RU2162564C1 - Pressure bottle made from composite materials and method of manufacture of such bottles - Google Patents

Pressure bottle made from composite materials and method of manufacture of such bottles Download PDF

Info

Publication number
RU2162564C1
RU2162564C1 RU2000115357A RU2000115357A RU2162564C1 RU 2162564 C1 RU2162564 C1 RU 2162564C1 RU 2000115357 A RU2000115357 A RU 2000115357A RU 2000115357 A RU2000115357 A RU 2000115357A RU 2162564 C1 RU2162564 C1 RU 2162564C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
shell
threads
cylinder
intersecting
capillary
Prior art date
Application number
RU2000115357A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
С.Г. Колдыбаев
С.В. Лукьянец
Н.Г. Мороз
М.С. Резаев
Original Assignee
Колдыбаев Сергей Глебович
ЛУКЬЯНЕЦ Сергей Владимирович
МОРОЗ Николай Григорьевич
Резаев Михаил Сергеевич
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 Колдыбаев Сергей Глебович, ЛУКЬЯНЕЦ Сергей Владимирович, МОРОЗ Николай Григорьевич, Резаев Михаил Сергеевич filed Critical Колдыбаев Сергей Глебович
Priority to RU2000115357A priority Critical patent/RU2162564C1/en
Priority to AU74633/00A priority patent/AU7463300A/en
Priority to PCT/RU2000/000323 priority patent/WO2001096766A1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2162564C1 publication Critical patent/RU2162564C1/en

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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C53/00—Shaping by bending, folding, twisting, straightening or flattening; Apparatus therefor
    • B29C53/56—Winding and joining, e.g. winding spirally
    • 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
    • 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
    • F17C2203/066—Plastics
    • 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
    • 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
    • F17C2203/0673—Polymers
    • 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
    • F17C2205/0305—Bosses, e.g. boss collars
    • 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
    • F17C2223/0146—Two-phase
    • F17C2223/0153—Liquefied gas, e.g. LPG, GPL
    • 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
    • F17C2223/03—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the pressure level
    • F17C2223/035—High pressure (>10 bar)
    • 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
    • F17C2223/03—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the pressure level
    • F17C2223/036—Very high pressure (>80 bar)

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Nitrogen And Oxygen Or Sulfur-Condensed Heterocyclic Ring Systems (AREA)

Abstract

FIELD: high-pressure vessels. SUBSTANCE: proposed bottle has multilayer load-bearing shell made from intersecting unidirectional threads and polymer binder and inner protective polymer envelope. Besides that, bottle is provided with capillary porous member located between framework and envelope; this member is made in form of circular reticular cellular structure with tetrahedral cells between intersecting strips located at intervals in circular and axial directions. Bottle is also provided with at least one layer of anti-adhesive material laid between framework and capillary porous member. Method of manufacture of such bottle includes supply of excessive pressure to protective polymer envelope, winding intersecting unidirectional threads impregnated with polymer binder forming layers of load-bearing framework and heat treatment of bottle; prior to winding, capillary porous member is laid on protective layer and at least one layer of adhesive material is laid on it. EFFECT: enhanced reliability. 4 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к сосудам высокого давления для текучей среды, главным образом сжиженного газа, а более точно - к баллонам высокого давления и способам их изготовления, корпуса которых изготавливают из композиционного материала и покрывают внутри герметичной оболочкой. The invention relates to pressure vessels for a fluid, mainly liquefied gas, and more specifically to high pressure cylinders and methods for their manufacture, the shells of which are made of composite material and coated inside with an airtight shell.

В основном сосуды подобного типа предназначены для хранения и транспортировки сжиженного газа в бытовых условиях или использования в качестве сменной емкости сжатого газа на транспортных средствах для питания двигателя внутреннего сгорания. Basically, vessels of this type are intended for storage and transportation of liquefied gas in domestic conditions or use as a replaceable container of compressed gas in vehicles to power an internal combustion engine.

Известен баллон давления из композиционных материалов, содержащий многослойный силовой каркас, выполненный из перекрещивающихся однонаправленных нитей и полимерного связующего, и внутреннюю защитную металлическую оболочку с радиальными гофрами, в котором впадины гофр заполнены несжимаемым пластифицированным веществом, практически несцепляющимся с внешним силовым каркасом, что обеспечивает смещение внутренней оболочки при их растяжении. Заполняющее вещество противостоит выпрямлению гофр на внутренней оболочке и увеличению периферийного расстояния между смежными гребнями при ее растяжении. Патент США 3446385 кл. B 65 D 7/42, 1966. Known pressure cylinder made of composite materials containing a multilayer power frame made of intersecting unidirectional filaments and a polymeric binder, and an internal protective metal shell with radial corrugations, in which the corrugations of the corrugations are filled with incompressible plasticized material, practically non-engaging with the external power frame, which provides displacement of the internal power frame shell when they are stretched. The filling substance resists the straightening of the corrugations on the inner shell and the increase in the peripheral distance between adjacent ridges when it is stretched. US patent 3446385 C. B 65 D 7/42, 1966.

Однако, как показали результаты испытаний, при такой конструкции баллона в его цилиндрической части создаются высокие напряжения в кольцевом направлении, внутренняя защитная металлическая оболочка не подвержена воздействию осевых нагрузок и такие конструкции баллонов не пригодны для хранения газов под высоким давлением и циклическими нагрузками до тысячи и более раз по причине необеспечения совместимости работы внутренних слоев - внутренней защитной металлической оболочки и многослойного силового каркаса из перекрещивающихся однонаправленных нитей и полимерного связующего, приводящей к расслоению между ними и преждевременному разрушению слоев. However, as the test results showed, with such a design of the cylinder in its cylindrical part, high stresses are created in the annular direction, the inner protective metal shell is not affected by axial loads, and such cylinder designs are not suitable for storing gases under high pressure and cyclic loads of up to a thousand or more times due to the failure to ensure compatibility of the work of the inner layers - the inner protective metal shell and the multilayer power frame of the intersecting one directed filaments and a polymer binder, leading to delamination between them and premature destruction of the layers.

Известен способ изготовления баллона давления из композиционных материалов который включает намотку на защитную металлическую оболочку с радиальными гофрами перекрещивающихся однонаправленных нитей, пропитанных полимерным связующим, с образованием слоев силового каркаса, его термообработку с учетом выбора температурного режима отверждения связующего и отверждение связующего под избыточным давлением рабочей среды в металлической оболочке. (В.А. Калиничев, М.С. Макаров. Намотанные стеклопластики, Москва, Химия, 1986, стр. 218-224). A known method of manufacturing a pressure cylinder from composite materials which includes winding onto a protective metal shell with radial corrugations of intersecting unidirectional threads impregnated with a polymeric binder, with the formation of layers of the power frame, its heat treatment taking into account the choice of the temperature regime of curing the binder and curing the binder under excessive pressure of the working medium in metal shell. (V. A. Kalinichev, M. S. Makarov. Coiled fiberglass, Moscow, Chemistry, 1986, p. 218-224).

К недостаткам указанного способа следует отнести сложность обеспечения условий совместного деформирования при многократном нагружении металлической оболочки и многослойного силового каркаса, так как этот прием изготовления не обеспечивает совместности работы металлической оболочки и многослойного силового каркаса. The disadvantages of this method include the difficulty of providing conditions for joint deformation during repeated loading of the metal shell and the multilayer power frame, since this manufacturing technique does not ensure the compatibility of the metal shell and the multilayer power frame.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по совокупности существенных признаков является баллон давления из композиционных материалов, содержащий многослойный силовой каркас, выполненный из перекрещивающихся однонаправленных нитей и полимерного связующего, и внутреннюю защитную полимерную оболочку, а также способ изготовления баллона давления из композиционных материалов, включающий намотку на находящуюся под избыточным давлением защитную полимерную оболочку перекрещивающихся однонаправленных нитей, пропитанных полимерным связующим, с образованием слоев силового каркаса, и его термообработку. Closest to the proposed invention in terms of essential features is a pressure cylinder made of composite materials containing a multilayer power frame made of intersecting unidirectional threads and a polymer binder, and an internal protective polymer shell, as well as a method of manufacturing a pressure cylinder made of composite materials, including winding on under pressure, the protective polymer shell of the crossed unidirectional threads impregnated with polymer a binder to form a layer of the power frame, and its heat treatment.

(WO 92/20954 A1, F 17 C 1/16, 26.10.1992). (WO 92/20954 A1, F 17 C 1/16, 10.26.1992).

Недостатками данного баллона и способа его изготовления являются чрезвычайная сложность его конструкции и, соответственно, технология изготовления, а также значительная его масса. The disadvantages of this cylinder and the method of its manufacture are the extreme complexity of its design and, accordingly, the manufacturing technology, as well as its significant mass.

Кроме того, хотя в известном баллоне предусмотрены определенные меры по защите его целостности при внешних воздействиях, однако в нем по существу отсутствуют средства для предотвращения влияния повышенного внутреннего давления на герметичность баллона. Внутренняя конструкция баллона такова, что при повышенных давлениях не исключается отслоение внутренней герметизирующей оболочки от силового каркаса и, как следствие, нарушение герметичности баллона. In addition, although the known cylinder provides for certain measures to protect its integrity under external influences, however, it essentially lacks means to prevent the effect of increased internal pressure on the tightness of the cylinder. The internal design of the container is such that, at elevated pressures, the detachment of the internal sealing shell from the power frame and, as a consequence, a violation of the tightness of the balloon, are not excluded.

Основной задачей изобретения является создание баллона давления из композиционных материалов и способа его изготовления соответственно такой конструкции и такими технологическими приемами, которые позволили бы создать высокоэффективное изделие, способное надежно воспринимать и нести многоцикловые нагрузки при максимально высоких давлениях без повреждения и разрушения его несущих элементов. The main objective of the invention is the creation of a pressure cylinder from composite materials and the method of its manufacture, respectively, of such a design and such technological methods that would create a highly efficient product that can reliably absorb and carry multi-cycle loads at the highest pressures without damage and destruction of its load-bearing elements.

Техническим результатом, который может быть достигнут при реализации изобретений, является обеспечение надежности герметизации в условиях совместного деформирования внутренней защитной полимерной оболочки и многослойного силового каркаса баллона при высоких давлениях и повышенной цикличности нагружения, повышение качества изготовления и надежность изделий. The technical result that can be achieved by implementing the inventions is to ensure the reliability of sealing under conditions of joint deformation of the inner protective polymer shell and the multilayer power frame of the cylinder at high pressures and increased cyclic loading, improving the quality of manufacture and reliability of products.

Поставленная задача решена и технический результат достигнут за счет того, что в баллоне давления из композиционных материалов, содержащем многослойный силовой каркас, выполненный из перекрещивающихся однонаправленных нитей и полимерного связующего, и внутреннюю защитную полимерную оболочку, новым является то, что баллон снабжают расположенными между каркасом и оболочкой капиллярно-пористым элементом, выполненным в виде охватывающей оболочку кольцевой сетчато-ячеистой структуры с четырехгранными ячейками между перекрещивающимися перемычками, расположенными с интервалами, в кольцевом и аксиальном (меридиональном) направлениях. The problem is solved and the technical result is achieved due to the fact that in the pressure cylinder made of composite materials containing a multilayer power frame made of intersecting unidirectional threads and a polymer binder, and an internal protective polymer shell, it is new that the cylinder is equipped with located between the frame and a capillary-porous shell element made in the form of an annular mesh-cell structure covering the shell with tetrahedral cells between the intersecting jumpers located at intervals in the annular and axial (meridional) directions.

А кроме того, баллон снабжен, по меньшей мере, одним слоем антиадгезионного материала, например, типа полиэтиленовой или фторопластовой пленки, расположенным между каркасом и капиллярно-пористым элементом. And in addition, the cylinder is equipped with at least one layer of release material, for example, a type of polyethylene or fluoroplastic film, located between the frame and the capillary-porous element.

Перемычки капиллярно-пористого элемента выполнены в виде перекрещивающихся сухих однонаправленных жгутов нитей, крестообразно нанесенных, последовательно, или выборочно переплетенных в кольцевом и аксиальном направлениях. The lintels of the capillary-porous element are made in the form of intersecting dry unidirectional strands of threads, crosswise applied, sequentially, or selectively interlaced in the annular and axial directions.

Размер интервала между перемычками составляет 5-10 размеров ширины перемычки, например, диаметров жгута. The size of the interval between the jumpers is 5-10 sizes of the width of the jumper, for example, the diameters of the bundle.

Дополнительно поставленная задача может быть решена за счет того, что перекрещивающиеся однонаправленные жгуты нитей выполнены в виде структуры оболочка-ядро, в ядре которых находится пучок скрепленных нитей, а оболочка жгутов выполнена в виде оплетки из нанесенных на пучок по пространственным спиралям обжимающих нитей, соответственно выполненными из стеклянных, базальтовых или органических волокон, или комбинаций из них при объемном соотношении ядра и оболочки от 1:0,05 до 1:0,2. Additionally, the problem can be solved due to the fact that the crossed unidirectional strands of threads are made in the form of a shell-core structure, in the core of which there is a bundle of fastened threads, and the shell of the bundles is made in the form of a braid of crimping threads applied to the bundle along spatial spirals, respectively from glass, basalt or organic fibers, or combinations of them with a volume ratio of the core and shell from 1: 0.05 to 1: 0.2.

Поставленная задача решается также тем, что в известном способе изготовления баллона давления из композиционных материалов, включающем подачу избыточного давления в защитную полимерную оболочку, намотку перекрещивающихся однонаправленных нитей, пропитанных полимерным связующим, с образованием слоев силового каркаса, и термообработку баллона, перед намоткой на защитную полимерную оболочку наносят капиллярно-пористый элемент и на него укладывают, по меньшей мере, один слой антиадегезионного материала, а термообработку ведут при следующих условиях: поднимают температуру внешней окружающей среды до уровня, превышающего на 20-30oC максимальный температурный режим полимеризации связующего, и выдерживают при такой температуре в течение времени, необходимого для достижения на внутреннем слое силового каркаса температуры плавления антиадгезионного материала, затем сбрасывают температуру окружающей среды до температуры плавления антиадгезионного материала и одновременно поднимают внутреннее избыточное давление до уровня 25-30% от эксплуатационного и окончательную термообработку ведут при данных условиях до полной полимеризации связующего силового каркаса.The problem is also solved by the fact that in the known method of manufacturing a pressure cylinder from composite materials, including applying excess pressure to the protective polymer sheath, winding intersecting unidirectional threads impregnated with a polymer binder, with the formation of layers of the power frame, and heat treatment of the cylinder, before winding on a protective polymer a capillary-porous element is applied to the shell and at least one layer of release material is laid on it, and heat treatment is carried out at the next constituent conditions: raising the temperature of the external environment to a level above at 20-30 o C maximum temperature polymerization mode binder, and kept at that temperature for the time necessary to achieve on an inner layer circuit carcass antiadhesive material melting temperature, and then dropping the temperature of environment to the melting temperature of the release material and at the same time raise the internal overpressure to the level of 25-30% of the operational and final term treatment is carried out under these conditions to complete the polymerization power skeleton binder.

На фиг. 1 показан общий вид баллона давления из композиционных материалов. In FIG. 1 shows a general view of a composite pressure cylinder.

На фиг. 2 показан разрез по А-А в увеличенном масштабе. In FIG. 2 shows a section along AA in an enlarged scale.

На фиг. 3 показано крестообразное расположение нитей. In FIG. 3 shows a crosswise arrangement of threads.

На фиг. 4 показано последовательное переплетение нитей. In FIG. 4 shows sequential weaving of threads.

На фиг. 5 показано выборочное переплетение нитей. In FIG. 5 shows selective weaving of threads.

На фиг. 6 показана структура жгутов нитей типа "оболочка-ядро". In FIG. Figure 6 shows the structure of the sheath-core-type strands.

Баллон давления из композиционных материалов содержит многослойный силовой каркас 1, выполненный из перекрещивающихся однонаправленных нитей 2 и 3 и полимерного связующего 4, и внутреннюю защитную полимерную оболочку 5, причем баллон снабжен расположенным между каркасом 1 и оболочкой 5 капиллярно-пористым элементом 6, выполненным в виде охватывающей оболочку 5 кольцевой сетчато-ячеистой структуры с четырехгранными ячейками 7 между перекрещивающимися перемычками 8, 9, расположенными с интервалами, в кольцевом и аксиальном (меридиональном) направлениях. The pressure cylinder made of composite materials contains a multilayer power frame 1 made of intersecting unidirectional filaments 2 and 3 and a polymer binder 4, and an internal protective polymer shell 5, and the cylinder is equipped with a capillary-porous element 6 located between the frame 1 and the shell 5, made in the form covering the sheath 5 of an annular mesh-cellular structure with tetrahedral cells 7 between intersecting jumpers 8, 9 located at intervals in the annular and axial (meridional) n directions.

Размер интервала между перемычками составляет 5-10 размеров ширины перемычки или диаметров жгута. The size of the interval between the jumpers is 5-10 sizes of the width of the jumper or the diameter of the bundle.

Кроме того, баллон может быть снабжен по меньшей мере одним слоем антиадгезионного материала 10, типа полиэтиленовой или фторопластовой пленки, расположенным между каркасом 1 и капиллярно-пористым элементом 6. In addition, the container may be provided with at least one layer of release material 10, such as a polyethylene or fluoroplastic film, located between the frame 1 and the capillary-porous element 6.

Перемычки 8, 9 выполнены в виде перекрещивающихся сухих однонаправленных жгутов 11 нитей, крестообразно нанесенных, последовательно или выборочно переплетенных в кольцевом и аксиальном направлениях. The jumpers 8, 9 are made in the form of intersecting dry unidirectional tows of 11 threads, cross-shaped, sequentially or selectively interwoven in the circular and axial directions.

При этом перекрещивающиеся однонаправленные жгуты 11 нитей могут быть выполнены в виде структуры оболочка-ядро, в ядре 12 которых находится пучок скрепленных нитей 13, а оболочка 14 жгутов 11 выполнена в виде оплетки из нанесенных на пучок нитей 13 по пространственным спиралям обжимающих нитей 15, соответственно выполненных из стеклянных, базальтовых или органических волокон, или комбинаций из них при объемом соотношении ядра и оболочки от 1: 0,5 до 1:0,2. In this case, the crossed unidirectional tows 11 of the threads can be made in the form of a shell-core structure, in the core 12 of which there is a bundle of bonded threads 13, and the shell 14 of the tows 11 is made in the form of a braid from the strands 13 deposited onto the bundle along spatial spirals of compression threads 15, respectively made of glass, basalt or organic fibers, or combinations of them with a volume ratio of the core and shell from 1: 0.5 to 1: 0.2.

Способ изготовления баллона давления из композиционных материалов состоит в нанесении на защитную полимерную оболочку 5, находящуюся под избыточным давлением рабочей среды, например воздуха или жидкости типа воды или масла, капиллярно-пористого элемента 6, выполненного в виде охватывающей оболочку кольцевой сетчато-ячеистой структуры с четырехгранными ячейками 7 между перекрещивающимися перемычками 8 и 9, расположенными с интервалами, в кольцевом и аксиальном направлениях. A method of manufacturing a pressure cylinder from composite materials consists in applying a capillary-porous element 6 made on the protective polymer shell 5, which is under excess pressure of a working medium, for example air or liquid such as water or oil, made in the form of a ring-shaped mesh-square structure covering the shell cells 7 between the intersecting jumpers 8 and 9 located at intervals in the annular and axial directions.

Затем на капиллярно-пористый элемент 6, для ослабления связи защитной полимерной оболочки 5 с силовым каркасом 1, уложен, по меньшей мере, один слой антиадгезионного материала 10, например, типа полиэтиленовой или фторопластовой пленки. Then, on the capillary-porous element 6, to weaken the bond of the protective polymer shell 5 with the power frame 1, at least one layer of release material 10, for example, a type of polyethylene or fluoroplastic film, is laid.

После этого производят намотку на полученную таким образом сборку перекрещивающихся однонаправленных нитей 2 и 3, пропитанных полимерным связующим 4, с образованием слоев силового каркаса 1. After that, the winding is produced on the thus obtained assembly of intersecting unidirectional threads 2 and 3, impregnated with a polymer binder 4, with the formation of layers of the power frame 1.

В процессе изготовления баллон подвергают термообработке, например, в специальной камере, при следующих условиях: поднимают температуру внешней окружающей среды до уровня, превышающего на 20-30oC максимальный температурный режим полимеризации связующего, например 140oC, и выдерживают при такой температуре, примерно 160-170oC, в течение, например, 5-10 мин, (время зависит от размера баллона), то есть времени, необходимо для достижения на внутреннем слое силового каркаса температуры примерно 90-120oC плавления антиадгезионного материала, затем сбрасывают температуры окружающей среды до температуры, например 110oC, плавления антиадгезионного материала 10 и одновременно поднимают внутреннее избыточное давление до уровня 25-30% от эксплуатационного и окончательную термообработку ведут при данных условиях до полной полимеризации связующего силового каркаса 1.In the manufacturing process, the cylinder is subjected to heat treatment, for example, in a special chamber, under the following conditions: raise the temperature of the external environment to a level that exceeds by 20-30 o C the maximum temperature of polymerization of the binder, for example 140 o C, and maintain at this temperature, approximately 160-170 o C, for example, 5-10 minutes (depending on the balloon size), i.e. the time necessary to achieve on an inner layer circuit carcass temperature of about 90-120 o C melting antiadhesive material, then dumped vayut ambient temperature to a temperature, for example 110 o C, the melting antiadhesive material 10 and simultaneously raise the internal pressure to a level of 25-30% of the operating and final heat treatment is carried out at these conditions until cured binder force frame 1.

Функционирование баллона давления из композиционных материалов осуществляется так же, как и любого другого баллона. При этом вся нагрузка от давления при многократном циклическом нагружении, повторяющемся в процессе эксплуатации, воспринимается многослойным силовым каркасом через капиллярно-пористый элемент, обеспечивающий повышение надежности. The operation of a pressure cylinder made of composite materials is carried out in the same way as any other cylinder. In this case, the entire pressure load during repeated cyclic loading, repeated during operation, is perceived by the multilayer power frame through the capillary-porous element, which provides increased reliability.

Claims (4)

1. Баллон давления из композиционных материалов, содержащий многослойный силовой каркас, выполненный из перекрещивающихся однонаправленных нитей и полимерного связующего, и внутреннюю защитную полимерную оболочку, отличающийся тем, что баллон снабжен расположенными между каркасом и оболочкой капиллярно-пористым элементом, выполненным в виде охватывающей оболочку кольцевой сетчато-ячеистой структуры с четырехгранными ячейками между перекрещивающимися перемычками, расположенными с интервалами в кольцевом и аксиальном направлениях, при этом баллон также снабжен, по меньшей мере, одним слоем антиадгезионного материала, расположенным между каркасом и капиллярно-пористым элементом. 1. A pressure cylinder made of composite materials containing a multilayer power frame made of intersecting unidirectional filaments and a polymer binder, and an internal protective polymer shell, characterized in that the cylinder is equipped with a capillary-porous element located between the frame and the shell, made in the form of an annular enveloping shell mesh-cellular structure with tetrahedral cells between the crossing bridges located at intervals in the annular and axial directions, however, the container is also provided with at least one layer of release material located between the frame and the capillary-porous element. 2. Баллон по п.1, отличающийся тем, что размер интервала между перемычками составляет 5 - 10 размеров ширины перемычки, при этом перемычки капиллярно-пористого элемента выполнены в виде перекрещивающихся сухих однонаправленных жгутов нитей, крестообразно нанесенных, последовательно или выборочно переплетенных в кольцевом и аксиальном направлениях. 2. The cylinder according to claim 1, characterized in that the size of the interval between the jumpers is 5 to 10 sizes of the width of the jumper, while the jumpers of the capillary-porous element are made in the form of intersecting dry unidirectional bundles of threads, crosswise applied, sequentially or selectively interlaced in a circular and axial directions. 3. Баллон по п.2, отличающийся тем, что перекрещивающиеся однонаправленные жгуты нитей выполнены в виде структуры оболочка-ядро, в ядре которых находится пучок скрепленных нитей, а оболочка жгутов выполнена в виде оплетки из нанесенных на пучок нитей по пространственным спиралям обжимающих нитей, соответственно выполненных из стеклянных, базальтовых или органических волокон, или комбинаций из них при объемном соотношении ядра и оболочки от 1 : 0,05 до 1 : 0,2. 3. The cylinder according to claim 2, characterized in that the intersecting unidirectional strands of threads are made in the form of a shell-core structure, in the core of which there is a bundle of fastened threads, and the shell of the bundles is made of a braid made of filaments deposited on the bundle along spatial spirals of compressing threads, respectively made of glass, basalt or organic fibers, or combinations of them with a volume ratio of the core and shell from 1: 0.05 to 1: 0.2. 4. Способ изготовления баллона давления из композиционных материалов, включающий подачу избыточного давления в защитную полимерную оболочку, намотку перекрещивающихся однонаправленных нитей, пропитанных полимерным связующим, с образованием слоев силового каркаса и термообработку баллона, отличающийся тем, что перед намоткой на защитную оболочку наносят капиллярно-пористый элемент и на него укладывают, по меньшей мере, один слой антиадгезионного материала, а термообработку баллона ведут при следующих условиях: поднимают температуру внешней окружающей среды до уровня, превышающего на 20 - 30oC максимальный температурный режим полимеризации связующего, и выдерживают при такой температуре в течение времени, необходимого для достижения на внутреннем слое силового каркаса температуры плавления антиадгезионного материала, затем сбрасывают температуру окружающей среды до температуры плавления антиадгезионного материала и одновременно поднимают внутреннее избыточное давление до уровня 25 - 30% от эксплуатационного и окончательную термообработку ведут при данных условиях до полной полимеризации связующего силового каркаса.4. A method of manufacturing a pressure cylinder from composite materials, including applying excess pressure to the protective polymer shell, winding intersecting unidirectional threads impregnated with a polymeric binder, forming layers of the power cage and heat treating the cylinder, characterized in that capillary-porous is applied to the protective shell before winding the element and at least one layer of release material is laid on it, and the cylinder is heat treated under the following conditions: raise the temperature External Expansion environment to a level above 20 - 30 o C maximum temperature polymerization mode binder, and kept at this temperature, then dumped ambient temperature for the time necessary to achieve on an inner layer circuit carcass antiadhesive material melting temperature to the melting point of the antiadhesive material and at the same time raise the internal overpressure to the level of 25-30% of the operational and the final heat treatment is carried out under these conditions until the polymerization of the binder power frame.
RU2000115357A 2000-06-16 2000-06-16 Pressure bottle made from composite materials and method of manufacture of such bottles RU2162564C1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000115357A RU2162564C1 (en) 2000-06-16 2000-06-16 Pressure bottle made from composite materials and method of manufacture of such bottles
AU74633/00A AU7463300A (en) 2000-06-16 2000-08-03 Pressure vessel made of composite materials and method for producing said vessel
PCT/RU2000/000323 WO2001096766A1 (en) 2000-06-16 2000-08-03 Pressure vessel made of composite materials and method for producing said vessel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000115357A RU2162564C1 (en) 2000-06-16 2000-06-16 Pressure bottle made from composite materials and method of manufacture of such bottles

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2162564C1 true RU2162564C1 (en) 2001-01-27

Family

ID=20236192

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000115357A RU2162564C1 (en) 2000-06-16 2000-06-16 Pressure bottle made from composite materials and method of manufacture of such bottles

Country Status (3)

Country Link
AU (1) AU7463300A (en)
RU (1) RU2162564C1 (en)
WO (1) WO2001096766A1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2444673C1 (en) * 2010-07-30 2012-03-10 Александр Федорович Чабак High-pressure cylinder
RU2507436C2 (en) * 2009-02-06 2014-02-20 Хексагон Текнолоджи Ас Longitudinal ventilation ducts of high-pressure vessel
US10088110B2 (en) 2016-05-17 2018-10-02 Hexagon Technology As Pressure vessel liner venting via nanotextured surface
RU2691278C1 (en) * 2018-07-12 2019-06-11 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук Gas cylinder
RU2700810C1 (en) * 2019-01-25 2019-09-23 федеральное государственное унитарное предприятие "Федеральный научно-производственный центр "Прогресс" (ФГУП "ФНПЦ "Прогресс") Attachment assembly of flexible tight shell of pneumatic element
US10544901B2 (en) 2016-04-06 2020-01-28 Hexagon Technology As Pressure vessel vented boss with sintered metal plug
US10627048B2 (en) 2015-12-16 2020-04-21 Hexagon Technology, As Pressure vessel dome vents

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7870971B2 (en) * 2007-08-29 2011-01-18 GM Global Technology Operations LLC Diffusion layer for pressure vessels
US9931927B2 (en) 2009-06-12 2018-04-03 Material Engineering and Technical Support Services Corporation Containment systems
DE102010033623B4 (en) * 2010-08-06 2012-02-16 Daimler Ag Device for storing a medium and method for producing such
DE102011056418B4 (en) * 2011-12-14 2022-05-25 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Load-bearing reinforcement of internally pressurized hollow bodies
US11407194B2 (en) 2017-11-16 2022-08-09 André Gustavo Ottoni Candido Filho Composite, process for the production thereof, use of said material and articles comprising the said material
JP6941648B2 (en) * 2019-08-23 2021-09-29 本田技研工業株式会社 High pressure tank
DE202024000857U1 (en) 2024-05-02 2024-05-29 Emano Kunststofftechnik Gmbh pressure vessel

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU763646A1 (en) * 1978-03-13 1980-09-20 Северодонецкий Филиал Всесоюзного Научно-Исследовательского И Конструкторского Института Химического Машиностроения Envelope of non-metallic materials
CA1326832C (en) * 1987-07-21 1994-02-08 Claude Leon Hembert Fluid tank and manufacturing process
SE468649B (en) * 1991-05-24 1993-02-22 Kb Komposit Foersaeljnings Ab ARMED PLASTIC CONTAINER, SATISFIED TO ASTAD A COMBUSTION BODY FOR THIS AND APPLIANCE BEFORE IMPLEMENTING THE SET
RU2037735C1 (en) * 1992-12-25 1995-06-19 Индивидуальное частное предприятие фирма "Элина-Т" High-pressure cylinder
SE511172C2 (en) * 1996-11-04 1999-08-16 Composite Scandinavia Ab Reinforced plastic container, process for its manufacture and apparatus for carrying out the process
RU2117853C1 (en) * 1997-02-18 1998-08-20 Шевчук Константин Михайлович Pressure vessel

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
КАЛИНИЧЕВ В.А., МАКАРОВ М.С. Намотанные стеклопластики. - М.: Химия, 1986, стр.218 - 224. *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2507436C2 (en) * 2009-02-06 2014-02-20 Хексагон Текнолоджи Ас Longitudinal ventilation ducts of high-pressure vessel
US9618160B2 (en) 2009-02-06 2017-04-11 Hexagon Technology As Pressure vessel longitudinal vents
RU2444673C1 (en) * 2010-07-30 2012-03-10 Александр Федорович Чабак High-pressure cylinder
US10627048B2 (en) 2015-12-16 2020-04-21 Hexagon Technology, As Pressure vessel dome vents
US10544901B2 (en) 2016-04-06 2020-01-28 Hexagon Technology As Pressure vessel vented boss with sintered metal plug
US10088110B2 (en) 2016-05-17 2018-10-02 Hexagon Technology As Pressure vessel liner venting via nanotextured surface
RU2691278C1 (en) * 2018-07-12 2019-06-11 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук Gas cylinder
RU2700810C1 (en) * 2019-01-25 2019-09-23 федеральное государственное унитарное предприятие "Федеральный научно-производственный центр "Прогресс" (ФГУП "ФНПЦ "Прогресс") Attachment assembly of flexible tight shell of pneumatic element

Also Published As

Publication number Publication date
AU7463300A (en) 2001-12-24
WO2001096766A1 (en) 2001-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2162564C1 (en) Pressure bottle made from composite materials and method of manufacture of such bottles
US8074826B2 (en) Damage and leakage barrier in all-composite pressure vessels and storage tanks
Madhavi et al. Design and analysis of filament wound composite pressure vessel with integrated-end domes
JP4284705B2 (en) Method for manufacturing molded body, molded body, and tank
KR890000532B1 (en) Method of making a containment vessel
CN105443973A (en) Fibrous-composite-wound pressure container with thin-walled metal lining and manufacturing process thereof
CN111594744B (en) High-pressure gas tank and method for manufacturing high-pressure gas tank
JP7359978B2 (en) Composite pressure vessel with reinforcing elements
JP2015507721A (en) Single-layer composite pressure vessel
CN103994319A (en) Winding and curing method of thin-wall metal lining fiber completely-wound light high-pressure gas cylinder
JP2010038216A (en) Pressure vessel
JP2008521650A (en) Plastic hollow body, especially plastic pipe
RU2514980C1 (en) Reinforced shell of laminar composite for inner pressure
RU2393376C2 (en) High pressure vessel
RU2444673C1 (en) High-pressure cylinder
JP6153085B2 (en) Manufacturing method of high-pressure tank
USRE39554E1 (en) Reinforced composite structure
RU2140602C1 (en) Composite pressure balloon and composite pressure balloon manufacture method
US20060138150A1 (en) Pressurised container
KR20230114727A (en) A pressure vessel for storing fluid
RU3982U1 (en) COMPOSITE COMPRESSED GAS STORAGE CYLINDER
RU2570534C2 (en) High pressure bottle out of polymer composite materials, method of manufacturing of high pressure bottle out of polymer composite materials, rigid liner out of polymer composite materials, and method of manufacturing of rigid liner out of polymer composite materials
RU1890U1 (en) HIGH PRESSURE CYLINDER
RU2209362C1 (en) Method for making combination type gas bottle
CN113400693A (en) Method for manufacturing composite material pressure container