Тенденции развития технологий

В настоящее время в мировой практике по конструкции принято выделять 4 типа газовых баллонов:

1. Цельнометаллические баллоны, в основном стальные;

2. Металлические баллоны (стальные или алюминиевые) с кольцевой обмоткой стекловолокном. В данном случае металлическая часть и обмотка разделяют нагрузку между собой;

3. Баллоны с тонким металлическим лейнером, как правило, алюминиевым, полностью обмотанным углеродным волокном. Основную нагрузку несет композитная обмотка;

4. Полностью композитный полимерный баллон с полимерным лейнером, как правило, из ПНД – с обмоткой из углеродного или композитного углеродного/стекловолокна. Основную нагрузку несет обмотка.

Наиболее технологически продвинутыми и дорогими являются конструкции 3 и 4. Помимо интенсивно развивающегося сегмента автомобилей на природном газе, широкое распространение в котором получили баллоны типов 1 и 2, существуют также и меньшие по объемам потребления, но не менее перспективные сегменты, в которых велик потенциал применения баллонов типов 3 и 4.

Один из наиболее интересных, находящихся на начальной стадии развития сегментов – транспорт, работающий на водородных топливных элементах. Компания Honda начала производство ограниченных серий автобусов, работающих на водородных топливных элементах. В планах компании увеличить производство до 200 штук автобусов в 2010 году. Ограниченный выпуск автобусов и единичных экземпляров автомобилей позволяет спрогнозировать потребление 400-500 баллонов в год (рабочим давлением 340-1000 атм.) на ближайшие несколько лет. Тем не менее, в долгосрочной перспективе данный сегмент обладает высоким потенциалом спроса.

Другой развивающийся в мире сегмент – хранение и доставка газа на рынки с неразвитой структурой газовых трубопроводов. Высокое давление и низкий вес композитных баллонов позволят перевозить максимальные объемы газа при минимальных размерах баллона.
Фирма INFLEX-Argentoil (Аргентина) специализируется на производстве стальных баллонов. Баллоны изготавливаются из трубной заготовки и имеют диаметры 244, 323, 355 и 406 мм. Производственные мощности фирмы позволяют выпускать до 200 тысяч баллонов в год. Как отмечено в докладе фирмы, в настоящее время INFLEX покрывает около 80% потребности аргентинского рынка в баллонах, а также расширяет экспорт в другие страны[3].

Фирма Worthington Cylinders (Австрия), выпускающая газовые баллоны различного назначения, представила стальные автомобильные баллоны, показатель массового совершенства которых (отношение массы баллона к его вместимости) составляет 0,8-0,95 кг/л. Баллоны изготавливаются по технологии штамповки из сортового проката. Хорошие массовые показатели баллонов достигаются за счет высокой мощности и точности прессового оборудования, специального режима термической обработки и характеристик используемой стали.

Фирма FABER Industrie (Италия) на протяжении многих лет производит стальные и металлопластиковые баллоны, состоящие из стального лейнера и оболочки из стеклопластика на цилиндрической поверхности (тип 2). На конференции представлена новая разработка фирмы - баллоны второго типа с использованием углеродных волокон. Замена стеклопластика на углепластик позволила снизить массу баллона в среднем на 16%[4] .

Фирма DYNЕTEC Industries (Канада) - широко известный производитель металлопластиковых баллонов, конструкция которых включает лейнер из алюминиевого сплава и оболочку из углепластика по всей поверхности (тип 3). Алюминиевый лейнер изготавливается из трубной заготовки. Максимальный диаметр выпускаемых фирмой баллонов до последнего времени составлял 406 мм. В докладе фирмы сообщается о разработке баллона диаметром 520 мм[5]. В новой конструкции баллона реализован целый комплекс новых решений:

•  освоено производство алюминиевого лейнера из листового проката и изменен режим его термической обработки;
•  использовано специально разработанное фирмой Mitsubishi высокомодульное углеродное волокно;
•  применена система мер по защите поверхности баллона от ударов.

Как сообщается в докладе, в результате удалось значительно увеличить запас статической и циклической прочности баллонов. При освоении серийного производства баллонов ожидается снижение их стоимости.

Фирма Lincoln Composites (США) является мировым лидером в производстве композитных баллонов 4 типа. Фирма активно рекламирует конструкцию баллонов (Рис. 1), основными элементами которой являются:

•  лейнер из полиэтилена высокой плотности;
•  силовая оболочка из гибридного композиционного материала на основе стеклянных волокон и углеродных волокон с высокой прочностью и средним уровнем модуля упругости;
•  закладной элемент из алюминиевого сплава для подсоединения запорной арматуры;
•  покрытие из пенополиуретана для защиты сферических поверхностей от ударов;
•  наружное покрытие из стеклопластика для защиты от абразивного износа;
•  полиуретановое покрытие наружной поверхности, наносимое в декоративно-косметических целях[6] .

Данная конструкция баллонов защищена патентами и имеет торговую марку TUFFSHELL.