2 Требования к автомобильным баллонам

Основными международными стандартами на автомобильные баллоны являются ИСО 11439 и Правила ЕЭК ООН № 110, а также ГОСТ Р 51753-2001. После принятия технического регламента «О безопасности колесных транспортных средств» Правила ЕЭК ООН № 110 обязательны и в России тоже.

Стандарты на автомобильные баллоны содержат целую серию связанных обязательных критериев безопасности, таких как давление разрушения и циклическая долговечность, способность сопротивляться повреждениям и негативному влиянию окружающей среды. Наиболее важными из критериев являются следующие.

- рабочее давление – установившееся давление 200 бар (20 МПа) при 15 °C, в стандартах учитывается переполнение, возникающее из-за увеличения температуры, наблюдаемое во время быстрой заправки и соответственно в качестве верхнего предела принято максимальное давление 260 бар независимо от окружающей температуры.

- рабочие условия – баллоны должны разрабатываться с расчетом заполнения 1000 раз за каждый год срока службы, максимальный срок службы не должен превышать 20 лет. Температурный диапазон эксплуатации от минус 40 °C до плюс 65 °C со случайными температурными повышениями до 82 °C.

Приемочные испытания баллонов перед постановкой на производство осуществляются на давление разрушения баллонов, привязанного к их типу. Минимальный запас прочности баллонов приведен в таблице 1.

Таблица 1 Минимальный запас прочности не должен быть менее:

Тип баллона	Материал композитной оболочки (волокно)	Минимальный коэффициент запаса прочности	Минимальный коэффициент нагрузки волокна
Тип 1		2,25
Тип 2	Стеклянное	2,50	2,75
	Арамидное	2,35	2,35
	Угольное	2,35	2,35
Тип 3	Стеклянное	3,5	3,65
	Арамидное	3,0	3,10
	Угольное	2,35	2,35
Тип 4	Стеклянное	3,65	3,65
	Арамидное	3,10	3,10
	Угольное	2,35	2,35

Коэффициент нагрузки волокна определяется как отношение напряжений в волокне при фактическом давлении разрушения баллона к напряжению при рабочем давлении.

Использование этого коэффициента оправдание для баллонов со сложной композитной оболочкой состоящей из стекловолокна и кевлара т.к. они более восприимчивы к факторам окружающей среды, таким как как надрез волокна и химическое повреждение.

Циклическая долговечность (рисунок 5) – продолжительность срока эксплуатации очень важна, потому что баллоны, часто будут устанавливаться на транспортных средствах с частыми заправками такими, как автобусы и такси.

Баллоны не должны разрушиться или потерять герметичность прежде, чем будет достигнуто указанного в паспорте срока службы в годах, умноженных 1 000 циклов. Баллоны, должны потерять сплошность утечкой, а не разрывом. Таким образом, 15-летний баллон должен продемонстрировать циклическую долговечность по крайней мере 15 000 циклов и потерять сплошность утечкой. Испытания останавливаются после 45 000 циклов.

Рисунок 5 - Испытания на циклическую долговечность

Стойкость к надрезам –Поскольку баллоны не осматриваются изнутри, разработчики решили использовать принцип максимального допустимого дефекта. При этом этот дефект должен обнаруживаться средствами неразрушающего контроля и баллон с таким дефектом также должен иметь циклическую долговечность не менее 1000 циклов на каждый год срока службы.

Сопротивление повреждениям– Один из самых серьезных тестов во всех стандартах - испытание методом сбрасывания. Испытания проводят в каждом из 3-х положений: одно горизонтальное, одно вертикальное, и с наклоном под углом 45 °, таким образом, что центр тяжести был поднят по крайней мере на 1,8 м.

После сбрасывания баллоны проверяются на циклическую долговечность, первоначально на 3 000 циклов, затем еще 12 000 циклов. Баллон не должен потечь или разрушиться в пределах первых 3 000 циклов, но может потечь во время следующих 12 000 циклов.

Испытание воздействием пламени на этих испытаниях проверяется комбинация баллона, вентиля и предохранительного устройства (пожарный клапан) благополучно выдержит воздействие огня или чрезвычайно высоких температур.

Предохранительное устройство должно активироваться от температуры или давления, или комбинации температуры и давления, но баллон не должен разорваться в огне, заполненый до рабочего давления или частично (25% рабочего давления).

Испытание на прострел - это испытание демонстрирует, что наполненный баллон не будет фрагментироваться, если высокоэнергетическое воздействие вызовет сквозное пробитие стенки баллона. На баллон с газом под рабочим давлением воздействуют бронебойной пулей калибра 7.62 мм или больше. Баллон должен остаться неразрушенным после теста.

Испытание воздействия окружающей среды (рисунок 8.40) – Это испытание предназначено для того, чтобы доказать способность автомобильных баллонов работать во агрессивной окружающей среде, которая может возникнуть на транспортных средствах. Этот сложный и дорогой тест требует, чтобы баллоны были предварительно подвергнуты воздействия различными жидкостям и затем подвергнуты испытаниям на прочность.

Приемосдаточные испытания баллонов проводятся партиями:

- определяется давление разрушения на одном баллоне и одном лейнере,

- производится проверка геометрических размеров,

- проводятся испытания на растяжение материала баллонов или лейнеров,

- для стальных баллонов определяется ударная вязкость сталей,

- результирующее испытание на циклическую долговечность.

Размер партии не может превышать 200 баллонов.

Индивидуальные испытания каждого баллона:

- неразрушающий контроль каждого баллона или лейнера на отсутствие недопустимых дефектов, размер которых был указан и использован при приемочных испытаниях;

- контроль критических размеров и массы изготовленных баллонов на соответствие чертежу;

- визуальный осмотр с контролем поверхностям глубокой вытяжки и мест сгибов или переходов, области горловины;

- контроль маркировки и товарного знака;

- контроль твердости баллонов или лейнеров после высокотемпературной термообработки;

- гидравлическое испытание изготовленных баллонов с контролем объемного расширения.