Способ изготовления металлопластикового баллона высокого давления и металлопластиковый баллон
Владельцы патента RU 2310120:
Закрытое Акционерное Общество "Техномаш" (RU)
Открытое Акционерное Общество "Орский машиностроительный завод" (RU)
Изобретение относится к области производства облегченных металлопластиковых газовых баллонов высокого давления и может быть реализовано путем изготовления металлического бесшовного лейнера. В способе металлический лейнер баллона, имеющий цилиндрическую часть и днища, изготавливают в виде цельного кокона, цилиндрическую часть лейнера формируют до заданных размеров методом холодной ротационной вытяжки с обеспечением в зонах перехода к днищам с обеих сторон утолщений, после чего металлический лейнер подвергают термической обработке для обеспечения требуемых механических свойств во всех его сечениях, затем наружную поверхность цилиндрической части лейнера покрывают антикоррозионным покрытием, на цилиндрической поверхности лейнера с антикоррозионным покрытием создают упрочняющую армирующую оболочку из композиционного материала методом мокрой кольцевой намотки нитей армирующего материала, сформированных в ленту и пропитанных связующим, причем намотку ленты на цилиндрическую часть лейнера осуществляют с натяжением и перекрытием каждого витка ленты. В металлопластиковом баллоне высокого давления цилиндрическая часть лейнера в зонах перехода к днищам с обеих сторон имеет утолщения, а между упрочняющей армирующей оболочкой и наружной поверхностью имеется антикоррозионное покрытие. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области производства облегченных металлопластиковых баллонов высокого давления, предназначенных для работы под давлением газообразных сред, и может быть реализовано путем изготовления металлического бесшовного лейнера методами горячей и холодной пластической деформации для создания формы и размеров сосуда с последующей термической обработкой для обеспечения требуемой прочности лейнера, а также механической обработкой для формирования резьбы и других элементов, предназначенных для закрепления на сосуде высокого давления запорной арматуры и других деталей, и последующего формирования на цилиндрической поверхности лейнера упрочняющей армирующей оболочки композиционного материала, получаемого методом мокрой кольцевой намотки нитей армирующего материала, пропитанных связующим, при этом в качестве армирующего материала могут применяться: стекловолокно, органическое волокно, угольное, боровое, базальтовое и др. волокно, а в качестве связующего - эпоксидные, полиэфирные и др. смолы и составы на их основе.
По предлагаемому способу могут быть получены, например, автомобильные баллоны высокого давления для сжатого природного газа - метана различной емкости, имеющие стальной лейнер и армирующую оболочку из композиционного материала на цилиндрической поверхности.
Известен Металлопластиковый баллон, содержащий бесшовную металлическую оболочку (лейнер), упрочненную намотанным на цилиндрическую часть полимерным композиционным материалом (патент 2002160 С1, 30.10.1993).
По известному патенту поставленная задача обеспечивается путем намотки стеклопластикового армирующего слоя на гладкую цилиндрическую поверхность лейнера, не содержащего защитного антикоррозионного покрытия на наружной поверхности, при этом намотка жгутов стеклоровинга, сформированных в ленту, осуществляется встык, без перекрытия краев лены, при отсутствии гарантированного натяжения ленты при намотке.
Данный способ изготовления металлопластикового баллона не обеспечивает защиту от коррозии металла под стеклопластиковой оболочкой, а неоптимальное натяжение ленты стеклоровинга приводит либо к частой обрывности жгутов при намотке (при завышенном натяжении), либо снижению прочности стеклопластикового армирующего слоя (при недостаточном натяжении) и необходимости в этом случае увеличивать количество слоев намотки для обеспечения требуемой прочности баллона, что приводит к увеличению расхода материалов и увеличению себестоимости продукции.
Известен металлопластиковый баллон высокого давления, имеющий металлический лейнер, имеющий цилиндрическую часть и днища (DE 3103646, 12.08.1982). На цилиндрическую часть лейнера намотана упрочняющая армирующая оболочка из композиционного материала.
Недостатком такого баллона является отсутствие антикоррозионного покрытия на поверхности лейнера, под армирующей оболочкой, а также отсутствие утолщения металла на концевых участках цилиндрической части лейнера, что приводит к необходимости при эксплуатации закреплять баллоны за поверхность пластиковой армирующей оболочки и возможности появления коррозии под армирующим слоем.
Технический результат, достигаемый в заявленном изобретении, заключается в обеспечении оптимальных параметров намотки: угла намотки, натяжения ленты при намотке, перекрытия краев ленты при намотке, применении защитных антикоррозионных покрытий поверхностей баллона и лейнера под армирующей оболочкой, а также выполнении при холодной пластической деформации лейнера методом ротационной вытяжки утолщений цилиндрической части лейнера в зонах перехода к днищам и оптимальном давлении автофреттажа, обеспечивающего сжимающие напряжения в металлической оболочке и растягивающие напряжения в армирующем слое в таком соотношении, что при достижении расчетного давления разрушения при внутреннем давлении металлическая и пластиковая части конструкции корпуса баллона, имеющие различные модули упругости, разрушаются одновременно, полностью реализуя свою прочность. Наличие утолщений на концевых зонах цилиндрической части лейнера позволяет закреплять баллон за металлические цилиндрические поверхности и, таким образом, предохранить армирующую оболочку пластиковую от повреждений при длительной эксплуатации баллонов (до 15-ти лет).
Применение предлагаемого способа позволит повысить технологичность процесса намотки армирующего слоя, а также потребительские качества баллонов и их эксплуатационные характеристики, в частности повысить стойкость автомобильных баллонов к воздействию внешней среды при эксплуатации: воздействию кислот, масел, морской воды, влаги, абразивных частиц и солнечному излучению, снизить вес баллона почти в два раза за счет уменьшения толщины стенок цилиндрической части металлического лейнера и армирования цилиндрической поверхности баллона пластиковой оболочкой необходимой толщины.
Указанный технический результат достигается в металлопластиковом баллоне высокого давления, содержащем металлический лейнер, имеющий днища, среднюю цилиндрическую часть и внешнюю упрочняющую армирующую оболочку из композиционного материала, согласно изобретению цилиндрическая часть лейнера в зонах перехода к днищам с обеих сторон имеет утолщения, а между упрочняющей армирующей оболочкой и наружной поверхностью лейнера имеется антикоррозионное покрытие. Металлический лейнер баллона выполнен цельным любым известным способом без применения сварки.
Утолщения на цилиндрической части лейнера выполнены длиной, равной 0,7%÷10% от длины цилиндрической части лейнера, и толщиной, равной 1,1÷2,5 от толщины стенки цилиндрической части лейнера.
Упрочняющая армирующая оболочка из композиционного материала имеет толщину 0,5÷1,5 от толщины стенки цилиндрической части лейнера и сформирована методом мокрой кольцевой намотки ленты армирующего материала, пропитанной связующим и намотанной на цилиндрическую часть лейнера послойно с натяжением и перекрытием каждого витка ленты.
Антикоррозионное покрытие между упрочняющей армирующей оболочкой и лейнером представляет собой полимерную пленку.
Антикоррозионное покрытие между упрочняющей армирующей оболочкой и лейнером имеет полиуретановую или эпоксидную основу.
Толщина стенки лейнера в зоне перехода к днищам (S) выполняется равной
S=(1,1÷2,5)Sл,
где S - толщина стенки лейнера в зоне перехода к днищам,
Sл - толщина стенки лейнера под армирующей оболочкой.
Длина утолщенной цилиндрической части лейнера в зоне перехода к днищам выполняется равной
L=(0,7%÷10%)Lл,
где L - длина утолщенной цилиндрической части лейнера в зоне перехода к днищам в зоне перехода к днищам,
Lл - длина цилиндрической части лейнера под армирующей оболочкой.
Указанный технический результат достигается в предлагаемом способе, в частности при изготовления металлопластиковых баллонов высокого давления для сжатого природного газа метана, в котором металлический лейнер баллона, имеющий цилиндрическую часть и днища, изготавливают в виде цельного кокона, при этом цилиндрическую часть лейнера формируют до заданных размеров методом холодной ротационной вытяжки с обеспечением в зонах перехода к днищам с обеих сторон утолщений, после чего металлический лейнер подвергают термической обработке для обеспечения требуемых механических свойств во всех его сечениях, затем наружную поверхность цилиндрической части лейнера покрывают антикоррозионным покрытием, после чего на цилиндрической поверхности лейнера с антикоррозионным покрытием создают упрочняющую армирующую оболочку из композиционного материала методом мокрой кольцевой намотки нитей (жгутов) армирующего материала, сформированных в ленту и пропитанных связующим, причем намотку ленты на цилиндрическую часть лейнера осуществляют с натяжением и перекрытием каждого витка ленты.
Усилие натяжения ленты при мокрой кольцевой намотке армирующего материала на цилиндрическую часть лейнера составляет 5÷15% от разрывной прочности ленты, намотку ленты на цилиндрическую поверхность лейнера осуществляют под углом, равным ±(2÷10) градусов между направлением движения ленты и нормалью к продольной оси баллона, толщина армирующего слоя составляет 0,5÷1,5 от толщины стенки цилиндрической части лейнера, при намотке обеспечивают перекрытие ленты на величину, равную 1÷10% от ее ширины.
Для обеспечения требуемой толщины упрочняющей армирующей оболочки намотку осуществляют послойно, количество жгутов и количество слоев определяются в зависимости от диаметра и толщины цилиндрической части лейнера, механических свойств металла, а также типа армирующих волокон.
После сушки и полимеризации упрочняющей армирующей оболочки из композиционного материала баллон подвергается автофреттажу для обеспечения сжимающих напряжений в цилиндрической части металлического лейнера, при этом давление автофреттажа должно быть равно (1,5÷2,0)Рраб., где Рраб. - расчетное рабочее давление газа в баллоне.
Затем на внутреннюю поверхность баллона наносят защитное покрытие, в частности на основе хлорсульфированного полиэтилена. На всю наружную поверхность баллона наносят защитное покрытие, в частности, на основе полиуретана.
Проведенный поиск не выявил среди известных способов способа с заявленной совокупностью существенных признаков, позволяющих решить поставленную задачу.
Изобретение иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 показан металлопластиковый баллон высокого давления в разрезе, на фиг.2 - вид А на фиг.1, на фиг.3 - операция намотки упрочняющей армирующей оболочки из композиционного материала.
Лейнер - это внутренняя металлическая герметизирующая оболочка баллона, несущая часть нагрузки и предназначаемая для крепления запорной арматуры на баллоне и закрепления баллона при эксплуатации.
Автофреттаж - технологическая операция нагружения металлопластикового баллона внутренним давлением вызывающем в металле лейнера остаточные деформации, в результате чего, после снятия давления, в лейнере создаются сжимающие, а в армирующей оболочке из композиционного материала растягивающие напряжения в таком соотношении, что при разрушении металлопластикового баллона металлический лейнер и армирующая оболочка, имеющие различные модули упругости, разрушаются одновременно, полностью реализуя свою прочность.
Металлопластиковый баллон состоит из металлического лейнера 1, имеющего днища и среднюю цилиндрическую часть. Цилиндрическая часть лейнера в зонах перехода к днищам имеет утолщения 2. На поверхность цилиндрической части лейнера наносят антикоррозионное покрытие 3, после чего формируют упрочняющую армирующую оболочку 4 из композиционного материала. На всю наружную поверхность металлопластикового баллона наносят защитное покрытие 5.
Сущность способа состоит в следующем.
Металлический лейнер 1 цилиндрической формы с днищами изготавливают любым известным способом в виде цельного кокона без применения сварки.
Цилиндрическую часть лейнера формируют до заданных размеров методом холодной ротационной вытяжки с обеспечением в зонах перехода к днищам с обеих сторон утолщений 2 длиной, равной L=(0,7%÷10%)Lл,
где L - длина утолщенной цилиндрической части лейнера,
Lл - длина цилиндрической части лейнера под армирующим слоем, и толщиной S, равной S=(1,1÷2,5)Sл,
где S - толщина стенки лейнера в зоне перехода к днищам,
Sл - толщина стенки лейнера под армирующим слоем.
Металлический лейнер, имеющий заданные геометрические размеры, подвергается термической обработке для обеспечения требуемых механических свойств во всех его сечениях, при этом относительное удлинение при растяжении образцов металла, вырезанных из лейнера, должно быть равно 12÷40%.
Наружная поверхность цилиндрической части лейнера покрывается антикоррозионным покрытием 3, состоящим из 1-2 слоя грунта и 1-2 слоя краски - эпоксидной эмали. Антикоррозионное покрытие 3 может представлять собой полимерную пленку или полиуретановый лак.
На цилиндрической поверхности лейнера с антикоррозионным покрытием создается упрочняющая армирующая оболочка 4 из композиционного материала методом мокрой кольцевой намотки нитей или ровингов армирующего материала, сформированных в ленту 6 и пропитанных связующим, при этом в качестве армирующего материала могут применяться нити или ровинги стекловолокна, органоволокна, угольного, борового, базальтового и др. волокна, а в качестве связующего - эпоксидные, полиэфирные и др. смолы и составы на их основе.
Натяжение ленты 6 при мокрой кольцевой намотке армирующего материала на цилиндрическую поверхность лейнера должно составлять (5÷15)% от разрывной прочности ленты, намотка ленты на цилиндрическую поверхность лейнера осуществляется под углом α, равным ±(2÷10) градусов между направлением движения ленты и нормалью к продольной оси баллона, толщина армирующего слоя составляет 0,5÷1,5 от толщины стенки цилиндрической части лейнера, при намотке обеспечивается перекрытие ленты на величину, равную (1÷10)% от ширины ленты.
Для обеспечения требуемой толщины упрочняющей армирующей оболочки намотку осуществляют послойно, количество жгутов и слоев определяется в зависимости от диаметра и толщины цилиндрической части лейнера, механических свойств металла, а также типа армирующих волокон.
После сушки и полимеризации упрочняющей армирующей оболочки баллон подвергается автофреттажу, при этом давление автофреттажа должно быть равно (1,5÷2,0)Рраб. Затем на внутреннюю поверхность баллона наносится защитное покрытие на основе хлорсульфированного полиэтилена. После нанесения на баллон маркировок и надписей на упрочняющую армирующую оболочку наносится защитное антикоррозионное покрытие 5 - полиуретановый лак, толщина покрытия 50-100 мкм.
Технология формирования упрочняющей армирующей оболочки из жгутов стеклоровинга состоит в следующем. Для изготовления армирующей оболочки используются следующие типы ровингов: ВМН ТУ 6-48-70-91, РВМПН ТУ 6-48-05786904-142-94, РБН ГОСТ 17139-79, РБН ТУ 5952-045-05763895-2004.
При изготовлении металлопластиковых баллонов формирование упрочняющей армирующей стеклопластиковой оболочки выполняется методом "мокрой" кольцевой намотки. Жгуты стеклоровинга, сформированные в ленту и покрытые связующим, наматываются на цилиндрическую часть лейнера. При этом формирование стеклопластика как конструкционного материала, происходит непосредственно в процессе изготовления изделия; физико-механические и др. характеристики такой оболочки зависят не только от вида стеклоровинга и связующего, но и от параметров технологического процесса ее изготовления. Намотку осуществляют на цилиндрическую часть лейнера, поверхность которой загрунтована и окрашена эпоксидной эмалью. Намотку осуществляют непрерывной, укладкой с перекрытием ленты, сформированной из жгутов ровинга и пропитанной связующим.
Для ровингов РБН 13-2520-76 и РВМН 10-2400-80 ширина ленты, состоящей из 10-ти жгутов, составляет 46±2 мм, шаг намотки 44±0,5 мм, для ровинга РВМН 10-1260-80 ширина ленты, состоящей из 10-ти жгутов составляет 40±2 мм, шаг намотки 38±0,5 мм.
Для обеспечения формирования оптимальной структуры стеклопластиковой оболочки намотку необходимо вести с усилием натяжения ленты, равным 10±5% от ее разрывной прочности, указанное усилие натяжения ленты при намотке является достаточным для обеспечения требуемой прочности баллона. Намотка с меньшим натяжением не обеспечивает оптимальное содержание и равномерность распределения нитей стеклоровинга в армирующем слое и приводит к снижению прочности стеклопластиковой оболочки. Превышение рекомендуемой величины усилия натяжения ленты приводит к повышению обрывности волокон, пушению ровингов, вызывающих разориентацию и искривление волокон в армирующем слое, что также приводит к снижению прочности армирующей оболочки и баллона в целом.
Оптимальное значение усилия натяжения ленты из 10 жгутов составляет:
| Для ровинга марки | РБН-13-2520 | - | 55-85 кгс |
| Для ровинга марки | РВМН-10-1260 | - | 40-60 кгс. |
По предложенному способу были изготовлены баллоны с лейнером из стали 35ХМА и армирующим слоем из стеклопластика.
Лейнеры из стали марки 35ХМА подвергнуты следующей термической обработке: закалка в масле от температуры 850±10°C, отпуск при температуре 490±10°С в течение 4-х часов с охлаждением в воде.
Механические свойства стали 35ХМА после термической обработки указанны в табл.1.
| Таблица 1 | |
| Наименование показателя | Величина показателя |
| Временное сопротивление, σв, МПа, | 950-1050 |
| Условный предел текучести σ0,2, МПа, | 795-830 |
| Относительное удлинение, δ5, %, | 14-25 |
| Ударная вязкость, KCV-50 150/2/2, Дж/см2 | |
| Среднее значение по трем образцам | 50 |
| Отдельный образец | 40 (минимум) |
Наружная поверхность лейнеров окрашена. Лакокрасочное покрытие нанесено в следующем порядке:
1. Грунтовка ВЛ-02 (1 слой) ГОСТ 12707.
2. Грунтовка АК-070 (1 слой) ГОСТ 25718.
3. Эмаль ЭП-5287 красная (1 слой) ТУ 6-21-87-97.
Толщина лакокрасочного покрытия 60-70 мкм.
Внешний армирующий слой изготовлен из стеклопластика на основе ровинга РБН 13-2520-76 ТУ 6-48-05786904-142-94 и связующего ЭДТ-10 ОСТ 3-4759-80 методом мокрой кольцевой намотки нитей ровинга на цилиндрическую часть лейнера.
Технические характеристики изготовленных металлопластиковых баллонов.
Пример 1. Баллон БА-28-20-254/720
Рабочее давление - 20 МПа.
Вместимость баллона - 28 литров.
Вес баллона - 20 кг.
Наружный диаметр - 254 мм.
Внутренний диаметр - 240 мм.
Длина - 720 мм.
Длина цилиндрической части лейнера - 440 мм.
Длина утолщенной части цилиндра - 10 мм и 30 мм, соответственно равна 2,1% и 8,3%.
Толщина цилиндрической части лейнера - 3,5 (+0,1, -0,2) мм.
Толщина утолщенной части цилиндра - 5,2 (+0,5, -0,2) мм.
Величина утолщения с учетом допусков составляет 1,38-1,72.
Пример 2. БА-70-20-254/1660
Рабочее давление - 20 МПа.
Вместимость баллона - 70 литров.
Вес баллона - 44 кг.
Наружный диаметр -254 мм.
Внутренний диаметр - 240 мм.
Длина - 1660 мм.
Длина цилиндрической части лейнера Lл=1400 мм.
Длина утолщенной части цилиндра L=10 мм и 40 мм составляет соответственно 0,7% и 2,8%.
Толщина цилиндрической части лейнера - 3,5 (+0,1, -0,2) мм.
Толщина утолщенной части цилиндра - 5,2 (+0,5, -0,2) мм.
Величина утолщения с учетом допусков равна 1,38-1,72.
Пример 3. БА-54-20-322/882
Рабочее давление - 20 МПа.
Вместимость баллона - 54 литра.
Вес баллона - 41,6 кг.
Наружный диаметр - 322 мм.
Внутренний диаметр - 304 мм.
Длина - 882 мм.
Длина цилиндрической части лейнера Lл=589 мм.
Длина утолщений цилиндрической части L=10 мм и 40 мм соответственно равна 1,6% и 6,8%.
Толщина цилиндрической части лейнера - 4,4 (+0,1, -0,2)мм.
Толщина утолщенной части цилиндра - 7,0 (+0,2, -0,3) мм.
Величина утолщения с учетом допусков равна 1,58-1,83.
Пример 4. БА-97-20-322/1660
Рабочее давление - 20 МПа.
Вместимость баллона - 97 литров.
Вес баллона - 66,4 кг.
Наружный диаметр - 322 мм.
Внутренний диаметр - 304 мм.
Длина - 1470 мм.
Длина цилиндрической части лейнера Lл=1077 мм.
Длина утолщенной части цилиндра - 10 мм и 40 мм соответственно равна 0,9% и 3,7%.
Толщина цилиндрической части лейнера - 4,4 (+0,1, -0,2) мм.
Толщина утолщенной части цилиндра - 7,0 (+0,2, -0,3) мм.
Величина утолщения с учетом допусков равна 1,58-1,83.
Изготовление металлопластиковых баллонов по предложенному способу осуществлено с использованием следующих технологических операций, показанных в таблице 2.
| Таблица 2 | |||
| № п/п | Основные технологические операции | Технологические параметры | Геометрические параметры |
| 1. | Холодная ротационная вытяжка цилиндрической поверхности заготовки лейнера с формированием на концевых участках цилиндра утолщений (стан ротационной вытяжки - ППТ 200). | Длина утолщенной части цилиндра от 0,7 до 8,3%; Утолщение цилиндрической части равно от 1,38 до 1,83. | |
| 2 | Термическая обработка лейнера из стали марки 35ХМА. | Закалка в масло от температуры 850°С, отпуск при температуре 490°С в течение 4-х часов | Механические характеристики стали: Предел прочности 950-1050 МПа, относительное удлинение 14%-25%. |
| 3. | Нанесение защитного покрытия на наружную поверхность цилиндрической части лейнера. Лакокрасочное покрытие наносится в следующем порядке: 1 - грунтовка ВЛ-02 один слой (ГОСТ 12707) 2 - грунтовка АК-070 один слой (ГОСТ 25718) 3 - эмаль ЭП-5287 красная один слой (ТУ 6-21-87-97) | Толщина покрытия 60-70 мкм | |
| 4. | Формирование упрочняющей армирующей оболочки на цилиндрической части лейнера методом мокрой кольцевой намотки осуществляется с использованием стеклоровинга РБН-13-2520-76 (ТУ 5952-045-05763895-2004) и связующего ЭДТ-10 ОСТ 3-4759-80 | 1. Для ровинга РБН 13-2520-76 ширина ленты, состоящей из 10-ти жгутов составляет 46 мм, шаг намотки 44 мм. | Величина перекрытия ленты составляет 1 мм (2% от ширины ленты). |
| 2. При намотке величина натяжения ленты из 10 жгутов для ровинга РБН -13-2520 составляет 55-85 кгс. | |||
| 3. Угол намотки±5 градусов. | |||
| 4. Количество слоев при намотке составляет для баллонов диаметром 254 мм - 8 слоев для баллонов диаметром 322 мм - 14 слоев. | |||
| 5. | На внутреннюю поверхность баллонов, подвергнутую дробеструйной обработке, наносится защитное покрытие марки "Композиция ПСП" по ТУ 5775-001-18709294-00. | Толщина покрытия 150 мкм. | |
| 6. | После нанесения армирующего слоя баллоны подвергаются автофреттажу внутренним гидравлическим давлением. | Фактическая величина давления автофреттажа составляет 1,76-1,91 от рабочего давления. | |
| 7. | После нанесения на баллон маркировок и надписей на армирующую оболочку наносится защитное покрытие - полиуретановый лак | Толщина покрытия 50-100 мкм. |
Изготовленные по предложенному способу баллоны прошли квалификационные испытания на соответствие требованиям Правил Госгортехнадзора РФ ПБ03-576-03.
Результаты испытаний приведены в таблице №3.
Результаты приемосдаточных испытаний облегченных металлопластиковых газовых баллонов БА-28-20-254/852, БА-70-20-254/1660, БА-54-20-322/882, БА-97-20-322/1660, изготовленных по предлагаемому способу, представлены в таблице 3.
| Таблица 3 | ||
| № | Виды испытаний | Значение характеристик и результат испытаний |
| 1 | Испытание материала баллона на растяжение, ГОСТ 10006, ГОСТ 9012 | Предел прочности >935 МПа |
| Предел текучести >785 МПа | ||
| Относительное удлинение >14% | ||
| Относительное сужение>58% | ||
| 2 | Испытание материала баллона на загиб, ИСО 11439 | Трещин не обнаружено |
| 3 | Испытание материала баллона на ударный изгиб, ГОСТ 9454 | KCV - 50°C, 150/2/5>50 Дж/см2 |
| 4 | Металлографическое определение толщины обезуглероженного слоя, ГОСТ 1763 | Толщина обезуглероженного слоя не более 5% от толщины стенки, структура стали - зернистый сорбит |
| 5 | Ультозвуковая дефектоскопия, ГОСТ 17410 | Металлургических дефектов (поры, трещины и т.п.) не выявлено |
| 6 | Гидравлические испытания баллонов пробным давлением 30 МПа | Деформаций не выявлено |
| 7 | Пневматические испытания баллонов на герметичность давлением 20 МПа | Течи не выявлено |
| 8 | Гидравлические испытания до разрушения для подтверждения требуемого запаса прочности менее 2,6. ГОСТ 2405 | Фактическое давление разрушения не менее 62,7 МПа, характер разрушения безосколочный |
| 9 | Гидравлические циклические испытания давлением от 0,2 МПа до 25 МПа, частота нагружений 10 циклов в минуту, ИСО 11439. | После 40000 циклов нагружения течи и разрушений баллона не выявлено. |
Результаты испытаний положительные, баллоны соответствую требованиям Правил ПБ 03-576-03.
1. Способ изготовления металлопластиковых баллонов высокого давления, отличающийся тем, что металлический лейнер баллона, имеющий цилиндрическую часть и днища, изготавливают в виде цельного кокона, цилиндрическую часть лейнера формируют до заданных размеров методом холодной ротационной вытяжки с обеспечением в зонах перехода к днищам с обеих сторон утолщений, после чего металлический лейнер подвергают термической обработке для обеспечения требуемых механических свойств во всех его сечениях, затем наружную поверхность цилиндрической части лейнера покрывают антикоррозионным покрытием, на цилиндрической поверхности лейнера с антикоррозионным покрытием создают упрочняющую армирующую оболочку из композиционного материала методом мокрой кольцевой намотки нитей армирующего материала, сформированных в ленту и пропитанных связующим, причем намотку ленты на цилиндрическую часть лейнера осуществляют с натяжением и перекрытием каждого витка ленты.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что усилие натяжения ленты при мокрой кольцевой намотке армирующего материала на цилиндрическую часть лейнера составляет 5÷15% от разрывной прочности ленты.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что намотку ленты на цилиндрическую поверхность лейнера осуществляют под углом, равным ±(2÷10)° между направлением движения ленты и нормалью к продольной оси баллона.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при намотке обеспечивают перекрытие ленты на величину, равную 1÷10% от ширины ленты.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что намотку упрочняющей армирующей оболочки осуществляют послойно.
6. Способ по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что после сушки и полимеризации упрочняющей армирующей оболочки из композиционного материала баллон подвергают автофреттажу для обеспечения сжимающих напряжений в цилиндрической части лейнера, при этом давление автофреттажа равно 1,5÷2,0 от рабочего давления газа в баллоне.
7. Способ по п.6, отличающийся тем, что на внутреннюю поверхность баллона наносят защитное покрытие.
8. Способ по п.6, отличающийся тем, что на всю наружную поверхность металлопластикового баллона наносят защитное покрытие.
9. Металлопластиковый баллон высокого давления, содержащий металлический лейнер, имеющий днища и среднюю цилиндрическую часть, и внешнюю упрочняющую армирующую оболочку из композиционного материала, отличающийся тем, что цилиндрическая часть лейнера в зонах перехода к днищам с обеих сторон имеет утолщения, а между упрочняющей армирующей оболочкой и наружной поверхностью лейнера имеется антикоррозионное покрытие, причем баллон изготавливают способом по пп.1-8.
10. Металлопластиковый баллон по п.9, отличающийся тем, что металлический лейнер баллона выполнен цельным.
11. Металлопластиковый баллон по п.9, отличающийся тем, что утолщения на цилиндрической части лейнера выполнены длиной, равной 0,7÷10% от длины цилиндрической части лейнера, и толщиной, равной 1,1÷2,5 от толщины стенки цилиндрической части лейнера.
12. Металлопластиковый баллон по п.9, отличающийся тем, что упрочняющая армирующая оболочка из композиционного материала имеет толщину 0,5÷1,5 от толщины стенки цилиндрической части лейнера и сформирована методом мокрой кольцевой намотки ленты армирующего материала, пропитанной связующим и намотанной на цилиндрическую часть лейнера с натяжением и перекрытием каждого витка ленты.
13. Металлопластиковый баллон по п.9, отличающийся тем, что антикоррозионное покрытие между упрочняющей армирующей оболочкой и лейнером представляет собой полимерную пленку.
14. Металлопластиковый баллон по п.9, отличающийся тем, что антикоррозионное покрытие между упрочняющей армирующей оболочкой и лейнером имеет полиуретановую основу.
15. Металлопластиковый баллон по п.9, отличающийся тем, что антикоррозионное покрытие между упрочняющей армирующей оболочкой и лейнером имеет эпоксидную основу.
