ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2093696
СПОСОБ ЗАЩИТЫ ОТ РАЗРУШЕНИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК,
ИСПОЛЬЗУЮЩИХ ВОДОРОД В КАЧЕСТВЕ РАБОЧЕГО ТЕЛА
Имя изобретателя: Холодный Владимир Иванович[RU]; Гончаров Николай Сергеевич[RU]; Мешков Николай Константинович[RU]; Рачук Владимир Сергеевич[RU]; Ткачев Владимир Иванович[UA]; Шостак Александр Викторович[RU]
Имя патентообладателя: Конструкторское бюро химавтоматики (RU)
Адрес для переписки:
Дата начала действия патента: 1996.03.19
Использование: машиностроение,
в частности энергетические установки,
использующие водород в качестве горючего.
Сущность изобретения: способ
защиты от разрушений энергетических
установок, использующих водород в качестве
рабочего тела, основан на свойстве
некоторых газообразных добавок, обладающих
специфическим электронным строением
молекул, к превентивной адсорбции на
металлической поверхности. В отличие от
известных принципов защиты элементов
конструкций от водородного охрупчивания
предлагается с помощью специального
устройства - дозатора подавать в рабочее
тело газообразный водород высокого
давления, оптимальное количество активных
газообразных добавок на основе F, Cl, O, S,
препятствующих адсорбции и поглощению
водорода металлами и снижающих водородную
деградацию служебных свойств
конструкционных материалов.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к области
энергетического машиностроения и может
быть использовано при создании двигателей
внутреннего сгорания, турбомашин, ракетных,
реактивных двигателей и т.п. установок,
использующих водород в качестве горючего.
Известно, что рабочее тело таких
энергоустановок водород в той или иной
степени взаимодействует практически со
всеми конструкционными металлическими
материалами, при этом хрупкость,
обусловленная газообразным водородом,
может приводить к катастрофическим
разрушениям установок. Вместе с тем
чувствительность различных металлических
материалов к охрупчиванию газообразным
водородом различна, и с начала
использования водорода в качестве
энергоносителя для исключения "водородного"
разрушения элементов конструкций
энергоустановок использовали материалы,
мало чувствительные к водороду, проводили
конструктивные мероприятия, снижающие
уровень действующих напряжений ниже
пороговых разрушающих или защищали
элементы конструкций нанесением
поверхностных барьерных покрытий,
препятствующих проникновению водорода [1]
Недостаток известного способа
заключается в технологической сложности и
трудоемкости нанесения барьерных покрытий
в рабочих полостях изделий, невозможности
полного исключения присущих производству
дефектов (подрезов, непроваров, отслоения
покрытий и т.п.) очагов разрушения, а также в
высокой стоимости и дефицитности
применяемых конструкционных материалов,
переутяжелении и значительной
металлоемкости энергоустановок, что не
позволяет получать высоких удельных
весовых характеристик.
Задачей предлагаемого изобретения
является устранение названных недостатков
известного способа защиты энергоустановок,
использующих водород в качестве горючего,
обусловленных водородной хрупкостью
конструкционных материалов. Поставленная
цель достигается тем, что в рабочее тело -
газообразный водород высокого давления
подают газообразные добавки со
специфическими ненасыщенными связями
молекул (F2, Cl2, O2, CO, SO2
и т.п. соединения элементов F, O, Cl, S),
которые благодаря превентивной адсорбции
изменяют характер взаимодействия системы
поверхности металла водород и в условиях
конкурирующей адсорбции различных
элементов препятствуют хемосорбции и
проникновению водорода в металл и
охрупчиванию последнего. Количество
вводимых ингибирующих добавок зависит от
их природы, температуры и давления рабочего
тела водорода, конструктивных особенностей
защищаемой установки. Нижний предел
содержания добавок ограничен количеством
центров хемосорбции на поверхности металла
и соответствует  10-4
об. верхний допустимым критическим
содержанием в водороде, не приводящим к
реакции горения или ухудшению служебных
характеристик рабочей смеси. Подача
ингибирующих добавок в рабочее тело -
водород осуществляется с помощью
специального устройства дозатора,
дополнительно вводимого в
пневмогидросистему энергоустановки.
Существо влияния ингибирующих
добавок на критерии работоспособности
конструкционных материалов и,
соответственно, элементов конструкций
подтверждается введением в газообразный
водород давлением 30 МПа 0,3 об. кислорода.
Так, для сильно охрупчиваемой водородом
комнатной температуры
хромоникельмолибденовой аустенитно-мартенситной
стали 06Х13Н8М3Л критерии работоспособности 
(отношение какой-либо механической
характеристики материала, полученной при
испытаниях в водороде, к той же
характеристике при испытаниях на воздухе;
нижний индекс характеристика) в чистом
водороде давлением 30 МПа составляют:
Подобное ингибирующее влияние
добавок кислорода и окиси углерода
подтверждено авторами также на
мартенситостареющей стали и никелевом
сплаве при различных температурах.
Допустимое в водород-кислородной смеси
взрывобезопасное содержание кислорода при
нормальных условиях составляет 6 об. а
ингибирующее влияние кислорода при
испытаниях в непроточной камере достигает
насыщения при 5 об. кислорода.
Предлагаемый способ защиты
элементов конструкций энергетических
установок от охрупчивания газообразным
водородом позволяет повысить ресурс и
надежность работы энергоустановок, снизить
технологическую трудоемкость,
материалоемкость и стоимость изделий,
исключить разрушения агрегатов,
обусловленные невыявленными
производственными дефектами и, в некоторых
случаях, применить в существующих типах
энергоустановок новое экологически чистое
топливо водород без существенной переделки
изделия и реорганизации рабочего процесса.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ защиты от разрушений
энергетических установок, использующих
водород в качестве рабочего тела,
основанный на свойстве активных
газообразных добавок к превентивной
адсорбции на металлической поверхности,
отличающийся тем, что с помощью дозатора в
газообразный водород высокого давления
подают оптимальное, в пределах от 10-4
об. до допустимого критического
содержания в водороде, количество
газообразных соединений на основе F, Cl, O, S,
снижающих водородную деградацию служебных
свойств конструкционных материалов и
исключающих катастрофическое разрушение
энергетических установок.
Версия для печати
Дата публикации 03.12.2006гг
вверх
|
