Сосуд высокого давления из композиционного материала и способ изготовления сосуда высокого давления из композиционного материала - RU2016123404A
Код документа: RU2016123404A
Формула
1. Сосуд высокого давления из композиционного материала, содержащий корпус (1), изготовляемый посредством формования раздуванием термопластичного материала преформы и образующий единое целое с кольцом (11a) преформы, присоединительный фитинг (3) с удерживающим кольцом (7), кольцевое уплотнение (9a), установленное в уплотнительной канавке (9), сформированной в присоединительном фитинге (3), и упорное кольцо (10а) Зегера, установленное в фиксирующей канавке (10), сформированной в присоединительном фитинге (3), напротив уплотнительной канавки (9) для неподвижного закрепления кольца (11a) преформы в присоединительном фитинге (3), отличающийся тем, что на наружной стороне кольца (11a) преформы сформирована кольцевая канавка (11b), при этом указанная кольцевая канавка (11b) обращена к фиксирующей канавке (10), сформированной в присоединительном фитинге (3), после крепления корпуса (1) к присоединительному фитингу (3), и при этом уплотнительная канавка (9) обращена к внутренней цилиндрической стороне кольца (11a) преформы.
2. Сосуд из композиционного материала по п. 1, отличающийся тем, что поперечное сечение упорного кольца (10a) Зегера является трапециеобразным с прямым углом.
3. Сосуд из композиционного материала по п. 1 или 2, отличающийся тем, что корпус (1) с кольцом (11a) изготовлен из полиэтилентерефталата (PETE) или полиамида.
4. Сосуд из композиционного материала по п. 1 или 2, отличающийся тем, что он имеет донный элемент (4) с дугообразно выпуклыми разветвленными крыльями (5), подогнанными к дугообразно вогнутому днищу корпуса (1), и при этом присоединительный фитинг (3) имеет наружную кольцевую бобышку (8) вокруг отверстия присоединительного фитинга (3), причем донный элемент (4) имеет дополнительные кольцевые бобышки (6), расположенные внутри армирующего слоя (2) композиционного материала.
5. Сосуд из композиционного материала по п. 1 или 2, отличающийся тем, что корпус (1) армирован наружным слоем (2) композиционного материала, и этот слой (2) композиционного материала образован обмоткой из пучков углеродно-арамидных элементарных волокон и эпоксидной смолой, и, предпочтительно, при этом пучок элементарных волокон образован с применением двух наружных углеродных элементарных волокон и одного внутреннего арамидного элементарного волокна.
6. Способ изготовления сосуда высокого давления из композиционного материала, содержащего корпус (1), изготовляемый путем формования раздуванием преформы (11) до требуемых размеров, причем указанный корпус (1) соединяют с присоединительным фитингом (3) и с наружной стороны армируют слоем (2) композиционного материала, и при этом преформа из термопластичного материала изготовлена с помощью любого метода, отличающийся тем, что преформу (11) сначала подвергают процессу регулируемой кристаллизации, и затем в кольце (11a) преформы образуют кольцевую канавку (11b), и впоследствии формуют раздуванием преформу (11) до требуемых размеров и собирают вместе с присоединительным фитингом (3), снабженным удерживающим кольцом (7) так, что кольцевое уплотнение (9a) размещают в уплотнительной канавке (9) в присоединительном фитинге (3), и упорное кольцо (10a) Зегера размещают в фиксирующей канавке (10) в присоединительном фитинге (3), и затем присоединительный фитинг (3) устанавливают и зажимают на кольце (11a) преформы корпуса (1), и после этого сосуд наполняют газом до тех пор, пока давление внутри сосуда не станет постоянным, и слой (2) композиционного материала изготавливают путем намотки пучков армирующих элементарных волокон согласно трем схемам намотки: спиральной, полюсной и окружной, после чего осуществляют отверждение армирующего слоя (2) композиционного материала тепловым методом.
7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что процесс кристаллизации кольца (11a) преформы, которое изолируют от остальной части преформы (11), проводят следующим образом: постепенно нагревают кольцо (11a) преформы до температуры, близкой к средней температуре между температурой стеклования и температурой плавления, в течение 8-10 минут, затем размещают пластифицированное кольцо (11a) преформы на металлической цилиндрической оправке с диаметром поперечного сечения, равным внутреннему диаметру присоединительного фитинга (3), и после этого кольцо (11a) преформы постепенно охлаждают в промывочной ванне в течение 4-10 минут.
8. Способ по п. 6 или 7, отличающийся тем, что температура нагретого кольца (11a) преформы находится в диапазоне от 135°C до 165°C, и процесс нагрева продолжается в течение 5-6 минут, при этом процесс постепенного охлаждения кольца (11a) преформы в промывочной ванне продолжается в течение 5-6 минут.
9. Способ по п. 6 или 7, отличающийся тем, что после процесса кристаллизации кольца (11a) преформы на наружной стороне кольца (11а) преформы формируют кольцевую канавку (11b) так, что она обращена к фиксирующей канавке (10) в присоединительном фитинге (3) после сборки корпуса (1) с присоединительным фитингом (3), и кольцевое уплотнение (9a), установленное во внутренней уплотнительной канавке (9), входит в контакт с внутренней цилиндрической стороной кольца (11a) преформы.
10. Способ по п. 6 или 7, отличающийся тем, что для формирования слоя (2) композиционного материала применяют термореактивные смолы, предпочтительно эпоксидные смолы, а также волокна, предпочтительно пучок углеродных и арамидных элементарных волокон, предпочтительно составленный из двух наружных углеродных элементарных волокон и одного внутреннего арамидного элементарного волокна.
11. Способ по п. 6 или 7, отличающийся тем, что намотку выполняют согласно спирально-полюсной схеме намотки, т. е. пучки элементарных волокон наматывают каждый раз при прохождении оправки для намотки между полюсами сосуда и вращении вокруг присоединительного фитинга (3), и угол наклона оси вращения поддерживают постоянным, предпочтительно в диапазоне от 53° до 55°.
12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что процесс намотки элементарных волокон происходит при постоянном давлении внутри сосуда в диапазоне от 2 до 2,8 бар, и величина давления внутри сосуда обратно пропорциональна габаритным размерам сосуда.
13. Способ по п. 11, отличающийся тем, что слой (2) композиционного материала изготавливают посредством последовательной намотки 10-12 витков, образованных из пучков элементарных волокон, предпочтительно четырех витков согласно полюсной схеме намотки, предпочтительно трех витков согласно спиральной схеме намотки, предпочтительно трех витков согласно окружной схеме намотки и предпочтительно одного витка согласно полюсной схеме намотки.
14. Способ по п. 12, отличающийся тем, что при намотке элементарных волокон сосуду сообщают небольшую вибрацию.
15. Способ по п. 6 или 7, отличающийся тем, что во время процесса отверждения температуру постепенно повышают от 20°C до 70°C с заданными временными интервалами и, в то время как сосуд медленно вращается вокруг своей оси и, предпочтительно, на первом этапе процесса отверждения температуру сосуда поддерживают равной 20°C +/- 2°C в течение периода времени продолжительностью 24 ч +/- 2 ч, затем на втором этапе температуру поддерживают равной 45°C +/- 2°C в течение периода времени, не превышающего 72 ч +/- 2 ч от момента начала отверждения, и на третьем этапе температуру повышают до 70°C +/- 2°C и поддерживают постоянной в течение периода времени продолжительностью 34 ч +/- 2 ч, а на четвертом этапе температуру понижают до 23°C +/- 2°C и оставляют сосуд при этой температуре на период времени продолжительностью 12 ч +/- 2 ч.
