СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ЖИВУЧЕСТИ КОРПУСА СОСУДА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК F17C1/04 F16J12/00 

Изобретение относится к области производства сосудов высокого давления для хранения, транспортировки жидкостей, газов под давлением и может быть использовано для восстановления функциональности корпуса сосуда высокого давления при образовании в нем пробоины.

Известен композитный газовый баллон высокого давления, содержащий внутренний тонкостенный металлический лейнер (герметичный корпус) и внешнюю органопластиковую оболочку вокруг всей поверхности лейнера, который выполнен сварным, содержащим среднюю цилиндрическую часть (обечайку) и две донные (также включающие элементы обечаек, т.е. открытые с торцов цилиндрические части), соединенные со средней частью посредством подкладных колец (Патент РФ №2077682 от 29.04.1994, МПК: F17C 1/06).

Недостатком указанного баллона является сложность конструкции, что приводит к тому, что производство таких баллонов требует организации специальных рабочих мест, использования дорогостоящего сварочного оборудования и привлечения специалистов высокой квалификации, в частности, для работы на установках лазерной и электронно-лучевой сварки, а также их обслуживания.

Известен сосуд высокого давления, включающий герметичный корпус с днищами, по меньшей мере двумя элементами обечаек, каждая из которых имеет по меньшей мере один открытый торец, и силовую оболочку из по меньшей мере одного слоя армированной пластмассы, при этом элементы обечаек с открытых торцов контактируют между собой внахлест, при этом нахлесточный контакт элементов обечаек осуществляется с использованием герметизирующего слоя адгезивного состава и образованием клеевого соединения, при этом величина взаимного нахлеста элементов обечаек рассчитывается по формуле, а силовая оболочка выполнена с перехлестом клеевых нахлесточных соединений и заходом на днища (патент РФ №2338955, МПК: F17C 1/16).

К недостаткам известных сосудов следует отнести трудности устранения пробоин в корпусе сосуда, ограниченную область применения по давлению среды в сосуде, из-за ограничения доступа к месту пробоины аварийно-спасательными средствами, кроме этого, необходимо непосредственное участие обслуживающего персонала.

Известен способ повышения сопротивления сосуда, нагруженного внешним давлением, преимущественно к ударным волновым нагрузкам преимущественно подводной лодки, корпус которой выполняют не менее чем из двух оболочек со связями между ними, при этом внешнюю оболочку выполняют сообщающейся с внешней водной средой, а пространство между оболочками заполняют гибкими оболочками, внутренняя полость которых находится под воздействием газа под давлением (Патент РФ №2132285, МПК: В63В 3/13, В63В 3/16, В63В 3/20 - прототип).

Защита обеспечивается следующим образом.

При воздействии ударной волны на поверхность подводной лодки волна частично воспринимается внешней оболочкой и вместе с жидкостью воздействует на гибкие оболочки между оболочками корпуса. Гибкие оболочки деформируются и гасят большую часть энергии ударной волны.

Внешняя и внутренняя оболочки корпуса образуют объемную силовую конструкцию вместе с силовыми связями, и внешняя оболочка помогает сохранять форму внутренней силовой оболочке, причем приложение нагрузки сдвигается во времени, при этом будет воздействовать фактор обратной волны, которая будет создавать внутреннее давление на внешнюю оболочку корпуса, что приведет к снижению суммарной нагрузки, а связи будут испытывать растяжение.

Основным недостатком данного технического решения является необходимость создания и изменения давления между оболочками в соответствии с глубиной, иметь значительное расстояние между оболочками корпуса, чтобы компенсировать изменение давления и достаточную толщину воздушного слоя для компенсирования ударной нагрузки.

Задачей предложенного изобретения является устранение указанных недостатков и создание способа повышения живучести корпуса сосуда высокого давления, применение которого обеспечит герметизацию пробоины и восстановление функциональности корпуса в кратчайшие сроки при его пробитии, без участия обслуживающего персонала.

Решение указанной задачи достигается за счет того, что в предложенном способе повышения живучести корпуса сосуда высокого давления, содержащего силовую наружную оболочку, внутреннюю оболочку, образующих межкорпусное пространство, сообщающееся с внутренним рабочим объемом сосуда и разделенное элементами конструкции на отсеки, основанном на герметизации пробоины эластичной накладкой, согласно изобретению в межкорпусных отсеках размещают устройство для восстановления функциональности корпуса сосуда высокого давления, которое выполняют в виде одного, предпочтительно двух-трех слоев листовой накладки из эластичного материала, зафиксированных одним краем на конструктивных элементах межкорпусного пространства с возможностью перемещения незакрепленной части слоя/ев накладки по нормали к поверхности силовой оболочки корпуса и как минимум в одном направлении вдоль поверхности силовой оболочки корпуса, при этом при нарушении целостности корпуса сосуда высокого давления, под действием возникающего перепада давления, перемещают накладку, смещая отверстие пробоины в накладке относительно отверстия пробоины в силовой оболочке, перекрывают пробоину и герметизируют силовую оболочку.

В варианте применения способа в накладке, выполненной из двух или более слоев, смежные слои укладывают внахлест, с перекрытием друг друга, и закрепляют за противоположные края к противоположным элементам межкорпусных отсеков.

В варианте применения способа ближний к силовой оболочке слой накладки выполняют из листа, размер которого в направлении, перпендикулярном закрепленному краю, больше, чем размер отсека в данном направлении, при этом противоположный край листа выполняют взаимодействующим с элементом конструкции отсека межкорпусного пространства с образованием прогиба листа и поджатием листов других слоев накладки к внутренней оболочке.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображена конструктивная схема установки листовой накладки из одного слоя эластичного материала в межкорпусном пространстве; на фиг.2 изображена конструктивная схема установки листовой накладки из двух слоев эластичного материала в межкорпусном пространстве; на фиг.3 показано положение конструктивных элементов в момент возникновения пробоины при установке листовой накладки из одного слоя эластичного материала в межкорпусном пространстве; на фиг.4 показано положение конструктивных элементов в момент возникновения пробоины при установке листовой накладки из двух слоев эластичного материала в межкорпусном пространстве; на фиг.5 показано положение конструктивных элементов после герметизации пробоины при установке листовой накладки из одного слоя эластичного материала в межкорпусном пространстве, на фиг.6 показано положение конструктивных элементов после герметизации пробоины при установке листовой накладки из двух слоев эластичного материала в межкорпусном пространстве.

Предложенный способ может быть реализован в сосуде высокого давления следующей конструкции.

Корпус сосуда высокого давления содержит силовую наружную оболочку 1, внутреннюю оболочку 2, образующие межкорпусное пространство 3, сообщающееся с внутренним рабочим объемом сосуда 4 и разделенное на отсеки, предпочтительно прямоугольной формы, конструктивными элементами 5. Внутри межкорпусного пространства 3 установлена накладка 6 из эластичного материала, состоящая из одного, предпочтительно из двух или более слоев указанного материала, уложенных внахлест друг на друга. Один край слоев накладки 6 зафиксирован на конструктивных элементах 5, причем у смежных слоев зафиксированы противоположные края.

При возникновении пробоины (условно не обозначена) в силовой оболочке 1 через образовавшееся отверстие происходит падение давления в объеме между листами накладки 6 и силовой оболочкой 1. Под воздействием перепада давления незакрепленная часть листа накладки 6 перемещается к поверхности силовой оболочки 1, одновременно смещаясь и вдоль ее поверхности.

Таким образом, происходит смещение отверстия пробоины в накладке 6 относительно пробоины в силовой оболочке 1. Накладка перекрывает пробоину в силовой оболочке 1 и за счет эластичности материала накладки 6 происходит герметизация пробоины.

Использование предложенного технического решения позволит создать способ герметизации и восстановления функциональности корпуса сосуда высокого давления в случае его пробития в кратчайшие сроки и без участия обслуживающего персонала.

Способ предназначен для восстановления функциональности корпуса сосуда высокого давления при его пробитии. Способ осуществляют следующим образом. В межкорпусных отсеках размещают устройство для восстановления функциональности корпуса, которое выполняют в виде одного, предпочтительно двух-трех слоев листовой накладки из эластичного материала, зафиксированных одним краем на конструктивных элементах межкорпусного пространства с возможностью перемещения незакрепленной части слоя накладки по нормали к поверхности силовой оболочки корпуса и как минимум в одном направлении вдоль поверхности силовой оболочки корпуса. При нарушении целостности корпуса сосуда высокого давления, под действием возникающего перепада давления, перемещают накладку, смещая отверстие пробоины в накладке относительно отверстия пробоины в силовой оболочке, перекрывают пробоину и герметизируют силовую оболочку. Технический результат - повышение надежности. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ повышения живучести корпуса сосуда высокого давления, содержащего силовую наружную оболочку, внутреннюю оболочку, образующие межкорпусное пространство, сообщающееся с внутренним рабочим объемом сосуда и разделенное элементами конструкции на отсеки, основанный на герметизации пробоины эластичной накладкой, характеризующийся тем, что в межкорпусных отсеках размещают устройство для восстановления функциональности корпуса сосуда высокого давления, которое выполняют в виде одного, предпочтительно двух-трех слоев листовой накладки из эластичного материала, зафиксированных одним краем на конструктивных элементах межкорпусного пространства с возможностью перемещения незакрепленной части слоя или слоев накладки по нормали к поверхности силовой оболочки корпуса и как минимум в одном направлении вдоль поверхности силовой оболочки корпуса, при этом при нарушении целостности корпуса сосуда высокого давления, под действием возникающего перепада давления, перемещают накладку, смещая отверстие пробоины в накладке относительно отверстия пробоины в силовой оболочке, перекрывают пробоину и герметизируют силовую оболочку.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в накладке, выполненной из листов в два или более слоя, смежные листы укладывают внахлест, с перекрытием друг друга, и закрепляют одним краем к противоположным элементам межкорпусных отсеков.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что ближний к силовой оболочке слой накладки выполняют из листа, размер которого в направлении, перпендикулярном закрепленному краю, больше, чем размер отсека в данном направлении, при этом противоположный край листа выполняют взаимодействующим с элементом конструкции отсека межкорпусного пространства с образованием прогиба листа и поджатием листов других слоев накладки к внутренней оболочке.