несущая оболочка в виде тела вращения из композиционного материала

Формула изобретения

1. Несущая оболочка в виде тела вращения из композиционного материала на основе перекрещивающихся армирующих нитей и полимерного связующего, содержащая охватывающий ее законцовку, скрепленный с нею, металлический кольцевой элемент и уплотнительный кольцевой элемент, отличающаяся тем, что оболочка снабжена наружным кольцевым выступом, выполненным на ее законцовке перед металлическим кольцевым элементом с образованием между ними кольцевой канавки, в которой установлен без зазора, скрепленный с ними уплотнительный кольцевой элемент.

2. Оболочка по п.1, отличающаяся тем, что наружный кольцевой выступ на ее законцовке выполнен из слоистого композиционного материала.

3. Оболочка по п.2, отличающаяся тем, что между слоями композиционного материала наружного кольцевого выступа или между наружным кольцевым выступом и законцовкой размещен слой герметизирующего материала из термопластичной пленки или листовой резины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к трубам-оболочкам из композиционного материала, в частности из армирующих нитей и полимерного связующего.

К оболочкам из композиционного материала предъявляются повышенные требования по прочности, надежности и герметичности, исключающие проникновение жидкой или газообразной среды через стенку или стыки в обоих направлениях.

Известна несущая оболочка в виде тела вращения из композиционного материала на основе перекрещивающихся армирующих нитей и полимерного связующего, содержащая охватывающий ее законцовку, скрепленный с нею, металлический кольцевой элемент и уплотнительный кольцевой элемент (патент RU №2165048, МПК⁷ F 16 L 9/12, 2001).

Известна герметичная труба-оболочка, содержащая несущие слои из стеклопластика и размещенный между ними промежуточный слой термопластичного материала (патент RU №21122652, МПК⁷ F 16 L 9/12, 1998).

Известно получение аналогичной трубы-оболочки с размещением термопластичной пленки между слоями стеклопластика (патент RU №2015909, МПК⁶ В 29 С 53/56, 1994).

К недостаткам известных труб-оболочек следует отнести необеспечение ими надежной герметизации от жидкой или газообразной среды, проникающей извне через их слоистую структуру, особенно через стыки, из-за иной природы деформирования и изменения геометрических параметров по сравнению с изделиями, находящимися в равновесном напряженно-деформированном состоянии под действием внутреннего избыточного давления среды. Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, принята несущая оболочка в виде тела вращения из композиционных материалов по патенту RU №2165048.

Основной задачей является создание обладающей новизной, несущей оболочки в виде тела вращения из композиционного материала, в которой была бы использована с наибольшей эффективностью концепция уплотнения стыка при действии агрессивной среды с внешней стороны.

Техническим результатом от использования изобретения является повышение герметичности и надежности конструкции от проникновения внешней агрессивной среды в слое материала через стык с металлическим кольцевым элементом.

Основная задача решена и технический результат достигнут за счет изменения конструкции, введения новых элементов и использования свойств уплотняющих материалов на основе новой концепции организации уплотнения оболочки за пределами стыка. Для этого в несущей оболочке в виде тела вращения из композиционного материала на основе перекрещивающихся армирующих нитей и полимерного связующего, содержащей охватывающий ее законцовку, скрепленный с нею, металлический кольцевой элемент и уплотнительный кольцевой элемент, ее законцовка снабжена наружным кольцевым выступом, выполненным перед металлическим кольцевым элементом с образованием между ними кольцевой канавки, в которой установлен без зазора скрепленный с ними уплотнительный кольцевой элемент. Наружный кольцевой выступ на законцовке оболочки может быть выполнен из слоистого композиционного материала, между его слоями или между наружным кольцевым выступом и законцовкой может быть размещен слой герметизирующего материала из термопластичной пленки или листовой резины.

Отличительными особенностями несущей оболочки в виде тела вращения из композиционного материала являются признаки:

- снабжение оболочки наружным кольцевым выступом;

- выполнение выступа на ее законцовке перед металлическим кольцевым элементом с образованием между ними кольцевой канавки;

установка в образованной кольцевой канавке без зазора скрепленного с выступом и металлическим кольцевым элементом, уплотнительного кольцевого элемента;

- выполнение наружного кольцевого выступа на законцовке из слоистого композиционного материала;

- размещение между слоями композиционного материала кольцевого выступа или между кольцевым выступом и законцовкой оболочки слоя герметизирующего материала из термопластичной пленки или листовой резины.

Указанные отличительные признаки являются существенными, так как каждый из них в отдельности и совместно направлен на решение поставленной задачи и достижение нового технического результата. Наличие кольцевой канавки между наружным кольцевым выступом и металлическим кольцевым элементом с размещенным в ней уплотнительным кольцевым элементом, скрепленным с ними, повышает герметичность несущей оболочки и надежность указанной зоны от проникновения с внешней стороны агрессивной среды. Выполнение наружного кольцевого выступа слоистым или размещение в нем или под ним термопластичной пленки или резины повышает надежность конструкции.

Указанные отличительные существенные признаки являются новыми, так как их использование в известном уровне техники, аналогах и прототипе, не обнаружено, что характеризует предложенное техническое решение соответствием критерию “новизна”.

Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными существенными признаками позволяет решить поставленную задачу создания несущей оболочки в виде тела вращения из композиционного материала и достичь новый технический результат, что характеризует новое техническое решение существенными отличиями от известного уровня техники, аналогов и прототипа. Новое техническое решение является результатом опытно-экспериментальных исследований и творческой разработки, получено без использования стандартов или каких-либо рекомендаций в данной области техники, создано на основе новой концепции организации стыка и его функционирования в условиях напряженно-деформированного состояния и воздействия внешней агрессивной среды, является оригинальным, неочевидным для специалистов, соответствует критерию “изобретательский уровень”.

Сущность изобретения поясняется чертежами с кратким их описанием. На фиг.1 представлена несущая оболочка в виде тела вращения из композиционного материала, на фиг.2 - законцовка оболочки с металлическим кольцевым элементом в увеличенном масштабе, на фиг.3 - выполнение наружного кольцевого выступа из слоистого композиционного материала, на фиг.4 - размещение термопластичной пленки или резины между слоями наружного кольцевого выступа на законцовке оболочки, на фиг.5 - размещение термопластичной пленки или резины между наружным кольцевым выступом и законцовкой оболочки.

Более подробное описание сущности изобретения с показом позиций на чертежах состоит в следующем.

Несущая оболочка в виде тела вращения из композиционного материала на основе перекрещивающихся армирующих нитей и полимерного связующего (фиг.1-5) содержит охватывающий ее законцовку 1, скрепленный с нею, металлический кольцевой элемент 2 и уплотнительный кольцевой элемент 3. Оболочка снабжена наружным кольцевым выступом 4, выполненным на ее законцовке 1 перед металлическим кольцевым элементом 2 с образованием между ними кольцевой канавки 5, в которой установлен без зазора скрепленный с ними, уплотнительный кольцевой элемент 6. Наружный кольцевой выступ 4 на законцовке 1 может быть выполнен из слоев 7 композиционного материала. Между слоями 7 композиционного материала наружного кольцевого выступа 4 или между наружным кольцевым выступом 4 и законцовкой 1 оболочки может быть размещен слой 8 герметизирующего материала из термопластичной пленки или листовой резины. Изготовление несущей оболочки в виде тела вращения из композиционных материалов заключается в намотке нитей, жгутов или ровингов, пропитанных полимерным связующим, на специальную оправку (не показано) с последующей термообработкой заготовки в термопечи по режиму отверждения связующего, механической обработки и установкой металлического кольцевого элемента на законцовку оболочки.

Функционирование несущей оболочки заключается в восприятии ею нагрузок, приложенных к металлическому кольцевому элементу, и воздействии внешней агрессивной среды.

Изготовленная несущая оболочка с использованием нового технического решения подвергалась воздействию многоцикловых механических нагрузок, включая агрессивное влияние внешней среды. Результаты испытаний положительные, разрушений конструкции не наблюдалось, наличие проникновения агрессивной среды с внешней стороны внутрь оболочки за время испытаний не было обнаружено.

Таким образом, новое техническое решение при реализации в несущей оболочке из композиционных материалов воспроизводимо промышленным путем, дает новый положительный эффект, соответствует критерию “промышленная применяемость”, т.е. уровню изобретения.

Могут быть различные варианты выполнения несущей оболочки в отношении формы, размеров и расположения отдельных элементов с достижением нового технического результата и отдельных свойств, приведенных на примерах предпочтительной конструкции в описании и на чертежах, не выходя за пределы объема изобретения, изложенных в пунктах формулы.