RU2061191C1

RU2061191C1 - High-pressure bottle

Info

Publication number: RU2061191C1
Application number: RU94008790A
Authority: RU
Inventors: Виктор Александрович Черныш
Original assignee: Виктор Александрович Черныш
Priority date: 1994-03-15
Filing date: 1994-03-15
Publication date: 1996-05-27

Abstract

FIELD: high-pressure bottles. SUBSTANCE: bottle has reservoir made of polymer material with metal neck secured on its end; metal neck has flange; neck is secured through sealing gasket made of polymer which is related to that of reservoir; this polymer has good adhesion to metal flange of neck which is bonded to neck flange at one side and is welded to reservoir at other end. Tighly fitted on ends or reservoir, without clearance, are metal semispherical cover plates on which flexible cover plates are laid and fiber limiters are laid in their turn on these cover plates. Bottle surface is wound with reinforced fiber impregnated with binder. Sealing gasket is additionally compressed with flange of neck and metal cover plate through washer and lock washer by means of nut. To avoid turning of cover plate relative to neck in tightening up the nut, lock washer is provided with projection received by longitudinal slot on neck. When pressure is fed to reservoir through neck, loads arising at this are transmitted to metal cover plates and reinforced fiber. EFFECT: enhanced reliability. 2 dwg

Description

Изобретение относится к емкостям для хранения газа под высоким давлением и может найти применение в газотопливном оборудовании автомобилей и авиации, бытовой газовой аппаратуре, газосварочных аппаратах, системах газонаполнения средств спасения, дыхательных аппаратах пожарных систем и аквалангах. The invention relates to containers for storing gas under high pressure and can find application in gas-fuel equipment of automobiles and aviation, household gas equipment, gas welding apparatuses, gas filling systems for rescue equipment, breathing apparatus for fire systems and scuba gear.

Известны конструкции баллонов высокого давления, представляющие собой сварную металлическую емкость с горловиной [1]
Их недостатком является большой вес, трудоемкость изготовления и необходимость применения сварки, которая является концентратором напряжений в конструкции и снижает прочностные свойства баллона.Known designs of high-pressure cylinders, which are a welded metal container with a neck [1]
Their disadvantage is the large weight, the complexity of manufacturing and the need for welding, which is a stress concentrator in the structure and reduces the strength properties of the cylinder.

Наиболее близка по технической сущности и достигаемому результату конструкция баллона высокого давления [2] включающая емкость из полимерного материала, металлические накладки с амортизирующими узлами, установленные с возможностью взаимодействия с торцами емкости, горловину, размещенную в соосных сквозных отверстиях, выполненных в торце емкости и в металлической накладке, прижимную гайку, установленную на горловине, армирующее волокно, пропитанное связующим материалом и намотанное на поверхность баллона. Армирующее волокно уложено на баллон несколькими слоями, часть из которых имеет спиральную форму (радиальная намотка) и воспринимают только радиальную нагрузку, а другие слои уложены почти параллельно оси баллона (планарная намотка) и воспринимают только осевую нагрузку. The closest in technical essence and the achieved result is the design of a high-pressure cylinder [2] including a container made of a polymeric material, metal plates with shock absorbing assemblies installed with the possibility of interaction with the ends of the container, a neck located in coaxial through holes made in the container end and in the metal pad, clamping nut mounted on the neck, reinforcing fiber, impregnated with a binder and wound on the surface of the container. The reinforcing fiber is laid on the container in several layers, part of which has a spiral shape (radial winding) and perceives only the radial load, and the other layers are laid almost parallel to the axis of the cylinder (planar winding) and accept only axial load.

Недостатком конструкции прототипа является применение двух форм намотки баллона армирующим волокном радиальной и планарной, которые полностью не перекрывают друг друга. В торцовых зонах баллона, где цилиндр переходит в сферу, существуют большие радиальные нагрузки, а радиальной намотки уже нет. Для их компенсации приходится увеличивать количество планарной намотки, а, так как волокно в планарной намотке укладывается под небольшими углами к оси баллона (примерно 5-10^о), то количество волокна существенно увеличивается и, в то же время, это волокно балластом лежит на цилиндрической части, почти не воспринимая радиальную нагрузку. Все это приводит к увеличению массы баллона.The disadvantage of the design of the prototype is the use of two forms of winding the cylinder with reinforcing fiber radial and planar, which do not completely overlap. In the end zones of the container, where the cylinder passes into the sphere, there are large radial loads, and there is no longer any radial winding. For their compensation is necessary to increase the number of planar winding, and since the fiber is laid in a planar winding at small angles to the cylinder axis ^(of approximately 5-10), the number of fibers increases substantially and, at the same time, this fiber ballast lies on a cylindrical parts, almost not perceiving radial load. All this leads to an increase in the mass of the cylinder.

Наличие двух типов намотки приводит также к тому, что в процессе эксплуатации происходит расслоение армирующего волокна по слоям, так как возникают большие сдвиговые деформации слоев, работающих в перпендикулярных направлениях, превосходящие деформационные возможности связующего. Это приводит к снижению циклической долговечности баллона. The presence of two types of winding also leads to the fact that during operation, the fiber reinforcing fiber is stratified into layers, since large shear deformations of layers working in perpendicular directions occur, exceeding the deformation capabilities of the binder. This leads to a decrease in the cyclic durability of the balloon.

Значительно увеличивают массу баллона амортизирующие узлы, которые предохраняют место соединения полимерной емкости с металлической накладкой от наружных осевых ударов по разряженному баллону, которые могут иметь место при его эксплуатации. Significantly increase the mass of the cylinder shock absorbing nodes, which protect the junction of the polymer tank with a metal plate from external axial impacts on the discharged cylinder, which may occur during its operation.

Кроме того, недостатком прототипа является его плохая устойчивость к циклическим нагрузкам, зарядка разрядка баллона и к изменениям температуры возникающих в процессе эксплуатации. В результате воздействия указанных факторов нарушается герметичность баллона в месте соединения полимерной емкости с металлической накладкой из-за плохой адгезии пластмассы к металлу и отсутствия подходящих клеев. In addition, the disadvantage of the prototype is its poor resistance to cyclic loads, charging, discharge of the cylinder and to temperature changes that occur during operation. As a result of these factors, the tightness of the cylinder at the junction of the polymer container with the metal plate is broken due to poor adhesion of the plastic to the metal and the lack of suitable adhesives.

Цель изобретения устранение указанных недостатков. The purpose of the invention is the elimination of these disadvantages.

Цель достигается тем, что в баллоне высокого давления, включающем емкость из полимерного материала с металлической горловиной, имеющей фланец и закрепленной на емкости посредством герметизирующей прокладки, одной стороной приклеенной к фланцу горловины, а другой приваренной к емкости, герметизирующая прокладка выполнена из полимерного материала, родственного полимеру, из которого изготовлена емкость, но имеющего хорошую адгезию к металлу (например, для полиэтилена таким материалом является его сополимер сэвилен), металлические полусферические накладки, одна из которых имеет центральное отверстие с отбортовкой и одевается на горловину, установлены на торцы емкости 4 плотно, без зазора прилегают к ней, прижимную шайбу, плотно устанавливаемую на отбортовку металлической накладки, фиксатор от проворота горловины относительно металлических накладок гайку, две полусферических упругих накладки, выполненных из полимерного материала с модулем упрупугости не превышающему модуля упругости материала емкости, имеющие центральное отверстие, на краю которого по внешней части имеется небольшой цилиндрический выступ, плотно, без зазора прилегающие к краям металлических накладок с заходом на сферическую часть емкости, двух ограничителей волокна, выполненных в виде стаканчиков, один из которых имеет центральное отверстие под горловину, с отбортовками по краю донышка и по краю стаканчика, устанавливаемых на цилиндрический выступ упругих накладок и армирующего волокна, пропитанного связующим материалом и намотанного на емкость по геодезическим линиям под углами от 50 до 62 градусов к оси баллона, фиксатор от проворота может быть выполнен в виде стопорной шайбы с внутренними выступами, входящими в продольные пазы горловины. The goal is achieved in that in a high-pressure cylinder, including a container made of a polymeric material with a metal neck, having a flange and fixed to the container by means of a sealing gasket, one side glued to the neck flange, and the other welded to the container, the sealing gasket is made of a related polymer material the polymer of which the container is made, but having good adhesion to the metal (for example, for polyethylene, its material is sevylene copolymer), metal half Serial pads, one of which has a central hole with a flange and is worn on the neck, are mounted tightly on the ends of the tank 4, fit against it without a gap, a pressure washer tightly installed on the flange of the metal pads, a nut, two hemispherical locks against rotation of the neck relative to the metal pads elastic linings made of a polymer material with a modulus of elasticity not exceeding the modulus of elasticity of the material of the container, having a Central hole, on the edge of which on the outside there is a small cylindrical protrusion, tightly, without a gap, adjacent to the edges of metal plates with access to the spherical part of the container, two fiber stoppers made in the form of cups, one of which has a central hole under the neck, with flanges along the edge of the bottom and along the edge of the cup, installed on a cylindrical protrusion of elastic linings and a reinforcing fiber impregnated with a binder material and wound around the container along geodetic lines at angles of 50 to 62 degrees to the cylinder axis, ota may be configured as a lock washer with internal projections, belonging to the longitudinal grooves of the neck.

На фиг. 1 показан баллон высокого давления, внутреннее устройство; на фиг.2 верхняя часть баллона. включающая горловину, разрез. In FIG. 1 shows a high-pressure cylinder, an internal device; figure 2 the upper part of the container. including neck, cut.

Баллон содержит емкость из полимерного материала 1, средняя часть которой выполнена цилиндрической, а торцы в виде плавно сопряженных с цилиндром поверхностей вращения. На торце емкости 1 закреплена металлическая горловина 2, имеющая фланец 3, посредством герметизирующей прокладки 4, изготовленной из полимера, родственного полимеру емкости, но имеющего хорошую адгезию к металлическому фланцу горловины 3, которая одной стороной приклеена к фланцу горловины 3, а другой стороной приварена к емкости 1. На торцы емкости 1 плотно, без зазора установлены металлические полусферические накладки 5 и 6, на них установлены упругие накладки 7 и 8, имеющие центральное отверстие и цилиндрический выступ 9, на которые, в свою очередь, установлены ограничители волокна 10 и 11. Накладка 5 имеет центральное отверстие с отбортовкой 12. Поверхность баллона замотана армирующим волокном 13, пропитанным связующим материалом. Для повышения герметичности баллона герметизирующая прокладка 4 дополнительно сжата фланцем горловины 3 и металлической накладкой 5, через шайбу 14 и стопорную шайбу 15, посредством гайки 16. Стопорная шайба 15 является фиксирующим от проворота механизмом, имеет выступ 17, входящий в продольный паз 18 на горловине 2. Армирующее волокно 13 укладывается под углом 50-62^о к оси баллона на цилиндрической части, а после схода с цилиндрической части на поверхность упругих накладок 7 и 8 и ограничителей волокна 9 и 10 по геодезическим линиям.The cylinder contains a container of polymer material 1, the middle part of which is cylindrical, and the ends in the form of surfaces of revolution smoothly interfaced with the cylinder. A metal neck 2 having a flange 3 is fixed at the end of the container 1 by means of a sealing gasket 4 made of a polymer similar to the polymer of the container but having good adhesion to the metal flange of the neck 3, which is glued to the neck flange 3 on one side and welded to the other side containers 1. On the ends of the container 1, metal hemispherical plates 5 and 6 are installed tightly, without a gap, elastic plates 7 and 8 are installed on them, having a central hole and a cylindrical protrusion 9, onto which, in their On the one hand, fiber stops 10 and 11 are installed. The cover 5 has a central hole with a flange 12. The surface of the cylinder is wound with a reinforcing fiber 13 impregnated with a binder. To increase the tightness of the cylinder, the sealing gasket 4 is additionally compressed by the neck flange 3 and the metal plate 5, through the washer 14 and the lock washer 15, by means of the nut 16. The lock washer 15 is a locking mechanism against rotation, has a protrusion 17 included in the longitudinal groove 18 on the neck 2 The reinforcing fiber 13 is laid at an angle of 50-62 ^about to the axis of the cylinder on the cylindrical part, and after leaving the cylindrical part on the surface of the elastic linings 7 and 8 and the fiber stops 9 and 10 along the geodesic lines.

Работа баллона осуществляется следующим образом. The operation of the container is as follows.

При подаче давления в емкость 1 через горловину 2 возникающие нагрузки передаются на металлические накладки 5 и 6 и армирующее волокно 13. При этом необходимая прочность накладок 5 и 6 обеспечивается их толщиной, а армирующее волокно 13 воспринимает как радиальные, так и осевые нагрузки и удерживает от осевого перемещения накладки 5 и 6. When pressure is applied to the container 1 through the neck 2, the arising loads are transferred to the metal plates 5 and 6 and the reinforcing fiber 13. The required strength of the plates 5 and 6 is ensured by their thickness, and the reinforcing fiber 13 accepts both radial and axial loads and prevents axial movement of the lining 5 and 6.

Отбортовка 12 в накладке 5 совместно с шайбой 14 восстанавливает прочность накладки 5 в месте, ослабленном отверстием. Flanging 12 in the lining 5 together with the washer 14 restores the strength of the lining 5 in the place weakened by the hole.

Упругие накладки 7 и 8, выполненные из материала с модулем упругости не превышающим модуль упругости материала емкости 1, препятствуют возникновению больших контактных напряжений между краями накладок 5 и 6 и армирующим волокном 13. Благодаря этому при испытании баллона на прочность он разрушается безосколочно, по цилиндрической части. Elastic linings 7 and 8, made of material with an elastic modulus not exceeding the elastic modulus of the material of the tank 1, prevent the occurrence of large contact stresses between the edges of the linings 5 and 6 and the reinforcing fiber 13. Due to this, when testing the cylinder for strength, it collapses without breaking, along the cylindrical part .

Ограничители 10 и 11 служат для предотвращения отклонения армирующего волокна 13 от геодезических линий в процессе намотки баллона, попадания влаги на металлические накладки 5 и 6, а также от случайного отворачивания гайки 16 в процессе эксплуатации. The limiters 10 and 11 are used to prevent deviation of the reinforcing fiber 13 from the geodetic lines during the winding of the balloon, moisture penetration on the metal plates 5 and 6, as well as from the accidental unscrewing of the nut 16 during operation.

Claims

A high-pressure cylinder, including a container made of a polymeric material, at the end of which there is a metal neck, metal pads that fit snugly on the ends of the container, in one of which a central hole is made for the neck, a clamping nut and a reinforcing fiber impregnated with a binder material and wound on the surface of the container along geodesic lines, characterized in that the neck has a flange and a sealing gasket that is glued to the neck flange on one side and is welded to the other side with a black container, one of the pads has a hole with a flange and is installed on the neck of the container, which is equipped with a locking mechanism from turning relative to the pads, is fixed with a washer and nut, elastic pads made of a material having an elastic modulus not exceeding the elastic modulus of the container material are installed on metal pads completely covering the edges of the metal plates and having a central hole with a cylindrical protrusion, on which limiters are installed to prevent deviation of the reinforcing fiber from the geodesic lines in the areas of the ends of the container and moisture on metal plates.