Баллон высокого давления для подводных аппаратов Российский патент 2025 года по МПК B63B3/13 F17C1/16 

Изобретение относится к сосудам высокого давления, работающим под водой, и может использоваться в глубоководных подводных аппаратах.

Для этого баллон заполняют рабочим газом, который расходуется и снижается внутреннее давление в баллоне, при этом при погружении в морскую воду плотностью до 1038 кг/м3 и соленостью до 35% на глубину наружное давление воды возрастает примерно на 1 кгс/см2 при погружении на каждые 10 метров и на предельных глубинах наружное давление возрастает до 22-23 МПа. Вторым фактором, требующим обеспечения надежной работоспособности баллона является устойчивость баллона при длительном пребывании в условиях низких температур окружающей среды до минус 50 гр.С. Если при погружении баллона в морскую воду в микропустоты или трещины композита попадет морская вода и после этого баллон в атмосферных условиях охладится до отрицательных температур, то вода превратится в лед (температура замерзания морской воды около минус 2 гр.С), который разрушит композитную оболочку, что может привезти к разрушению баллона при последующем погружении баллона. Поэтому особенно важно для безопасной эксплуатации обеспечить надежную защиту композитной силовой оболочки от проникновения в несплошности и микротрещины композитного слоя баллона. Это обеспечит безопасность при эксплуатации баллона на всем рабочем диапазоне внутренних и наружных давлений и температур окружающей среды.

Известен баллон высокого давления содержащий внутренний тонкостенный герметизирующий лейнер и внешнюю силовую оболочку из композиционного материала на всей поверхности лейнера, при этом торцы лейнера на днищах выполнены заподлицо с оболочкой из композиционного материала (Патент на изобретение RU 2673927 С1, МПК F17C 1/16, опубликовано 03.12.2018). Эта конструкция баллона не решает проблему попадания воды в межслойное пространство композита баллона, что приведет к схлопыванию лейнера и баллона.

Известен корпус глубоководного аппарата из композиционных материалов, содержащий центральную цилиндрическую оболочку, состоящую из сплошных наружных и внутренних слоев, соединенных между собой спиральными и кольцевыми ребрами, образованных вместе с последними из расположенных слоями лент на основе пропитанного связующим однонаправленного армирующего материала, пространство между которыми заполнено пористым материалом, и днища выполнены вогнутыми в центральную оболочку, с которой соединены механически (Патент на изобретение RU 2649117 С1, МПК В63В 3/13, В32В 1/02 опубликовано 29.03.2018).

Использование этого технического решения в конструкции баллона высокого давления для подводных аппаратов не решает задачу защиты от проникновения воды в композитную оболочку, а технология изготовления такого баллона сложна и требует больших затрат.

Известен корпус для внешнего давления из композиционных материалов, который может использоваться в глубоководных аппаратах. Корпус состоит из цилиндрической части и торцевых днищ, силового каркаса из комбинации групп сплошных спиральных и кольцевых слоев и дискретных ребер различной структуры из однонаправленных высокомодульных нитей, скрепленных полимерным связующим с фланцами в полюсных отверстиях, опирающихся на наружную поверхность силового каркаса. Достигается повышение прочности и устойчивости в условиях воздействия внешнего гидравлического давления. (Патент на изобретение RU 2441798 С1, МПК В63В 3/13, В32В 1/02, F17C 1|06, В29С 53/56, опубликовано 10.02.2012).

Однако такая конструкция не может обеспечить защиту от проникновения воды при высоком наружном гидравлическом давлении на корпус в межслойное пространство композиционного слоя силового каркаса из-за его проницаемости. Конструкция корпуса сложна, трудоемка в изготовлении и отличается высокой стоимостью в изготовлении.

Техническая задача - обеспечить надежную работу баллона при переменных давлениях гидравлического снаружи и снижении внутреннего давления газа за счет создания баллона высокого давления, исключающего проникновение воды в композит силовой оболочки, упростить процесс изготовления.

Поставленная задача достигается тем, что баллон высокого давления для подводных аппаратов содержит внутренний тонкостенный герметизирующий лейнер и внешнюю силовую оболочку из композиционного материала на всей поверхности лейнера; при этом торцы лейнера на днищах выполнены заподлицо с композиционным материалом силовой оболочки, имеющий горловины с внутренней резьбой для вкручивания штуцера и пробки (заглушки) и проточками под торцевые кольцевые уплотнения присоединяемых деталей, причем штуцер и пробка баллона снабжены чашками, установленными между штуцером, пробкой и торцевыми уплотнениями соответственно, а полости межу чашками и композиционным слоем баллона заполнены герметиком, кроме того поверхность лейнера покрыта адгезирующим составом перед намоткой композита, а вся поверхность баллона покрыта герметиком после намотки композита.

Поставленная задача также достигается тем, что штуцер и пробка баллона выполнены из нержавеющей стали.

При такой конструкции баллона обеспечивается надежная защита композита оболочки от проникновения морской воды под наружным высоким давлением как с торца композиционных слоев оболочки, так и по всей поверхности баллона, упрощается процесс его изготовления.

На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого баллона - металлокомпозитный двухгорловой.

На фиг. 2 - в увеличенном масштабе вид А фиг. 1.

На фиг. 3 - в увеличенном масштабе вид Б фиг. 1.

Баллон высокого давления для подводных аппаратов (см. фиг. 1, 2, 3) содержит металлический лейнер 1 с двумя горловинами, силовую оболочку 2 из композиционного материала на всей поверхности лейнера. Торцы лейнера выполнены заподлицо с композиционным материалом силовой оболочки. В горловинах лейнера резьба цилиндрическая. В одну из горловин установлена пробка 3, снабженная чашкой 4 с торцевым кольцевым уплотнением 5.

В другую горловину установлен штуцер 6, снабженный чашкой 4 с кольцевым уплотнением 5. Полость между чашкой штуцера или пробки заполнена герметиком 7 заподлицо с наружной поверхностью чашки, при этом вся поверхность композита покрыта герметиком 8. Герметик 7, например типа ВИКСИНТ У-1-18, герметизация поверхности композита баллона 8 проведена герметиком УТ-32.

Поверхность лейнера перед намоткой композита покрыта адгезирующим составом 9, который обеспечивает адгезию как с поверхностью лейнера, так и с композитом оболочки тем самым препятствует проникновению воды при наружном гидравлическом давлении как к материалу лейнера, так и в композит. Адгезирующий состав, который наносится на лейнер и внутреннюю полость чашек пробки и штуцера применен, например, типа Adhesol ЕТ 200.

Заявленный технический результат достигается тем, что с помощью герметизации всей поверхности баллона, включая пространство между чашками пробки и штуцера защищена вся поверхность силовой композитной оболочки баллона и при изменении наружного давления воды, внутреннего давления газа в баллоне, а так же температуры окружающей среды баллона исключено попадание воды в композитную оболочку баллона, а также между поверхностью лейнера и композитом силовой оболочки баллона.

Такая конструкция баллона защищает композиционную силовую оболочку баллона во время погружения в морскую воду, а также при попадании баллона в атмосферных условиях и низких температурах окружающей среды. Конструкция баллона весьма технологична в изготовлении и отличается невысокой себестоимостью.

Изобретение относится к сосудам высокого давления, работающим под водой, и может использоваться в глубоководных подводных аппаратах. Баллон высокого давления для подводных аппаратов содержит внутренний тонкостенный герметизирующий лейнер и внешнюю силовую оболочку из композиционного материала на всей поверхности лейнера. Торцы лейнера на днищах выполнены заподлицо с композиционным материалом силовой оболочки. Баллон имеет горловины с внутренней резьбой для вкручивания штуцера и пробки и проточками под торцевые кольцевые уплотнения присоединяемых деталей. Штуцер и пробка баллона снабжены чашками, установленными между штуцером, пробкой и торцевыми уплотнениями соответственно, а полости межу чашками и композиционным слоем баллона заполнены герметиком. Поверхность лейнера покрыта адгезирующим составом перед намоткой композита, а вся поверхность баллона покрыта герметиком после намотки композита. Достигается надежная работа баллона при переменных давлениях, а также исключение проникновения воды в композит силовой оболочки. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Баллон высокого давления для подводных аппаратов, содержащий внутренний тонкостенный герметизирующий лейнер и внешнюю силовую оболочку из композиционного материала на всей поверхности лейнера, при этом торцы лейнера на днищах выполнены заподлицо с композиционным материалом силовой оболочки, имеющий горловины с внутренней резьбой для вкручивания штуцера и пробки и проточками под торцевые кольцевые уплотнения присоединяемых деталей, отличающийся тем, что штуцер и пробка баллона снабжены чашками, установленными между штуцером, пробкой и торцевыми уплотнениями соответственно, а полости межу чашками и композиционным слоем баллона заполнены герметиком, кроме того, поверхность лейнера покрыта адгезирующим составом перед намоткой композита, а вся поверхность баллона покрыта герметиком после намотки композита.

2. Баллон высокого давления для подводных аппаратов по п.1, отличающийся тем, что штуцер и пробка баллона выполнены из нержавеющей стали.