Металлокомпозитный баллон высокого давления

Металлокомпозитный баллон высокого давления 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. Металлокомпозитный баллон содержит лейнер (1) из алюминиевого сплава с глухим днищем (7), днищем (8) с горловиной (9) и средней цилиндрической частью (10) и внешнюю силовую композитную оболочку (2), состоящую из нескольких слоев. В полярной точке (11) глухого днища (7) лейнера (1) выполнено коническое отверстие (12) для заварки его сварочной проволоки, при этом диаметр отверстия на наружной поверхности днища (7) составляет не менее двух диаметров на внутренней поверхности, а наружная поверхность глухого днища (7) имеет эллипсоидную форму. Внешняя силовая композитная оболочка (2) выполнена из жгутов (5) в виде не менее двух кольцевых слоев (3) для усиления баллона в кольцевом направлении и не менее двух спиральных слоев (4) для усиления баллона в осевом направлении, при чем жгуты (5) выполнены или из стекловолокна, или из углеволокна, или из органоволокна. Кроме того, баллон снабжен внешним защитным покрытием, закрепленным на внешней силовой композитной оболочке (2), и выполненным или в виде полимерной оболочки на цилиндрической части (10) и резиновых колпаков на днищах (7, 8), или в виде сплошной оболочки с антикоррозийными, противоударными свойствами. 1 н.п. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Полезная модель 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 композитный баллон высокого давления, содержащий внешнюю силовую оболочку из композиционного материала и внутренний тонкостенный герметизирующий лайнер, выполненный бесшовным из алюминиевого сплава (см. патент РФ 46834 на полезную модель, МПК7 F17C 1/00, F17C 1/06, 07.03.2005 г.).

Известный композитный баллон высокого давления не обеспечивает высокой надежностью и необходимый эксплутационный ресурс.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по совокупности существенных признаков является сосуд давления, имеющий сферическую форму и состоящий из алюминиевого лайнера с двумя толстостенными горловинами для размещения арматуры или заглушек (см. патент РФ 2175088 на изобретение (вариант 2), МПК7 F16J 12/00, F17C 1/06, B29D 22/00, 20.10.2001 г.).

Данный композитный баллон высокого давления не обеспечивает высокую надежность и необходимый эксплутационный ресурс.

Задачей предлагаемой полезной модели является создание металлокомпозитного баллона высокого давления с высокими прочностными характеристиками и продолжительным эксплутационным ресурсом.

Техническим результатом при использовании предлагаемой полезной модели является повышение надежности металлокомпозитного баллона высокого давления и увеличение эксплутационного ресурса.

Указанный технический результат достигается тем, что в металлокомпозитном баллоне, содержащем лейнер из алюминиевого сплава с глухим днищем, днищем с горловиной и средней цилиндрической частью и внешнюю силовую композитную оболочку, состоящую из нескольких слоев, в полярной точке глухого днища лейнера выполнено коническое отверстие для заварки его с присадкой сварочной проволоки и образования однородного глухого днища, при этом диаметр отверстия на наружной поверхности днища составляет не менее двух диаметров на внутренней поверхности, а наружная поверхность глухого днища имеет эллипсоидную форму, причем внешняя силовая композитная оболочка выполнена из жгутов в виде не менее двух кольцевых слоев для усиления баллона в кольцевом направлении и не менее двух спиральных слоев для усиления баллона в осевом направлении.

Кроме того, жгуты выполнены или из стекловолокна, или из углеволокна, или из органоволокна; металлокомпозитный баллон снабжен внешним защитным покрытием, закрепленным на внешней силовой композитной оболочке, и выполненным или в виде полимерной оболочки на цилиндрической части и резиновых колпаков на днищах, или в виде сплошной оболочки с антикоррозийными, противоударными свойствами.

На фиг.1 изображен металлокомпозитный баллон, общий вид;

на фиг.2 - изображен лейнер с коническим отверстием в днище.

Металлокомпозитный баллон высокого давления состоит из металлического лейнера 1, например, из алюминиевого сплава, и силовой композиционной оболочки 2, выполненной в виде не менее двух кольцевых слоев 3 для усиления баллона в кольцевом направлении и не менее двух спиральных слоев 4 для усиления баллона в осевом направлении. Слои 3, 4 выполнены посредством намотки жгутов, предварительно смоченных в жидком эпоксидном связующем. Перед полимеризацией связующего на слои 3, 4 наматывают киперную ленту для сохранения жидкого эпоксидного связующего до его полимеризации. Жгуты 5 выполнены или из стекловолокна, или из углеволокна, или из органоволокна.

Лейнер 1 представляет собой герметичную тонкостенную оболочку и содержит днище 7, днище 8 с горловиной 9 и среднюю цилиндрическую часть 10. В горловине 9 выполнена резьба для установки вентиля дыхательного аппарата (на чертеже не показано).

Днище 7 выполнено равнопрочным и герметически глухим, что достигается выполнением в полярной точке 11 днища 7 конического отверстия 12 для его последующей заварки с присадкой алюминиевой проволоки. При этом толщина днища 7 составляет не менее двух толщин цилиндрической части 10, а наружная поверхность днища 7 имеет эллипсоидную форму.

Для металлокомпозитных баллонов важной составляющей является масса баллона, т.е. чем ниже вес заряженного дыхательного аппарата, тем удобнее и легче работать в аппарате спасателю или пожарному, поэтому используют лейнер, например, из алюминиевого сплава.

Силовая композитная оболочка, выполненная с использованием углеволокна вместо стекловолокна, позволила снизить массу баллонов в разы, обеспечить высокую коррозийную стойкость, устойчивость к воздействию агрессивных сред, пожаровзрывобезопасность и гарантировать безосколочность разрушения.

При необходимости металлокомпозитный баллон изготавливают с защитным покрытием или в виде полимерной оболочки на цилиндрической части 10 и резиновых колпаков на днищах, или в виде сплошного полимерно-каучукового покрытия.

Металлокомпозитный баллон высокого давления 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 толщин слоев 3, 4 определяют при проектировании с учетом конструктивных и эксплутационных требований предъявляемых к баллону. Выбор материала жгутов определяют исходя из требований, предъявляемых к баллону, жгуты перед намоткой пропитывают связующим.

После намотки заготовку металлокомпозитного баллона помещают в полимеризационную камеру с последующим ступенчатым повышением температуры до 100°С и выдержкой в течение 6 часов для полимеризации эпоксидного связующего.

1. Металлокомпозитный баллон, содержащий лейнер из алюминиевого сплава с глухим днищем, днищем с горловиной и средней цилиндрической частью и внешнюю силовую композитную оболочку, состоящую из нескольких слоев, отличающийся тем, что в полярной точке глухого днища лейнера выполнено коническое отверстие для заварки его с присадкой сварочной проволоки и образования однородного глухого днища, при этом диаметр отверстия на наружной поверхности днища составляет не менее двух диаметров на внутренней поверхности, а наружная поверхность глухого днища имеет эллипсоидную форму, причем внешняя силовая композитная оболочка выполнена из жгутов в виде не менее двух кольцевых слоев для усиления баллона в кольцевом направлении и не менее двух спиральных слоев для усиления баллона в осевом направлении.

2. Металлокомпозитный баллон по п.1, отличающийся тем, что жгуты выполнены или из стекловолокна, или из углеволокна, или из органоволокна.

3. Металлокомпозитный баллон по п.1, отличающийся тем, что он снабжен внешним защитным покрытием, закрепленным на внешней силовой композитной оболочке и выполненным или в виде полимерной оболочки на цилиндрической части и резиновых колпаков на днищах, или в виде сплошной оболочки с антикоррозийными, противоударными свойствами.