Балон високого тиску, у якому циліндричний корпус має оболонкову конструкцію

Реферат: Винахід належить до балонів високого тиску. Балон високого тиску містить циліндричний корпус у вигляді оболонки із суцільного матеріалу, який з'єднано з донними частинами, і розміщену на ньому щонайменше одну другу оболонку. Всі оболонки встановлено одна на одну. Згідно з винаходом, щонайменше одну оболонку, починаючи з другої, виконано із несуцільного матеріалу, при цьому її матеріал являє собою мережоподібну сітку, у вузлах якої перетинається три або більше стрижнів. Технічний результат: застосування оболонкових шарів дозволяє зменшити вагу конструкції, а також отримати за необхідністю, її напружений стан і підвищити міцність за рахунок уникнення лавиноподібного руйнування. UA 107847 C2 (12) UA 107847 C2 UA 107847 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі виготовлення зварних конструкцій, зокрема для виготовлення оболонкових багатошарових корпусних посудин та вдосконалення конструкції балонів. Балон високого тиску містить циліндричний корпус у вигляді оболонки із суцільного матеріалу, який з'єднано з донними частинами, і розміщену на ньому щонайменше одну другу оболонку, причому всі оболонки встановлено одна на одну, при цьому, щонайменше одну оболонку, починаючи з другої, виконано із несуцільного матеріалу, при цьому її матеріал являє собою мережоподібну сітку, у вузлах якої перетинається три або більше стрижнів. Конструкцію циліндричного корпусу балона можливо заповнити пластичними масами, переважно синтетичними, литими легкими сплавами, припоями або іншими наповнювачами для отримання необхідних геометричних розмірів форми посудини. Утворення другої і наступної оболонки може бути отримано шляхом навивання матеріалу оболонки на попередню оболонку із фіксацією крайки останньої оболонки до попередньої. Також утворення другої і наступної оболонок може бути отримано шляхом насування однієї оболонки, яка являє собою замкнуту циліндричну поверхню на наступну, меншого діаметра, тобто утворення коаксіальних оболонок. Товщина другої оболонки, або наступних оболонок збільшено у місцях переходу від корпусу до донних частин пропорційно величині значень утворених тиском внутрішніх напружень у корпусі і у матеріалі оболонки відповідно, при цьому щільність вузлів площини оболонки мережоподібної сітки в цих місцях збільшено. Оболонки з'єднані поміж собою і утворюють нерознімне з'єднання, що значно підвищує міцність утвореної таким чином загального корпусу посудини і у підсумку дозволяє розглядати корпус посудини як суцільну зварну конструкцію. Оболонки з'єднано таким чином, що корпусу балона надано попередній напружений стан. З'єднання оболонок можливо здійснити шляхом паяння, зварювання-паяння під тиском, пресовим зварюванням тиском, пічним зварюванням та іншими методами. Розташування газобалонної арматури (штуцерів, клапанів тощо) у запропонованій конструкції балона здійснюється за загальними правилами, у необхідних за показниками експлуатації місцях. Відома розробка "Баллоны специального назначения". Баллоны металлопластиковые топливные БДМТ-24,5, ТУ 2296-026-03455343-06, а также "Баллоны давления металлопластиковые топливные" БДМТ-24,5, изготавливаемые по ТУ 2296-026-03455343-06 с 2007 года (согласованные с Ростехнадзором 01.02.2008 года). Зазначена розробка є прототипом і дозволяє отримати конструкцію балона, який працює під тиском із високими показниками міцності, але є і суттєві відмінності. У прототипі, роль підсилюючого елемента корпусу балона виконує армуючий матеріал склоровінг із питомим розривним навантаженням не нижче ніж 40 кГс/текс за ГОСТ 17139-2000, який намотується також по спіралі на зовнішню поверхню корпусу балона на спеціальному станку, при цьому утворюється силова оболонка. По суті у прототипі також застосовано двооболонкову конструкцію; першу оболонку утворює балон, а другу утворює намотаний на першу оболонку армуючий матеріал - склоровінг. У запропонованому винаході суттєвою відмінністю від прототипу є те, що пропонується для виконання внутрішньої оболонки застосувати суцільний матеріал, а оболонку, яка є наступною за внутрішньою оболонкою, виконано із несуцільного матеріалу, який у свою чергу являє собою мережоподібну сітку, переважно металеву, у вузлах якої перетинається три і більше стрижні, при цьому навантаження, які діють на оболонку із мережоподібної сітки, розподіляються і діють як на її поверхню, так і у її площині, у тому числі у стрижнях. При цьому запропонований матеріал можливо застосувати для виконання як другої оболонки, так і наступних. Другою суттєвою відмінністю є різниця у дії навантаження. Так у запропонованому винаході навантаження передається на мережоподібну сітку, а у прототипі на намотаний на першу оболонку армуючий матеріал - склоровінг. Так у запропонованому винаході навантаження розподіляються і діють як на поверхню оболонки, так і у її площині, у тому числі у стрижнях на відміну від прототипу, де на армуючий матеріал, який намотаний на першу оболонку, - склоровінг, дія навантаження викликає тільки розривні напруження у армуючому матеріалі. При цьому руйнування намотуючого матеріалу у прототипі можуть призвести до зниження показників міцності всієї конструкції взагалі на відміну від запропонованого винаходу, де руйнування стрижнів у мережоподібній сітці призводить до місцевого зниження показників міцності у оболонці. Також слід зазначити, що у прототипі, при намотувані другого шару оболонки, зв'язок між витками забезпечується лише міцністю заповнювача, а у запропонованому винаході уся оболонка складається із мережоподібної сітки, у вузлах якої сходяться три і більше стрижнів, які і забезпечують поверхневі зв'язки оболонки, 1 UA 107847 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 крім того, до забезпечення поверхневих зв'язків оболонки також додається міцність заповнювача. Третьою суттєвою відмінністю є те, що у запропонованому винаході оболонки з'єднані поміж собою і утворюють нерознімне з'єднання, що у підсумку дозволяє розглядати корпус балона як суцільний. Четвертою суттєвою відмінністю є те, що у запропонованому винаході оболонки з'єднано таким чином, що балону надано попередній напружений стан, тобто здійснено посадку із натягом другої та наступних оболонок. Суть винаходу. У основі винаходу лежить задача вдосконалення конструкцій балонів високого тиску, шляхом застосування оболонкової (одна і більше оболонок) конструкції корпусу балона. Також при виготовленні запропонованої оболонкової конструкції балона застосовано матеріал другої і наступної оболонок, який являє собою мережоподібну металеву сітку, що дозволяє більш ширше застосовувати технологічні методи зварювання замість застосування технологічних методів намотування синтетичних матеріалів. Як матеріал оболонки можливо застосувати мережоподібну сітку "Сетка просечная витяжная (разных типов) ТУ 14-4-1789-96", а також "Рукав сетчастый ТУ 26-02-354-85". Оболонки можливо утворювати шляхом насування наступної на попередню, утворюючи коаксіальну конструкцію корпусу балона. Можливо також здійснити утворення оболонок шляхом навивання наступної на попередню із подальшою фіксацією, при цьому оболонки як у першому випадку, так і у другому можливо з'єднати поміж собою методами паяння, зварювання-паяння під тиском, пресовим зварюванням тиском, пічним зварюванням, іншими методами. Застосування металу у виготовленні оболонок утворює попередній напружений стан у матеріалі корпусу балона, що також підвищує показники міцності всієї конструкції. Застосування оболонкової конструкції корпусу балона дозволяє: зменшити вагу всієї конструкції балона за рахунок комбінації матеріалів металу і заповнювача, у порівнянні із просто металом; підвищити вибухонебезпечність балона за рахунок уникнення лавиноподібного руйнування у оболонкових конструкціях; можливість надати балону попередній напружений стан. Приклад. Було виконано необхідні розрахунки і на їх базі здійснено розробку необхідних креслень і розроблено математичну модель конструкції "балона високого тиску". До складу конструкції "балона високого тиску", яку наведено на Фіг. 1 входять: 1 - донна частина; 2 - внутрішня оболонка, яку виготовлено із тонкостінної труби; 3 - друга оболонка; 4 - третя оболонка; 5 - суцільний корпус; 6 - горловина; 7 - силовий елемент (у даному випадку труба із отворами); 8 - внутрішні бандажні кільця, (елементи поз. 7 і поз. 8 не є обов'язковими) На Фiг. 2 наведено варіант несуцільного матеріалу оболонки. Розміри а; b; с - габаритні розміри заготівки оболонки. Розміри k, e, m, d, L1, L2, Н1, Н2, Ф1, Ф2 - можуть бути довільними. Комбінація усіх розмірів впливає на міцність матеріалу оболонки. На Фіг. 3 наведено варіант несуцільного матеріалу оболонки, яку виготовлено із "Сетки просечной, вытяжной ТУ 14-4-1789-96". Розміри a; b; с - габаритні розміри заготівки. Також, за наведеними на Фіг. 1 кресленнями, було виготовлено окремі зразки тонколистових оболонок, які планується застосувати у конструкції "балона високого тиску" і які потім було доведено до руйнування. Отримані експериментальні результати і результати розрахунків математичної моделі засвідчили доцільність застосування оболонок для виготовлення корпусу балона, які з'єднуються поміж собою методами паяння, зварювання-паяння під тиском, пресовим зварюванням тиском, пічним зварюванням, іншими методами, із подальшим заповненням пластичними масами, переважно синтетичними. 2 UA 107847 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 25 1. Балон високого тиску, який містить циліндричний корпус у вигляді оболонки із суцільного матеріалу, який з'єднано з донними частинами, і розміщену на ньому щонайменше одну другу оболонку, причому всі оболонки встановлено одна на одну, який відрізняється тим, що щонайменше одну оболонку, починаючи з другої, виконано із несуцільного матеріалу, при цьому її матеріал являє собою мережоподібну сітку, у вузлах якої перетинається три або більше стрижнів. 2. Балон за п. 1, який відрізняється тим, що для утворення геометричної форми балона зовнішню оболонку заповнено пластичними масами або литими легкими сплавами, або припоями. 3. Балон за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що щонайменше одну з оболонок, починаючи з другої, отримано шляхом навивання матеріалу оболонки на попередню оболонку із фіксацією крайки наступної оболонки до попередньої. 4. Балон за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що щонайменше одну з оболонок, починаючи з другої, що має суцільну циліндричну поверхню, насунену на оболонку меншого діаметра з утворенням коаксіально розміщених оболонок. 5. Балон за будь-яким з пп. 1-4, який відрізняється тим, що товщину щонайменше однієї з оболонок, починаючи з другої, збільшено у місцях переходу від корпусу до донних частин пропорційно величині значень утворених тиском внутрішніх напружень у корпусі і у матеріалі оболонки, при цьому щільність вузлів у площині оболонки мережоподібної сітки в цих місцях збільшено. 6. Балон за будь-яким з пп. 1-5, який відрізняється тим, що оболонки з'єднані між собою нерознімним з'єднанням з утворенням по суті однієї суцільної оболонки. 7. Балон за будь-яким з пп. 1-6, який відрізняється тим, що оболонки з'єднано таким чином, що корпусу надано попередній напружений стан. 3 UA 107847 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4