Усовершенствованный способ изготовления высокопрочных композиционных сосудов с внутренним металлическим лейнером и сосуды, изготовленные упомянутым способом - заявка 2016135433 на патент на изобретение в РФ

1. Способ изготовления высокопрочного резервуара, состоящего из внутреннего лейнера и наружной оболочки, при этом упомянутый внутренний лейнер (2) выполнен как закрытое металлическое вместилище, по существу цилиндрической формы, наружные стенки упомянутого внутреннего лейнера (2) подвергают механической обработке, которая способна обеспечить осевое и продольное упрочнение этих стенок до заранее определенного уровня путем предварительного напряжения, отличающийся тем, что включает такие этапы:
a) предоставление формы (1), имеющей такие размеры, что ее внутренняя стенка определяет внутри формы (1) по существу цилиндрическую полость, способную вместить упомянутый лейнер (2);
b) помещение упомянутого лейнера (2) внутрь упомянутой формы (1);
c) полное закрытие упомянутой формы (1) таким образом, что упомянутый лейнер (2) будет закрыт внутри нее;
d) закрытие люков для обеспечения доступа внутрь упомянутого лейнера (2);
e) введение в упомянутый лейнер (2) текучей среды, которая может нагнетаться под давлением;
f) подвергание упомянутых наружных стенок (4) упомянутого лейнера (2) упомянутой механической обработке путем введения упомянутой текучей среды под давлением до тех пор, пока стенки (4) упомянутого лейнера (2), и, в частности, вся его цилиндрическая поверхность, не расширятся и растянутся до положения, в котором они встречаются с внутренней поверхностью (3) упомянутой формы (1);
g) сброс давления во внутренней полости упомянутого лейнера (2) и извлечение упомянутого вместилища из внутренней полости упомянутой формы (1);
h) выполнение наружного покрытия упомянутого лейнера (2) одним или более слоем(-ями) композиционного материала, чтобы сформировать упомянутую наружную оболочку и завершить изготовление упомянутого резервуара;
i) выполнение обработки упомянутого резервуара путем нагартовки.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что размер, предпочтительно радиус (r+L) внутренней стенки упомянутой формы (1), задан таким, чтобы линейное и радиальное растяжение (L) радиуса (r) стенки (4) упомянутого лейнера (2) имело такой размер, чтобы соответствующий материал изменил свою область упругих деформаций, увеличив уровень предела текучести до заранее определенного значения.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что материал, образующий упомянутый лейнер (2), представляет собой сталь, характеризующуюся высокой степенью удлинения до достижения состояния предела текучести, и предпочтительно - аустенитную нержавеющую сталь, в том числе сталь дуплексного типа.
4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что упомянутая аустенитная нержавеющая сталь представляет собой сталь, обладающую характеристиками, которые соответствуют или подобны характеристикам стали марки AISI 304, и предпочтительно представляет собой сталь с лучшей свариваемостью (марки AISI 304L).
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что во время этапа введения текучей среды под давлением внутрь упомянутого лейнера (2) обеспечивают регулируемое противодавление, которое действует на наружную стенку того же лейнера (2).
6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что упомянутое регулируемое противодавление настраивают на такой уровень, чтобы поддерживать в пределах заранее определенных значений разность давлений между давлением внутри упомянутого лейнера и давлением на его наружную поверхность.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что упомянутую обработку путем нагартовки выполняют на готовом резервуаре таким образом, чтобы полученное в результате напряжение металлического материала упомянутого лейнера (2) находилось в соответствующей области предела текучести.
8. Способ по п. 3, отличающийся тем, что упомянутую обработку стали путем предварительного напряжения выполняют в два отдельных этапа с использованием двух различных форм (20, 30), при этом на первом этапе упомянутый лейнер (2) помещают в первую форму (20) и подвергают управляемой деформации только в направлении по окружности (20В), и на втором этапе упомянутый лейнер (2) помешают во вторую форму (30) и подвергают управляемой деформации, которая носит в основном осевой характер (P, LT).
9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что упомянутую обработку путем предварительного напряжения выполняют после подвергания упомянутого лейнера (2) термической обработке отжигом/гомогенизацией.
10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что стенка упомянутого лейнера (2) сформирована с множеством складок (40В, 41В, 42В…).
11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после упомянутой обработки путем деформационного упрочнения предварительным напряжением упомянутый лейнер (2) покрывают первым слоем из материала, имеющего низкий модуль упругости, предпочтительно - непрерывного стекловолокна, и затем упомянутую конструкцию, состоящую из упомянутого лейнера (2) и упомянутого первого слоя, подвергают обработке нагартовкой.
12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что после упомянутого процесса нагартовки упомянутую конструкцию, образованную упомянутым лейнером (2) и упомянутым первым слоем, дополнительно покрывают вторым слоем из материала, имеющего средний модуль упругости, и предпочтительно - углеродного волокна или кевлара.
13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что после покрывания упомянутым вторым слоем, упомянутый резервуар подвергают второму процессу нагартовки, который предпочтительно является низко интенсивным.
14. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после упомянутой обработки путем деформационного упрочнения предварительным напряжением упомянутый лейнер (2) покрывают первым слоем из материала, имеющего высокий модуль упругости, предпочтительно - композиционного материала из углеродного волокна, и затем упомянутую конструкцию, изготовленную из упомянутого лейнера (2) и упомянутого первого слоя, подвергают обработке нагартовкой.
15. Способ по п. 11, отличающийся тем, что после упомянутого процесса нагартовки упомянутую конструкцию, образованную упомянутым лейнером (2) и упомянутым первым слоем, дополнительно покрывают вторым слоем из материала, имеющего низкий модуль упругости, предпочтительно - композиционного материала из стекловолокна.
16. Способ по п. 10, отличающийся тем, что упомянутое множество складок формируют во время упомянутой обработки путем деформационного упрочнения предварительным напряжением, при этом упомянутое множество складок являются по существу круговыми и параллельными, и соотношение между шириной "L" любой отдельной складки и ее высотой или глубиной "Н" находится в пределах от 1 до 6 (1≤L/H≤6).
17. Способ по п. 10, отличающийся тем, что соотношение между шириной "L" любой отдельной складки и радиусом (Re) изгиба между ровной и негофрированной частью стенки вместилища и прилегающей наклонной стороной (51) смежной складки (52) находится в пределах от 3 до 15 (3≤L/Re≤15).
18. Способ по п. 10, отличающийся тем, что соотношение между шириной "L" любой отдельной складки и радиусом (Ri) изгиба нижней изогнутой вершины (Vi) между двумя смежными сторонами (51, 53) той же складки (52) находится в пределах от 3 до 15 (3≤L/Ri≤15).
19. Способ по п. 10, отличающийся тем, что соотношение между радиусом "R" упомянутого лейнера (2) и высотой (Н) соответствующей складки находится в пределах от 20 до 100 (20≤R/H≤100).
20. Способ по п. 16, отличающийся тем, что соотношение между радиусом "R" упомянутого лейнера и толщиной "S" соответствующей наружной стенки составляет приблизительно 100 (R/S=100), если соотношение L/H приблизительно равно 6, и приблизительно 1250 (R/S=1250), если соотношение L/H приблизительно равно 1.
Наверх