• Надежные и легкие

    Композитные
    баллоны давления

    Для авиационной и космической техники военного и гражданского назначения
    производит на территории России ЗАКБ САФИТ

  • Безопасные и долговечные

    Кислородные и пропановые
    сосуды давления

    Используют для хранения кислорода в медицинских учреждениях и пожарных частях
    и сжиженого газа в газобалонном оборудовании автомобиля

Композитные баллоны давления в авиационной и космической технике

На протяжении 15 лет специалистами ЗАКБ «САФИТ» велись работы по созданию металло- композитных баллонов (МКБ) высокого давления, по своим характеристикам конкурирующих с лучшими отечественными и зарубежными образцами.

Конструкторско-технологические решения созданных МКБ являются результатом конверсии методов проектирования, изготовления и экспериментальной отработки композитных корпусов ракетных твердотопливных двигателей, обладающих исключительно высокой степенью весовой эффективности.

К настоящему времени создана и отработана технологическая цепочка серийного производства МКБ. Баллоны внедрены и поставляются в оборонную промышленность и народно-хозяйственные отрасли.

Применение МКБ стало наиболее актуально в свете программы импортозамещения, когда предприятия-поставщики металлических балонов высокого давления находятся за пределами России, а имеющийся парк воздушных судов гражданской авиации и военно космических сил снаряжен баллонами с истекающими сроками эксплуатации.

Основные преимущества МКБ

Коррозионостойкая силовая оболочка и лейнер из нержавеющей стали раскреплены между собой, что позволяет увеличить срок службы металлокомпозитных баллонов и интервалы между поверками по сравнению с металлическими.

Весовая эффективность

В 6 раз легче металлического при равном давлении

Безопасность

Баллон разрушается без взрыва и осколков

Надежность

Не боится ударов и царапин во время эксплуатации

Внедренные решения

Конструкция металло- композитного баллона

Конструкция композитного кислородного баллона

Металло- композитный баллон (сосуд) высокого давления производства ЗАКБ «САФИТ» спроектирован и предназначен для хранения и транспортирования всех видов газов на уровне мировых стандартов.

Главная конструктивная особенность и отличие от других композитных баллонов – это тонкостенный высокодеформативный лейнер из нержавеющей стали.

Благодаря использованию новых конструктивно-технологических решений и высокотехнологичному производительному оборудованию собственной разработки, продукция способна конкурировать по цене c повсеместно используемыми металлическими аналогами.

Особенности МКБ САФИТ

  • Сверхтонкий лейнер толщиной 0,3...0,5 мм изготовлен методом микроплазменной сварки на инновационном оборудовании, не имеющем аналогов
  • Составные части лейнера получены пластическим деформированием заготовок
  • Лейнер и силовая оболочка раскреплены между собой
  • Силовой углеволоконный слой изготовлен методом намотки. Профиль слоя, углы армирования близки к оптимальным

Преимущества МКБ САФИТ

  • Возможность проектирования МКБ с заданными эксплуатационными характеристиками
  • Оптимальные форма лейнера и схема армирования
  • Высокая весовая эффективность
  • Безопасный характер разрушения
  • Повышенная коррозионная стойкость
  • Увеличен срок службы баллонов и интервалы между поверками
  • Уменьшена стоимость за счет использования сварки

Композитные баллоны успешно применяются в различных отраслях

Нефте-газовая
отрасль

Хранение и транспортировка промышленных газов

Атомная
отрасль

Хранение жидких радиоактивных отходов

Медицина
и МЧС

Кислородные баллоны

Авиация и
космонавтика

Кислородные системы, системы пожаротушения, пневмоприводы

Автомобильный
транспорт

Баллоны для сжиженного газа

Оборонная
отрасль

Хранение специальных газов

С расширением областей применения за 5 лет рынок МКБ в России вырос на 600% и составляет ~ 4 млрд. руб.

Металлокомпозитные баллоны - продукт эволюции металлических

Металлические баллоны давления

  • Стальные
  • Алюминиевые
  • Титановые

Композитные баллоны давления

  • Стальные со стеклопластиковой подмоткой
  • Стеклопластиковые с полимерным или композитным лейнером

Металлокомпозитные с металлическим лейнером

  • Алюминиевые раскатные лейнеры
  • Алюминиевые и титановые сварные лейнеры

Металлокомпозитные со сверхлёгким лейнером

  • Тонколистовой стальной сварной лейнер

МКБ превосходят металлические баллоны по всем параметрам

Параметры  МБ   МКБ 
Различная форма баллонов
Безосколочное разрушение
Стойкость к коррозии
Взрывобезопасность при воздействии открытого пламени
Взрывобезопасность при простреле
Весовое совершенство
Безосколочное разрушение МКБ

Статическое нагружение

Циклическое нагружение

Прострел

Открытый огонь

По весовой эффективности МКБ «САФИТ» сопоставимы с зарубежными и в разы превосходят отечественные баллоны давления

Сферические баллоны

Производитель Объем
V, литр
Материал
лейнера
Рабочее давление
P, бар
Вес
G, кг
Эффективность
км
САФИТ 8 Нержавеющая сталь 300 2.2 28.4
САФИТ 12 Нержавеющая сталь 300 3.1 30.2
САФИТ 19 Нержавеющая сталь 300 4.5 33
САФИТ 50 Нержавеющая сталь 150 8.7 33
Южмаш 23.6 Титан 350 11.5 16
Котлас 25 Нержавеющая сталь 320 21.5 8.5
Astrium Space Transportation Gmbh 18 Титан 150 3.9 30
Astrium Space Transportation Gmbh 35 Титан 280 8.5 30
Astrium Space Transportation Gmbh 51 Титан 280 12 31

Цилиндрические баллоны

Производитель Объем
V, литр
Материал
лейнера
Рабочее давление
P, бар
Вес
G, кг
Эффективность
км
САФИТ 40 Нержавеющая сталь 250 9.8 30.6
САФИТ 40 Нержавеющая сталь 300 11.2 34.8
Котлас 20 Нержавеющая сталь 150 15.8 4
Хруничев 36 Алюминий 350 12 24.6
НИИМАШ 38 Титан 100 10.5 5.6
Astrium Space Transportation Gmbh 68 Титан 150 8.5 31.2
Astrium Space Transportation Gmbh 68 Титан 310 18.3 29
Astrium Space Transportation Gmbh 70 Титан 190 10.8 32
Astrium Space Transportation Gmbh 80 Титан 310 20.2 32
Astrium Space Transportation Gmbh 89.5 Титан 310 23.3 31
ATK Space Systems, Inc. 67.3 Титан 250 11.7 32.9
ATK Space Systems, Inc. 87 Титан 280 23 23.5

Тенденции и экономический эффект от использования МКБ

Массовая доля ПКМ в ВС за 30 лет выросла в 50 раз и составляет 50% (В-787), объемная доля достигла 80%

Фюзеляж В-787 полностью выполнен из КМ и состоит из четырех состыкованных между собой отсеков, в конструкции применяются различные типы ПКМ, вытесняющих алюминий с 80% (В-737) до 20%

Источник: отчет НИР по теме «Анализ тенденций и прогноз перспектив применения композиционных материалов в конструкциях воздушных судов гражданской авиации», М, ФГУП ГосНИИ ГА, 2014, с. 313

Авиация: замена баллонов в кислородной системе ИЛ-76ТД

Композитные баллоны имеют ту же форму и характеристики при меньшем весе. Замена металлических баллонов на металлокомпозитные аналоги не требует конструктивных доработок! Размещение кислородных баллонов позволяет легко производить их замену.

Штатные баллоны

УБШ-25/150

Р раб = 170 бар
V = 25 л
m = 15,8 кг
Количество: 6 шт.
Суммарный вес: 94,8 кг

КБ-2

Р раб = 30 бар
V = 7,8 л
m = 12 кг
Количество: 2 шт.
Суммарный вес: 24 кг

Металлокомпозитный аналог

Аналог УБШ-25/150

Р раб = 170…340 бар
V = 25 л
m = 6,2 кг
Количество: 6 шт.
Суммарный вес: 37,2 кг

Аналог КБ-2

Р раб = 30…60 бар
V = 7,8 л
m = 4,8 кг
Количество: 2 шт.
Суммарный вес: 9,6 кг

Суммарный выигрыш в весе: 94,8 + 24 - 37,2 - 9,6 = 72 кг

Уменьшение массы самолета на 1 кг приводит к уменьшению расхода топлива на 40 г в час. При среднем годовом налете самолета в 2500 часов уменьшение массы на 72 кг приводит к уменьшению расхода топлива на: 72 кг x 0.04 кг/час x 2500 час = 7 200 кг

Замена баллонов в кислородной системе ИЛ-76ТД уменьшает массу самолета на 72 кг, что приводит к уменьшению годового расхода топлива на 7,2 тонны и снижению выбросов СО2 на 21 тонну!

Примечание: по экспертным оценкам замена МБ на МКБ по всем системам на пассажирском самолете может привести к 10-кратному увеличению эффективности.

Космонавтика: применение МКБ в разгонном блоке «ФРЕГАТ»

Проведено три успешных пуска ракет с космодрома Куру для вывода спутников навигационной системы ГАЛИЛЕО по заказу Европейского Космического Агентства с МКБ «САФИТ», установленными на разгонном блоке «ФРЕГАТ». РБ «ФРЕГАТ» разработан в НПО им. С.А. Лавочкина для выведения космических аппаратов в составе ракет типа Р-7А3.

Применение МКБ увеличило коммерческую загрузку РБ на 44 кг с экономическим эффектом 53 млн. руб.

Применение МКБ позволило увеличить давление заправки гелием до 340 бар.
Это дало возможность заменить шесть титановых баллонов на пять металлокомпозитных.

Суммарная масса МКБ: 6.2 кг х 5 шт. = 31 кг
Суммарная масса МБ: 12.5 кг х 6 шт. = 75 кг
Выигрыш в массе: 75 - 31 = 44 кг
Выведение 1 кг груза на геостационарную орбиту: 1.2 млн. руб.

Экономический эффект: 1.2 млн.руб. х 44 кг = 52.8 млн. руб.

Металлокомпозитный баллон для разгонного блока «ФРЕГАТ»

Технические характеристики

Р раб = 340 бар
V = 25 л
m = 6,2 кг

Технология изготовления Металлокомпозитного баллона давления

Установка сварки лейнера запатентована и является инновационной

  • Сварочный аппарат имеет программное управление и полностью автоматизирован
  • Позволяет вести сварку тонких 0,3…0,5 мм элементов лейнера
  • Сварной шов не имеет дефектов

Установка для намотки силовой оболочки

В ЗАКБ «САФИТ» разработана методика оптимального выбора материалов и углов армирования лейнера

  • Формирование силовой оболочки производится методом «мокрой» намотки армирующего материала на лейнер
  • Намотка силовой оболочки формируется последовательной укладкой спиральных и кольцевых слоев пропитанного армирующего материала по заданной программе
  • Схема армирования и программа определяются результатами проектных расчетов
  • По окончании процесса намотки баллон нагружается внутренним давлением и подвергается термообработке. По завершении термообработки давление стравливается

Металло- композитные баллоны ЗАКБ «САФИТ» прошли сертификационные испытания по международному стандарту ЕN 12245

Требование по взрывобезопасности (пункт 5.2.5 EN 12245 : 2002)

Статическое нагружение

Требования стандарта

  • Разрушающее давление Pв должно быть больше двух предельных PH
  • Баллон не должен давать утечки при Р < PH
  • Баллон и лейнер должны разрушаться не более чем на три части.
  • В зачет идут только куски лейнера, выбитые из оболочки баллона.

Условия

  • Тип баллона - БMK 9 -165- 250
  • Среда испытаний - вода
  • Температура среды - 23 °C
  • Температура поверхности - 22°C
  • Скорость наддува 25 – 30 bar/s

Результаты

  • Безосколочное разрушение (удовлетворяет требованиям стандарта)

Иллюстрация

Огнестойкость

Требования стандарта

  • Баллоны не должны разрушаться катастрофически во время огненного испытания. Испытательная среда может протекать через стенки баллона

Условия

  • Тип баллона - БMK 9 -165- 250
  • Среда испытаний - воздух
  • Давление испытаний 250 бар
  • Температура среды - 20°C
  • Тип устройства для сброса давления - Valve A 232 (manufacturer Rotarex)

Результаты

  • Баллон начал течь через 14 минут и 40 секунд после начала испытания на огнестойкость через стенки цилиндра и штуцер
  • В ходе испытания баллон не разрушился (удовлетворяет требованиям стандарта)

Иллюстрация

Пулевой прострел

Требования стандарта

  • Тестируемый баллон не должен разрушиться на осколки независимо от проникновения в него пули

Условия

  • Тип баллона - БMK 9 -165- 250
  • Среда испытаний - воздух
  • Температура среды - меньше 50°C
  • Давление испытания - 250 бар
  • Скорость пули - 850 м/сек
  • Размер пули - 7,62 мм
  • Баллон опрессован воздухом до 300 баров и испытан методом «аквариума»
  • Баллон является герметичным

Результаты

  • Баллон получил входное и выходное отверстие диаметром 50 мм
  • После удара пули в баллоне не оказалось осколочного разрушения (удовлетворяет требованиям стандарта)

Иллюстрация

Обработана статистика повреждений МКБ и даны рекомендации по оценкам живучести

Наибольшее число повреждений связано с появлением микротрещин (44%), истиранием и царапинами (16%), случайными ударами (14%).

Примеры эксплуатационных повреждений и их влияние на работоспособность МКБ

Истирание

  • Допустимо

  • Не допустимо
Удар

  • Допустимо

  • Не допустимо
Расслоение

  • Допустимо

  • Не допустимо
Порезы

  • Допустимо

  • Не допустимо
Химическая коррозия

  • Подлежит ремонту

  • Не допустимо
Высокая температура и огонь

  • Допустимо

  • Не допустимо
Трещины ЛКП

  • Допустимо

  • Не допустимо
Структурные повреждения

  • Не допустимо

  • Не допустимо
Повреждение этикетки

  • Не допустимо

  • Не допустимо
 

Краткое резюме

  1. В результате конверсии разработан отечественный импортозамещающий металлокомпозитный баллон, конкурентоспособный с баллонами ведущих отечественных и зарубежных производителей.
  2. Проведенный анализ показал, что замена МК на МКБ в составе бортового оборудования самолета гражданской авиации может обеспечить годовой экономический эффект порядка 32-40 млн.руб., включая экономию топлива на 56-70 тонн. Выбросы в атмосферу СО2 могут быть уменьшены на 168-210 тонн.
  3. Проведено три успешных пуска ракет с РБ «ФРЕГАТ» на космодроме Куру в рамках программы Галилео. Установка на РБ «ФРЕГАТ» МКБ ООО «САФИТ» обеспечила экономический эффект в 53 млн.руб. за один пуск.
  4. К настоящему времени в гражданской авиации имеется значительный парк самолетов с ресурсами кислородных и других баллонов с предельными или близкими к ним сроками службы. Традиционные разработчики и производители баллонов остались за пределами России (Украина и Азербайджан). Поэтому весьма актуальна задача замены баллонов на новые металлокомпозитные, превосходящие по своим характеристикам металлические баллоны.
  5. В рамках программы импортозамещения в настоящее время, благодаря разработкам ООО «САФИТ», существует уникальная возможность полной замены баллонов высокого давления на всем парке ВС гражданской, государственной и экспериментальной авиации.
  6. Замена баллонов позволяет обеспечить лучшие весовые характеристики воздушных судов, повысить безопасность их эксплуатации, улучшить экологические характеристики и полностью исключить зависимость от иностранных поставщиков.
  7. Специалисты ООО «САФИТ» совместно с ГосНИИ ГА готовы подготовить необходимый комплект доказательной документации для обоснования внедрения МКБ на самолеты ГА.

О Компании

ЗАКБ САФИТ

С 1993 года компания САФИТ работает в сфере разработки и производства стеклопластиковых изделий на основе эпоксидных и полиэфирных смол. Конструкторские разработки осуществляются при участии специалистов ФНПЦ ОАО ЦНИИСМ - ведущего института России по созданию изделий из композиционных материалов для ракетно-космической техники, а производственные мощности компании состоят из современного высокопроизводительного оборудования, позволяющего производить широкий спектр высококачественных изделий, соответствующих международным стандартам ASTM, AWWA.

В настоящее время компанией выпускается широкий ассортимент изделий из стеклопластика: артезианские и нефтеперегонные трубы, химически стойкие шламо-, соле-, кислотопроводы, трубопроводы быстрого развертывания, футляры защитные для газопроводов, опоры освещения, токоразмыкатели и электроизоляторы, электро-подогреваемые трубы, антенные системы и радиопрозрачные колпаки.

Инжиниринг

Вам нужен легкий и прочный баллон давления для новой конструкции?

Напишите нам, сообщите необходимые характеристики и в скором времени мы наладим изготовление необходимого вам изделия!