[go: up one dir, main page]

RU2393375C2 - Баллон высокого давления - Google Patents

Баллон высокого давления Download PDF

Info

Publication number
RU2393375C2
RU2393375C2 RU2008134618/06A RU2008134618A RU2393375C2 RU 2393375 C2 RU2393375 C2 RU 2393375C2 RU 2008134618/06 A RU2008134618/06 A RU 2008134618/06A RU 2008134618 A RU2008134618 A RU 2008134618A RU 2393375 C2 RU2393375 C2 RU 2393375C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
liner
shell
pressure
viscoelastic material
cylinder
Prior art date
Application number
RU2008134618/06A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2008134618A (ru
Inventor
Сергей Владимирович Лукьянец (RU)
Сергей Владимирович ЛУКЬЯНЕЦ
Николай Григорьевич Мороз (RU)
Николай Григорьевич МОРОЗ
Original Assignee
Сергей Владимирович ЛУКЬЯНЕЦ
Николай Григорьевич МОРОЗ
Лебедев Игорь Константинович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сергей Владимирович ЛУКЬЯНЕЦ, Николай Григорьевич МОРОЗ, Лебедев Игорь Константинович filed Critical Сергей Владимирович ЛУКЬЯНЕЦ
Priority to RU2008134618/06A priority Critical patent/RU2393375C2/ru
Priority to US13/059,245 priority patent/US8550286B2/en
Priority to EP09778122A priority patent/EP2326865B1/de
Priority to PCT/EP2009/006181 priority patent/WO2010022927A1/de
Publication of RU2008134618A publication Critical patent/RU2008134618A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2393375C2 publication Critical patent/RU2393375C2/ru

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C1/00—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge
    • F17C1/02—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge involving reinforcing arrangements
    • F17C1/04—Protecting sheathings
    • F17C1/06—Protecting sheathings built-up from wound-on bands or filamentary material, e.g. wires
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
    • F17C2201/01—Shape
    • F17C2201/0104—Shape cylindrical
    • F17C2201/0109—Shape cylindrical with exteriorly curved end-piece
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
    • F17C2201/05—Size
    • F17C2201/056—Small (<1 m3)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
    • F17C2201/05—Size
    • F17C2201/058—Size portable (<30 l)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0602—Wall structures; Special features thereof
    • F17C2203/0604—Liners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0602—Wall structures; Special features thereof
    • F17C2203/0612—Wall structures
    • F17C2203/0614—Single wall
    • F17C2203/0619—Single wall with two layers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0602—Wall structures; Special features thereof
    • F17C2203/0612—Wall structures
    • F17C2203/0614—Single wall
    • F17C2203/0624—Single wall with four or more layers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0634—Materials for walls or layers thereof
    • F17C2203/0636—Metals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0634—Materials for walls or layers thereof
    • F17C2203/0658—Synthetics
    • F17C2203/0663—Synthetics in form of fibers or filaments
    • F17C2203/0665—Synthetics in form of fibers or filaments radially wound
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0634—Materials for walls or layers thereof
    • F17C2203/0658—Synthetics
    • F17C2203/0663—Synthetics in form of fibers or filaments
    • F17C2203/067—Synthetics in form of fibers or filaments helically wound
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/068—Special properties of materials for vessel walls
    • F17C2203/069—Break point in the wall
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2205/00—Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
    • F17C2205/03—Fluid connections, filters, valves, closure means or other attachments
    • F17C2205/0302—Fittings, valves, filters, or components in connection with the gas storage device
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2205/00—Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
    • F17C2205/03—Fluid connections, filters, valves, closure means or other attachments
    • F17C2205/0388—Arrangement of valves, regulators, filters
    • F17C2205/0394—Arrangement of valves, regulators, filters in direct contact with the pressure vessel
    • F17C2205/0397—Arrangement of valves, regulators, filters in direct contact with the pressure vessel on both sides of the pressure vessel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2209/00—Vessel construction, in particular methods of manufacturing
    • F17C2209/23—Manufacturing of particular parts or at special locations
    • F17C2209/232—Manufacturing of particular parts or at special locations of walls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/01—Pure fluids
    • F17C2221/011—Oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/01—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the phase
    • F17C2223/0107—Single phase
    • F17C2223/0123—Single phase gaseous, e.g. CNG, GNC
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2225/00—Handled fluid after transfer, i.e. state of fluid after transfer from the vessel
    • F17C2225/03—Handled fluid after transfer, i.e. state of fluid after transfer from the vessel characterised by the pressure level
    • F17C2225/036—Very high pressure, i.e. above 80 bars
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2260/00—Purposes of gas storage and gas handling
    • F17C2260/01—Improving mechanical properties or manufacturing
    • F17C2260/011—Improving strength
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2260/00—Purposes of gas storage and gas handling
    • F17C2260/01—Improving mechanical properties or manufacturing
    • F17C2260/012—Reducing weight
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2260/00—Purposes of gas storage and gas handling
    • F17C2260/01—Improving mechanical properties or manufacturing
    • F17C2260/017—Improving mechanical properties or manufacturing by calculation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/01—Applications for fluid transport or storage
    • F17C2270/0165—Applications for fluid transport or storage on the road
    • F17C2270/0168—Applications for fluid transport or storage on the road by vehicles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/02—Applications for medical applications
    • F17C2270/025—Breathing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/07—Applications for household use
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/07—Applications for household use
    • F17C2270/079—Respiration devices for rescuing

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

Баллон предназначен для хранения и транспортировки текучей среды, находящейся под давлением. Баллон высокого давления содержит внешнюю прочную оболочку, состоящую из днищевых частей эллипсоидной формы и расположенной между ними центральной круговой цилиндрической части, внутренний герметизирующий тонкостенный гофрированный металлический лейнер, покрытый снаружи вязкоупругим материалом, при этом, по меньшей мере, одно из днищ лейнера выполнено пологим с малой выпуклостью во внутрь объема лейнера, а в образующемся между его поверхностью и поверхностью эллипсоидной днищевой частью прочной оболочки пространстве с плотным контактом по всей охватывающей данное пространство поверхности помещен преобразователь давления, в виде жесткого профильного основания со стороны прочной оболочки и эластичной подушки из набора разделенных друг от друга дисков переменной толщины из разноплотного вязкоупругого материала со стороны цилиндрической части оболочки. Технический результат - повышение прочности баллона, снижение его веса и стоимости изготовления. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к сосудам высокого давления, которые предназначены для хранения и транспортировки текучей среды (жидкости или газа), находящейся под давлением.
Известные сосуды, как правило, подвержены многократным циклическим нагрузкам высокого давления. В баллонах подобного типа, чтобы избежать утечек текучей среды или нарушения герметичности, особое значение придается материалу герметизирующей оболочки - лейнера.
Известен баллон высокого давления, содержащий лейнер с продольными и кольцевыми гофрами, заполненными упругим материалом, кольца и кольцевые ребра жесткости, установленные в кольцевых гофрах с наружной стороны и возможностью перемещения их по кольцу (RU 2094695 С1, 27.10.1997).
Недостатком известного решения является то, что набор продольных и кольцевых гофр поднимает общую изгибную жесткость лейнера, но не обеспечивает выполнения условий совместности деформаций в материале лейнера и материале композитной оболочки. В кольцевых гофрах возникают пластические деформации при кольцевом растяжении, а в осевых - при осевом растяжении лейнера в процессе нагружения баллона внутренним давлением. Введение различных упругих прослоек и дополнительных жестких колец в полости гофр практически не приводит к решению поставленной задачи создания высокоэффективного баллона давления.
Известен баллон высокого давления, содержащий тонкостенный металлический лейнер с одним набором гофр продольных, при этом укладку армирующих волокон в композитной оболочке производят таким способом, чтобы деформации композитной оболочки соответствовали деформациям металлического лейнера. Причем гофры лейнера заполняются упругим материалом, а сам лейнер отделен от композитной оболочки прослойкой, выполненной из упругого материала (US 6547092 В1, 15.04.2003).
Недостатками данного решения является то, что при действии высоких давлений происходит деформация композитной оболочки в заданном направлении, сжатие и перераспределение материала упругой прослойки и материала, находящегося в гофрах. В силу того что гофрированная поверхность лейнера не является изометричной цилиндрической поверхности композитной оболочки или поверхности, концентричной ей, гофры тонкостенного лейнера деформируются произвольно и в них возникают пластические деформации, которые при многократном циклическом нагружении приводят к разрушению лейнера.
Задача изобретения заключается в том, чтобы создать такую конструкцию баллона, которая бы обеспечивала высокоэффективную работоспособность на любой уровень циклического нагружения высоким давлением при минимальном весе и стоимости ее изготовления.
Техническим результатом изобретения является повышение прочности баллона за счет исключения нагружения лейнера растягивающими усилиями, снижение веса баллона и снижение стоимости его изготовления, обеспечение высокого ресурса по числу циклов нагружения при безопасной эксплуатации баллона.
Технический результат достигается тем, что баллон высокого давления содержит внешнюю прочную оболочку, состоящую из днищевых частей эллипсоидной формы и расположенной между ними центральной круговой цилиндрической части, внутренний герметизирующий тонкостенный гофрированный металлический лейнер, покрытый снаружи вязкоупругим материалом, при этом, по меньшей мере, одно из днищ лейнера выполнено пологим с малой выпуклостью во внутрь объема лейнера, а в образующемся между его поверхностью и поверхностью эллипсоидной днищевой частью прочной оболочки пространстве с плотным контактом по всей охватывающей данное пространство поверхности помещен преобразователь давления, в виде жесткого профильного основания со стороны прочной оболочки и эластичной подушки из набора разделенных друг от друга дисков переменной толщины из разноплотного вязкоупругого материала со стороны цилиндрической части оболочки.
Суммарный объем вязкоупругого материала разноплотных дисков подушки преобразователя давления превышает приращение внутреннего объема прочной оболочки в осевом направлении при ее деформировании.
Форма поверхности пологого днища лейнера - конус с углом раствора больше 172°.
Форма поверхности пологого днища лейнера - часть сферы с максимальной глубиной от сечения контакта с цилиндрической частью меньше 0,06 радиуса цилиндра.
Форма поверхности пологого днища лейнера - комбинация конических поверхностей и плоскостей.
По всей поверхности контакта эллипсоидная днищевая часть внешней прочной оболочки и основание преобразователя давления разделены между собой антифрикционным материалом.
На фиг.1 показан общий вид сосуда высокого давления.
На фиг.2-5 показаны варианты конструкции днищ лейнера.
На фиг.6 показан общий вид изгибания днища лейнера.
Сосуд высокого давления (фиг.1) содержит внешнюю прочную оболочку 2, например, из композиционного материала в виде многослойного каркаса, слои которого получены намоткой перекрещивающихся однонаправленных нитей из стекловолокна или углеволокна с пропиткой полимерным связующим. В оболочку 2 в процессе ее изготовления вмотан тонкостенный металлический лейнер 1, отделенный от композитной оболочки прослойкой 3 из вязкоупругого материала. Поверхность лейнера по цилиндрической части может иметь продольные гофры (на чертежах не показаны). В процессе изготовления прочной оболочки между ней и лейнером устанавливается преобразователь давления 4, состоящий из жесткого профильного основания 5 и эластичной подушки 6. Подушка при этом состоит из набора отделенных друг от друга дисков переменной толщины 7. В качестве материала подушки предлагается использовать упруго эластичные материалы типа резины с различными плотностями для каждого диска.
Сущность работы данного устройства баллона поясним на следующем примере.
Из геометрии известно, что две поверхности называют изометричными, если одна из них может быть превращена в другую без изменения внутренней метрики, т.е. такие поверхности, которые могут переходить друг в друга только исключительно за счет деформаций изгибания.
Из механики также известно, что деформация поверхности пологой оболочки происходит без изменения внутренней метрики и представляет собой геометрическое изгибание, получаемое зеркальным отражением ее части относительно некоторой плоскости, либо последовательным выполнением ряда таких отражений (см. фиг.6). Такой переход оболочки в деформированное состояние является изометричным и связан со значительным ее изгибом.
В рассматриваемой конструкции баллона по крайней мере одно из днищ лейнера выполнено пологим, поверхность его в деформированном состоянии изометрична поверхности исходного состояния. При этом данная поверхность днища лейнера может быть образована кусочными поверхностями, различные варианты форм которой представлены на фиг.2-5.
В образующееся между поверхностью днища лейнера 1 и внутренней поверхностью прочной оболочки пространство 2 установлен преобразователь давления 4. Задачей преобразователя давления является преобразование действия постоянного внутреннего давления на пологое днище лейнера в перемещение жесткого его основания 5 и создание некоторого контактного давления на днище прочной оболочки, неравномерно распределенного по ее поверхности контакта с основанием 5 преобразователя 4. Такое преобразование происходит за счет упругого сжатия и перетекания материала дисков 7 подушки 6.
При этом размеры дисков 7 выбирается из условия, что суммарный объем их материала превышает приращение объема прочной оболочки при ее деформировании в осевом направлении.
Сущность работы лейнера в таком исполнении заключается в следующем: при возникновении давления в полости баллона пологое днища лейнера 1 деформируется без мембранных деформаций растяжения или сжатия, а только исключительно за счет деформации изгибания, и в предельном состоянии достигает изометричной исходному состоянию формы. При этом происходит сдавливание вязкоупругого материала дисков 7 и в силу его несжимаемости передача давления по всей поверхности днища на жесткое основание 5, а через нее - на днище прочной оболочки 2 в виде переменного по профилю контактного давления. Прочная оболочка 2 также деформируется и увеличивает свой внутренний объем. В то же время материал дисков сжимается в осевом направлении и перетекает в возникающие от деформирования прочной оболочки пространства. Но в силу того, что суммарный объем материала дисков 7 выше приращения объема при деформировании прочной оболочки 2, изгибание пологого днища лейнер не достигает конечной изометричной формы. Возникающие от внутреннего давления в баллоне осевые усилия воспринимаются только материалом прочной оболочки 2. При этом в материале лейнера 1 не возникают осевые растягивающие усилия. Нагрузка передается через основание 5 преобразователя давления 4 на материал прочной оболочки в виде контактного давления между основанием 5 и прочной оболочкой 2, и основание 5 работает как жесткое целое. При этом профиль днищ прочной оболочки баллона должен выбираться из условия равнонатяженности материала при ограничениях на форму основания 5.
Таким образом, в силу того, что лейнер 1 не воспринимает осевых усилий, его толщина стенки и материал могут быть выбраны из условий, не связанных с деформированием баллона при внутреннем давлении в кольцевом направлении. Это позволяет совместить решение, когда лейнер имеет продольные гофры и данное решение, тем самым полностью исключить нагружение лейнера растягивающими усилиями, что позволяет снизить вес лейнера и стоимость его изготовления. При этом также возможно использование достаточно дешевых компонентов материала прочной оболочки, например стеклопластика.
Выбор геометрии поверхности пологого днища лейнера поясним на следующем примере.
Как показано выше, основным условием работы днища лейнера является условие отсутствия растягивающих деформаций в материале днища лейнера. В нем могут возникать только деформации от процесса изометрического изгибания. Используя данное ограничение и второе условие, что деформации изгибания не должны превышать уровень упругих деформаций в материале лейнера (для металлов и их сплавов 0,2%) определяются конкретные соотношения между формой и глубиной внутреннего прогиба пологого днища лейнера. В частности, предлагается использовать три типа формы - коническую, сферическую и комбинацию конических форм и плоскостей.
Частичным решением для днищ лейнера, возможно решение, когда часть днища выполняется в виде плоской диафрагмы.
Функционирование баллона высокого давления заключается в наполнении его текучей средой /жидкостью или газом/ до требуемого уровня давления, хранении, транспортировании, опорожнении, последующем новом наполнении, расходовании текучей среды, т.е. в повторении действий и операций с многократным циклическим нагружением.
С созданием предложенного устройства появилась реальная возможность использовать сосуды высокого давления из композиционного материала и тонкостенной металлической внутренней оболочкой. Изготовление и испытание сосудов высокого давления с предложенным лейнером для их герметизации подтвердили их высокую надежность и эффективность.
Технический результат изобретения достигается в диапазонах указанных соотношений, полученных экспериментальным путем.
Настоящее изобретение может быть используемым в портативных кислородных дыхательных аппаратах альпинистов, спасателей, в переносных изделиях криогенной и противопожарной техники, системах газообеспечения и автомобильной технике. В настоящий момент по данной схеме разработан ряд конструкций баллонов, для использования в различных областях и для различных газов. Проводится их технологическая и экспериментальная отработка.

Claims (5)

1. Баллон высокого давления, характеризующийся тем, что содержит внешнюю прочную оболочку, состоящую из днищевых частей эллипсоидной формы и расположенной между ними центральной круговой цилиндрической части, внутренний герметизирующий тонкостенный гофрированный металлический лейнер, покрытый снаружи вязкоупругим материалом, при этом, по меньшей мере, одно из днищ лейнера выполнено пологим с малой выпуклостью во внутрь объема лейнера, а в образующемся между его поверхностью и поверхностью эллипсоидной днищевой частью прочной оболочки пространстве с плотным контактом по всей охватывающей данное пространство поверхности помещен преобразователь давления в виде жесткого профильного основания со стороны прочной оболочки и эластичной подушки из набора разделенных друг от друга дисков переменной толщины из разноплотного вязкоупругого материала со стороны цилиндрической части оболочки, причем суммарный объем вязкоупругого материала разноплотных дисков подушки преобразователя давления превышает приращение внутреннего объема прочной оболочки в осевом направлении при ее деформировании.
2. Баллон по п.1, в котором форма поверхности пологого днища лейнера - конус с углом раствора больше 172°.
3. Баллон по п.1, в котором форма поверхности пологого днища лейнера - часть сферы с максимальной глубиной от сечения контакта с цилиндрической частью меньше 0,06 радиуса цилиндра.
4. Баллон по п.1, в котором форма поверхности пологого днища лейнера - комбинация конических поверхностей и плоскостей.
5. Баллон по п.1, в котором по всей поверхности контакта эллипсоидная днищевая часть внешней прочной оболочки и основание преобразователя давления разделены между собой антифрикционным материалом.
RU2008134618/06A 2008-08-27 2008-08-27 Баллон высокого давления RU2393375C2 (ru)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008134618/06A RU2393375C2 (ru) 2008-08-27 2008-08-27 Баллон высокого давления
US13/059,245 US8550286B2 (en) 2008-08-27 2009-08-26 High-pressure container
EP09778122A EP2326865B1 (de) 2008-08-27 2009-08-26 Hochdruckbehälter
PCT/EP2009/006181 WO2010022927A1 (de) 2008-08-27 2009-08-26 Hochdruckbehälter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008134618/06A RU2393375C2 (ru) 2008-08-27 2008-08-27 Баллон высокого давления

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008134618A RU2008134618A (ru) 2010-03-10
RU2393375C2 true RU2393375C2 (ru) 2010-06-27

Family

ID=41210449

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008134618/06A RU2393375C2 (ru) 2008-08-27 2008-08-27 Баллон высокого давления

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8550286B2 (ru)
EP (1) EP2326865B1 (ru)
RU (1) RU2393375C2 (ru)
WO (1) WO2010022927A1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2708751C1 (ru) * 2018-08-09 2019-12-11 Тойота Дзидося Кабусики Кайся Резервуар высокого давления и способ его производства
RU2754572C1 (ru) * 2020-11-05 2021-09-03 Николай Григорьевич МОРОЗ Металлокомпозитный баллон высокого давления с горловинами большого диаметра

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2480815B1 (en) * 2009-09-22 2013-07-17 Faber Industrie S.p.A. Gas cylinder
FR2963659B1 (fr) * 2010-08-03 2014-03-21 Astrium Sas Liaison entre liner metallique et structure composite dans la zone d'embase d'un reservoir
PT106002B (pt) * 2011-11-14 2013-11-15 Carfi Fabrica De Plasticos E Moldes Sa Depósito plástico para aplicação em extintores de 1kg.
DE102013100591A1 (de) * 2013-01-21 2014-07-24 Technische Universität Darmstadt Druckbehälter sowie Verfahren zum Herstellen eines Druckbehälters
US9244033B2 (en) * 2013-01-24 2016-01-26 GM Global Technology Operations LLC Method for online detection of liner buckling in a storage system for pressurized gas
GB2514828B (en) * 2013-06-06 2018-01-10 Carr Roger Pressure vessel
CN105371100B (zh) * 2014-08-29 2021-01-05 中材科技（苏州）有限公司 一种复合材料容器及其复合材料层的成型方法
JP6766756B2 (ja) * 2017-06-08 2020-10-14 豊田合成株式会社 耐圧容器
US20210332948A1 (en) * 2018-07-12 2021-10-28 Magna International Inc. Non-circular pressure vessel
JP7351077B2 (ja) * 2018-09-28 2023-09-27 トヨタ自動車株式会社 高圧タンク
US11742500B2 (en) * 2019-04-01 2023-08-29 Textron Innovations Inc. Structural gaseous material storage tank
DE102019120243A1 (de) * 2019-07-26 2021-01-28 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Wandung für einen Druckbehälter, Druckbehälter und Verfahren zum Herstellen einer Wandung für einen Druckbehälter
US11299036B2 (en) * 2019-11-06 2022-04-12 GM Global Technology Operations LLC Hydrogen storage tank having a nanoporous breather layer

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4589562A (en) * 1981-05-04 1986-05-20 Fawley Norman Structures reinforced by a composite material
RU2094695C1 (ru) * 1984-12-14 1997-10-27 Игорь Иванович Преображенский Баллон высокого давления
RU2187746C2 (ru) * 2000-09-06 2002-08-20 Общество с ограниченной ответственностью НПО "ПОИСК" Металлический лейнер, металлопластиковый баллон высокого давления (варианты) и способ изготовления металлопластикового баллона высокого давления
US6547092B1 (en) * 2000-11-14 2003-04-15 Solomon Chervatsky Pressure vessel with thin unstressed metallic liner
RU2205330C1 (ru) * 2001-10-04 2003-05-27 Тадтаев Владимир Ираклиевич Композитный баллон высокого давления и способ его изготовления

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2669396B1 (fr) * 1990-11-19 1997-05-09 Inst Francais Du Petrole Reservoir de poids unitaire faible utilisable notamment pour le stockage de fluides sous pression et son procede de fabrication.
DE9303113U1 (de) * 1993-03-05 1994-04-14 Schäfer Werke GmbH, 57290 Neunkirchen Druckbelastbarer Metallbehälter
JPH08145296A (ja) 1994-11-18 1996-06-07 Tokico Ltd 圧縮気体用圧力容器
FR2795482A1 (fr) 1999-06-28 2000-12-29 Portinox Sa Rainure de securite applicable aux cuves sous pression
US6548166B2 (en) * 2000-09-29 2003-04-15 E. I. Du Pont De Nemours And Company Stretchable fibers of polymers, spinnerets useful to form the fibers, and articles produced therefrom
US6656586B2 (en) * 2001-08-30 2003-12-02 E. I. Du Pont De Nemours And Company Bicomponent fibers with high wicking rate
JP2008057632A (ja) 2006-08-30 2008-03-13 Toyota Motor Corp 流体貯蔵タンク
FR2923575A1 (fr) * 2007-11-13 2009-05-15 Michelin Soc Tech Reservoir de fluide sous pression, methode et appareil pour la fabrication d'un tel reservoir.

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4589562A (en) * 1981-05-04 1986-05-20 Fawley Norman Structures reinforced by a composite material
RU2094695C1 (ru) * 1984-12-14 1997-10-27 Игорь Иванович Преображенский Баллон высокого давления
RU2187746C2 (ru) * 2000-09-06 2002-08-20 Общество с ограниченной ответственностью НПО "ПОИСК" Металлический лейнер, металлопластиковый баллон высокого давления (варианты) и способ изготовления металлопластикового баллона высокого давления
US6547092B1 (en) * 2000-11-14 2003-04-15 Solomon Chervatsky Pressure vessel with thin unstressed metallic liner
RU2205330C1 (ru) * 2001-10-04 2003-05-27 Тадтаев Владимир Ираклиевич Композитный баллон высокого давления и способ его изготовления

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2708751C1 (ru) * 2018-08-09 2019-12-11 Тойота Дзидося Кабусики Кайся Резервуар высокого давления и способ его производства
RU2754572C1 (ru) * 2020-11-05 2021-09-03 Николай Григорьевич МОРОЗ Металлокомпозитный баллон высокого давления с горловинами большого диаметра

Also Published As

Publication number Publication date
US8550286B2 (en) 2013-10-08
WO2010022927A1 (de) 2010-03-04
US20110139796A1 (en) 2011-06-16
EP2326865B1 (de) 2012-06-27
RU2008134618A (ru) 2010-03-10
EP2326865A1 (de) 2011-06-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2393375C2 (ru) Баллон высокого давления
JP5856447B2 (ja) 長尺高圧容器
JP2722237B2 (ja) 弾性係数の異なる複合材料層を含む管体
US3815773A (en) Cyclic pressure vessel
US11619354B2 (en) Multi-walled fluid storage tank
CN105443973A (zh) 薄壁金属内衬纤维复合材料缠绕压力容器及其制造工艺
KR20110128321A (ko) 압력 릴리프 밸브용 형상 기억 합금 트리거
US3432060A (en) Tubular pressure vessel
JP6902544B2 (ja) 圧力容器ドームの通気孔
Zu Stability of fiber trajectories for winding toroidal pressure vessels
CN111368439A (zh) 一种基于缠绕成型工艺的压力容器的设计方法
WO2011093737A1 (ru) Метало композитный баллон давления
US20150136789A1 (en) Pressure vessel with composite boss
US20150330568A1 (en) Pressure Vessel Having Composite Boss With Weldable Metal Fitting
RU2358187C2 (ru) Композиционный баллон высокого давления
WO2010024710A1 (ru) Баллон высокого давления
JP2010038216A (ja) 圧力容器
Ross et al. Deformation and stability studies of thin-walled domes under uniform external pressure
RU2441798C1 (ru) Корпус для внешнего давления из композиционных материалов
US11015761B1 (en) Composite pressure vessel for gas storage and method for its production
US8540110B2 (en) High-pressure container
KR102862091B1 (ko) 외각 쉘-내부 프레임 구조체로 구성된 압력용기 및 그 제조방법
RU2365809C1 (ru) Многополостной баллон высокого давления
RU2451234C1 (ru) Многополостной баллон высокого давления
Gheshlaghi et al. Analysis of composite pressure vessels

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180828