English    Русский
        

Хотите быть первыми, будьте с нами

НПО Поиск

Баллоны высокого давления из композитных материалов для хранения газообразных компонентов ЭХГ для глубоководных аппаратов

 

Баллоны высокого давления из композитных материалов для хранения газообразных компонентов ЭХГ для глубоководных аппаратов.

 

 

Ю.А.Боженов, А.С. Гадалин (СПбГМТУ), О.С.Клюнин (ООО НПО «ПОИСК» Санкт-Петербург)

 

 

Композитные баллоны на основе лейнеров из хромоникелиевых аустенитных сталей и алюминиевых сплавов с пластиковой намоткой из органожгута «Армос» или «Руслан-ВМ-650» обладают возможностью, в зависимости от толщины и способа намотки армирующих волокон, выдерживать внутреннее давление различных газов до 120 МПа. Однако они плохо работают при внешнем давлении, допуская максимальное наружное давление 5 – 10 МПа. Для количественной оценки может быть рассмотрен вариант использования таких баллонов для хранения газообразных реагентов при срабатывании перепада давлений, сохраняя в баллонах остаточное давление Р2, компенсирующее наружное гидростатическое давление (не менее 50 МПа). В этом случае отпадает необходимость в прочных корпусах АНПА для размещения систем хранения реагентов, используемых на воздухе. Регуляторы давления и реакционная вода могут размещаться в прочном корпусе батареи топливных элементов и системы автоматики (рисунок 3.3.12), размеры которого при этом увеличиваются по сравнению вариантами №1 и №2. На структурной схеме отмечены максимальные величины внутренних давлений освоенных технологий. Имеется реальная возможность

 

 

Рисунок 3.3.12 Структурная схема размещения систем ЭХГ в АНПА при газокомпрессорном способе хранения реагентов в композитных баллонах непосредственно в морской воде

 

 

повышения этого давления до 120 МПа, которое и принято при дальнейших расчётах. Объём газа Vг при максимальном давлении Р1 ,необходимый для обеспечения массового расхода Мг, может быть определён из уравнения

 

Vг· ρ(Р1) – Vг ·ρ(Р2) = Мг,

 

где ρ(Р1) и ρ(Р2) - плотности реального газа при начальном давлении Р1 и конечном Р2, определяемые по уравнению Ван дер Ваальса. Откуда

 

Vг = Мг /[ρ(Р1) – ρ(Р2)]

 

Критическими по объёму являются баллоны для водорода. Для Р1 = 120МПа ρН2 = 0,043кг/дм3. Для Р2 =50 МПа ρН2 = 0,028 кг/дм3. В установке мощностью Рбтэ = 1800 Вт для Мг = 10 кг потребуется водородная ёмкость объёмом Vсхв Н2 = 670 дм3. В установке мощностью Рбтэ = 3200 Вт водородная ёмкость будет составлять Vсхв Н2 = 1670 дм3. Научно-производственным объединением «ПОИСК» (г. Санкт - Петербург) освоен выпуск композитных баллонов БД - 40 для транспортирования водорода под давлением 40 МПа вместимостью от 1000 до 2500 литров (рисунки 3.3.13 и 3.3.14) с коэффициентом запаса по прочности кр = 2.6 [1].

 

 

Большие массогабаритные показатели баллона минимальной вместимостью 1000 л: масса Мб = 900 кг; длина Lб =1900 мм; наружный диаметр Dбн = 1134 мм не позволяют размещать его в АНПА ограниченного водоизмещения. Кроме того, требуется увеличение толщины стенок на давление 120 МПа.

 

 

Рисунок 3.3.14 Металлопластиковый баллон БД – 40 для хранения и транспортирования водорода вместимостью 2500 литров

 

 

Лейнер баллона БД-40 с элементами диагностики Намотка силовой оболочки баллона БД-40

 

 

Для реализации требуемого объёма хранения водорода, прочностных и массогабаритных параметров баллонов в условиях АНПА, произведены прочностные расчёты баллонов меньшей вместимости на основе стального лейнера диаметром 290 мм. Коэффициент запаса снижен до кр = 2,4. Толщина армированной стенки составляет 54 мм. Наружный диаметр баллона – 400 мм. Основные параметры баллонов для размещения 670 литров водорода при давлении 120 МПа приведены в таблице 3.3.11.

 

 

Таблица 3.3.11 Параметры металлопластиковых баллонов на расчётное давление Рр = 288 МПа и расходуемую массу водорода МН2 = 10 кг

 

Баллоны Масса лейнера, кг Масса пластика, кг Масса баллона, кг Длина баллона, мм Водоизмещение, дм3 Масса всех баллонов, кг Водоизмещение всех б-нов
8 по 85 дм3 10 108 118 1365 150 944 1200
6 по 114 дм3 13 144 157 1810 200 942 1200
4 по 172 дм3 20 215 215 2700 308 860 1232

 

 

Серийно изготавливаемые металлопластиковые (композитные) баллоны высокого давления:

 

 

 

Баллоны вместимостью от 80 до 160 дм3 на рабочее давление 44 МПа для водорода и кислорода.

 

 

 

Композитные баллоны вместимостью от 20 до 80 литров, рабочее давление 41 МПа для водорода и кислорода

 

 

 

Металлопластиковые баллоны БМА-40 вместимостью до 100 литров, рабочее давление 40 МПа для азота, воздуха, гелия.

 

21.02.2012 19:32