АВТОМОБИЛЬНЫЙ ГАЗОВЫЙ МЕТАЛЛОКОМПОЗИТНЫЙ БАЛЛОН Российский патент 2005 года по МПК F17C1/02 

Изобретение относится к газовому автомобильному оборудованию, предназначенному для хранения и работы на компримированном природном газе (КПГ).

Известны автомобильные газовые металлостеклопластиковые баллоны, выполненные в виде стального лейнера баллонного типа, цилиндрическая часть которого обмотана стеклопластиком [1].

Эти баллоны выполнены на рабочее давление 20 МПа и характеризуются следующими показателями:

1. Удельная масса, как отношение массы баллона к его геометрическому объему, составляет 0,65-0,75 кг/л.

2. Толщина стеклопластиковой намотки превышает толщину стенки металлического лейнера не более чем в 2 раза.

3. Допускаемые напряжения в металлическом лейнере не должны превышать 0,6 σ_Т.

При указанных параметрах и ограничениях по прочности лейнера баллоны такой конструкции являются относительно тяжелыми и дорогостоящими, что особенно проявляется при переходе к более высоким давлениям газа, например 32-40 МПа вместо 20 МПа. Коэффициент совершенства конструкции таких баллонов, определяемый как отношение их газового объема при разрушающем давлении к массе баллона, не превышает “10”, что и характеризует их вышеуказанный недостаток.

Наиболее близким прототипом к заявляемому баллону является металлокомпозитный баллон, выполненный в виде аллюминиевого лейнера баллонного типа, обмотанного в “кокон” композитным материалом, с удельной массой баллона 0,6-0,7 кг/л и превышением толщины композитной обмотки над толщиной стенки лейнера не более чем в 2 раза [1].

Недостатком такой конструкции баллона является также низкое значение коэффициента совершенства конструкции, не превышающее значения “10”, что в конечном счете приводит к относительному увеличению удельной массы и стоимости баллона. Особенно это проявляется при создании баллонов на давления газа более 20 МПа.

Технической задачей, поставленной в настоящем изобретении, является достижение относительного снижения массы и стоимости баллона на давление газа более 20 МПа.

Эта задача достигается тем, что металлокомпозитный баллон выполнен из металлического лейнера баллонного типа, обмотанного в “кокон” композитным материалом, толщина которого не менее чем в 3 раза превышает толщину стенки лейнера для различных объемов и давлений газа в баллоне, а отношение газового объема при разрушающем давлении к массе баллона определяется неравенством

(1)

где Кск - коэффициент совершенства конструкции;

Рраб. - максимальное рабочее давление газа в баллоне в кгс/см²;

V - геометрический внутренний объем баллона в литрах, (дм³);

n - коэффициент запаса прочности, равный не менее 3;

M - масса баллона в кг;

Рразр. - разрушающее давление газа в кгс/см².

На чертеже изображен газовый металлокомпозитный баллон для автомобилей (а) и для передвижных автогазозаправщиков (б) на максимальное рабочее давление газа 32 МПа, а в таблице 1 приведены их основные параметры.

Таблица 1№№ п/пОбъем,
литрМасса,
кгОтношение толщины обмотки к толщине стенки лейнераКоэффициент совершенства конструкции, кма67,053,03,4612,14б185,0138,753,4612,8

Баллоны выполнены в виде аллюминиевого лейнера баллонного типа, обмотанного композитным материалом, толщина которого превышает почти в 3,5 раза толщину стенки лейнера, а отношение газового объема при разрушающем давлении к массе баллона (коэффициент совершенства конструкции) превышает 12 км согласно неравенству (1).

Увеличение толщины композитной обмотки с 2,0 до 3,5 раз при повышении рабочего давления с 20 до 32 МПа позволило создать баллоны с коэффициентом совершенства конструкции более 12, относительно легкие, дешевые и высоконадежные.

Источники информации

1. ГАЗ транспорт ИНФО, стр. 4, май - апрель, 1997 г.

Изобретение предназначено для использования на автомобилях, газозаправщиках и других газовых объектах производственно-технологического назначения. Автомобильный газовый металлокомпозитный баллон выполнен в виде металлического лейнера баллонного типа, обмотанного в “кокон” композитным материалом, и отличается от известных баллонов тем, что толщина композитной обмотки превышает толщину стенки металлического лейнера не менее чем в 3 раза, а отношение газового объема при разрушающем давлении к массе баллона определяется неравенством:

Новое соотношение конструктивных параметров позволило создать баллон на высокое давление 32 МПа при оптимальном сочетании массы и стоимости баллона. 1 табл., 1 ил.

Автомобильный газовый металлокомпозитный баллон, выполненный в виде металлического лейнера баллонного типа, обмотанного в “кокон” композитным материалом, отличающийся тем, что толщина композитной обмотки превышает толщину стенки металлического лейнера не менее чем в 3 раза, а отношение газового объема при разрушающем давлении к массе баллона определяется неравенством:

где К_ск - коэффициент совершенства конструкции;

Р_раб. - максимальное рабочее давление газа в баллоне, кгс/см²;

V - геометрический внутренний объем баллона, литр, (дм³);

n - коэффициент запаса прочности, равный не менее 3;

М - масса баллона, кг;

Р_разр. - разрушающее давление газа, кгс/см².