Спосіб виготовлення зміцненого балона високого тиску

1. Спосіб виготовлення зміцненого балона високого тиску, заснований на виробленні лайнера, монтажі на ньому балонної арматури, пошаровому намотуванні зміцнювального зовнішнього композиційного шару, його полімеризації та подальшого контролю якості виготовленого балона, U 2 (19) 1 3 - зональне намотування вуглепластикової силової оболонки; - намотування антиадгезійного розподільчого шару і термоусаджувальної плівки; - установка в термопіч і термообробка по заданому режиму; - видалення оправки з виробом із термопечі, зняття термоусаджувальної плівки і розподільчого шару; - видалення технологічної оправки шляхом вимивання водою; - контроль якості та фізико-механічних характеристик одержаного балону. До недоліків способу-аналогу слід віднести занизьку продуктивність за рахунок значної кількості технологічних операцій, а також використання одноразових оправок. Найбільш близьким за технічною суттю до заявлюваного способу слід вибрати спосіб виготовлення зміцненої зовнішньою намоткою композиційного матеріалу балону високого тиску, що захищена патентом США № 6.651.307, патентовласник Портман, пріоритет 25.11.2003 р. МПК F16J12/00. Спосіб-прототип виготовлення зміцненої зовнішньою намоткою композиційного матеріалу балону високого тиску, заснований на виготовленні металевого лайнера, що має, у крайньому разі, одну металеву горловину (штуцер), намотуванні першого шару композиційного матеріалу у вигляді змоченого у смолі волокна, подаванні тиску, достатнього для пластичної деформації в матеріалі лайнера, але недостатнього для пластичних деформацій в матеріалі горловини (штуцера), намотуванні другого шару поверх першого, для збільшення міцності балону згідно з вимогами цілісності балону при значному тиску циклічного наванта2 ження (0...703 кг/см ), в 1,5 рази більших робочого тиску для забезпечення надійності виробу, подальшого контролю якості виготовленого балону. До недоліків способу-прототипу слід віднести невиправдану технологічну складність за рахунок необхідності в процесі намотування подавання тиску всередину балону, що виконується технологічною рідиною, контроль її стану протягом всього технологічного циклу, в тому числі і під час полімеризації зовнішньої силової оболонки з композиційного матеріалу. Перед заявлюваною корисною моделлю поставлена задача повнішого використання міцності волокон композиційного матеріалу та спрощення технологічного процесу його виготовлення за рахунок уніфікації операцій полімеризації зовнішньої оболонки, що дозволяє підвищити продуктивність виробництва. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі виготовлення зміцненої зовнішньою намоткою композиційного матеріалу балону високого тиску з герметичним лайнером, здебільшого для зберігання газоподібного водню, заснованого на виробленні лайнеру, монтажу на ньому балонної арматури, пошарового намотування зміцнювального зовнішнього композиційного шару, його полімеризації та подальшого контролю якості виготовленого балону, згідно запропонованої ко 59885 4 рисної моделі композиційний матеріал зовнішньої силової оболонки вироблений з вугільного волокна шаровою намоткою не менше як одинадцяти спіральних та тридцяти шести кільцевих шарів, при цьому після намотки першого, сьомого, одинадцятого спіральних шарів, мотають три кільцевих, а після восьмого ... десятого - чотири кільцевих шари, після чого його полімеризацію виконують поетапно: спочатку вільно підіймають температуру до плюс (75...85)°С з витримуванням протягом двох годин, потім вільно підіймають температуру до плюс (95...105)°С з витримуванням протягом двох годин, після чого, вільно підіймають температуру до плюс (115...125)°С з витримуванням протягом двох годин, а в кінці вільно знижують температуру до плюс (35...45)°С. Кільцеві шари зміцнюються в процесі намотки волокнами бору. Для доказу можливості промислового використання заявлюваної корисної моделі наводяться наступні відомості, що до технологічного процесу виготовлення циліндричного комбінованого балону, згідно креслення 04.0551.0000.0000.01.0 СК, який згідно завданню на розробку повинен вироблятись в умовах серійного цеху на доступному вітчизняному обладнанні і мати стабільні експлуатаційні характеристики, що до міцності при циклічному навантажуванні. Зокрема цей балон повинен витримувати не менше тисячі циклів заправки газоподібним воднем при максимальному тиску 2 340 кгс/см в умовах температур експлуатації від мінус 40°С до плюс 50°С і відносної вологості зовнішнього середовища до 98% (при температурі плюс 25°С). Термін зберігання і експлуатації балону складає десять років. Згаданий технологічний процес виготовлення зміцненої зовнішньою намоткою композиційного матеріалу балону високого тиску, в якому використана заявлювана корисна модель, включає наступні операції: - після попереднього виготовлення лайнера, установлюють в одному з його полюсних отворів арматуру для заправки балону. Після чого, корпус 04.0551.0000.0100.01.0 випробовують на герметичність; - для цього в корпус 04.0551.0000.0100.01.0 подають повітряно-гелієву суміш під тиском 4 2 кгс/см по ОСТ 92-4291-75 і способом "вакуумування" проводять випробування. Негерметичність -3 фіксують при витоку 1×10 лмм рт.ст/сек., а суміші під час загального потоку протягом п'яти хвилин; - встановлюють корпус 04.0551.0000.0100.01.0 в намотувальне обладнання і виконують намотування зовнішнього зміцнювального шару кільцевими і подвійними спіральними шарами. Товщину зміцнювальної оболонки на циліндричній частині виконують не менш, як 10,4 мм, що забезпечують технологічно. Матеріал - вугільне волокно марки Т800 (Японія), смола епоксидна ЭДТ-10П (ОСТ 920957:70). Для кільцевих опор на периферії циліндричної частини вугільною тканиною (полоса) 3606 фірми Porcher Industries (Франція) підмотують кільцеві опорні зони шириною до 100 мм. Під час намотування зміцнювального шару ЭДТ-10П підігрівають до температури (65±5)°С і контролюють її 5 59885 в'язкість. При температурі (60±2)°С її в'язкість, виміряна віскозиметром ВЗ-1 (ГОСТ 9070-95), не повинна перевищувати 30 сек. Контроль пропитування вугільного волокна виконують постійно в процесі намотування, перед подаванням стрічки волокон в зону намотування; - режим полімеризації зміцнювального шару наступний: 1) вільний підйом температури до плюс (80±5)°С; 2) витримування при температурі плюс (80±5)°С дві години; 3) вільний підйом температури до плюс (100±5)°С; 4) витримування при температурі плюс (100±5)°С дві години; 5) вільний підйом температури до плюс (120±5)°С; 6) витримування при температурі плюс (120±5)°С дві години; 7) зменшення температури до плюс (40±5)°С у вільному режимі. При намотуванні зміцнювального шару використовують наступну схему армування: - перший подвійний шар спіральний; - три шари кільцевих, додають волокна бору; - другий подвійний шар спіральний; - три шари кільцевих, додають волокна бору; - третій подвійний шар спіральний; - три шари кільцевих, додають волокна бору; - четвертий подвійний шар спіральний; - три шари кільцевих, додають волокна бору; - п'ятий подвійний шар спіральний; Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 6 - три шари кільцевих, додають волокна бору; - шостий подвійний шар спіральний; - три шари кільцевих, додають волокна бору; - сьомий подвійний шар спіральний; - три шари кільцевих, додають волокна бору; - восьмий подвійний шар спіральний. - чотири шари кільцевих, додають волокна бо ру; - дев'ятий подвійний шар спіральний; - чотири шари кільцевих, додають волокна бору; - десятий подвійний шар спіральний; - чотири шари кільцевих, додають волокна бору; - одинадцятий подвійний шар спіральний; - три шари кільцевих, додають волокна бору і т.д. - після полімеризації балон випробовують на герметичність, маркують, пакують. Виготовлена дослідна партія балонів, які пройшли залікові випробовування, що підтвердили правильність визначених в заявлюваній корисній моделі технічних рішень. Таким чином, заявлена корисна модель дозволила: - спростити технічний процес за рахунок уніфікації операцій полімеризації; - зменшити номенклатуру основного та контрольного технічного обладнання на ~ 10...12 %; - армування волокнами бору дозволило повніше використати міцність волокон в забезпеченні основних характеристик KM. Підписне Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601