Газовий балон високого тиску

Газовий балон високого тиску, що складається з плавно сполучених на одній сталевій трубчастій заготовці горловини, циліндричної обичайки і сфероїдального днища, який відрізняється тим, що товщина стінки циліндричної обичайки визначається за формулою: Винахід відноситься до галузі машинобудування і може бути використаний при виготовленні газових балонів високого тиску для автомобільного транспорту, наприклад, автомобільних балонів для зберігання стиснутого природного газу, що використовується замість рідкого моторного палива, у яких відношення довжини до зовнішнього діаметру L D складає 3,0-8,0. в межах допуску на виготовлення оболонки намотуванням, а захисний шар виконаний комбінованим: для циліндричної частини корпусу з композиційно-тканинного матеріалу, для кінцевих ділянок з гомогенного матеріалу (патент СССР №1809909 F17C 1/00, 1993 p.). Використовування композитно-волокнистого матеріалу дозволяє зменшити масу балона, проте висока вартість матеріалу, низька продуктивність і велика трудомісткість виготовлення балонів приводять до істотного підвищення їх вартості, що робить економічно недоцільним широке використання таких балонів. Відомий газовий балон високого тиску, що складається з внутрішньої з кільцевим зварним швом оболонки з днищами, штуцера, принаймні, в одному днищі, і зовнішньої армуючої оплетки змінної товщини, причому внутрішня оболонка виконана з двох напівбалонів з рівними геометричними параметрами у вигляді стаканів з днищами, при цьому циліндрична частина стаканів виконана тонкостінною із стоншуванням у напрямі осі балона, а зварювані кромки стаканів потовщені всере Sc 0,0136 L D PD 0,9 2 в , Р в де L - довжина балона, мм; D - зовнішній діаметр балона, мм; P - робочий тиск у балоні, МПа; в - тимчасовий опір матеріалу балона, МПа; в - запас міцності по тимчасовому опору матеріалу балона, а відношення середньої товщини стінки Sср.д центральної ділянки днища діаметром, рівним 14 діаметра балона, до товщини стінки циліндричної обичайки Sc задовольняє нерівність: Sc 3.5 . C2 Sср.д (11) UA (19) Основною вимогою, що пред'являється до балонів, які установлюються на автотранспортних засобах, є максимально можливе зниження маси при збереженні несучої здатності балонів. Відомий газовий балон високого тиску, що включає циліндричний корпус з кінцевими ділянками, що містить внутрішню герметичну оболонку і зовнішню силову, виконану з композитноволокнистого матеріалу, і що складається з внутрішнього і зовнішнього шарів з кільцевою орієнтацією волокнистого матеріалу і проміжного шару з подовжньою його орієнтацією, і зовнішній захисний шар. При цьому товщина внутрішнього і зовнішнього шарів силової оболонки виконана однаковою 76369 (13) 2.0 3 76369 4 дину балона так, що їх зовнішній діаметр менше Р - робочий тиск в балоні, МПа; зовнішнього діаметру тонкостінної циліндричної в - тимчасовий опір матеріалу балона, МПа; частини [патент РФ №2049955, F17C1/00, 1995p.]. в - запас міцності по тимчасовому опору В такій конструкції балону витрата дорогого матеріалу балона. При цьому відношення середматеріалу менше, оскільки виконується тільки ньої товщини Sср.д центральної ділянки днища один (зовнішній) шар армуючої оплетки, проте діаметром рівним 14 діаметру балона до товелика трудомісткість виготовлення не дозволяє знизити вартість балона до економічно доцільного вщини стінки циліндричної обичайки Sс задовольрівня. няє нерівності: Відомий балон, що містить циліндричну обоSср.д 2.0 3.5 лонку і днища, виконані як одне ціле методом спіSc рального намотування. При цьому товщина цилінПараметри, що заявляються, одержані дослідричної оболонки балону виконана змінною дним шляхом. уздовж осі по особливій формулі [авт. свид. СССР Відмінністю запропонованої конструкції балону №1744358, F17C1/06, 1992p.]. є знайдені величини товщини стінки циліндричної Така конструкція балону могла б дозволити обичайки і середньої товщини стінки центральної знизити його масу і підвищити несучу здатність. ділянки днища. Проте реалізувати цю перевагу з метою зменшенТехнічним результатом використання пропоня витрати металу не уявляється можливим, оскінованого балону є зниження маси балона при збельки при будь-якому способі виготовлення балонів реженні його несучої здатності для газових бало(з труб закаткою днищ і горловин, з суцільної загонів, у яких відношення довжини до зовнішнього тівки прошивкою і протяжкою на пресах, з листа діаметра L D знаходиться в діапазоні від 3,0 до холодною глибокою витяжкою) балонна заготівка має однакову по довжині товщину стінки, що обу8,0. мовлене самим способом виробництва труб, лисЦе досягається тим, що при визначенні товта, пресованих заготівок. щини стінки балона (циліндричної обичайки) враВідомий також газовий балон високого тиску, ховується вплив відношення довжини балону до що складається з плавно сполучених на одній стазовнішнього діаметра L D : зі зменшенням L D толевій трубчастій заготівці горловини, циліндричної вщина стінки Sс і, відповідно, маса балону зменобичайки і сфероїдального днища. При цьому відшуються. ношення зовнішнього діаметра циліндричної обиЗниження маси балону досягається також за чайки до товщини стінки задовольняє нерівності рахунок того, що забезпечується необхідна товD 45 55 , а відношення зміряної уподовж геоSc щина днища на ділянці, діаметр якої d дорівнює метричної осі балону максимальної товщини Sд 1 діаметр у балона. Це необхідно для якісної 4 днища до товщини Sс стінки циліндричної обичайгерметизації днищ, закатаних на заготівках з менки задовольняє нерівності 2,2 Sд/Sс 3,5 (патент шою товщиною стінки. РФ №2183299, F17C 1/00, 2002 p.). На кресленні показаний запропонований баЦей балон характеризується простотою конслон. трукції, високою несучою здатністю, зменшеною Пропонований балон складається з плавно трудомісткістю, проте його виготовлення в моносполучених на одній сталевій трубчастій заготовці металічному виконанні (без використання компогорловини 1, циліндричної обичайки 2 і сфероїдазитно-волокнистих матеріалів) приводить до збільного днища 3. Товщина стінки циліндричної обильшення маси, а максимальна товщина днища, що чайки Sс визначається з вираження: в 2,2-3,5 рази перевищує товщину стінки обичайки, у ряді випадків не забезпечує його герметичність. В основі даного винаходу лежить рішення задачі по удосконаленню газового балона високого тиску шляхом зміни його конструкції, внаслідок чого знижується маса балону при збереженні його високої несучої здатності для балонів, у яких відношення довжини до зовнішнього діаметру L D складає 3,0-8,0. Поставлена задача вирішена тим, що в газовому балоні високого тиску, що складається з плавно сполучених на одній сталевій трубчастій заготівці горловини, циліндричної обичайки і сфероїдального днища, згідно винаходу, товщина 5с стінки циліндричної обичайки визначається з виразу: Sc 0.0136 L D PD 0.9 2 в , Р в де: L - довжина балону, мм; D - зовнішній діаметр балону, мм; Sc 0.0136 L D PD 0.9 2 в , Р в де: L - довжина балону, мм; D - зовнішній діаметр балону, мм; Р - робочий тиск у балоні, МПа; в - тимчасовий опір матеріалу балона, МПа; в - запас міцності по тимчасовому опору матеріалу балона. При цьому відношення середньої товщини центральної ділянки 4 днища 3 діаметром d, рівним % зовнішнього діаметр у балона D, до товщини стінки циліндричної обичайки Sс задовольняє нерівності: 2.0 Sср.д Sc 3.5 Балон може бути виготовлений шляхом закатки його горловини і днища на попередньо нагрітих до температури 1100-1200oС кінцях приведеної в обертання циліндричної трубчастої заготовки (довжина ділянки, що нагрівається, приблизно дорів 5 76369 6 нює діаметру заготовки). Сфероїдальне днище 3 ням до повного руйнування. Руйнуючий тиск склав формують плоским робочим інструментом у формі 48,9МПа. Фактичний запас міцності бруска; горловину - спеціально скаліброваним ін48,9 / 19,6 2,5 , що свідчить про високу несуф в струментом. чу здатність балону при високій герметичності Конкретний приклад. днища. При виготовленні балону робочим тиском У балона, конструкція якого виконана по найР=19,6МПа із сталі марки 20ХН4ФА з тимчасовим більш близькому з аналогів, при зовнішньому діаопором матеріалу балона в =1274МПа, зовнішнім метрі 219 мм товщина стінки буде не менше 4,0мм діаметром 219мм, завдовжки 750мм, із запасом (Sc= 219/55), а маса відповідно - 16,8кг. міцності по тимчасовому опору матеріалу балона Відхилення від запропонованих параметрів в =2,4 була визначена з використанням запробалону приводило до погіршення результатів. Так, зменшення товщини стінки циліндричної обичайки понованого виразу товщина стінки циліндричної менше 3,7 мм і зменшення Sср.д/Sд менше 2,0 приобичайки балону водило до зменшення несучої здатності балону 750 19.6 219 Sc 0.0136 0 .9 3.7мм . руйнуючий тиск 43,5МПа відповідав неприпустимо 219 1274 2 19.6 заниженому запасу міцності 2,2. 2 .4 Збільшення вказаних вище параметрів вище Товщина Sср.д центральної частини днища дізапропонованих приводило до збільшення маси аметром d=54,8мм (1/4 діаметру балона) склала балону, витрати металу на його виготовлення і 8,7мм. При цьому відношення Scp.д/Sс рівне 2,3, що вартості балону. відповідає формулі винаходу. Таким чином, застосування пропонованої При вказаних значеннях товщини стінки маса конструкції дає можливість знизити масу балона балона склала 15,6 кг. на 4...10%, не погіршуючи його якість. Балон витримав випробування гідравлічним тиском 29,4МПа (1,5Р) з подальшим випробуван Комп’ютерна верстка Т. Чепелева Підписне Тираж 26 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