Удосконалення конструкції балонів для дихальних апаратів на стисненому повітрі

Собина Віталій Олександрович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0001-6908-8037

Тарадуда Дмитро Віталійович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0001-9167-0058

Демент Максим Олександрович

Національний університет цивільного захисту України

http://orcid.org/0000-0003-4975-384X

DOI: https://doi.org/10.52363/2524-0226-2022-36-8

Ключові слова: дихальні апарати на стисненому повітрі, балон, полімерно-композитний матеріал, лейнер

Анотація

Проведено дослідження щодо підвищення надійності, довговічності, а також зниження маси балонів для дихальних апаратів на стисненому повітрі підрозділів рятувальних служб. Розроблено конструкцію композитних балонів із повітрям під високим тиском з покращеними характеристиками, такими як міцність, проникність та забезпечення гігієнічних норм. З метою подальшої практичної реалізації запропонованої конструкції балонів проведено розрахунки, на підставі яких була підтверджена можливість і доцільність виготовлення балонів високого тиску з мінерального волокна в комбінації із в'яжучим, що відрізняється відносно низькою вартістю і технологічністю при виробництві традиційними методами. Розроблено конструкцію балона високої масової досконалості і вартості менше, ніж аналогічний металопластиковий балон; забезпечено необхідну несучу здатності балонів; визначено проникності повітря через стінку лейнера, вид та кількість виділення органічних сполук з матеріалу лейнерів в процесі зберігання балона, заправленого повітрям. Встановлено, що: балон з лейнером товщиною стінки 2,2 мм втратить герметичність через 45 діб витримки при робочому тиску 30 МПа через неякісно виготовлену прес-форму, стоншення лейнера у цьому місці до 1,3 мм; балон з лейнером товщиною стінки 4 мм при робочому тиску 30 МПа при спостереженні протягом 135 діб втратить у вазі лише 30 г. Дослідження гігієнічних характеристик балонів показало, що після витримки протягом 30 діб при температурі 20 ˚С при робочому тиску 30 МПа, в повітряному середовищі балонів були виявлені органічні речовини, що відносяться до класу аліфатичних спиртів. Дослідження доводять високу ефективність застосування композитно-полімерних балонів з метою покращення характеристик дихальних апаратів на стисненому повітрі, що підтверджує їх корисність і важливість.

Посилання

1. Єлізаров О. В. Тенденції удосконалення ізолюючих дихальних апаратів на стисненому повітрі. Х міжн. наук.-практ. конф. «Теорія і практика гасіння пожеж та ліквідації надзвичайних ситуацій». 2019. Черкаси, Україна 11–12 квітня 2019. http://edu-mns.org.ua/img/news/120/zbirnik_11-12.04.2019.pdf#page=27
2. Mair G. W., Scherer F., Scholz I., Schönfelder T. The Residual Strength of Breathing Air Composite Cylinders Towards the End of Their Service Life: A First Assessment of a Real-Life Sample. ASME 2014 Pressure Vessels and Piping Conference. 2014. Anaheim, California, USA 20–24 July 2014. https://doi.org/10.1115/PVP2014-28168
3. Zhi-Bo H., Pan L., Da-Sheng W., Yue-Bing L. Fracture toughness evaluation of 37CrNi3MoVE steel used for high-pressure air storage cylinder. Materials Express. 2022. Vol. 12. № Р. 123–132. https://doi.org/10.1166/mex.2022.2133
4. Azeem M., Haji Ya H., Azad Alam M., Kumar M., Stabla P., Smolnicki M., Gemi L., Khan R., Ahmed T., Ma Q., Md Rehan Sadique, Akmar Mokhtar A., Mazli Mustaphaa. Application of Filament Winding Technology in Composite Pressure Vessels and Challenges: A Review. Journal of Energy Storage. May 2022. Vol. 49. https://doi.org/10.1016/j.est.2021.103468
5. Mair G. W. Safety Assessment of Composite Cylinders for Gas Storage by Statistical Methods. Potential for Design Optimisation Beyond Limits of Current Regulations and Standards. Book. Springer 2017. Р. 304. ISBN: 978-3-319-49710-5
6. Xiaoxiao Niu, Guangfa Hao, Chengliang Zhang, Lei Li. Design and Experimental Verification of Pressurized Cylinders in Hydraulic Rubber Hose Pressure Washers. International journal on the science and technology «Actuators». 2021. Vol. 10. 139р. https://doi.org/10.3390/act10070139
7. Ivanovskiy V. Designing of metal-base composite vessels of high pressure on the set service life. Teka Commission of motorization and power industry in agriculture Lublin University of Technology, Polish Academy of Sciences Branch in Lublin. Volodimir Dal East-Ukrainian National University of Lugansk. Lublin 2012. P. 211–217.
8. International standard ISO/TR 13086-1:2011. Gas cylinders – Guidance for design of composite cylinders. Part 1: Stress rupture of fibres and burst ratios related to test pressure. 2011. 45 p. URL: https://www.iso.org/obp/ui/#iso:std:iso:tr:13086:-1:ed-1:v1:en.
9. Pilarczyk M., Węglowski B., Nord L. O. Experimental validation of an algorithm for determining transient stresses within pressure components by means of the tensometric method. International Conference on Applied Energy. 2019. Sweden 12–15 Aug. 2019.
10. Evkin A. Yu. Composite spherical shells at large deflections. Asymptotic analysis and applications. Composite Structures. 2020. Vol. 233. 111577. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2019.111577