении их деформации при ударах. Металлокомпозитный баллон высокого давления содержит внутреннюю герметизирующую оболочку (лейнер), имеющий цилиндрическую часть 1, купола днищ 2 и горловины 3, и внешнюю силовую оболочку 4 из композитного материала, охватывающую цилиндрическую часть 1 лейнера и состоящую из нескольких слоев волокон. Витки смежных слоев волокон имеют ортогональную ориентацию с допустимым углом отклонения от ортогональности в пределах 20°. Лейнер в области перехода его цилиндрической части 1 в купола днищ 2 имеет кольцевые занижения 5, усиленные внешней силовой оболочкой 4. Кольцевые занижения 5 выполнены коническими с углом наклона относительно оси баллона не менее 3°. Горловины 5 снабжены дополнительной кольцевой подмоткой 6. Выполнение силовой оболочки многослойной с ортогональной ориентацией витков смежных слоев волокон с допустимым отклонением от ортогональности в пределах 20°, а также выполнение в местах перехода цилиндрической части лейнера в купола днищ кольцевых занижений. усиленных внешней силовой оболочкой, позволит повысить надежность и безопасность баллонов.

Полезная модель относится к конструкциям комбинированных баллонов высокого давления многоразового использования, и может найти применение на автотранспорте, работающем на сжатом природном газе, а также в других областях, связанных с применением сжатых газов.

Известен металлопластиковый баллон давления, содержащий бесшовную металлическую оболочку, упрочненную намотанным на цилиндрическую часть полимерным композиционным материалом, в котором соотношение толщины оболочки из полимерного композиционного материала и металлической оболочки составляет 0,9-1,4, а толщина стенки цилиндрической части металлической оболочки выполнена из расчета по уровню окружных напряжений, равных (0,46-0,63)02, где 02 - условный предел текучести металла (см. патент РФ №2002160 от 03.09.91, МПК F 16 C 1/06, опубликовано 30.10.93 г.).

Известен металлопластиковый баллон, принятый за прототип, содержащий внутренний металлический лейнер, включающий цилиндрическую часть, днища и горловины, внешнюю силовую оболочку из композитного материала, охватывающую цилиндрическую часть лейнера, состоящую из нескольких слоев волокон (см. патент JP 10220691, МПК F 17 C 1/00, опубликовано 21.08.1998 г.).

В известных баллонах их купола, в том числе и в местах перехода цилиндрической части в купол остаются свободными от силовой

композиционной оболочки, в результате чего осевые напряжения в баллоне воспринимает только его металлическая оболочка - лейнер. В процессе эксплуатации баллонов при их заправке сжатым газом температура баллона повышается до 80С, происходит разогрев баллона изнутри и в первую очередь нагревается лейнер, а поскольку коэффициенты линейного расширения лейнера и композитной оболочки существенно отличаются, происходит осевое удлинение лейнера и образование на нем свободных от композита цилиндрических участков лейнера. На открытые кольцевые участки попадает влага из атмосферного воздуха. Затем, в процессе охлаждения по мере выравнивания температуры лейнера и композитной оболочки, влага между ними оказывается "захлопнутой", что в процессах многократной заправки баллона ведет к неизбежной коррозии, интенсивность которой увеличивается за счет контактного давления композитной оболочки на лейнер.

Признаки прототипа, совпадающие с признаками технического решения - металлическая оболочка (лейнер), имеющая цилиндрическую часть, днища и горловины, внешняя силовая оболочка из композитного материала, нанесенная на цилиндрическую часть лейнера.

Техническая задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель - обеспечение эксплуатационной надежности и безопасности баллонов.

Поставленная задача достигается тем, что выполнение композитной оболочки с ортогональной ориентацией витков позволяет компенсировать осевые напряжения в цилиндрической части лейнера. При этом опасное сечение из места перехода цилиндрической части лейнера в купол перемещается на утолщенную часть купола.

Изменение угла наклона витков композитной оболочки в пределах 20° позволяет варьировать в конструкции баллона действующими в лейнере тангенциальными и осевыми напряжениями в процессе эксплуатации.

Наличие у лейнера в местах перехода цилиндрической части в купола днищ кольцевых занижений плотно запирает его в кольцевом утолщении композитной оболочки. При этом при нагреве в процессе заправки газом лейнер не имеет возможности "выйти" за пределы силовой оболочки.

Выполнение кольцевых занижений коническими с углом наклона относительно оси баллона не менее 3° увеличивает надежность запирания лейнера в кольцевом утолщении композитной оболочки.

Снабжение горловин баллона дополнительной кольцевой подмоткой позволяет исключить их деформацию или разрыв при ударах баллонов.

На чертеже изображен предлагаемый металлокомпозитный баллон высокого давления - частичный продольны разрез.

Металлокомпозитный баллон содержит внутреннюю герметизирующую металлическую оболочку (лейнер), имеющий цилиндрическую часть 1, купола днищ 2 и горловины 3, и внешнюю силовую оболочку 4 из композитного материала. В местах перехода цилиндрической части 1 лейнера в купола днищ 2 он имеет кольцевые занижения 5, выполненные с углом наклона относительно оси баллона не менее 3°. Внешняя силовая оболочка 4 охватывает цилиндрическую часть 1 лейнера, кольцевые занижения 5 и состоит из нескольких слоев волокон. Каждый слой волокон внешней силовой оболочки 4 расположен относительно другого слоя таким образом, что витки смежных слоев имеют ортогональную ориентацию, при

этом допустимый угол отклонения от ортогональности находится в пределах 20°. На горловинах 3 имеется дополнительный защитный слой кольцевой композитной подмотки 6.

В предпочтительном варианте выполнения металлокомпозитного баллона высокого давления витки смежных слоев волокон силовой оболочки имеют ортогональную ориентацию с допустимым углом отклонения от ортогональности в пределах 20. Кольцевые занижения выполнены с углом наклона относительно оси баллона не менее 3°. Горловина снабжена дополнительной кольцевой подмоткой из композитного материала.

Таким образом, выполнение внешней силовой оболочки многослойной с ортогональной ориентацией витков смежных слоев волокон, а также выполнение в местах перехода цилиндрической части лейнера в купола днищ кольцевых занижений, усиленных внешней силовой оболочкой, позволит переместить опасное сечение на утолщенную часть купола, компенсировать осевые напряжения и повысить безопасность баллона. А выполнение на горловинах дополнительной кольцевой подмотки повышает его надежность.

1. Металлокомпозитный баллон высокого давления, содержащий внутренний металлический лейнер, включающий цилиндрическую часть, днища и горловины, внешнюю силовую оболочку из композитного материала, охватывающую цилиндрическую часть лейнера и состоящую из нескольких слоев волокон, отличающийся тем, что витки смежных слоев волокон силовой оболочки имеют ортогональную ориентацию с допустимым углом отклонения от ортогональности в пределах 20°, при этом на лейнере в местах перехода цилиндрической части в купола днищ выполнены кольцевые занижения, усиленные внешней силовой оболочкой.

2. Металлокомпозитный баллон по п.1, отличающийся тем, что кольцевые занижения выполнены с углом наклона относительно оси баллона не менее 3°.

3. Металлокомпозитный баллон по п.1, отличающийся тем, что горловины снабжены дополнительной кольцевой подмоткой из композитного материала.