БАЛЛОН ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ ДЫХАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ Российский патент 2001 года по МПК F17C1/10 

Изобретение относится к сосудам, работающим под высоким давлением, а именно к баллонам высокого давления (от 100 кгс/см² и выше), предназначенным для хранения и транспортирования сжатого воздуха для дыхания. Баллоны высокого давления для сжатого воздуха являются устройствами, используемыми в различных областях техники и народного хозяйства, в частности в дыхательных аппаратах различного назначения.

К основным требованиям, предъявляемым к таким баллонам, относятся высокая конструктивная прочность, эксплуатационная надежность и минимальные значения весовых характеристик.

Конструкция отечественных баллонов определяется стандартами (например, ГОСТ 949-73 и др.) и представляет собой заготовку из горячекатаной трубы с закатанными "на горяче" и загерметизированными сваркой днищем, с одной стороны, и днищем с горловиной, с другой стороны. При этом толщина стенки баллона определяется запасом прочности по рабочему давлению (≥ 2,6) и добавкой толщины стенки на коррозию в соответствии с требованиями "Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением", утвержденных Госгортехнадзором России от 18.04.95 г. (Москва, НПО ОБТ, 1996 г.).

Однако существующие отечественные конструкции баллонов высокого давления для дыхательных аппаратов не обеспечивают эксплуатационной надежности и минимальных значений весовых характеристик, что связано с определенными конструктивными особенностями.

Недостатками указанных баллонов являются
- наличие коррозии на внутренней поверхности баллона;
- увеличенный вес баллона ввиду более толстой стенки, которую выбирают также с учетом явлений коррозии на ее внутренней поверхности;
- невозможность снижения веса баллонов за счет применения высокопрочных сталей;
- герметизация дна баллона сваркой.

При увеличении рабочего давления в баллоне указанные недостатки возрастают пропорционально.

Закачиваемый в баллом воздух имеет в своем составе пары воды. Наличие влаги приводит к появлению коррозии. Проведенными работами показано, что скорость коррозии значительно зависит от рабочего давления. Если для углеродистых сталей коррозия идет практически равномерно, то для сталей легированных, чем больше характеристики прочности и количество легирующих элементов, тем значительнее изменения характера коррозии. С увеличением указанных характеристик стали коррозия на внутренней поверхности переходит из сплошной в местную, язвенную, и скорость ее под давлением увеличивается более чем на порядок. Появление на баллонах язвенной коррозии приводит к снижению эксплуатационной надежности. Использование в корпусах баллонов высокопрочной стали (> 100 кгс/мм²) в условиях возможности появления язвенной коррозии недопустимо.

Таким образом, задачей данного технического решения являлось обеспечение потребности общества в надежных баллонах высокого давления из высокопрочной легированной стали для дыхательных аппаратов.

Общими признаками с предлагаемым баллоном являются цилиндрические обечайки, сферические донья и горловины.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату является баллон для сжатого воздуха (фирмы "Faber" Италия), принятый за прототип (см. Григорьев Е.Г. и др. Газобаллонные автомобили, М., Машиностроение, 1989 г., стр. 100-102).

Баллон представляет собой штампованный из стали корпус со сплошным дном и закатанным "на горяче" днищем с горловиной.

Таким образом, задачей данного технического решения (прототипа) являлось повышение его эксплуатационной надежности.

Общими признаками с предлагаемым баллоном являются наличие цилиндрической обечайки, сферических доньев и горловины. Такая конструкция по прототипу имеет преимущество перед аналогом (отсутствие влияния герметизации дна сваркой), но имеет недостатки, связанные с коррозией внутренней поверхности баллона.

В отличие от прототипа, в предлагаемом баллоне высокого давления для дыхательных аппаратов внутренняя поверхность баллона снабжена защитным покрытием толщиной не менее 10 мкм и пористостью не более 10 микропор на 1 см² размером не более 0,2 мм каждая, причем покрытие выполнено из биологически инертных полимерных материалов, например фторопласта.

Именно сочетание указанных параметров позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом.

Указанные признаки, отличительные от прототипа, и на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны, во всех случаях достаточны.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение высокой конструктивной прочности, эксплуатационной надежности и безопасности для органов дыхания человека при уменьшенной массе баллона за счет уменьшения припуска на коррозию путем снабжения внутренней поверхности баллона защитным антикоррозионным покрытием и выполнением этого покрытия из биологически инертного материала.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном баллоне высокого давления для дыхательных аппаратов, содержащем цилиндрическую обечайку, сферические донья и горловину, особенность заключается в том, что внутренняя поверхность баллона снабжена защитным покрытием толщиной не менее 10 мкм и пористостью не более 10 микропор на 1 см² размером не более 0,2 мм каждая, причем покрытие выполнено из биологически инертных полимерных материалов, например фторопласта.

Новая совокупность конструктивных элементов, а также наличие связей между ними позволяет, в частности, за счет
- снабжения внутренней поверхности баллона защитным покрытием толщиной не менее 10 мкм обеспечить отсутствие коррозии в течение всего срока службы (не менее 10 лет), при толщине менее 10 мкм опытным путем установлена возможность появления коррозии;
- пористости не более 10 микропор на 1 см² размером не более 0,2 мм каждая позволяет исключить отшелушивание покрытия от металла, при пористости более 10 микропор на 1 см² возможно отшелушивание покрытия и развитие коррозии под пленкой покрытия, что позволяет повысить срок службы баллонов и увеличить гарантийный срок его эксплуатации;
- выполнения покрытия из биологически инертных полимерных материалов, например фторопласта, позволяет обеспечить безопасность за счет отсутствия выделений, вредных для органов дыхания человека.

Сущность изобретения заключается в том, что баллон высокого давления для дыхательных аппаратов, содержащий цилиндрическую обечайку, сферические донья и горловину, в отличие от прототипа, согласно изобретению внутренняя поверхность баллона снабжена защитным покрытием толщиной не менее 10 мкм и пористостью не более 10 микропор на 1 см² размером не более 0,2 мм каждая, причем покрытие выполнено из биологически инертных полимерных материалов, например фторопласта.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен баллон высокого давления, а на фиг. 2 - участок внутренней поверхности с защитным антикоррозионным покрытием.

Предлагаемый баллон высокого давления для дыхательных аппаратов, содержит цилиндрическую обечайку 1, сферические донья 2 и горловину 3 (защитное покрытие - пов. А).

Баллон высокого давления для дыхательных аппаратов функционирует следующим образом.

После наполнения баллона воздушной смесью под высоким давлением образующийся при этом конденсат воздействует на защитное покрытие А, которое при толщине не менее 10 мкм обеспечивает требуемую сплошность, а пористость не более 10 микропор на 1 см² не допускает образование слияния их до размеров, при которых усиливаются процессы электрохимической коррозии, а величина пор не более 0,2 мм каждая не допускает развития очаговой коррозии до опасных значений в течение всего гарантийного срока эксплуатации баллона, биологически инертные материалы покрытия исключают возможность загрязнения воздушной смеси компонентами, опасными для органов дыхания человека.

Наличие такого покрытия позволяет снизить массу баллона на 15-20% и увеличить гарантийные сроки (эксплуатации) в 2,0...2,5 раза по сравнению с баллонами без покрытия (ГОСТ 949-73).

Нанесение защитного антикоррозионного покрытия на внутреннюю поверхность баллона позволило отказаться от утолщения стенки за счет припуска на коррозию, в связи с тем, что баллоны используются в дыхательных аппаратах, защитное антикоррозионное покрытие при эксплуатации не должно выделять каких-либо веществ, отрицательно влияющих на органы дыхания, для чего используются инертные полимерные материалы в виде специальных фторопластовых лаков и композиций, разрешенных медицинскими надзорными органами Российской Федерации.

Выполнение баллона высокого давления для дыхательных аппаратов в соответствии с изобретением обеспечивает отсутствие коррозии в течение заданного срока службы, высокую конструктивную прочность, эксплуатационную надежность и безопасность для органов дыхания за счет нанесения на внутреннюю поверхность баллона защитного покрытия из биологически инертных полимерных материалов толщиной не менее 10 мкм и пористостью не более 10 микропор на 1 см² размером не более 0,2 мм каждая. Так, например, баллоны с покрытием, выполненным на основе биологически инертных полимерных материалов типа ФБФ - 74Д, ТУ 6-05-1617 или КФ-2МЭ, ТУ 6-05-041-912 (разрешенных Главным Государственным санитарным врачом г. С-Петербурга), обеспечивают заданные эксплуатационные характеристики и удовлетворяют всем требованиям по безопасности для органов дыхания человека и, кроме того, такая конструкция обладает более высокими конструктивно-технологическими характеристиками.

Изобретение может быть использовано при разработке надежных и безопасных баллонов высокого давления для дыхательных аппаратов с применением чувствительных к коррозии высокопрочных сталей.

В настоящее время разработана конструкторская документация, проведены государственные испытания и намечено серийное производство.

Баллон предназначен для хранения и транспортировки сжатого воздуха для дыхания. Баллон содержит цилиндрическую обечайку, сферические донья и горловину, при этом внутренняя поверхность баллона снабжена защитным покрытием толщиной не менее 10 мкм и пористостью не более 10 микропор на 1 см² размером не более 0,2 мм каждая, причем покрытие выполнено из биологически инертных полимерных материалов, например фторопласта. Технический результат - уменьшение массы баллона. 2 ил.

Баллон высокого давления для дыхательных аппаратов, содержащий цилиндрическую обечайку, сферические донья и горловину, отличающийся тем, что внутренняя поверхность баллона снабжена защитным покрытием толщиной не менее 10 мкм и пористостью не более 10 микропор на 1 см² размером не более 0,2 мм каждая, причем покрытие выполнено из биологически инертных полимерных материалов, например фторопласта.