БАЛЛОН ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК F17C1/00 F17C1/16 

Изобретение относится к баллонам для хранения и транспортировки сжатых газов под давлением, в частности к баллонам для хранения кислорода под давлением, может найти применение как необходимая часть снаряжения альпинистов, аквалангистов, пилотов летательных аппаратов, предназначенных для подъема на большие высоты, спасателей, пожарников и т.д.

Известен и широко применяется в различных отраслях промышленности баллон высокого давления, содержащий цилиндрическую оболочку, выполненную из стали и имеющую полусферические днища, в одном из которых герметично закреплен фланец с центральным отверстием и головной винт для установки редуктора [1]
Недостатком данного баллона является большая его масса, что резко ограничивает сферу его применения. Такие баллоны практически не могут быть использованы альпинистами, спасателями, работающими в течение длительного времени в лишенной кислорода атмосфере, и т.п. Кроме того, эти баллоны небезопасны при их применении, особенно транспортировке. При грубых нарушениях правил безопасности или при авариях на транспорте возможны взрывы металлических баллонов (особенно кислородных), при которых осколки металла могут поранить людей на значительном удалении от места взрыва.

Известен также баллон высокого давления, содержащий внешнюю цилиндрическую силовую оболочку из композиционного материала (стеклопластика), имеющую полусферические днища, по крайней мере в одном из которых герметично закреплен металлический фланец с центральным отверстием и выступающей из баллона головкой для установки редуктора, и внутреннюю герметизирующую оболочку из металла (алюминия) [2]
Недостатком этого баллона является относительно большая его масса, обусловленная использованием металлической внутренней оболочки и отсутствие гарантии безопасности при взрыве баллона в аварийных ситуациях.

Наиболее близким по совокупности признаков к предлагаемому является баллон высокого давления, содержащий цилиндрическую силовую оболочку из композиционного материала, имеющую головку и днище, внутреннюю герметизирующую оболочку из газоплотного синтетического материала, и металлический фланец с отверстием, герметично закрепленный в головке силовой оболочки так, что его кольцевой выступ размещен между силовой оболочкой из композиционного материала и внутренней герметизирующей оболочкой из синтетического материала [3]
Недостатками баллона, принятого за прототип, являются чрезвычайная сложность его конструкции и соответственно технологии изготовления, значительная масса. Сложность конструкции и повышенная масса обусловлены тем, что для обеспечения герметичности и прочности баллона при высоких внешних давлениях в нем предусмотрено наличие нескольких дополнительных внешних оболочек, включая защитную металлическую оболочку, которые с торцов баллона стягиваются накидными гайками, навинчиваемыми на фланцы.

Кроме того, хотя в известном баллоне и 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 поверхности металлического фланца с отверстиями и как следствие нарушение герметичности баллона.

Задача изобретения разработка такой конструкции баллона высокого давления, в котором исключается отслоение внутренней герметизирующей оболочки из синтетического материала в месте контакта ее с фланцем под действием высокого давления в баллоне.

Предлагается баллон высокого давления, содержащий внешнюю силовую оболочку из композиционного материала, внутреннюю герметизирующую оболочку из газонепроницаемого синтетического материала и металлический фланец с отверстием, кольцевой выступ которого помещен между внешней силовой и внутренней герметизирующей оболочками, в котором согласно изобретению на поверхности фланца, обращенной внутрь баллона, выполнены одна или несколько кольцевых трапецеидальных канавок, обращенных узкой своей частью внутрь баллона и фланец снабжен рубашкой из резины, охватывающей кольцевой его выступ по всей поверхности контакта его с внешней силовой и внутренней герметизирующей оболочками и заполняющей трапецеидальные канавки, причем резиновая рубашка прочно соединена с материалом металлического фланца и материалами силовой и герметизирующей оболочек.

В предпочтительном варианте выполнения баллона резиновая рубашка всей своей внутренней поверхностью склеена с поверхностью металлического фланца, часть внешней поверхности ее, соприкасающаяся с силовой оболочкой, склеена непосредственно с материалом силовой оболочки, а часть внешней поверхности рубашки, обращенная внутрь баллона, приклеена к материалу герметизирующей оболочки через промежуточный слой из ткани, содержащей волокна из материала, аналогичного материалу герметизирующей оболочки.

Для повышения прочности баллона его внешняя силовая оболочка выполнена из органопластика.

Благодаря указанным особенностям выполнения фланца и наличию резиновой рубашки на его кольцевом выступе в предлагаемом баллоне обеспечивается его герметичность и прочность до давления 500 атм и более. При этом полностью отпадает необходимость в дополнительных герметизирующих и силовых оболочках, что резко упрощает конструкцию баллона.

На фиг. 1 представлен баллон с частичным продольным разрезом; на фиг. 2 участок головки баллона с фланцем и резиновой рубашкой.

Баллон содержит внешнюю цилиндрическую силовую оболочку 1 из композиционного материала, имеющую головку 2 и днище 3 округленной формы. В качестве композиционного материала могут быть использованы любые из числа известных композиционных материалов, включая стеклопластик, углепластик и органопластик. Предпочтительно использование для этих целей разновидности органопластика, известной в литературе под названием "кевлар" (kevlar). Баллон имеет также внутреннюю герметизирующую оболочку 4 из газонепроницаемого синтетического материала. В качестве газонепроницаемого синтетического материала могут быть использованы полиамид, полипропилен, полиэтилен, тефлон и др.

В головке 2 баллона герметично закреплен металлический фланец 5 с центральным отверстием 6 и выступающей из баллона головкой для установки редуктора (не показан). Фланец 5 может быть выполнен из латуни, алюминия или предпочтительно из нержавеющей стали. Кольцевой выступ 7 фланца 5 на своей внутренней поверхности имеет кольцевые трапецеидальные канавки 8, обращенные суженной своей частью внутрь баллона. Выступ 7 снабжен рубашкой 9 из резины, охватывающей внешнюю и внутреннюю поверхности выступа и заполняющей кольцевые трапецеидальные канавки 8. Резиновая рубашка 9 всей своей внутренней поверхностью склеена с поверхностью металлической кольцевого выступа 7 фланца 5. Часть внешней поверхности резиновой рубашки 9, соприкасающаяся с силовой оболочкой 1 также приклеена к материалу (органопластику) силовой оболочки 1. В качестве клея для склеивания резиновой рубашки 9 с кольцевым выступом 7 фланца 5 и материалом силовой оболочки 1 могут быть использованы клеи на основе лейконатов, включающих эпоксидные группы, в растворе дихлорэтана. В частности может быть использован n, n', n''-трифенилметантриизоционат в дихлорэтане. Часть внешней поверхности резиновой рубашки 8, обращенная внутрь баллона, приклеена к материалу герметизирующей оболочки 4 через промежуточный слой ткани 10, содержащей волокна из материала, аналогичного материалу герметизирующей оболочки 4, например полиэтилена.

В днище 3 баллона установлен металлический фланец 11, не имеющий центрального отверстия. Его кольцевой выступ 12 также размещен между внешней силовой оболочкой 1 и внутренней герметизирующей оболочкой 4 и снабжен рубашкой 13 из резины, охватывающей внешнюю и внутреннюю его поверхности. При этом соединение рубашки 13 с телом фланца 11 и оболочками 1 и 4 осуществлено аналогично соединению рубашки 9 фланца 5.

Баллон работает следующим образом.

Предварительно откачанный баллон подключают через редуктор 9 (не показан) к источнику сжатого газа и заполняют его, контролируя давление по манометру редуктора. Затем вентиль редуктора герметично перекрывают, баллон отсоединяют от источника сжатого газа и далее он может быть использован по назначению.

Благодаря отмеченным выше особенностям выполнения предлагаемый баллон высокого давления обеспечивает герметичность до давлений 500 атм и выше. Он имеет простую конструкцию, малую массу (вес баллона объемом 3 л составляет около 800 г) и абсолютно безопасен при хранении, транспортировке и в процессе эксплуатации.

Сущность изобретения: балон высокого давления содержит внешнюю силовую цилиндрическую оболочку из композиционного материала, внутреннюю герметизирующую оболочку из газоплотного синтетического материала и металлический фланец с центральным отверстием, кольцевой выступ которого размещен между силовой оболочкой и внутренней оболочкой. На внутренней поверхности кольцевого выступа фланца выполнена одна или несколько кольцевых трапецеидальных канавок и выступ снабжен рубашкой из резины, охватывающей его внешнюю и внутреннюю поверхности и заполняющей кольцевые трапецеидальные канавки. Изобретение позволяет исключить отслоение внутренней герметизирующей оболочки от фланца. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. БАЛЛОН ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ, содержащий внешнюю силовую оболочку из композиционного материала, внутреннюю герметизирующую оболочку из газонепроницаемого синтетического материала и металлический фланец с отверстием, кольцевой выступ которого помещен между внешней силовой и внутренней герметизирующей оболочками, отличающийся тем, что на поверхности фланца обращенной внутрь баллона, выполнены одна или несколько кольцевых трапециедальных канавок, обращенных узкой своей частью внутрь баллона, и фланец снабжен рубашкой из резины, охватывающей кольцевой его выступ по всей поверхности контакта его с внешней силовой и внутренней герметизирующей оболочками и заполняющей кольцевые трапециедальные канавки, причем резиновая рубашка прочно соединена с материалом металлического фланца и материалами силовой и герметизирующей оболочек. 2. Баллон по п. 1, отличающийся тем, что резиновая рубашка всей своей внутренней поверхностью приклеена к поверхности металлического фланца, часть внешней поверхности ее, соприкасающаяся с силовой оболочкой, непосредственно приклеена к материалу силовой оболочки, а часть внешней поверхности рубашки, обращенная внутрь баллона, приклеена к материалу герметизирующей оболочки через промежуточный слой из ткани, содержащей волокна из материала, аналогичного материалу герметизирующей оболочки. 3. Баллон по п.1 или 2, отличающийся тем, что внешняя силовая оболочка выполнена из органопластика.