RU2426024C2 - Procedure for fabrication of pressure vessel and device for its implementation - Google Patents
Procedure for fabrication of pressure vessel and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2426024C2 RU2426024C2 RU2009131392/06A RU2009131392A RU2426024C2 RU 2426024 C2 RU2426024 C2 RU 2426024C2 RU 2009131392/06 A RU2009131392/06 A RU 2009131392/06A RU 2009131392 A RU2009131392 A RU 2009131392A RU 2426024 C2 RU2426024 C2 RU 2426024C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- binder
- power material
- power
- container
- impregnation
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области газовой аппаратуры и может быть использовано в газовой, авиационной, судостроительной, автомобильной и смежных с ними отраслях промышленности, где применяются композитные баллоны высокого давления (ВД), наполненные сжатым или сжиженным газом.The invention relates to the field of gas equipment and can be used in gas, aviation, shipbuilding, automotive and related industries, which use composite high pressure cylinders (HP) filled with compressed or liquefied gas.
Предлагаемое изобретение может быть использовано для изготовления композитных баллонов высокого давления, содержащих внутреннюю герметичную оболочку (именуемую в литературе также как «лейнер» или «колба») и внешнюю силовую композитную оболочку (именуемую также как «силовой корпус»), охватывающую по крайней мере часть внутренней герметичной оболочки. Более конкретно, изобретение относится к способам изготовления внешней силовой оболочки композитных баллонов.The present invention can be used for the manufacture of composite high-pressure cylinders containing an internal airtight shell (also referred to in the literature as a “liner” or “flask”) and an external power composite shell (also referred to as a “power case”), covering at least part internal tight shell. More specifically, the invention relates to methods for manufacturing the external power shell of composite cylinders.
Известен способ изготовления композитного баллона высокого давления и устройства для осуществления по патенту №2180948. Способ изготовления композитного баллона ВД включает получение герметичного лейнера, формование на нем силовой оболочки из армированного композиционного материала и отверждение связующего. При формовании силовой оболочки используют готовый или предварительно изготовленный вне лейнера плетеный каркас, который надевают на лейнер. Края каркаса закрепляют на фланцах лейнера. Каркас пропитывают полимерным связующим и устанавливают на фланцы лейнера прижимные гайки. Пропитку каркаса низковязким полимерным связующим осуществляют одним из следующих способов:A known method of manufacturing a composite high-pressure balloon and device for implementation according to patent No. 2180948. A method of manufacturing a composite cylinder VD includes obtaining a sealed liner, forming on it a power shell of reinforced composite material and curing the binder. When forming the power shell, a braided frame, which is put on the liner, is used, which is ready-made or pre-made outside the liner. The edges of the frame are fixed on the flanges of the liner. The frame is impregnated with a polymer binder and clamping nuts are mounted on the flanges of the liner. The framework is impregnated with a low viscosity polymer binder by one of the following methods:
- полным погружением изделия в ванночку со связующим;- complete immersion of the product in the bath with a binder;
- частичным погружением изделия в ванночку со связующим и последующим медленным вращением;- partial immersion of the product in the bath with a binder and subsequent slow rotation;
- нанесением связующего методом напыления.- applying a binder by spraying.
Качество пропитки зависит от плотности структуры каркаса, от вязкости и типа связующего, от дополнительных условий (вакуумирование, вибрирование, ультразвук и т.д.).The quality of the impregnation depends on the density of the structure of the frame, on the viscosity and type of binder, on additional conditions (evacuation, vibration, ultrasound, etc.).
Однако авторами выявлено, что такой способ формирования композитной оболочки не обеспечивает требуемого качества силовой оболочки по следующим причинам.However, the authors revealed that this method of forming a composite shell does not provide the required quality of the power shell for the following reasons.
При отдельном изготовлении каркаса невозможно изготовить каркас большой толщины и плотно охватывающим днища, то есть обеспечить требования, которые особенно важны в сосудах высокого давления. Кроме того, достаточно сложно надежно закрепить сморщенные края каркаса прижимными гайками к фланцам лейнера, сложно распределить необходимое (оптимальное) количество силового материала на лейнере, так как оптимальное (необходимое) количество может потребовать укладки силового материала под разными углами и в несколько слоев для получения необходимой прочности в нужных направлениях.With a separate manufacture of the frame, it is impossible to manufacture a frame of large thickness and tightly covering the bottoms, that is, to provide requirements that are especially important in pressure vessels. In addition, it is difficult to reliably fix the wrinkled edges of the frame with clamping nuts to the liner flanges, it is difficult to distribute the necessary (optimal) amount of power material on the liner, since the optimal (necessary) amount may require laying the power material at different angles and in several layers to obtain the necessary strength in the right directions.
Кроме того, отдельно изготовленный каркас должен быть достаточно эластичным и облегать цилиндр и днища баллона, что возможно, когда каркас достаточно тонкий и неплотный.In addition, a separately manufactured frame must be sufficiently elastic and fit the cylinder and the bottoms of the container, which is possible when the frame is thin and loose enough.
Известны широко используемые в настоящее время способы производства композитных баллонов ВД, в которых внешнюю композитную оболочку изготавливают путем укладки на лейнер заданного количества слоев силового материала, пропитанного связующим. В качестве силового материала используют, например, жгут, ровинг (или ленту из нескольких жгутов, ровингов) из органического, стеклянного или углеродного волокна. Перед укладкой волокно пропитывают связующим, например смолой, разогретой в специальной ванне, а затем пропитанное связующим волокно наматывают на лейнер. Такой метод в литературе и практиками называется метод "мокрой" намотки.Known currently widely used methods for the production of composite cylinders VD, in which the outer composite shell is made by laying on the liner a predetermined number of layers of power material impregnated with a binder. As a power material, for example, a tow, roving (or a tape of several tows, rovings) made of organic, glass or carbon fiber is used. Before laying, the fiber is impregnated with a binder, for example a resin heated in a special bath, and then the fiber impregnated with a binder is wound on a liner. Such a method in the literature and practice is called the method of "wet" winding.
Широко известен также способ изготовления внешней композитной оболочки, в котором на герметичную оболочку укладывают "Препрег" - выпускаемые промышленностью пропитанные связующим ленты силового волокна.A method of manufacturing an external composite shell is also widely known, in which "Prepreg" is laid on a sealed shell - industrial fibers impregnated with a binder of a power fiber.
Известен, например, принятый за ближайший аналог способ изготовления сосуда высокого давления по патенту №2141073. Сосуд высокого давления, описанный в указанном патенте, содержит металлическую оболочку (лейнер), по крайней мере одну горловину и расположенный снаружи, охватывающий металлическую оболочку силовой композитный корпус. Охватывающий металлическую оболочку силовой композитный корпус состоит из двух слоев композиционного материала, выполненных путем укладки на герметичный внутренний корпус тканого армирующего материала, пропитанного связующим.Known, for example, adopted as the closest analogue to the method of manufacturing a pressure vessel according to patent No. 2141073. The pressure vessel described in this patent contains a metal shell (liner), at least one neck and is located outside, covering the metal shell of the power composite housing. The power composite housing covering the metal shell consists of two layers of composite material made by laying on a sealed inner case a woven reinforcing material impregnated with a binder.
Сосуд изготавливают следующим образом. Первый, герметично-силовой, слойThe vessel is made as follows. The first hermetically-power layer
формуют на металлической оболочке путем "мокрой" намотки тканевого армирующего материала, пропитанного связующим, с последующим отверждением. Второй, силовой, слой из композиционного материала располагают над герметично-силовым слоем.formed on a metal shell by "wet" winding a fabric reinforcing material impregnated with a binder, followed by curing. The second, power, layer of composite material is placed above the hermetically-power layer.
Формование силового слоя может быть также произведено путем намотки готового препрега или отдельных нитей однонаправленного армирующего материала, пропитанного связующим, на герметично-силовой слой и последующего отверждения.The formation of the force layer can also be done by winding the finished prepreg or single strands of unidirectional reinforcing material, impregnated with a binder, on the hermetically-force layer and subsequent curing.
В качестве армирующего материала высокой прочности может быть использовано высокомодульное стекловолокно, органо- или углеволокна, например стеклоленты (СЛ) марки ЛЭС-0,15-35 (ГОСТ 5931-81), стеклоровинг (СВ-стекловолокно) марки РВМ10-1200 (ТУ 6-06-31-502-85).As a reinforcing material of high strength, high-modulus fiberglass, organo- or carbon fiber, for example glass tape (SL) of the LES-0.15-35 brand (GOST 5931-81), glass roving (CB-glass fiber) of the PBM10-1200 (TU 6) grade can be used -06-31-502-85).
В качестве эпоксидного связующего взята система, состоящая из смеси диановой смолы марки ЭД-20 (ГОСТ 10587-84) и диглицидилового эфира диэтиленгликоля марки ДЭГ-1 (ТУ 6-05-1823-77) при соотношении ЭД-20:ДЭГ-1, равном 60:40, и отвердителя - триэтаноламинатитаната ТЭАТ-1 (ТУ 6-05-1860-79).As an epoxy binder, a system consisting of a mixture of ED-20 brand Diane resin (GOST 10587-84) and diethylene glycol diglycidyl ether grade DEG-1 (TU 6-05-1823-77) with a ratio of ED-20: DEG-1, equal to 60:40, and hardener - triethanolamine titanate TEAT-1 (TU 6-05-1860-79).
В описанном способе по патенту №2141073, как и в известных и широко используемых способах, внешнюю силовую оболочку выполняют путем «мокрой намотки», при котором на внутреннюю герметичную оболочку укладывают заданное количество слоев силового материала, пропитанного до укладки разогретым связующим, помещенным в специальную ванну.In the described method according to patent No. 2111073, as in the well-known and widely used methods, the external power casing is performed by “wet winding”, in which a predetermined number of layers of power material are laid on the internal airtight casing, impregnated with a heated binder placed in a special bath before laying .
При этом процесс «мокрой намотки» характеризуется рядом технологических сложностей, в том числе:Moreover, the “wet winding” process is characterized by a number of technological difficulties, including:
- необходимость поддержания определенной температуры связующего в ванне в процессе намотки, самого обматываемого лейнера, а также температуры в цехе намотки;- the need to maintain a certain temperature of the binder in the bath during the winding process, the winding liner itself, as well as the temperature in the winding workshop;
- все оборудование постоянно пачкается смолой и требует постоянной чистки и удаления избытков и остатков связующего (смолы);- all equipment is constantly dirty with resin and requires constant cleaning and removal of excess and residual binder (resin);
- очень трудно регулировать количество смолы в получаемом силовом материале;- it is very difficult to control the amount of resin in the resulting power material;
- практически невозможно что-то исправить в процессе укладки (снять намотанное и намотать вновь);- it is practically impossible to fix something during the installation process (remove the wound and rewound);
- даже незначительные технологические остановки могут привести к изменению вязкости связующего или к его полимеризации, время жизни самого связующего ограничено;- even minor technological shutdowns can lead to a change in the viscosity of the binder or to its polymerization, the lifetime of the binder itself is limited;
- большие выбросы вредных веществ в рабочей зоне намотки;- large emissions of harmful substances in the working area of the winding;
- необходим специальный дополнительный персонал, контролирующий нанос связующего на силовой материал, снятие излишков связующего с баллона в процессе намотки и т.д.- special additional personnel are required to control the application of the binder to the power material, the removal of excess binder from the cylinder during winding, etc.
Использование готового пропитанного материала «Препрег» частично устраняет указанные технологические проблемы, однако вызывает иные технологические сложности. В частности, «Препрег» должен храниться в холоде, перед укладкой его надо разогревать. При этом после разогрева срок его использования ограничен. Кроме того, при укладке разогретого «Препрега» также необходимо соблюдение температурного режима, практически невозможно что-то исправить в процессе укладки, оборудование загрязняется, сохраняются выбросы вредных веществ в рабочей зоне намотки. Сам лейнер необходимо тоже подогревать, что технически сложно.The use of ready-made impregnated “Prepreg” material partially eliminates the indicated technological problems, however, it causes other technological difficulties. In particular, "Prepreg" should be stored in the cold, it must be heated before installation. In this case, after heating, the period of its use is limited. In addition, when laying the preheated “Prepreg”, it is also necessary to observe the temperature regime, it is practically impossible to fix something during the installation, the equipment becomes dirty, emissions of harmful substances are saved in the winding work area. The liner itself must also be heated, which is technically difficult.
Авторами выявлено, что перечисленные технологические проблемы связаны с наличием связующего в процессе укладки, то есть укладку силового слоя осуществляют композитным материалом, а именно силовым материалом, пропитанным связующим.The authors revealed that the listed technological problems are associated with the presence of a binder in the laying process, that is, the laying of the power layer is carried out with a composite material, namely, a power material impregnated with a binder.
В основу настоящего изобретения положена задача создать способ изготовления внешней композитной оболочки баллона высокого давления, в котором процесс укладки силового материала на внутреннюю герметичную оболочку осуществляют без связующего, и таким образом упростить технологию изготовления баллона ВД и повысить качество баллонов ВД, в том числе прочность композитной силовой оболочки.The basis of the present invention is to create a method for manufacturing an external composite shell of a high pressure cylinder, in which the process of laying the power material on the inner sealed shell is carried out without a binder, and thus simplify the manufacturing technology of the VD cylinder and improve the quality of the VD cylinders, including the strength of the composite power shell.
Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления баллона высокого давления, включающем изготовление внутренней герметичной оболочки и формирование внешней композитной оболочки из силового материала и связующего, охватывающей по крайней мере часть внутренней герметичной оболочки, согласно предлагаемому изобретению для формирования внешней силовой оболочки на внутреннюю герметичную оболочку укладывают по крайней мере один слой силового материала и уложенный слой пропитывают связующим.The problem is solved in that in the method of manufacturing a high-pressure cylinder, including the manufacture of an internal airtight shell and the formation of an external composite shell of a power material and a binder, covering at least part of the internal airtight shell, according to the invention for forming an external power shell on the inner airtight shell at least one layer of strength material is laid and the laid layer is impregnated with a binder.
При дальнейшем описании заявленного изобретения для характеристики «внутренняя герметичная оболочка» будет также использован термин «лейнер».In the further description of the claimed invention, the term “liner” will also be used to characterize the “inner sealed enclosure”.
В предлагаемом изобретении процесс укладки (намотки) силового материала и его пропитка, то есть создание композитной внешней силовой оболочки, разнесены по времени. На первом этапе осуществляют намотку на лейнер «сухого» силового материала без связующего, образуя заданное количество слоев, уложенных под заданными углами. Далее осуществляют пропитку намотанных на лейнер слоев разогретым связующим.In the present invention, the process of laying (winding) the power material and its impregnation, that is, the creation of a composite external power shell, spaced in time. At the first stage, a “dry” power material without a binder is wound onto the liner, forming a predetermined number of layers laid at predetermined angles. Then, the layers wound on the liner are impregnated with a heated binder.
Благодаря этому обеспечивается возможность исправлять дефекты намотки, размотав дефектный участок, процесс намотки может быть остановлен на любое время в любой момент (один человек может контролировать работу нескольких станков), сам процесс намного проще и чище (нет пропиточного тракта и необходимости поддерживать температуру).Thanks to this, it is possible to correct winding defects by unwinding the defective section, the winding process can be stopped at any time at any time (one person can control the operation of several machines), the process itself is much simpler and cleaner (there is no impregnation path and no need to maintain the temperature).
Результаты испытаний, проведенных авторами, показывают полную и/или необходимую пропитку силовой оболочки баллонов и не только сохранение необходимой прочности, но и ее увеличение, т.к. "всухую" материал укладывается более плотно, а после укладки силового материала связующее заполняет не только межвитковые пространства и пустоты, но и смачивает в достаточной степени поверхность самих волокон, т.е. заполняет пространства между отдельными волокнами силового материала.The results of tests conducted by the authors show the complete and / or necessary impregnation of the power shell of the cylinders and not only the preservation of the necessary strength, but also its increase, because “dry” material is laid more densely, and after laying the power material, the binder fills not only the inter-turn spaces and voids, but also moistens the surface of the fibers themselves sufficiently, i.e. fills the spaces between the individual fibers of the power material.
Таким образом, используя простую технологию, можно получать более прочные материалы по сравнению со стандартными технологиями намотки. Это особенно важно, когда существуют жесткие ограничения по наружному диаметру, габаритам, массе и вместимости баллона и остается только один способ поднять прочность баллона - поднять прочность уже существующего материала таким способом.Thus, using simple technology, it is possible to obtain more durable materials compared to standard winding technologies. This is especially important when there are strict restrictions on the outer diameter, dimensions, weight and capacity of the container and there is only one way to increase the strength of the container - to increase the strength of existing material in this way.
Целесообразно пропитку слоев силового материала осуществлять путем погружения по крайней мере части боковой поверхности баллона с уложенным на нем силовым материалом в емкость, заполненную разогретым связующим, при этом в процессе пропитки баллоны вращают вокруг продольной оси в указанной емкости.It is advisable to impregnate the layers of power material by immersing at least part of the side surface of the cylinder with the power material laid on it in a container filled with a heated binder, while in the process of impregnation of the cylinder rotate around the longitudinal axis in the specified container.
При постоянном вращении боковая часть болона, погруженная в связующее, подхватывает из емкости необходимые порции связующего, обеспечивающие равномерную пропитку слоев силового материала, и перемешивает связующее в емкости, что также способствует равномерной пропитке и равномерному прогреву самого связующего в ванне.With constant rotation, the lateral part of the bologna, immersed in a binder, picks up the necessary portions of the binder from the tank, providing uniform impregnation of the layers of power material, and mixes the binder in the tank, which also contributes to uniform impregnation and uniform heating of the binder in the bath.
Благодаря тому что в связующее погружают только часть боковой поверхности баллона, штуцер баллона и все вращающиеся элементы емкости остаются сухими, что упрощает технологию изготовления баллона и процесс эксплуатации и обслуживания самой емкости.Due to the fact that only part of the lateral surface of the container is immersed in the binder, the nozzle of the container and all rotating elements of the container remain dry, which simplifies the manufacturing technology of the container and the process of operation and maintenance of the container itself.
При этом не представляет труда изолировать емкость со связующим в ней от цеховой атмосферы и поддерживать в связующем необходимую температуру и вязкость.It is not difficult to isolate the container with a binder in it from the workshop atmosphere and maintain the necessary temperature and viscosity in the binder.
Процесс пропитки легко автоматизируется до нужного уровня, позволяет обеспечить контроль количества связующего, проникающего в слои силового материала, по времени или по массе.The impregnation process is easily automated to the desired level, it allows you to control the amount of binder penetrating into the layers of the power material, in time or mass.
Целесообразно выполнять емкость герметичной.It is advisable to carry out a sealed container.
При этом обеспечивается абсолютное отсутствие вредных выбросов в окружающую среду.This ensures the absolute absence of harmful emissions into the environment.
Для ускорения процесса пропитки слоев силового материала создают повышенное давление в герметичной емкости самим связующим с помощью насоса или пониженное (с помощью вакуумного насоса).To accelerate the process of impregnation of the layers of power material, an increased pressure is created in the sealed container by the binder itself using a pump or lowered (using a vacuum pump).
Авторами выявлено, что если повышенное давление в емкости создавать воздухом, то расплав или полимерное связующее и силовой материал будут насыщаться воздухом, что приведет к снижению прочности композитной силовой оболочки. Поэтому в необходимых случаях проникновение связующего в силовую оболочку можно улучшить путем периодического вакуумирования внутренней полости ванны.The authors revealed that if the increased pressure in the tank is created with air, then the melt or polymer binder and power material will be saturated with air, which will lead to a decrease in the strength of the composite power shell. Therefore, in necessary cases, the penetration of the binder into the power shell can be improved by periodically evacuating the inner cavity of the bath.
Также для ускорения процесса пропитки возможно периодическое чередование вакуумирования емкости и создания в ней повышенного давления.Also, to speed up the impregnation process, it is possible to periodically alternate the evacuation of the container and create an increased pressure in it.
Целесообразно в качестве связующего использовать разогретый полимерный материал или расплав металла.It is advisable to use a heated polymeric material or molten metal as a binder.
В качестве силового материала используют жгут, ровинг (или ленту из нескольких жгутов, ровингов) из волокна, выбранного из группы: органическое волокна, металлическое волокно, минеральное волокно.As a power material, use a tow, roving (or a tape of several tows, rovings) from a fiber selected from the group: organic fiber, metal fiber, mineral fiber.
Выбор силового материала определяется по стандартным методикам, в том числе исходя из заданных требований к уровню прочности баллона ВД и силового материала с учетом экономической целесообразности его применения.The choice of power material is determined by standard methods, including on the basis of specified requirements for the strength level of the HP cylinder and power material, taking into account the economic feasibility of its use.
Выбор связующего определяется по известным методикам, применяемым при изготовлении композитных баллонов ВД.The choice of binder is determined by known methods used in the manufacture of composite cylinders VD.
Поставленная задача решается также тем, что в устройстве для пропитки силового материала связующим, включающем емкость, выполненную с возможностью заполнения ее связующим, разогрева связующего и размещения в ней баллона ВД, согласно предлагаемому изобретению емкость выполнена герметичной.The problem is also solved by the fact that in the device for impregnating the power material with a binder, including a container made with the possibility of filling it with a binder, heating the binder and placing an ID cylinder in it, according to the invention, the container is sealed.
При этом крышка емкости может быть снабжена люком для заливки связующего как в процессе пропитки одной партии баллонов (в случае необходимости), так и при смене партий баллонов.In this case, the lid of the container can be equipped with a hatch for pouring the binder both during the impregnation of one batch of cylinders (if necessary), and when changing batches of cylinders.
Целесообразно, чтобы емкость была снабжена вакуумным и гидравлическим насосами.It is advisable that the tank was equipped with vacuum and hydraulic pumps.
При этом обеспечивается возможность создания повышенного давления в емкости и ее вакуумирование.This provides the possibility of creating increased pressure in the tank and its evacuation.
Для контроля и регулирования процесса намотки устройство снабжено датчиками температуры и уровня связующего, предохранительными пневмоклапанами.To control and regulate the winding process, the device is equipped with temperature and binder level sensors, safety pneumatic valves.
В дальнейшем предлагаемое изобретение будет более подробно раскрыто на конкретном примере его выполнения со ссылками на чертежи, на которых изображены:In the future, the invention will be described in more detail on a specific example of its implementation with reference to the drawings, which depict:
Фиг.1 - композитный баллон высокого давления, продольный разрез;Figure 1 - composite high-pressure balloon, a longitudinal section;
Фиг.2 - схематично устройство для пропитки силового слоя баллона;Figure 2 - schematically a device for the impregnation of the power layer of the cylinder;
Фиг.3 - устройство на Фиг.2 без передней стенки ванны.Figure 3 - the device of figure 2 without the front wall of the bath.
На Фиг.1 показан композитный баллон 1 высокого давления (ВД), содержащий герметичную металлическую внутреннюю оболочку - лейнер 11, и внешнюю силовую оболочку 12 из композиционного материала.Figure 1 shows a
Баллон 1 содержит цилиндрическую часть 13 и два куполообразных днища 14 с горловинами 15, снабженными штуцерами (не показана). Возможно выполнение баллона с одной горловиной - на одном днище.The
Лейнер 11 может быть выполнен в виде цельной или сварной и/или штампованно-сварной оболочки любым известным способом из алюминиевого или стального сплавов или других металлических сплавов.The
Формирование внешней композитной силовой оболочки 12 осуществляют следующим образом.The formation of the external
На лейнер 11 укладывают (наматывают) известным методом заданное количество слоев «сухого» силового материала под заданными углами. Намотка «сухого» силового материала на лейнер может быть осуществлена с помощью устройств, используемых при «мокрой» намотке или намотке «препрегом» и аналогичным образом.On the
В качестве силового материала используют жгут, ровинг (или ленту из нескольких жгутов, ровингов) из волокна, выбранного из группы: органическое волокно;As a power material, use a tow, roving (or a tape of several tows, rovings) from a fiber selected from the group: organic fiber;
металлическое волокно, минеральное волокно.metal fiber, mineral fiber.
Выбор силового материала определяется требованиями к уровню его прочности с учетом экономической целесообразности его применения по стандартным методикам, принятым при изготовлении композитных баллонов ВД.The choice of power material is determined by the requirements for the level of its strength, taking into account the economic feasibility of its use according to standard methods adopted in the manufacture of composite cylinders VD.
Количество слоев силового материала и углы их укладки определяются известными методами из условия требуемой прочности композитного баллона.The number of layers of the power material and the angles of their installation are determined by known methods from the conditions of the required strength of the composite cylinder.
Пропитку уложенных на лейнер слоев силового материла осуществляют разогретыми связующим. В качестве связующего может быть использован полимерный материал, например смола, или расплав металла, преимущественно легкоплавкого металла, например алюминия и его сплавов, меди, титана, никелевых сплавов и т.п.The impregnation of the layers of the power material laid on the liner is carried out with a heated binder. As a binder, a polymeric material, for example, resin, or a molten metal, mainly low-melting metal, for example aluminum and its alloys, copper, titanium, nickel alloys, etc. can be used.
Выбор связующего осуществляют по стандартным методикам, принятым при изготовлении композитных баллонов ВД.The choice of a binder is carried out according to standard methods adopted in the manufacture of composite cylinders VD.
Температуру полимерного связующего, которую поддерживают в процессе пропитки, определяют с учетом используемого связующего и силового материала опытным путем из условия обеспечения минимальной вязкости, при которой обеспечивается лучшее проникновение связующего в волокна силового материала и оптимальный срок жизни связующего до его кристаллизации. Известно, что, чем выше температура полимерного связующего, тем быстрее оно кристаллизуется.The temperature of the polymer binder, which is maintained during the impregnation process, is determined taking into account the used binder and strength material empirically from the condition of ensuring the minimum viscosity at which the best penetration of the binder into the fibers of the strength material and the optimal life of the binder before it crystallizes. It is known that the higher the temperature of the polymer binder, the faster it crystallizes.
Температуру связующего - расплавленного металла - поддерживают близкой к температуре плавления используемого металла, поскольку более высокая температура может приводить к вскипанию расплава и обогащению его газами, что очень плохо влияет на его физико-механические свойства.The temperature of the binder - molten metal - is maintained close to the melting temperature of the metal used, since a higher temperature can lead to boiling of the melt and its enrichment with gases, which very poorly affects its physical and mechanical properties.
Процесс пропитки уложенных на лейнер слоев силового материала предпочтительно осуществлять в емкости, заполненной разогретым связующим.The impregnation process of the layers of power material laid on the liner is preferably carried out in a container filled with a heated binder.
Такой емкостью может быть пропиточная ванна, как указано в патенте №2180948, или мешок, в который подается разогретое связующее, которое потом оттуда откачивают. При использовании в качестве связующего расплава металла герметичный мешок изготавливается из тугоплавких материалов. Недостатком применения герметичного мешка является сложность очистки от остатков связующего его внутренней поверхности.Such a container may be an impregnation bath, as described in patent No. 2180948, or a bag into which a heated binder is supplied, which is then pumped out. When used as a binding melt of metal, a sealed bag is made of refractory materials. The disadvantage of using a sealed bag is the difficulty of cleaning from the remnants of its inner surface bonding.
Баллон с уложенными на нем слоем (слоями) силового материала в горизонтально ориентированном положении погружают в связующее и вращают вокруг его продольной оси. Предпочтительно баллон погружать в связующее частично, только частью его боковой поверхности ниже плоскости, проходящей через продольную ось баллона, так чтобы горловина со штуцером оставались над уровнем связующего.A cylinder with a layer (s) of power material laid on it in a horizontally oriented position is immersed in a binder and rotated around its longitudinal axis. It is preferable to immerse the cylinder partially in the binder, only part of its side surface below the plane passing through the longitudinal axis of the cylinder, so that the neck with the fitting remains above the level of the binder.
При этом все вращающиеся элементы ванны остаются суxими, как и штуцер баллона, что упрощает технологию изготовления баллона и эксплуатацию устройства для пропитки.At the same time, all rotating elements of the bathtub remain dry, as does the nozzle of the cylinder, which simplifies the manufacturing technology of the cylinder and the operation of the impregnation device.
При вращении баллона боковая его часть, погруженная в связующее, подхватывает необходимые порции связующего, обеспечивающие равномерную пропитку слоев силового материала, и перемешивает связующее в емкости, что способствует поддержанию равномерной температуры связующего и равномерной пропитке. Время, в течение которого осуществляют пропитку слоев силового материала, определяется по расходу связующего и падению его уровня в пропиточной ванне.When the container is rotating, its lateral part, immersed in the binder, picks up the necessary portions of the binder, providing uniform impregnation of the layers of power material, and mixes the binder in the tank, which helps to maintain a uniform binder temperature and uniform impregnation. The time during which the layers of power material are impregnated is determined by the consumption of the binder and its level drop in the impregnation bath.
Падение уровня связующего в пропиточной ванне в совокупности со временем нахождения баллона в связующем и температурой связующего являются показателями степени пропитки силового материала связующим. Обычно количество связующего в композитном материале силовой оболочки колеблется от 10 до 50% от массы силового материала.The drop in the level of the binder in the impregnation bath in conjunction with the time the balloon was in the binder and the temperature of the binder are indicators of the degree of impregnation of the power material with the binder. Typically, the amount of binder in the composite material of the power shell varies from 10 to 50% by weight of the power material.
Для ускорения процесса пропитки используют герметичную емкость, в которой создают повышенное давление путем подачи связующего с помощью насоса или пониженное давление путем откачки воздуха из внутренней полости емкости с помощью вакуумного насоса. Вакуумирование и подъем давления при необходимости можно чередовать, достигая наибольшего эффекта пропитки силового материала связующим, если его вязкости при нормальном течении процесса пропитки недостаточно.To speed up the impregnation process, a sealed container is used in which increased pressure is created by supplying a binder using a pump or reduced pressure by pumping air from the internal cavity of the container using a vacuum pump. If necessary, evacuation and pressure rise can be alternated, achieving the greatest effect of impregnating the strength material with a binder, if its viscosity is not enough during the normal course of the impregnation process.
Авторами выявлено, что если избыточное давление в герметичной емкости создавать воздухом, то расплав или связующее и сам композит будут насыщаться воздухом, что приведет к снижению прочности силовой оболочки, поэтому подъем давления в емкости осуществляется, как правило, незначительно и после предварительного вакуумирования.The authors revealed that if overpressure in an airtight container is created by air, then the melt or binder and the composite itself will be saturated with air, which will lead to a decrease in the strength of the power shell, so the pressure rise in the vessel is usually carried out slightly after preliminary evacuation.
После завершения процесса пропитки производят известными методами полимеризацию связующего.After completion of the impregnation process, a binder is polymerized by known methods.
На Фиг.2 и 3 показано устройство 2 для пропитки слоев силового материала на лейнере.Figure 2 and 3 shows a device 2 for impregnation of layers of power material on the liner.
Устройство 2 содержит пропиточную ванну 21 с крышкой 23. Ванна 21 с крышкой 23 образуют герметичную емкость. Ванна 21 выполнена с возможностью ее заполнения связующим.The device 2 contains an impregnating bath 21 with a
Ванна 21 снабжена валами 23 для крепления баллонов 1, соединенными с вращательными элементами, например, в виде цепных звездочек 24. В устройстве, показанном на Фиг.2, может быть установлено 4 баллона 1 для одновременной пропитки. Возможно выполнение устройства на разное количество баллонов.The bath 21 is provided with
Устройство снабжено приводом для приведения в движение валов с баллонами, например электрическим двигателем 25, выполненным с возможностью приведения в действия вращательных валов 23 через цепные звездочки.The device is equipped with a drive for driving the shafts with cylinders, for example an electric motor 25, configured to drive the
Устройство также снабжено нагревательными элементами 26, например электрическими нагревательными элементами любой известной конструкции. Нагревательные элементы 26 выполнены с возможностью нагревания связующего в ванне и поддержания его заданной температуры в процессе пропитки силового материала баллонов.The device is also provided with heating elements 26, for example, electric heating elements of any known construction. The heating elements 26 are made with the possibility of heating the binder in the bath and maintaining its predetermined temperature in the process of impregnation of the power material of the cylinders.
Устройство снабжено датчиками 27 температур (например, термопары), установленными на разной высоте стенки пропиточной ванны X, с целью контроля не только уровня температуры, но также и степени ее однородности во всем объеме связующего.The device is equipped with temperature sensors 27 (for example, thermocouples) installed at different heights of the wall of the impregnation bath X, in order to control not only the temperature level, but also its degree of uniformity in the entire volume of the binder.
Кроме того, в ванне 21 установлены датчики 28 уровня связующего, выполненные, например, поплавкового типа.In addition, in the bath 21 installed sensors 28 level of the binder, made, for example, float type.
Крышка 22 снабжена вентиляционным клапаном 29. Может быть использована любая известная конструкция вентиляционных клапанов. Вентиляционный клапан служит для выпуска или впуска воздуха при изменении давления в герметичном устройстве из-за перепада температур.The cover 22 is provided with a vent valve 29. Any known design of vent valves can be used. The ventilation valve is used to release or intake air when the pressure in the sealed device changes due to temperature differences.
На крышке 22 выполнен люк 30 для заливки в ванну 23 связующего для пропитки, выполненный с возможностью герметичного закрывания. Устройство также снабжено гидравлическим и вакуумным насосами (не показаны), в качестве которых могут быть использованы известные конструкции насосов.On the lid 22, a hatch 30 is made for pouring a binder for impregnation into the
Работа устройства 2 и пропитка силового материала связующим осуществляется следующим образом.The operation of the device 2 and the impregnation of the power material with a binder is as follows.
До заполнения ванны 23 связующим баллоны 1 с уложенными из них слоями силового материала устанавливают на валах 23. Ванну 21 заполняют через люк 30 связующим до нужного уровня 31. Количество связующего должно соответствовать требуемой степени пропитки силовой оболочки.Before filling the
При недостатке связующего (так как его начальный уровень ниже штуцеров баллона) дополнительная его порция может заливаться через специальный люк 30.If there is a lack of a binder (since its initial level is lower than the fittings of the cylinder), an additional portion of it can be poured through a special hatch 30.
Люк герметично закрывают. При этом уровень 31 связующего в ванне должен быть таким, чтобы покрывать только часть боковой поверхности каждого баллона 1 ниже места расположения горловины со штуцером.The hatch is hermetically sealed. In this case, the level of the binder in the bath should be such that it covers only a part of the lateral surface of each
Количество связующего, заливаемого в ванну 21, определяют расчетным путем из условия необходимой степени пропитки силового материала на 4 баллонах.The amount of binder poured into the bath 21 is determined by calculation from the condition of the required degree of impregnation of the power material on 4 cylinders.
Нужное количество связующего определяют исходя из массы сухого силового материала, уложенного на пропитываемых баллонах, и из требуемого процентного содержания связующего в композите (можно в процентах от массы силового материала или в процентах от массы получаемого композита).The required amount of binder is determined based on the mass of dry power material laid on the impregnated cylinders and the required percentage of the binder in the composite (it is possible as a percentage of the mass of the power material or as a percentage of the mass of the obtained composite).
С целью ускорения процесса пропитки возможно создание в устройстве повышенного давления путем накачивания (откачивания) насосом в (из) ванны нужной порции связующего, либо периодически вакуумируя ванну вакуумным насосом.In order to accelerate the impregnation process, it is possible to create an increased pressure in the device by pumping (pumping out) the necessary portion of the binder into (from) the bath, or by periodically vacuuming the bath with a vacuum pump.
Периодическое колебание давления в ванне позволяет связующему дискретно более интенсивно проникать в материал силовой оболочки, смачивая (пропитывая) ее новые участки (эффект сжатия мочалки). Предпочтительнее осуществлять вакуумирование, так как при этом не происходит загрязнение насоса связующим, и соответственно, не требуется чистка насоса от связующего.Periodic pressure fluctuations in the bath allow the binder to penetrate discrete more intensively into the material of the power shell, wetting (soaking) its new areas (the compression effect of the washcloth). It is preferable to carry out evacuation, since this does not contaminate the pump with a binder, and accordingly, it is not necessary to clean the pump from the binder.
Связующее 31 в ванне 21 нагревают нагревательными элементами 26 до заданной температуры. Включают электродвигатель 25, приводящий в действие (вращение) валы 23 с установленными на них баллонами 1.The
При вращении каждого баллона 1 боковая его часть, погруженная в связующее 31, подхватывает необходимые порции связующего, обеспечивающие равномерную пропитку слоев силового материала. Кроме того, при вращении баллонов перемешивается связующее в ванне, что обеспечивает поддержание равномерной температуры связующего в ванне и также способствует равномерной пропитке силового материала.During the rotation of each
Температуру связующего контролируют датчиками 27 температур и поддерживают постоянной (заданной величины) с помощью нагревательных элементов 26.The temperature of the binder is controlled by temperature sensors 27 and maintained constant (a given value) using the heating elements 26.
Датчиками уровня 28 контролируют уровень связующего в ванне в процессе пропитки. Когда уровень связующего опускается ниже нижней части баллонов, пропитку останавливают, то есть включают электродвигатель и вынимают баллоны.Level 28 sensors monitor the level of the binder in the bath during the impregnation process. When the level of the binder falls below the bottom of the cylinders, the impregnation is stopped, that is, the electric motor is turned on and the cylinders are removed.
В отдельных случаях в процессе пропитки осуществляют дополнительный залив в ванну связующего. Доливку связующего осуществляют, например, когда баллоны маленького диаметра и достаточно длинные, и одной порции связующего для необходимой степени пропитки может не хватить, так как баллоны погружают в связующее ниже наружного диаметра штуцера (либо диаметр горловины баллона близок к диаметру самого баллона) и т.п.In some cases, in the process of impregnation, an additional filling is carried out in the binder bath. The binder is added, for example, when the cylinders are small in diameter and long enough, and one portion of the binder for the required degree of impregnation may not be enough, as the cylinders are immersed in the binder below the outside diameter of the nozzle (or the diameter of the neck of the cylinder is close to the diameter of the cylinder itself), etc. P.
Приведенные выше примеры предпочтительного осуществления изобретения, содержащие указания на отдельные варианты выполнения, не исчерпывают возможных изменений и дополнений, очевидных специалисту в данной области техники, которые не затрагивают сущности технического решения, охарактеризованного формулой изобретения.The above examples of the preferred embodiment of the invention, containing indications of individual embodiments, do not exhaust the possible changes and additions that are obvious to a person skilled in the art that do not affect the essence of the technical solution described by the claims.
Claims (16)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009131392/06A RU2426024C2 (en) | 2009-08-18 | 2009-08-18 | Procedure for fabrication of pressure vessel and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009131392/06A RU2426024C2 (en) | 2009-08-18 | 2009-08-18 | Procedure for fabrication of pressure vessel and device for its implementation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009131392A RU2009131392A (en) | 2011-02-27 |
| RU2426024C2 true RU2426024C2 (en) | 2011-08-10 |
Family
ID=44754809
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009131392/06A RU2426024C2 (en) | 2009-08-18 | 2009-08-18 | Procedure for fabrication of pressure vessel and device for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2426024C2 (en) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2551442C2 (en) * | 2013-07-12 | 2015-05-27 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Method of manufacturing of hp metal-plastic bottle |
| WO2017096283A1 (en) * | 2015-12-02 | 2017-06-08 | Other Lab, Llc | Systems and methods for liner braiding and resin application |
| US10088101B2 (en) | 2013-02-05 | 2018-10-02 | Other Lab, Llc | Natural gas intestine packed storage tank |
| US10107452B2 (en) | 2012-05-03 | 2018-10-23 | Other Lab, Llc | Coiled combustible fuel fluid storage system and method |
| US10690288B2 (en) | 2015-06-15 | 2020-06-23 | Other Lab, Llc | System and method for a conformable pressure vessel |
| US10845005B2 (en) | 2017-03-31 | 2020-11-24 | Other Lab, Llc | Tank filling system and method |
| US10851925B2 (en) | 2016-10-24 | 2020-12-01 | Other Lab, Llc | Fittings for compressed gas storage vessels |
| US10907769B2 (en) | 2014-11-28 | 2021-02-02 | Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc. | Pressure vessel, liner and method for manufacturing a pressure vessel |
| RU2750827C1 (en) * | 2020-12-01 | 2021-07-05 | Олег Станиславович Клюнин | Method for manufacturing high-pressure vessel and apparatus for impregnating reinforcing material with binding agent for implementation thereof |
| RU2758214C2 (en) * | 2017-05-24 | 2021-10-26 | Хексагон Текнолоджи Ас | Threaded boss for pressure vessel |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2473424C1 (en) * | 2011-07-13 | 2013-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью Специальное Конструкторское Бюро "Мысль" | Method of making 3d articles from composite materials |
-
2009
- 2009-08-18 RU RU2009131392/06A patent/RU2426024C2/en active IP Right Revival
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10107452B2 (en) | 2012-05-03 | 2018-10-23 | Other Lab, Llc | Coiled combustible fuel fluid storage system and method |
| US10088101B2 (en) | 2013-02-05 | 2018-10-02 | Other Lab, Llc | Natural gas intestine packed storage tank |
| RU2551442C2 (en) * | 2013-07-12 | 2015-05-27 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Method of manufacturing of hp metal-plastic bottle |
| US10907769B2 (en) | 2014-11-28 | 2021-02-02 | Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc. | Pressure vessel, liner and method for manufacturing a pressure vessel |
| US10690288B2 (en) | 2015-06-15 | 2020-06-23 | Other Lab, Llc | System and method for a conformable pressure vessel |
| US11000988B2 (en) | 2015-12-02 | 2021-05-11 | Other Lab, Llc | Systems and methods for liner braiding and resin application |
| US10821657B2 (en) | 2015-12-02 | 2020-11-03 | Other Lab, Llc | Systems and methods for liner braiding and resin application |
| WO2017096283A1 (en) * | 2015-12-02 | 2017-06-08 | Other Lab, Llc | Systems and methods for liner braiding and resin application |
| US10851925B2 (en) | 2016-10-24 | 2020-12-01 | Other Lab, Llc | Fittings for compressed gas storage vessels |
| US10845005B2 (en) | 2017-03-31 | 2020-11-24 | Other Lab, Llc | Tank filling system and method |
| RU2758214C2 (en) * | 2017-05-24 | 2021-10-26 | Хексагон Текнолоджи Ас | Threaded boss for pressure vessel |
| US11371653B2 (en) | 2017-05-24 | 2022-06-28 | Hexagon Technology As | Threaded boss for pressure vessel |
| RU2750827C1 (en) * | 2020-12-01 | 2021-07-05 | Олег Станиславович Клюнин | Method for manufacturing high-pressure vessel and apparatus for impregnating reinforcing material with binding agent for implementation thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009131392A (en) | 2011-02-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2426024C2 (en) | Procedure for fabrication of pressure vessel and device for its implementation | |
| JP4774927B2 (en) | FRP reinforced tank molding equipment | |
| US6099906A (en) | Immersion process for impregnation of resin into preforms | |
| KR101721461B1 (en) | Vacuum assistant resin casted protection coating, system and method of permanent magnet motor rotor | |
| JP6939525B2 (en) | How to manufacture high pressure tank | |
| US8481136B2 (en) | Multilayer composite pressure vessel and method for making the same | |
| JP2009540241A (en) | Method of manufacturing a sealed bladder made of a thermosetting polymer for tanks containing pressurized fluid, such as composite tanks | |
| JP5238577B2 (en) | Composite container and method for manufacturing composite container | |
| CN105905456B (en) | A kind of fibre reinforced composites twin-wall oil tank | |
| US6843242B2 (en) | Method for consolidating natural stone blocks | |
| JP2016183709A (en) | High-pressure gas storage vessel and method of manufacturing the same | |
| JP2020101195A (en) | Pressure vessel and its manufacturing method | |
| JP2015500962A (en) | Type 4 tank for storing CNG | |
| JP2012052588A (en) | Method for manufacturing pressure vessel, and pressure vessel | |
| CN115095789A (en) | Lining-free deep-cooling high-pressure hydrogen storage cylinder and preparation device thereof | |
| KR20110059414A (en) | Method for manufacturing frp pressure vessel for filter membrane of water treatment | |
| JPS6241099B2 (en) | ||
| US20230256688A1 (en) | Device And Process For Producing Composite Components Comprising At Least One Wound Fiber Reinforced Polymer Layer | |
| CN109968694B (en) | Vacuum auxiliary resin pouring method for motor rotor | |
| CN113442467B (en) | Method for producing fiber-reinforced resin molded article | |
| CN111113954B (en) | Preparation method of low-density heat-proof composite material revolving body part | |
| EP2788664A1 (en) | Composite pressure vessel and method for manufacturing the same | |
| JP2021112855A (en) | Manufacturing method and apparatus for fiber-reinforced resin molded products | |
| JP2017219181A (en) | Manufacturing method of high-pressure tank | |
| RU2750827C1 (en) | Method for manufacturing high-pressure vessel and apparatus for impregnating reinforcing material with binding agent for implementation thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130819 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20140927 |