RU2180948C1 - Method of manufacture of pressure cylinder - Google Patents
Method of manufacture of pressure cylinder Download PDFInfo
- Publication number
- RU2180948C1 RU2180948C1 RU2000120103A RU2000120103A RU2180948C1 RU 2180948 C1 RU2180948 C1 RU 2180948C1 RU 2000120103 A RU2000120103 A RU 2000120103A RU 2000120103 A RU2000120103 A RU 2000120103A RU 2180948 C1 RU2180948 C1 RU 2180948C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- liner
- frame
- binder
- pressure cylinder
- flanges
- Prior art date
Links
Landscapes
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам получения изделий с применением полимерных композиционных материалов, а именно к способам изготовления баллонов давления для хранения жидкостей и газов, применяемых в различных отраслях промышленности, например, в химической, нефтехимической, автомобильной. The invention relates to methods for producing products using polymer composite materials, and in particular to methods for manufacturing pressure cylinders for storing liquids and gases used in various industries, for example, in the chemical, petrochemical, automotive.
Известен способ получения металлопластикового баллона (А.С. 2002160, 1993 г., МКИ F 17 С 1/06), включающий изготовление герметичного лейнера, состоящего из металлической обечайки и эллиптических или полусферических днищ с фланцами и штуцером, и формование на цилиндрической части лейнера силовой оболочки. Силовую оболочку формуют, используя метод намотки нитями или жгутами, пропитанными полимерным связующим. Далее проводят отверждение композита. Полученный таким способом металлопластиковый баллон не является равнопрочной конструкцией, так как цилиндрическая его часть усилена армированным композиционным материалом, в то время как днища имеют только металлический слой. A known method of producing a metal-plastic cylinder (A.S. 2002160, 1993, MKI F 17 C 1/06), including the manufacture of a sealed liner consisting of a metal shell and elliptical or hemispherical bottoms with flanges and a fitting, and molding on the cylindrical part of the liner power shell. The power shell is formed using the method of winding with threads or bundles impregnated with a polymer binder. Next, curing the composite. The metal-plastic container obtained in this way is not an equal strength construction, since its cylindrical part is reinforced with reinforced composite material, while the bottoms have only a metal layer.
Такая конструкция баллона не равнопрочна, ее "слабым местом" при больших давлениях будут днища. Способ формования намоткой сложен, трудоемок и требует специального оборудования. Известен способ изготовления баллона давления (И.Ф. Образцов, В.В. Васильев, В.А. Бунаков. "Оптимальное армирование оболочек вращения из композиционных материалов", М., "Машиностроение", 1977 г. , стр. 99), который является наиболее близким к заявляемому. Способ заключается в следующем. Сначала изготавливают цилиндрический лейнер из пластмассы или металла. На лейнер, как на оправку, наматывают ленту, образованную системой нитей или жгутов, пропитанную связующим. Лента подается на вращающийся лейнер, установленный в центрах намоточного станка. Намотка ленты осуществляется на специальном программном намоточном станке по специальной программе с образованием спиральных и кольцевых слоев. После получения необходимой толщины и структуры композиционного материала, покрывающего цилиндрическую часть и днища лейнера, производят полимеризацию связующего. Таким образом формуют силовую оболочку. В случае использования пластикового лейнера его жесткости будет недостаточно для проведения намотки. Поэтому лейнер дополнительно усиливают изнутри, чтобы он не потерял своей формы и размеров от технологических нагрузок, присущих намотке. С этой целью на время намотки и отверждения лейнер заполняют твердеющим составом (например, песчано-полимерной смесью, поваренной солью и др.), который затем удаляется. This design of the cylinder is not equally strong, its "weak point" at high pressures will be the bottom. The method of forming by winding is complex, time-consuming and requires special equipment. A known method of manufacturing a pressure cylinder (I.F. Obraztsov, V.V. Vasiliev, V.A. Bunakov. "Optimal reinforcement of shells of revolution from composite materials", M., "Engineering", 1977, p. 99), which is closest to the claimed. The method is as follows. First, a cylindrical liner is made of plastic or metal. On the liner, as on a mandrel, wrap a tape formed by a system of threads or bundles, impregnated with a binder. The tape is fed to a rotating liner installed in the centers of the winding machine. Ribbon winding is carried out on a special software winding machine according to a special program with the formation of spiral and annular layers. After obtaining the necessary thickness and structure of the composite material covering the cylindrical part and the bottoms of the liner, the binder is polymerized. Thus, the power shell is formed. In the case of using a plastic liner, its rigidity will not be enough for winding. Therefore, the liner is additionally reinforced from the inside so that it does not lose its shape and size from the technological loads inherent in winding. To this end, during the winding and curing, the liner is filled with a hardening compound (for example, a sand-polymer mixture, sodium chloride, etc.), which is then removed.
Недостатками способа являются большая его трудоемкость и стоимость работ по формованию силовой оболочки, а также ограниченность его применения (только для баллонов цилиндрической формы с круглым сечением, прямолинейной продольной осью, с полусферическими или полуэллиптическими днищами). Послойная спирально-кольцевая намотка - длительный технологический процесс. Ограниченная ширина ленты, небольшая окружная скорость вращения лейнера, малая скорость пропитки ленты связующим, значительные размеры лейнера и толщины силовой оболочки приводят к существенной длительности процесса формования силовой оболочки. Намотка требует специального сложного и дорогого станка с программным управлением. Режим отверждения является длительным, затраты электроэнергии значительные, требуются специальные температурные печи. The disadvantages of the method are its great complexity and the cost of forming a power shell, as well as the limited application thereof (only for cylindrical cylinders with a circular cross section, a straight longitudinal axis, with hemispherical or semi-elliptical bottoms). Layered spiral ring winding - a long process. The limited width of the tape, the small peripheral speed of rotation of the liner, the low speed of impregnation of the tape with a binder, the significant dimensions of the liner and the thickness of the power shell lead to a significant duration of the molding process of the power shell. Winding requires a special complex and expensive programmed machine. The curing mode is long, significant energy costs, special temperature furnaces are required.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - упрощение способа изготовления баллона давления, снижение его трудоемкости, стоимости, а также расширение технологических возможностей способа за счет использования в качестве силовой оболочки готового или предварительно изготовленного армирующего плетеного каркаса. The problem to which the invention is directed is to simplify the method of manufacturing a pressure cylinder, reduce its complexity, cost, and also expand the technological capabilities of the method by using a finished or prefabricated reinforcing woven frame as a power shell.
Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе изготовления баллона давления, включающем изготовление герметичного лейнера, формование на нем силовой оболочки из армированного композиционного материала, отверждение связующего, в качестве силовой оболочки используют готовый или предварительно изготовленный армирующий плетеный каркас, который надевают на лейнер и закрепляют его концы на фланцах, после чего каркас пропитывают полимерным связующим. The problem is solved due to the fact that in the known method of manufacturing a pressure cylinder, including the manufacture of an airtight liner, molding a power shell on it from reinforced composite material, curing the binder, a finished or prefabricated reinforcing woven frame is used as a power shell, which is put on the liner and fix its ends on the flanges, after which the frame is impregnated with a polymer binder.
Отличием предлагаемого способа от способа по прототипу является использование в качестве силовой оболочки готового армирующего плетеного каркаса. Это позволит:
- исключить из способа изготовления баллона трудоемкий процесс намотки;
- отказаться от сложного и дорогостоящего оборудования для намотки;
- исключить операцию усиления жесткости пластикового лейнера;
- изготавливать баллоны с различной формой сечения (круглый, прямоугольный, квадратный и т.д.), с прямолинейной и криволинейной осью баллона с произвольной формой днищ;
- обеспечить высокопроизводительную формовку каркаса на лейнере;
- обеспечить высокопроизводительную пропитку каркаса связующим;
- применить связующее "холодного" отверждения, не требующего термопечей и электроэнергии.The difference of the proposed method from the method of the prototype is the use as a power shell of a finished reinforcing wicker frame. This will allow:
- to exclude from the method of manufacturing the balloon labor-intensive winding process;
- abandon complex and expensive equipment for winding;
- exclude the operation of reinforcing the stiffness of the plastic liner;
- to make cylinders with various cross-sectional shapes (round, rectangular, square, etc.), with a straight and curved axis of the cylinder with an arbitrary shape of the bottoms;
- to provide high-performance molding of the frame on the liner;
- provide high-performance impregnation of the frame with a binder;
- apply a binder of "cold" curing that does not require thermal furnaces and electricity.
Сущность способа заключается в следующем. На первом этапе изготавливают внутреннюю часть баллона давления - лейнер. Он представляет собой тонкостенный герметичный сосуд с днищами произвольной формы, с фланцами и штуцером для заполнения. Материалом такого лейнера может быть полимер или легкий металл (алюминий, титан). Изготовление лейнера осуществляют по известным технологиям. В пластиковом варианте он изготавливается методом экструзии с раздувом или ротационным формованием из полиэтилена высокого давления. Металлический лейнер можно получить штамповкой, вытяжкой цилиндрической части и днищ и последующей сваркой. The essence of the method is as follows. At the first stage, the inner part of the pressure cylinder, the liner, is made. It is a thin-walled sealed vessel with bottoms of arbitrary shape, with flanges and a nozzle for filling. The material of such a liner can be a polymer or light metal (aluminum, titanium). The manufacture of the liner is carried out by known technologies. In the plastic version, it is made by blow molding or rotational molding of high pressure polyethylene. The metal liner can be obtained by stamping, extracting the cylindrical part and bottoms and subsequent welding.
Следующий этап - формование силовой оболочки. В качестве силовой оболочки используют готовый армирующий плетеный каркас или изготавливают его известным способом (патент РФ 2135659, август 1998 г.). Каркас обладает уникальными свойствами - гибкостью и деформативностью, его можно легко растягивать в осевом или окружном направлениях. При этом ячеистая структура трансформируется, а целостность каркаса сохраняется. На каждый тип и размер баллона требуется соответствующий тип и размер каркаса. Это достигается экспериментальным подбором технологических параметров плетения каркаса. Каркас- заготовку надевают на лейнер. При этом каркас вначале растягивают в окружном направлении до размера на 10...30 мм больше диаметра лейнера, и свободно надевают, затем делают осевую растяжку для обеспечения плотного прилегания. Края каркаса находятся в зонах днищ на фланцах и могут иметь некоторый избыток по периметру, поэтому при необходимости их уплотняют, прижимая к днищам. Закрепляют края каркаса намоткой на них нити или ленты. Следует отметить, что каркас на лейнер давления не оказывает и в случае использования пластмассового лейнера его собственной жесткости вполне хватает. The next step is the formation of the power shell. As a power sheath, a ready-made reinforcing braided frame is used or it is made in a known manner (RF patent 2135659, August 1998). The frame has unique properties - flexibility and deformability, it can be easily stretched in axial or circumferential directions. In this case, the cellular structure is transformed, and the integrity of the frame is preserved. For each type and size of cylinder, the corresponding type and size of the frame is required. This is achieved by experimental selection of technological parameters of the weaving of the frame. The frame-blank is put on the liner. In this case, the frame is initially stretched in a circumferential direction to a size 10 ... 30 mm larger than the liner diameter, and freely put on, then axial stretching is done to ensure a snug fit. The edges of the frame are located in the areas of the bottoms on the flanges and may have some excess around the perimeter, therefore, if necessary, they are compacted, pressing against the bottoms. Fasten the edges of the frame by winding threads or ribbons on them. It should be noted that the frame does not exert pressure on the liner and, in the case of using a plastic liner, its own rigidity is enough.
Далее осуществляют пропитку каркаса низковязким полимерным связующим. Можно использовать один из высокопроизводительных способов пропитки:
- полным погружением изделия в ванночку со связующим;
- частичным погружением изделия в ванночку со связующим и последующим медленным вращением;
- нанесение связующего методом напыления.Next, the framework is impregnated with a low viscosity polymer binder. You can use one of the high-performance methods of impregnation:
- complete immersion of the product in the bath with a binder;
- partial immersion of the product in the bath with a binder and subsequent slow rotation;
- application of 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.). Далее на фланцы устанавливают прижимные гайки, которые плотно прижимают и закрепляют края каркаса. Затем следует этап отверждения. При использовании связующего "холодного отверждения" достаточно комнатной температуры, для связующего "горячего отверждения" необходим температурный режим в термопечи. На заключительном этапе технологии проводится контроль качества баллона с обязательным испытанием гидростатическим давлением. 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.). Next, clamping nuts are installed on the flanges, which tightly press and fasten the edges of the frame. Then follows the curing step. When using a “cold cure” binder, room temperature is sufficient; for a “hot cure” binder, the temperature regime in a thermal furnace is required. At the final stage of the technology, quality control of the cylinder is carried out with a mandatory hydrostatic pressure test.
На чертеже представлен баллон давления. Баллон содержит лейнер 1, состоящий из цилиндрической части 3 и днищ 4 эллиптической или полусферической формы. Лейнер имеет фланцы 6 и штуцер 7 для заполнения. Поверх лейнера располагается силовая оболочка 2 из армированного композиционного материала. Силовая оболочка представляет собой плетеный каркас 8, пропитанный связующим и отвержденный. На фланцах 6 установлены прижимные гайки 5, закрепляющие края каркаса. The drawing shows a pressure cylinder. The cylinder contains a liner 1, consisting of a cylindrical part 3 and the bottoms 4 of an elliptical or hemispherical shape. The liner has flanges 6 and a nozzle 7 for filling. On top of the liner is a power shell 2 of reinforced composite material. The power shell is a braided frame 8, impregnated with a binder and cured. On the flanges 6 are installed clamping nuts 5, fixing the edges of the frame.
Пример конкретного выполнения способа изготовления автомобильного баллона давления для сжиженного природного газа следующих размеров: диаметр 200 мм; длина 800 мм; толщина силовой оболочки 3 мм; предельное давление 4,8 МПа. An example of a specific implementation of the method of manufacturing an automobile pressure cylinder for liquefied natural gas in the following sizes: diameter 200 mm; length 800 mm; thickness of the power shell 3 mm; ultimate pressure 4.8 MPa.
В качестве лейнера использовали готовую пластмассовую емкость. A ready-made plastic container was used as a liner.
Используя известный способ получения трубчатого плетеного изделия (патент 2135659), изготовили каркас-заготовку из комплексной крученой стеклонити марки ВМПС. Время плетения каркаса-заготовки составило около 10 мин. После чего каркас-заготовку надели на лейнер, закрепили концы на фланцах подмоткой стеклонитью и пропитали каркас эпоксидным связующим марки ЭДИ. Нанесение связующего осуществляли вручную кистью. Отверждение осуществлялось в термопечи при 120oC. Общее время формования силовой оболочки по предлагаемому способу составило около 20 мин, что в 3 раза меньше по сравнению со способом по прототипу (время формования оболочки по прототипу составило около 60 мин). Примерно в таком же соотношении находятся трудоемкость и стоимость сравниваемых способов.Using the well-known method for producing a tubular wicker product (patent 2135659), a frame blank was prepared from integrated twisted glass fiber of the VMPS brand. The weaving time of the blank frame was about 10 minutes. After that, the frame blank was put on the liner, the ends were fixed on the flanges by winding with glass fiber, and the frame was impregnated with an EDX epoxy binder. The binder was applied manually with a brush. Curing was carried out in a thermal furnace at 120 o C. The total time of forming the power shell according to the proposed method was about 20 minutes, which is 3 times less compared to the method of the prototype (the time of forming the shell according to the prototype was about 60 minutes). Approximately in the same ratio are the complexity and cost of the compared methods.
Таким образом, достигаются значительное упрощение способа изготовления баллона давления, снижение его трудоемкости, стоимости, а также расширение его технологических возможностей. Способ позволяет изготавливать широкую гамму баллонов давления, а именно с различной формой сечения (круглой, прямоугольной, квадратной и т.д.), с прямолинейной и криволинейной осью баллона, произвольной формой днищ. Это особенно актуально при массовом производстве, например, при выпуске баллонов для автомобилей, работающих на сжиженном природном газе. Способ также можно использовать и для изготовления других изделий, например, сосудов, отводов, труб. Thus, a significant simplification of the method of manufacturing a pressure cylinder, reducing its complexity, cost, and also expanding its technological capabilities are achieved. The method allows to produce a wide range of pressure cylinders, namely with different section shapes (round, rectangular, square, etc.), with a straight and curved axis of the cylinder, an arbitrary shape of the bottoms. This is especially true for mass production, for example, for the production of cylinders for automobiles operating on liquefied natural gas. The method can also be used for the manufacture of other products, for example, vessels, bends, pipes.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000120103A RU2180948C1 (en) | 2000-07-27 | 2000-07-27 | Method of manufacture of pressure cylinder |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000120103A RU2180948C1 (en) | 2000-07-27 | 2000-07-27 | Method of manufacture of pressure cylinder |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2180948C1 true RU2180948C1 (en) | 2002-03-27 |
Family
ID=20238506
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2000120103A RU2180948C1 (en) | 2000-07-27 | 2000-07-27 | Method of manufacture of pressure cylinder |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2180948C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2560125C2 (en) * | 2013-09-10 | 2015-08-20 | Открытое акционерное общество "Российский научно-исследовательский институт трубной промышленности" (ОАО "РосНИТИ") | High-pressure cylinder |
-
2000
- 2000-07-27 RU RU2000120103A patent/RU2180948C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ОБРАЗЦОВ И.Ф. и др. Оптимальное армирование оболочек вращения из композиционных материалов. - М.: Машиностроение, 1977, с.99. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2560125C2 (en) * | 2013-09-10 | 2015-08-20 | Открытое акционерное общество "Российский научно-исследовательский институт трубной промышленности" (ОАО "РосНИТИ") | High-pressure cylinder |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3372075A (en) | Method of making an insulated storage tank | |
CN105705856B (en) | The method of high-pressure composite containers and manufacture high-pressure composite containers | |
US3282757A (en) | Method of making a filament reinforced pressure vessel | |
US8794478B2 (en) | Method for producing a pressure tank, a pressure tank and a pressure tank group | |
US5376200A (en) | Method for manufacturing an integral threaded connection for a composite tank | |
US5830400A (en) | Method of manufacturing a hollow structure for storing pressurized fluids | |
US5474721A (en) | Method of forming an expanded composite | |
EP3385597B1 (en) | A composite vessel assembly and method of manufacture | |
JP2004293571A (en) | High-pressure tank using high rigidity fiber and manufacturing method therefor | |
JP2012052588A (en) | Method for manufacturing pressure vessel, and pressure vessel | |
US3615999A (en) | Method of constructing compartmented tankers | |
RU2180948C1 (en) | Method of manufacture of pressure cylinder | |
CN112895506A (en) | Production method of large-caliber engineering pipeline | |
NO162131B (en) | ROWS OF COMPOSITE MATERIALS WITH METAL FITTINGS AND PROCEDURES FOR FOUNDATION OF S DANT | |
US5169024A (en) | Multiple-wall plastic container and method of making same | |
CN210126324U (en) | Novel high-strength fiber pultrusion pipeline | |
GB2222653A (en) | Hollow tubular structures of fibre reinforced plastics material and method for their production | |
JP3792359B2 (en) | Manufacturing apparatus for hollow fiber reinforced resin molded body and manufacturing method thereof | |
EP2788664A1 (en) | Composite pressure vessel and method for manufacturing the same | |
RU2175088C1 (en) | Pressure vessel and method of its manufacture (versions) | |
CN114556009A (en) | Method for producing a pressure vessel and pressure vessel | |
KR102472505B1 (en) | Method for manufacturing composite material | |
US20060138150A1 (en) | Pressurised container | |
KR20220002479A (en) | Airtight container manufacturing method and airtight container manufactured by the manufacturing method | |
RU2100200C1 (en) | Method of manufacturing high-strength composition vessel |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070728 |