Секционная оболочка для внутреннего давления из слоистого композиционного материала



Секционная оболочка для внутреннего давления из слоистого композиционного материала
Секционная оболочка для внутреннего давления из слоистого композиционного материала
Секционная оболочка для внутреннего давления из слоистого композиционного материала

 


Владельцы патента RU 2607575:

Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения (RU)

Оболочка предназначена для изделий авиационной и ракетной техники. Оболочка содержит две секции 1 и 2, каждая из которых состоит из цилиндрической части 3 и 4, выпуклых днищ 5 и 6, фланцев в полюсных отверстиях днищ 7 и 8, внутреннего защитного покрытия 9 и 10. Секции состоят из набора спиральных 11 и кольцевых 12 слоев, на основе пропитанных связующим однонаправленных жгутов, и кольцевых утолщений 13, 14 у цилиндрических торцов с расположенными в них соединительными штифтами 15, 16 и шпильками 17. Между стыкуемыми торцами секций расположено металлическое кольцо 18, снабженное по наружному и внутреннему диаметрам центрирующими поясками 19, 20, внутренние из которых выполнены на своей внешней поверхности с локальными кольцевыми канавками 21 для расположения герметизирующих элементов, например резиновых жгутов. Наружные выполнены с коническими, обращенными к секции и сужающимися к кольцу поверхностями 22, на внешней поверхности утолщений секций выполнены ответные конические поверхности, а по окружности в кольце выполнены отверстия 23, соосные расположенным в них соединительным шпилькам. Технический результат – упрощение процесса сборки. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в конструкциях газовых и гидравлических фильтров или аккумуляторов и всех подобных емкостей с использованием оболочек из композиционных материалов, а также в изделиях авиационной и ракетной техники, например, в качестве топливных баков и корпусов ракетных двигателей твердого топлива.

Известна конструкция топливного бака вертолета, выполненного в виде двух секций путем намотки силовой оболочки из композиционного материала на металлический лейнер (Буланов И.М., Воробей В.В. Технология ракетных и аэрокосмических конструкций из композиционных материалов: Учеб. для вузов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1998. 516 с., ил., рис. 6.38, 6,39 стр. 484, 485).

Недостатком данной конструкции является сложность конструкции и высокая стоимость за счет использования металлического лейнера.

Известна армированная оболочка для внутреннего давления из слоистого композиционного материала, в виде соединенных между собой двух секций с цилиндрическим участком и выпуклым днищем каждая, состоящих из набора пропитанных связующим спиральных и кольцевых слоев однонаправленных жгутов и кольцевых утолщений у цилиндрических торцов с расположенными в них соединительными штифтами и шпильками и центрирующего выступа с соответствующим ему пазом на внутренней поверхности (RU 2514980 C1, 7 F17C 1/06, 10.05.2014).

Недостатком данной конструкции является недостаточная прочность и надежность узла соединения секций, которая определяется следующим.

Рассматриваемые конструкции выполняются из слоистого композиционного материала (КМ), который обладает максимальными прочностными характеристиками вдоль расположения армирующего материала (слоев) и минимальными поперек слоев, причем прочность поперек слоев в несколько раз ниже, чем вдоль.

При действии на оболочку осевых растягивающих сил, вызванных действием внутреннего давления, на поверхности контакта КМ со штифтом возникает контактное давление, которое приводит к смятию КМ в осевом направлении и распиранию в поперечном направлении. Распирание поперек слоев (по толщине оболочки) приводит к расслоению и раздиру слоев и в конечном итоге разрушению оболочки в зоне узла соединения.

Армированная оболочка для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала по патенту RU 2514980 является наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и достигаемому результату и выбрана в качестве ближайшего аналога (прототипа).

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение прочности и надежности оболочки для высокого внутреннего давления, выполненной в виде соединенных между собой двух секций, с повышенными эксплуатационными характеристиками.

Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, заключается в повышении эксплуатационной эффективности конструкции за счет повышения прочности и надежности узла соединения, повышении технологичности конструкции за счет использования кольца с центрирующими поясками, что упрощает процесс сборки, расширение области применимости за счет возможности увеличения функциональных качеств промежуточного металлического кольца в зависимости от конкретных условий.

Техническая задача решается, а технический результат достигается тем, что секционная оболочка из слоистых композиционных материалов в виде соединенных между собой двух секций с цилиндрическим участком и выпуклым днищем каждая, состоящих из набора спиральных и кольцевых слоев, на основе пропитанных связующим однонаправленных жгутов, и кольцевых утолщений у цилиндрических торцев с расположенными в них соединительными штифтами и шпильками, согласно изобретению выполнена с расположенным между стыкуемыми торцами секций металлическим кольцом, снабженным по наружному и внутреннему диаметрам центрирующими, симметричными относительно своего срединного, перпендикулярного оси оболочки, сечения, поясками, внутренние из которых выполнены на своей внешней поверхности с локальными кольцевыми канавками для расположения герметизирующих элементов - резиновых жгутов, наружные выполнены с коническими, обращенными к секции и сужающимися к кольцу поверхностями, на внешней поверхности утолщений секций выполнены ответные конические поверхности, а по окружности в кольце выполнены отверстия, соосные расположенным в них соединительным шпилькам, причем в частных случаях выполнения изобретения кольцо выполнено в осевом сечении в виде коробчатого профиля, состоящего из двух боковых стенок и цилиндрической обечайки, расположенной по внутреннему диаметру кольца, шпильки выполнены в виде двух укороченных частей, каждая из которых стягивает одну секцию с прилегающей к ней стенкой коробчатого профиля, кольцо содержит распределенные по окружности и ориентированные по оси корпуса перемычки, выполненные за одно целое с боковыми стенками и цилиндрической обечайкой, между которыми, в окружном направлении, располагаются шпильки, на цилиндрической обечайке кольца выполнены отверстия или патрубки для подсоединения функциональных устройств, например газоходов или датчиков.

Отличительными от прототипа признаками заявленной секционной оболочки являются следующие:

а) признаки, обеспечивающие получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны:

- между стыкуемыми торцами секций расположено металлическое кольцо;

- снабженное по наружному и внутреннему диаметрам центрирующими поясками;

- симметричными относительно своего срединного, перпендикулярного оси оболочки, сечения;

- внутренние из которых выполнены на своей внешней поверхности с локальными кольцевыми канавками для расположения герметизирующих элементов - резиновых жгутов;

- наружные выполнены с коническими, обращенными к секции и сужающимися к кольцу поверхностями;

- на внешней поверхности утолщений секций выполнены ответные конические поверхности;

- по окружности в кольце выполнены отверстия, соосные расположенным в них соединительным шпилькам;

б) признаки, характеризующие изобретение в частных случаях:

- кольцо выполнено в осевом сечении в виде коробчатого профиля, состоящего из двух боковых стенок и цилиндрической обечайки, расположенной по внутреннему диаметру кольца;

- шпильки выполнены в виде двух укороченных частей, каждая из которых стягивает одну секцию с прилегающей к ней стенкой коробчатого профиля;

- кольцо содержит распределенные по окружности и ориентированные по оси корпуса перемычки, выполненные за одно целое с боковыми стенками и цилиндрической обечайкой, между которыми, в окружном направлении, располагаются шпильки;

- на цилиндрической обечайке кольца выполнены отверстия или патрубки для подсоединения функциональных устройств, например газоходов или датчиков.

Указанные отличительные признаки, каждый в отдельности и все вместе, направлены на достижение заявленного результата и являются существенными. В предшествующем уровне техники представленная в формуле изобретения совокупность известных и отличительных признаков не известна и, следовательно, изобретение соответствует критерию «новизна».

Секционная оболочка, в отличие от оболочки по прототипу, более прочна и надежна, так как слоистое утолщение КМ в зоне действия распирающих сил зажато двумя поясками, что препятствует возникновению расслоения и разрушению КМ. Применение конических поверхностей на поясках, при сборке секций, приводит к сжатию утолщения и слоев между собой, что практически исключает возможность возникновения расслоения и повышает надежность конструкции. Использование двух центрирующих поясков упрощает процесс сборки секций, особенно больших диаметров, когда невозможна местная корректировка положения секций относительно друг друга. Также в этом случае сводится к минимуму радиальное смещение стыкуемых торцев секций относительно друг друга, что повышает прочность и надежность шпилечных соединений за счет исключения перекосов и изгибов шпилек.

Использование кольца с сечением коробчатого профиля позволяет расширить область применимости секционных оболочек, за счет повышения функциональных качеств кольца.

Шпильки могут проходить кольцо насквозь с закреплением на штифтах или стягивать каждую секцию с кольцом отдельно. В последнем варианте шпильки (гайки) можно расположить более плотно в окружном направлении, что позволяет повысить несущую способность узла соединения.

Поперечные перемычки повышают прочность коробчатого профиля при действии растягивающих нагрузок от шпилек и могут располагаться через одну, две или более шпилек в зависимости от конкретных условий.

Конструкция оболочки с использованием предложенного технического решения промышленно осуществима с использованием известных средств и методов и обеспечивает реализацию указанного назначения.

Изобретение поясняется описанием конкретного, но не ограничивающего его примера реализации и прилагаемыми чертежами.

На фиг. 1 представлена заявленная секционная оболочка, на фиг. 2 - узел соединения секций с кольцом между ними, на фиг. 3 - узел соединения секций с кольцом коробчатого сечения, на фиг. 4 - вид расположения перемычек в кольце коробчатого профиля, на фиг. 5 - вид коробчатого профиля с расположенным патрубком.

Секционная оболочка содержит две секции 1 и 2, каждая из которых состоит из цилиндрической части 3 и 4, выпуклых днищ 5 и 6, фланцев в полюсных отверстиях днищ 7 и 8, внутреннего защитного покрытия 9 и 10. Секции состоят из набора спиральных 11 и кольцевых 12 слоев, на основе пропитанных связующим однонаправленных жгутов, и кольцевых утолщений 13, 14 у цилиндрических торцев с расположенными в них соединительными штифтами 15, 16 и шпильками 17. Между стыкуемыми торцами секций расположено металлическое кольцо 18, снабженное по наружному и внутреннему диаметрам центрирующими, симметричными относительно своего срединного, перпендикулярного оси оболочки сечения, поясками 19, 20, внутренние из которых выполнены на своей внешней поверхности с локальными кольцевыми канавками 21 для расположения герметизирующих элементов - резиновых жгутов, наружные выполнены с коническими, обращенными к секции и сужающимися к кольцу поверхностями 22, на внешней поверхности утолщений секций выполнены ответные конические поверхности, а по окружности в кольце выполнены отверстия 23, соосные расположенным в них соединительным шпилькам 17.

В частном случае исполнения кольцо 18 выполнено в осевом сечении в виде коробчатого профиля, состоящего из двух боковых стенок 24, 25 и цилиндрической обечайки 26, расположенной по внутреннему диаметру кольца; шпильки 17 выполнены в виде двух укороченных частей, каждая из которых стягивает одну секцию 1 с прилегающей к ней стенкой 24 и секцию 2 со стенкой 25 коробчатого профиля; кольцо содержит распределенные по окружности и ориентированные по оси корпуса перемычки 27, выполненные за одно целое с боковыми 24, 25 стенками и цилиндрической обечайкой 26, между которыми, в окружном направлении, располагаются шпильки 17; на цилиндрической обечайке 26 кольца выполнены отверстия или патрубки 28 для подсоединения функциональных устройств, например газоходов или датчиков.

Экспериментальная проверка в заводских условиях подтвердила высокую прочность и надежность предложенной конструкции.

1. Секционная оболочка из слоистых композиционных материалов в виде соединенных между собой двух секций с цилиндрическим участком и выпуклым днищем каждая, состоящих из набора спиральных и кольцевых слоев, на основе пропитанных связующим однонаправленных жгутов, и кольцевых утолщений у цилиндрических торцев с расположенными в них соединительными штифтами и шпильками, отличающаяся тем, что между стыкуемыми торцами секций расположено металлическое кольцо, снабженное по наружному и внутреннему диаметрам центрирующими, симметричными относительно своего срединного, перпендикулярного оси оболочки сечения, поясками, внутренние из которых выполнены на своей внешней поверхности с локальными кольцевыми канавками для расположения герметизирующих элементов - резиновых жгутов, наружные выполнены с коническими, обращенными к секции и сужающимися к кольцу поверхностями, на внешней поверхности утолщений секций выполнены ответные конические поверхности, а по окружности в кольце выполнены отверстия, соосные расположенным в них соединительным шпилькам.

2. Секционная оболочка по п. 1, отличающаяся тем, что кольцо выполнено в осевом сечении в виде коробчатого профиля, состоящего из двух боковых стенок и цилиндрической обечайки, расположенной по внутреннему диаметру кольца.

3. Секционная оболочка по п. 2, отличающаяся тем, что шпильки выполнены в виде двух укороченных частей, каждая из которых стягивает одну секцию с прилегающей к ней стенкой коробчатого профиля.

4. Секционная оболочка по п. 2, отличающаяся тем, что кольцо содержит распределенные по окружности и ориентированные по оси корпуса перемычки, выполненные за одно целое с боковыми стенками и цилиндрической обечайкой, между которыми, в окружном направлении, располагаются шпильки.

5. Секционная оболочка по п. 2, отличающаяся тем, что на цилиндрической обечайке кольца выполнены отверстия или патрубки для подсоединения функциональных устройств, например газоходов или датчиков.



 

Похожие патенты:

Бобышка предназначена для композитного резервуара высокого давления. Конструкция бобышки содержит средство разгрузки давления, предотвращающее нарастание внутреннего давления в бобышке.

Бобышка (1) для композитного резервуара повышенного давления предназначена для текучих сред. Радиальная толщина буртика (23) бобышки, расположенного между муфтой или клапаном (5) и внутренним элементом (2) выбирается в зависимости от предполагаемого давления внутри резервуара.
Изобретение относится к области измерительных устройств электромагнитного каротажа скважин при поисках нефти и газа, а именно к разработке силовой оболочки радиопрозрачного корпуса высокого давления из стеклобазальтопластика для электронной аппаратуры и защиты ее от влияния агрессивных факторов среды, циклических динамических осевых нагрузок, изгибающих моментов и высокого внешнего давления в процессе исследований скважин.

Способ изготовления композитного сосуда (1) высокого давления, имеющего внутренний сосуд (4), выполненный из термопластичного материала, имеющий по меньшей мере одну концевую деталь (6), размещенную на горловинном участке (2), и имеющий обертку (5), которая упрочняет внутренний сосуд (4) и выполнена из волокнистого материала, при этом способ включает в себя изготовление внутреннего сосуда (4) путем формования экструзией с раздувом, и концевая деталь (6) при конфигурировании внутреннего сосуда образуется на внутреннем сосуде таким образом, чтобы концевая деталь (6) была, по меньшей мере частично, окружена внутренним сосудом (4).

Изобретения относятся к области машиностроения, в частности к производству композитных баллонов высокого давления, используемых в основном для хранения и транспортировки сжатых и сжиженных газов.

Изобретение относится к корпусам для высокого давления из композиционных материалов, используемых, в частности, в двигательных установках, а также может быть использовано во всех конструкциях машиностроительной и химических отраслей, где используются корпусы для газовых и жидких сред.

Изобретение относится к комбинированным баллонам высокого давления из композитных материалов и может быть использовано при изготовлении облегченных баллонов, применяемых на транспорте и для перевозки газов.

Изобретение касается напорного резервуара для хранения жидких и газообразных сред. Напорный резервуар включает в себя пластмассовый внутренний резервуар с по меньшей мере одним не соединенным с ним за одно целое горловым элементом, который расположен на горловине резервуара в области отверстия резервуара, а также с по меньшей мере частично охватывающей пластмассовый внутренний резервуар и горловой элемент опорной оболочкой.

Оболочка может быть использована в конструкциях аккумуляторов и всех подобных емкостей. Оболочка выполнена в виде двух секций 1 и 2 с цилиндрическими участками 3 и 4 и торцевыми выпуклыми днищами 5 и 6 с образованием на цилиндрической части каждой кольцевого торца 13, 14, у которых с наружной поверхности цилиндрической части расположены уступами со стороны днищ дополнительные слои из пропитанного связующим тканого материала 15, 16, 17, 18 с образованием конических поверхностей 19, 20, все тканые слои разделены по меньшей мере на две группы 15, 16 и 17, 18, каждая из которых охвачена, как минимум, одним слоем материала силового каркаса 23, 24 и 25, 26, на торце у внутренней поверхности одной секции выполнен выступ 27 с центрирующей поверхностью 29, а на второй - ответное выступу углубление 28 с поверхностью 30, эквидистантной центрирующей поверхности выступа, торцевые поверхности выступа и углубления 31, 32 разнесены между собой с образованием кольцевого паза 33, в котором расположен герметизирующий элемент.

Изобретение относится к сосудам высокого давления для размещения различных текучих сред под давлением. Бобышка для сосуда высокого давления имеет фланец.
Наверх