армированная оболочка для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала
Классы МПК: | F17C1/06 выполненные из намотанных лент или нитевидных материалов, например проволоки F17C1/16 изготовленные из пластмасс |
Автор(ы): | Барынин В.А., Майоров Б.Г., Романов А.Ф., Никитин О.Д., Курочкин А.Н., Сисаури В.И. |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Центральный научно- исследовательский институт специального машиностроения" |
Приоритеты: |
подача заявки:
2001-09-13 публикация патента:
27.05.2003 |
Армированная оболочка содержит силовой каркас с цилиндрическим участком, торцевыми выпуклыми днищами и фланцами в их полюсных отверстиях. Каркас оборудован комбинацией групп слоев спиральных и концевых лент, ориентированных в спиральных и окружном направлениях с соответственно расположенными в них однонаправленными высокомодульными нитями. Нити скреплены полимерным связующим. Корпус облицован внутренним защитным покрытием. Фланец и внутренняя поверхность днища снабжены кольцевыми поверхностями с прямолинейной образующей с меньшим радиусом, выполненным равным радиусу полюсного отверстия, и наибольшим радиусом, равным r0+(rb-r0)
(0,25-0,9), где r0 - радиус полюсного отверстия, rb - максимальный радиус фланца. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

Формула изобретения
1. Армированная оболочка для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала, содержащая силовой каркас с цилиндрическим участком, торцевыми выпуклыми днищами и фланцами в их полюсных отверстиях, контактирующими с их внутренними поверхностями, образованный комбинацией групп слоев спиральных и кольцевых лент, ориентированных в спиральных и окружном направлениях с соответственно расположенными в них однонаправленными высокомодульными нитями, скрепленными полимерным связующим, облицованный внутренним защитным покрытием, отличающаяся тем, что фланец и внутренняя поверхность выпуклого днища снабжены кольцевыми поверхностями с прямолинейной образующей, с меньшим радиусом, выполненным равным радиусу полюсного отверстия, и наибольшим радиусом, равным r0+(rb-r0)

Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к оболочкам из композиционных материалов, в частности к армированным оболочкам для высокого внутреннего давления, используемым в качестве несущих конструкций или узлов, находящихся в условиях кратковременного или длительного воздействия избыточного внутреннего давления. К армированным оболочкам из композиционных материалов предъявляются повышенные требования по прочности, надежности и весовому совершенству при использовании их в качестве несущих конструкций баллонов и емкостей при действии высоких внутренних давлений. Известна армированная оболочка для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала, содержащая силовой каркас с цилиндрическим участком, торцевыми днищами и фланцами в их полюсных отверстиях, контактирующими с их внутренними поверхностями, образованный комбинацией групп слоев спиральных и кольцевых лент, ориентированных в спиральных и окружном направлениях с соответственно расположенными в них однонаправленными высокомодульными нитями, скрепленными полимерным связующим, облицованный внутренним защитным покрытием (патенты США 3047191, кл. 220/83 1962 г., N3083864, кл. 220-83, 1963 г.). В данной армированной оболочке внутренние поверхности днищ силового каркаса и контактирующие с ними поверхности фланца выполнены в виде выпуклых поверхностей, что приводит к возникновению изгибных деформаций и увеличению напряжений на днище в зоне полюсного отверстия при действии внутреннего давления и не позволяет использовать всю потенциальную энергетику армирующего материала силового каркаса. Известна также армированная оболочка по патенту ЕР 0300931 Bl, F 17 C 1/16, F 17 C 1/12, 1991, в которой днища и контактирующие с внутренними поверхностями днищ силового каркаса поверхности фланца выполнены в виде конических поверхностей, что приводит при действии внутреннего давления к большим изгибным деформациям и напряжениям на днище вне полюсного отверстия и существенно ухудшает несущую способность силового каркаса. Известна армированная оболочка для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала, в которой поверхность днищ и прилегающая поверхность фланцев спрофилированы из условия обеспечения максимальной прочности в однонаправленных лентах на днище (книга Образцов И.О., Васильев В. В. , Бунаков В.А. Оптимальное армирование оболочек вращения из композиционных материалов. - М. , 1977, - 144 с.). Поверхность днищ такой оболочки выпукла по всей образующей с переменным, но конечным меридиональным радиусом кривизны во всех точках. Использование подобного решения позволяет получать максимальную реализацию прочности используемого армирующего материала по сравнению со всеми остальными схемами, но меньшую по сравнению с теоретическими прогнозами. При этом разрушение силового каркаса оболочки происходит обычно у полюсного отверстия. Причинами появления больших напряжений у полюсного отверстия по сравнению со всей поверхностью днища и оболочки в целом является изгибное деформирование этой зоны, определяемое геометрическими параметрами оболочки у полюсного отверстия. Наиболее близким аналогом технического решения является армированная оболочка по книге "Оптимальное армирование оболочек вращения из композиционных материалов", выбранная в качестве прототипа, авторов Образцова И.Ф. и др. Основной задачей является создание армированной оболочки из слоистого композиционного материала повышенного качества, в которой были бы устранены вышеуказанные недостатки, оболочка обладала бы повышенной прочностью. Техническим результатом от использования изобретения является повышение несущей способности, весового совершенства и эксплуатационной надежности армированной оболочки при действии внутреннего давления. Основная задача решена и технический результат достигнут за счет изменения конструкции днищ каркаса армированной оболочки и вмотанных в их полюсные отверстия фланцев для исключения изгибного деформирования оболочки у полюсного отверстия. Для этого в армированной оболочке для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала, содержащей силовой каркас с цилиндрическим участком, торцевыми выпуклыми днищами и фланцами в их полюсных отверстиях, контактирующими с их внутренними поверхностями, образованный комбинацией групп слоев спиральных и кольцевых лент, ориентированных в спиральных и окружном направлениях с соответственно расположенными в них однонаправленными высокомодульными нитями, скрепленными полимерным связующим, облицованный внутренним защитным покрытием, фланец и внутренняя поверхность выпуклого днища снабжены кольцевыми поверхностями с прямолинейной образующей с меньшим радиусом, выполненным, равным радиусу полюсного отверстия, и наибольшим радиусом, равным r0+(rb-r0)
- фланец и внутренняя поверхность выпуклого днища снабжены кольцевыми поверхностями с прямолинейной образующей;
- с меньшим радиусом кольцевой поверхности, выполненным равным радиусу полюсного отверстия и наибольшим радиусом кольцевой поверхности, равным r0+(rb-r0)

- кольцевые поверхности фланца и днища выполнены с перпендикулярным расположением прямолинейных образующих к оси симметрии оболочки;
- фланец снабжен выступом, а днище - углублением, с соответственно выполненными на них кольцевыми поверхностями с прямолинейными образующими;
- кольцевые поверхности выступа и углубления соответственно фланца и днища могут быть выполнены с отклонением прямолинейных образующих от перпендикуляра к оси симметрии оболочки в пределах от -30o до 0o;
- фланец снабжен углублением, а днище - выступом, с соответственно выполненными на них кольцевыми поверхностями с прямолинейными образующими;
- кольцевые поверхности углубления и выступа соответственно фланца и днища могут быть выполнены с отклонением прямолинейных образующих от перпендикуляра к оси симметрии оболочки в пределах от 0o до 30o. Эти существенные признаки позволяют снизить уровень деформаций в днищах у полюсного отверстия, улучшить весовое совершенство оболочек и повысить их эксплуатационную надежность. Отличительные существенные признаки являются новыми, так как их использование в известном уровне техники, аналогах и прототипе не обнаружены, что позволяет характеризовать армированную оболочку для высокого внутреннего давления соответствием критерию "новизна". Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными существенными признаками позволяет решить поставленную задачу и достичь новый технический результат в весовом совершенстве конструкций с обеспечением их повышенной прочности и надежности, что характеризует предложенное техническое решение существенными отличиями от известного уровня техники, аналогов и прототипа. Новое техническое решение является результатом научно-исследовательской работы и творческого вклада без использования стандартизованных проектов или рекомендаций в данной области техники, является оригинальным, неочевидным для круга специалистов в данной области техники, соответствует в совокупности существенных признаков критерию "изобретательский уровень". Сущность изобретения поясняется чертежами с кратким их описанием. На фиг.1 представлен общий вид армированной оболочки для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала, на фиг.2 показан участок днища с фланцем при выступе на фланце и углублении на днище, на фиг. 3 показан участок днища с прямолинейными образующими кольцевых поверхностей, перпендикулярными оси оболочки, на фиг.4 показан участок днища с фланцем при углублении на фланце и выступе на днище. Более подробное описание сущности изобретения состоит в следующем:
Армированная оболочка для высокого внутреннего давления из слоистого композиционного материала (фиг.1) содержит силовой каркас 1 с цилиндрическим участком 2, торцевыми днищами 3, 4 и фланцами 5, 6 в их полюсных отверстиях 7, 8, образованный комбинацией групп 9, 10 и 11 слоев 12, 13, 14 спиральных и кольцевых лент 15, 16, ориентированных в спиральных и окружном направлениях с соответственно расположенными в них однонаправленными высокомодульными нитями 17, 18, скрепленными полимерным связующим, облицованный внутренним защитным покрытием 19. Фланец 6 и внутренняя поверхность 20 выпуклого днища 4 (фиг.2) снабжены кольцевыми поверхностями 21, 22 с прямолинейной образующей 23 и 24 с меньшим радиусом, выполненным равным радиусу полюсного отверстия r0 и наибольшим радиусом, равным r0+(rb-r0)

Класс F17C1/06 выполненные из намотанных лент или нитевидных материалов, например проволоки
Класс F17C1/16 изготовленные из пластмасс