СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ МЕТАЛЛОПЛАСТИКОВЫХ БАЛЛОНОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК F17C1/00 F16J12/00 F15B19/00 

Изобретение относится к области производства баллонов высокого давления, преимущественно металлопластиковых баллонов, и может быть использовано при приемочных испытаниях баллонов, в частности, при испытаниях баллонов на разрушение.

Приемочные испытания проводят в соответствии с принятыми стандартами с целью обеспечения безопасности производства и эксплуатации баллонов новой конструкции. К приемочным испытаниям допускаются баллоны, изготовленные в составе одной опытной партии.

Известен, например, международный стандарт "Баллоны стальные бесшовные для газов". Per. №ИСО 4705-83, 1987 г.

Настоящий стандарт устанавливает наименьшие требования, касающиеся материала, конструкции, производства баллонов и качества исполнения, а также испытаний стальных бесшовных баллонов вместимостью 1-150 л, заполняемых сжатыми, сжиженными или растворенными газами при температуре окружающей среды.

В соответствии с указанным международным стандартом в каждой партии баллонов выполняют одно гидравлическое испытание на разрушение на одном баллоне, если толщина стенки не превышает 7,5 мм. Подъем давления ведут последовательно в два этапа.

На первом этапе давление поднимают со скоростью не более 0,5 МПа/с до значения, соответствующего началу пластической деформации. На втором этапе производительность насоса поддерживают постоянной вплоть до разрушения баллона.

На чертеже 9 ИСО 4705-83 приведена схема установки для гидравлических испытаний баллонов на разрушение, которая включает резервуар для воды или другой жидкости, емкость для измерения количества жидкости, необходимой для испытаний, насос высокого давления, манометр, записывающее устройство, трубопровод с клапаном для сброса воздуха в верхней точке, ограждение испытуемого баллона.

Описанный международный стандарт не распространяется на металлопластиковые баллоны высокого давления, состоящие из металлического лейнера и силовой оболочки из композиционного материала. В металлопластиковых баллонах внешняя пластиковая оболочка является основным несущим элементом корпуса баллона, а металлический лейнер служит герметичной оболочкой и имеет толщину стенок, при которой материал лейнера может находиться в области упругопластического деформирования или близкой к ней при рабочем давлении. Испытания для металлопластиковых баллонов на разрушение проводятся с целью определения прочности силовой оболочки.

Известен, принятый за прототип, ГОСТ РФ "Баллоны высокого давления для сжатого природного газа, используемого в качестве моторного топлива на автомобильных транспортных средствах", ГОСТ Р 51753-2001, введенный в действие 2002-01-01. Указанный стандарт распространяется на баллоны: стальные бесшовные; состоящие из металлического лейнера и оболочки из композиционного материала на цилиндрической поверхности лейнера; состоящие из металлического лейнера и оболочки из композиционного материала на всей поверхности лейнера; состоящие из полимерного лейнера, оболочки из композиционного материала на всей поверхности лейнера и металлических закладных элементов.

В соответствии с указанным ГОСТом приемочные испытания включают испытания на определение давления разрушения баллона, которые проводятся на одном баллоне из каждой партии. При этом испытания на разрушение металлопластикового баллона имеют целью достижения внутри баллона давления разрушения, соответствующего разрушению оболочки из композиционного материала.

Испытуемые баллоны отвечают условию указанного ГОСТа в том случае, когда давление разрушения, определяемое в процессе испытаний, не менее расчетного давления разрушения, которое для баллонов всех указанных выше типов принимается равным 2,6 Р (где Р - рабочее давление).

Как и в ранее описанном ИСО 4705-83, определение давления разрушения проводится путем создания внутри баллона гидравлического давления. При этом возможно использование ранее описанной установки для испытаний. Испытание осуществляют по следующей схеме. Гидравлическое давление внутри баллона поднимают до 80% расчетного давления разрушения баллона со скоростью не более 1,4 МПа/с. Дальнейшее увеличение давления производится со скоростью не более 0,35 МПа/с. При достижении расчетного давления разрушения делают выдержку не менее 5 с, а затем давление поднимают до разрушения баллона. Фактическое давление и характер разрушения должны быть зафиксированы.

Однако испытание металлопластиковых баллонов на разрушение по описанной схеме не может быть проведено при нарушении герметичности лейнера до достижения расчетного давления разрушения. Нарушение герметичности лейнера может произойти на предшествующих этапах приемочных испытаний, например при испытаниях на цикличность. При этом размеры дефектов (поры, разрывы, трещины и т.д.) негерметичности лейнера могут быть самыми разнообразными (от долей миллиметра до нескольких сантиметров) и образовываться они могут в разных местах лейнера: в сварных соединениях и в основном материале.

При разгерметизации лейнера, из-за утечки воды через дефекты негерметичности, невозможно создать достаточное для разрушения баллона гидравлическое давление внутри лейнера.

В этом случае приемочные испытания на определение давления разрушения баллона осуществляют на другом баллоне изготовленной партии, что повышает стоимость проведения испытаний, особенно при испытаниях более дорогих крупногабаритных металлопластиковых баллонов.

В основу настоящего изобретения положена задача создать способ испытания металлопластикового баллона на разрушение, обеспечивающий возможность достижения расчетного давления разрушения баллона внутри лейнера при нарушении его герметичности.

Поставленная задача решается тем, что в способе испытания на разрушение металлопластикового баллона, содержащего металлический лейнер и оболочку из композиционного материала, включающем повышение внутри лейнера гидравлического давления до разрушения баллона, согласно предлагаемому изобретению до создания гидравлического давления лейнер заполняют вязкой текучей субстанцией.

Целесообразно в качестве вязкой текучей субстанции использовать водную суспензию глины.

В вязкой текучей субстанции вода связана с частицами твердого вещества, например с глиной, что препятствует протеканию воды через дефекты негерметичности лейнера. При этом частички твердого вещества (глины) закупоривают трещины и отверстия (дефекты) в материале корпуса негерметичного лейнера.

Таким образом, наличие вязкой текучей субстанции, например, водной суспензии глины, позволяет поднять гидравлическое давление внутри негерметичного лейнера до разрушения баллона и таким образом закончить приемочные или иные испытания металлопластикового баллона.

В дальнейшем предлагаемое изобретение будет более подробно раскрыто на конкретном примере его выполнения со ссылками на чертеж, на котором изображена схема установки для гидравлических испытаний металлопластиковых баллонов на разрушение.

Испытание металлопластикового баллона на разрушение является заключительным этапом испытаний, в том числе приемочных испытаний, и имеет целью определение прочности металлопластиковой оболочки баллона.

Согласно предлагаемому изобретению испытание металлопластикового баллона на разрушение осуществляют следующим образом.

Через воронку (не показана), установленную в горловине (штуцере) баллона, лейнер металлопластикового баллона заполняют вязкой текучей субстанцией, например водной суспензией глины. Консистенцию водной суспензии глины подбирают опытным путем: суспензия должна заполнить лейнер через горловину с наибольшей скоростью, но при этом не протекать через дефекты негерметичности лейнера.

В качестве вязкой текучей субстанции может использоваться не только водная суспензия глины, но и другое вещество, способное образовывать водную суспензию, например мел и пр. Также могут быть использованы вязкие жидкие растворы.

Преимущество глины заключается в ее низкой стоимости и экологичности. После разрушения баллона глина высушивается и может быть вновь использована в виде водной суспензии при испытаниях новых баллонов.

Далее в заполненном суспензией лейнере создают гидравлическое давление путем подачи в лейнер воды или другой жидкости под давлением. Для создания гидравлического давления в металлопластиковом баллоне может быть использована установка, показанная на чертеже. Установка включает резервуар 1 для воды или другой жидкости, емкость 2 для измерения количества жидкости, необходимой для испытаний, насос 3 высокого давления, манометр 4, записывающее устройство 5, трубопровод 6 с клапаном для сброса воздуха в верхней точке, ограждение 7 испытуемого баллона 8.

При этом повышение гидравлического давления может осуществляться по схеме, описанной в ГОСТе РФ Р 51753-2001. Гидравлическое давление внутри баллона поднимают до 80% расчетного давления разрушения баллона со скоростью не более 1,4 МПа/с. Дальнейшее увеличение давления производится со скоростью не более 0,35 МПа/с. При достижении расчетного давления разрушения делают выдержку не менее 5 с, а затем давление поднимают до разрушения баллона. Фактическое давление и характер разрушения фиксируют.

Возможна и иная схема повышения гидравлического давления в баллоне до его разрушения.

Глиняную суспензию, вытекшую из разрушенного баллона, высушивают и используют в новых испытаних.

Способ предназначен для приемочных испытаний, в частности, на разрушение. Способ заключается в повышении внутри лейнера гидравлического давления до разрушения баллона. До повышения давления лейнер заполняют вязкой текучей субстанцией. В качестве вязкой текучей субстанции используют водную суспензию глины. Гидравлическое давление внутри лейнера поднимают до 80% расчетного давления разрушения баллона со скоростью не более 1,4 МПа/с, далее со скоростью не более 0,35 МПа/с, при достижении расчетного давления разрушения делают выдержку не менее 5 с, а затем давление поднимают до разрушения баллона, при этом фактическое давление фиксируют. Технический результат - снижение стоимости испытаний. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ испытания на разрушение металлопластикового баллона, содержащего металлический лейнер и оболочку из композиционного материала, заключающийся в повышении внутри лейнера гидравлического давления до разрушения баллона, отличающийся тем, что до повышения гидравлического давления лейнер заполняют вязкой текучей субстанцией.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве вязкой текучей субстанции используют водную суспензию глины.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что гидравлическое давление внутри лейнера поднимают до 80% от расчетного давления разрушения баллона со скоростью не более 1,4 МПа/с, далее со скоростью не более 0,35 МПа/с, при достижении расчетного давления разрушения делают выдержку не менее 5 с, а затем давление поднимают до разрушения баллона, при этом фактическое давление фиксируют.