Композитный баллон для хранения сжатого газа

 

Использование: производство газовой аппаратуры, автотранспорт на газовом топливе. Сущность изобретения: баллон содержит оболочку из спиральных и кольцевых слоев, установленных в ее центральных полюсных отверстиях фланцы в форме тел вращения с большим и малым хвостовиками и установленные во фланцах крышки. Для повышения прочности соединения фланцев с силовой оболочкой на малых хвостовиках фланцев выполнены прорези, которые заполнены волокнистым материалом силовой оболочки, при этом расстояние между противолежащими прорезями не превышает наименьшего диаметра фланца. 3 ил.

Изобретение относится к области энергетики, а более конкретно к производству газовой аппаратуры, и может использоваться, например, в автотранспорте на газовом топливе.

Непременным элементом газовой аппаратуры автомобиля является баллон для хранения сжатого газа при высоком давлении (см. книгу: Морев А.И. Ерохов В. И. Эксплуатация и техническое обслуживание газобаллонных автомобилей. М. Транспорт, 1988). Газовый баллон является одним из наиболее опасных в эксплуатации элементов газовой аппаратуры и повышение безопасности ее эксплуатации во многом определяется безопасностью баллона.

Известна конструкция цельнометаллического баллона, предназначенного для хранения сжатых газов при высоком давлении (там же, с.55-57).

Известна также конструкция баллона, содержащего силовую оболочку из волокнистых композиционных материалов и центральные фланцы в форме тел вращения (см. например, патент США N 3508677 кл. 220-3, 1970, А.С. СССР N 1089344, кл. F 17 C 1/00, 1982, а также книгу: Образцов И.Ф. Васильев В.В. Бунаков В. А. Оптимальное армирование оболочек вращения из композиционных материалов. М. Машиностроение, 1977. с.72-74). Наиболее близким к заявленному изобретению аналогом является сосуд давления из композиционных материалов, описанный в книге: Основы проектирования и изготовления конструкций летательных аппаратов из композиционных материалов (под ред. В.В.Васильева. М. МАИ, 1985. с.78, рис.2.20; с. 80, рис.2.21). Эта конструкция, принимаемая в качестве прототипа, содержит силовую оболочку из спиральных и кольцевых слоев и установленные в ее центральных полюсных отверстиях фланцы и форме тел вращения, причем каждый из фланцев имеет большой и малый хвостовик. Во фланцах установлены крышки, обеспечивающие герметичность сосуда. Такая конструкция позволяет обеспечить высокую несущую способность в сочетании с небольшой массой сосуда. При этом большой хвостовик обеспечивает равномерную передачу усилий на силовую оболочку при нагружении сосуда внутренним давлением, а малый хвостовик служит для прочного закрепления фланца в силовой оболочке.

Одним из основных недостатков прототипа является возможность его повреждения при монтажно-эксплуатационных и регламентных работах. Это связано с тем, что при установке и снятии крышек на фланец действует крутящий момент, передаваемый им на силовую оболочку сосуда. Соединение фланца с силовой оболочкой не способно воспринимать значительные крутящие моменты, так как выполненный в форме тела вращения фланец прокручивается в силовой оболочке, что приводит к нарушению герметичности и прочности сосуда.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности в эксплуатации сосуда давления путем повышения его прочности при действии на фланец крутящих моментов. Это достигается путем выполнения на малых хвостовиках фланцев прорезей, заполненных волокнистым материалом силовой оболочки баллона.

Представленные сведения иллюстрируют следующие фигуры: фиг.1 общий вид предлагаемой конструкции сосуда давления; фиг. 2 конструктивные варианты выполнения фланца; фиг. 3 схема образования соединения силовой оболочки с фланцем при намотке силовой оболочки. Возможность осуществления заявленного устройства подтверждается представленными фигурами, на которых цифрой 1 обозначена силовая оболочка баллона из спиральных и кольцевых слоев композиционных материалов, 2 фланцы, установленные в центральных полюсных отверстиях силовой оболочки, 3 крышки, установленные во фланцах. Каждый фланец выполнен в виде тела вращения и имеет большой хвостовик 4 и малый хвостовик 5, контактирующие с силовой оболочкой. На малых хвостовиках фланцев выполнены прорези 6.

При изготовлении заявленного устройства фланцы 2 устанавливаются на оправку и производится намотка силовой оболочки. При этом слои волокнистого материала силовой оболочки 7 заполняют прорези на малых хвостовиках фланцев, обеспечивая прочное соединение малого хвостовика с силовой оболочкой.

Расстояние между противолежащими прорезями 6 не должно превышать наименьшего диаметра фланца 8, так как в противном случае невозможно обеспечить контакт волокнистого материала со стенками прорезей при намотке силовой оболочки.

При действии на фланец монтажных крутящих моментов соединение малого хвостовика с силовой оболочкой гарантирует невозможность проворота фланца, что обеспечивает требуемый технический результат.

Формула изобретения

Композитный баллон для хранения сжатого газа, содержащий силовую оболочку из спиральных и кольцевых слоев волокнистого композиционного материала, установленные в ее центральных полюсных отверстиях фланцы в форме тел вращения с большим и малым хвостовиками и установленные во фланцах крышки, отличающийся тем, что на малых хвостовиках фланцев выполнены прорези, заполненные волокнистым материалом силовой оболочки, при этом расстояние между противолежащими прорезями не превышает наименьшего диаметра фланца.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3