Металлокомпозитный баллон высокого давления Российский патент 2024 года по МПК F17C1/06 

Изобретение относится к автомобильной, авиационной, бытовой и другой технике, в конструкции которой применяются сосуды высокого давления для хранения газов в сжатом состоянии, а именно металлокомпозитные баллоны высокого давления.

Известен металлокомпозитный баллон высокого давления, содержащий внешнюю силовую оболочку из композитного материала, бесшовный лейнер из алюминиевого сплава, состоящий из цилиндрической обечайки и эллипсоидных днищ с горловинами, при этом в горловинах установлены переходники, уплотненные герметиком, в один из которых установлена заглушка а в другой вентиль (см. патент RU 181359 на полезную модель, МПК F17C 1/06 (2006.01), МПК F17C 1/16 (2006.01), МПК F17J 12/00 (2006.01), опубл. 11.07.2018 г.).

Недостатком указанной конструкции является низкая надежность герметизации соединения переходников с горловинами в условиях высокого давления и связанной с этим высокой деформацией лейнера и полная неремонтопригодность указанного соединения.

Наиболее близким по технической сущности является концевой выступающий элемент и комбинированная емкость высокого давления - баллон высокого давления, содержащий лейнер, включающий цилиндрическую часть и днища, внешнюю силовую композиционную оболочку и элемент для уплотнения горловины баллона (см. патент RU 2466329 на изобретение, МПК F17C 1/06 (2006.01), МПК F17C 1/06 (2006.01), опубл.10.11.2012 г.).

Данный баллон высокого давления не обеспечивает циклическую долговечность баллона, при минимальном количестве намотки композиционного материала, из-за наличия концентрации напряжений в силовой композиционной оболочке в зоне примыкания элемента уплотнения к поверхности днища.

Задачей предлагаемого изобретения является создание металлокомпозитного баллона высокого давления такой конструкции, в которой элементы для уплотнения горловины баллона и днище лейнера деформируются одновременно, что снижает местные нагрузки в зоне их примыкания, а также препятствует растяжению горловины в поперечном направлении, повышая надежность работы и необходимый эксплуатационный ресурс.

Техническим результатом при использовании предлагаемого изобретения является повышение надежности и обеспечение продолжительного эксплуатационного ресурса при минимальном количестве намотки композиционного материала.

Указанный технический результат достигается тем, что в металлокомпозитном баллоне высокого давления, состоящем из металлического лейнера, включающего цилиндрическую часть и днища, внешнюю силовую композиционную оболочку и элемент для уплотнения горловины баллона, который выполнен в виде фланца с кольцевым выступом для охвата горловины лейнера снаружи и препятствия ее расширению, и изогнутой частью, расположенной между лейнером и внешней силовой оболочкой, а другая часть выполнена в виде уплотнения, расположенного в гладком отверстии горловины лейнера.

Кроме того, предпочтительно, что на наружной части горловины выполнена резьба для размещения элемента для уплотнения горловины баллона, при этом на внутренней цилиндрической поверхности элемента для уплотнения горловины баллона выполнена резьба.

Конструктивное выполнение металлокомпозитного баллона высокого давления позволяет исключить возможность кольцевой деформации горловин лейнера, т.к. горловина лейнера снаружи охватывается элементом уплотнения.

Элемент для уплотнения горловины баллона, установленный в горловине лейнера, имеет внешнюю часть, выполненную в виде фланца с кольцевым выступом, охватывающим горловину лейнера снаружи и прилегающую к поверхности горловины лейнера изогнутую часть, расположенную между лейнером и внешней силовой оболочкой, и внутреннюю часть - уплотнение, расположенное в гладком отверстии горловины лейнера.

Указанное решение позволяет фланцу и днищу лейнера деформироваться одновременно, что снижает местные нагрузки в зоне примыкания фланца к лейнеру и одновременно препятствует растяжению горловины в поперечном направлении, повышая надежность работы высокую надежность и необходимый эксплуатационный ресурс.

На фиг. 1 изображен металлокомпозитный баллон высокого давления, общий вид;

на фиг. 2 - изображен выносной элемент на фиг. 1.

Металлокомпозитный баллон высокого давления состоит из металлического лейнера 1, например, из алюминия, включающего цилиндрическую часть 2 и толстостенные днища 3, внешней силовой композиционной оболочки 4, состоящей из нескольких слоев, и элемента 5 для уплотнения горловины 6 баллона.

Элемент 5 для уплотнения горловины состоит, как минимум из двух частей, одна из которых выполнена в виде фланца 7 с кольцевым выступом 8 и изогнутой частью 9, расположенной между металлическим лейнером 1 и внешней силовой композиционной оболочкой 4, а другая часть выполнена в виде уплотнения 10 и размещена в гладком отверстии горловины лейнера.

На наружной части горловины 6 и внутренней части кольцевого выступа 8 выполнена резьба 11 для соединения элемента уплотнения 5 с лейнером 1.

Металлокомпозитный баллон высокого давления работает следующим образом.

При наличии высокого давления в лейнере 1 на элемент уплотнения 10 действует выталкивающая сила, кроме того, высокое давление вызывает деформацию горловины 6 лейнера 1, что приводит к увеличению зазора между элементом уплотнения 10 и отверстием в горловине 6 лейнера, что снижает надежность герметизации соединения. Для исключения выдавливания уплотнения 10 под действием внутреннего давления изогнутая часть 9 фланца 7 элемента уплотнения размещена между лейнером 1 и силовой обмоткой 4, а кольцевой выступ 8 охватывает горловину лейнера снаружи и препятствует ее расширению. Для снижения концентрации напряжения материала намотки в зоне сопряжения изогнутой части 9 элемента уплотнения и днища, элемент уплотнения 5 может быть соединен с горловиной 6 лейнера помощью резьбы 11. Этим достигается равенство перемещений элемента 5 уплотнения и поверхности лейнера 1 и тем самым снижет концентрацию напряжений в зоне сопряжения и позволяет снизить массу намотки композиционного материала.

При использовании заявленного изобретения каждый отличительный существенный признак формулы изобретения влияет на достижение технического результата, т.к. выявлена и описана причинно-следственная связь между техническим результатом и совокупностью отличительных существенных признаков изобретения.

Наличие отличительных существенных признаков изобретения в техническом решении позволяет достичь при использовании, заявленный технический результат: повышение надежности и обеспечение продолжительного эксплуатационного ресурса при минимальном количестве намотки композиционного материала.

Изобретение относится к металлокомпозитному баллону высокого давления. Металлокомпозитный баллон состоит из металлического лейнера (1), включающего цилиндрическую часть (2) и днища (3), силовой композиционной оболочки (4) и элемента (5) для уплотнения горловины (6) баллона. Элемент (5) состоит как минимум из двух частей, одна из которых выполнена в виде фланца (7) с кольцевым выступом (8) для охвата горловины лейнера снаружи и препятствия ее расширению, и изогнутой частью (9), расположенной между металлическим лейнером (1) и внешней силовой композиционной оболочкой (4), а другая часть выполнена в виде уплотнения (10) и размещена в гладком отверстии горловины лейнера (1). Техническим результатом при использовании предлагаемого изобретения является повышение надежности и обеспечение продолжительного эксплуатационного ресурса при минимальном количестве намотки композиционного материала. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Металлокомпозитный баллон высокого давления, содержащий металлический лейнер, включающий цилиндрическую часть и днища, внешнюю силовую композиционную оболочку и элемент для уплотнения горловины баллона, отличающийся тем, что элемент для уплотнения горловины выполнен в виде фланца с кольцевым выступом для охвата горловины лейнера снаружи и препятствия ее расширению, и изогнутой частью, расположенной между лейнером и внешней силовой оболочкой, а другая часть выполнена в виде уплотнения, расположенного в гладком отверстии горловины лейнера.

2. Металлокомпозитный баллон по п. 1, отличающийся тем, что на наружной части горловины выполнена резьба для размещения элемента для уплотнения горловины баллона, при этом на внутренней цилиндрической поверхности элемента для уплотнения горловины баллона выполнена резьба.