Резервуар для текучего агента и способ его изготовления

 

Применение: для хранения газа под давлением или летучих горючих жидкостей. Сущность изобретения: резервуар содержит внутреннюю оболочку, наружную оболочку, установленную между оболочками металлической вставки, чашечки, размещенные со стороны днища и со стороны открытого конца резервуара, при этом часть внутренней оболочки, расположенной со стороны открытого конца резервуара, закреплена на металлической вставке, и наружная оболочка охватывает наружную поверхность чашечки и часть поверхности горловины, горловина в зоне охватывания имеет вымеку с толщиной, соответствующей толщине внутренней оболочки, внутренняя оболочка выполнена из термопластичного материала в виде полиамида; наружная оболочкуа имеет филаментарную намотку в виде перекрестной намотки волокон по двум диагональным плоскостям и волокнами, намотанными по окружности. Резервуар может быть покрыт противопожарным и противотепловым защитным покрытием. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к резервуару для какого-либо текучего агента типа газа под давлением порядка 10-500 бар (10-500х10⁵Па) или летучей горючей жидкости, или же еще рабочей жидкости.

Известен резервуар, содержащий две концентрические оболочки, а именно: внутренняя оболочка, предназначенная для выполнения герметичности агента, и наружная оболочка, предназначенная для достижения механической прочности.

Механическая прочность усиливается на уровне закрытого конца емкости посредством чашечки, размещенной между двумя оболочками. На уровне открытого конца емкости обычно предусматривается чашечка, размещенная между двумя оболочками, к которой присоединяется вторая деталь, образующая горловину, снабженную средствами подсоединения к патрубкам, редуктору, кранам и т.д.

Чашечка и горловина имеют дополнительные расширения, обращенные во внешнюю сторону, позволяющие осуществлять зажатие открытой кромки резервуара.

Такое техническое решение не является удовлетворительным вследствие того, что для обеспечения установки на место чашечки на открытом конце внутренней оболочки следует, прежде всего, деформировать открытый конец этой оболочки, затем, после введения чашечки, переформировать этот конец, чтобы он охватывал расширенную часть чашечки.

Кроме того, это расширение не способствует хорошей герметичности.

На чертеже изображен резервуар.

Резервуар содержит внутреннюю оболочку 1, выполненную, например, из полиамида, полипропилена или полиэтилена, и наружную оболочку 2, выполненную, например, из эпоксидной смолы, усиленной стекловолокном, и полученную посредством филаментарной намотки.

Этот резервуар снабжен со стороны своего закрытого конца донной чашечкой 3, размещенной между оболочками, внутренней и наружной, и выполненной из твердого материала такого, как бронза, нержавеющая сталь или алюминиевый сплав.

На открытом конце резервуара размещается предпочтительно металлическая деталь 4, одновременно играющая роль горловины и чашечки. Для этой цели эта деталь содержит трубчатую часть 5, образующую горловину, имеющую центральный проход 6. Конец центрального прохода 6, расположенный с наружной стороны, ограничивается резьбовой поверхностью 7, позволяющей подсоединять патрубок или редуктор, или кран. Конец трубчатого элемента 5, расположенный с внутренней стороны емкости, продолжен частью 8 в форме чашечки, ограниченной со стороны внутренней оболочки поверхностью 9, с наклоном снаружи во внутрь и от открытого конца резервуара к закрытому концу последнего, и со стороны наружной оболочки поверхностью 10 с наклоном изнутри наружу и от открытого конца резервуара к его закрытому концу.

Форма чашечки 8 приводится здесь только в качестве примера; фактически, поверхность 9 может также быть точно перпендикулярной к оси резервуара. Действительно, все зависит от вида материала детали 4 и давления агента, который может содержаться в резервуаре.

В этом примере, и как показано на чертеже, донная чашечка 3 имеет обычно форму, идентичную форме металлической детали 4. Это позволяет обеспечить экономическую стандаpтизацию металлических деталей 4 и 3, и достаточно расточить и нарезать резьбу в чашечке 3 для получения металлической детали 4, содержащей центральный проход 6, ограниченный резьбовой поверхностью 7.

Внутренняя оболочка сформирована так, что она имеет цилиндрическое сужение 11, проходящее по части длины горловины и размещенное в выемке 12, в которой размещается горловина, таким образом, что, после монтажа, имеется отличная непрерывность между внутренней стороной оболочки 1 и внутренней стороны горловины.

Поверхность выемки 12 и поверхность 9 образуют поверхность контакта 13 между металлической деталью 4 и внутренней оболочкой 1, которые жестко связаны одна с другой на всей этой поверхности контакта 13.

Согласно предпочтительной форме выполнения, она предназначена для приема, перед сборкой оболочки 1 и детали 4, слоя из термопластичного материала, составляющего внутреннюю оболочку 1 с возможностью связи этих двух элементов.

В случае, когда внутренняя оболочка выполнена из полиамида, и эта связь может достигаться посредством двухкомпонентного сцепления, образованного смесью фенольной эпоксидной смолы и полиамида, покрывающей всю поверхность контакта 13.

Согласно этой форме выполнения, смесь наносится, прежде всего, на металлическую деталь 4, после чего комплект нагревается перед нанесением и формированием оболочки из синтетического материала, например, внутри формы.

Выполненная таким образом связь металла и синтетического материала, которая является стойкой к большим механическим напряжениям, обеспечивает отличную герметичность.

Очевидно, что донная чашечка 3 может закрепляться таким же образом, что и деталь 4, на внутренней оболочке 1 согласно взаимосвязи, признаки которой описаны выше.

Наружная оболочка 2 покрывает наклонную наружную поверхность 10 чашечки 8, а также часть наружной поверхности горловины 5. Филаментарная намотка, составляющая эту наружную оболочку 2, фактически является перекрестной намоткой, осуществленной по двум диагональным плоскостям цилиндрического резервуара и по окружности таким образом, что плотность волокон на уровне концов цилиндрического резервуара превышает плотность на уровне его цилиндрической стенки.

Это расположение позволяет повысить механическую прочность резервуара и, в случае разрыва от избыточного внутреннего давления, исключить его разрушение на несколько частей. Действительно, в этом случае, как показано на чертеже, происходит разрыв только по ограниченной полосе поверхности и локализируется в цилиндрической стенке с наименьшим сопротивлением.

С целью обеспечения отличной механической связи между чашечками 8 и 3 и наружной оболочкой 2 с сохранением для последней возможности радиального перемещения относительно указанных чашечек 8 и 3 в случае повышения давления и понижения давления внутри резервуара при заполнении и опорожнении резервуара, устанавливается кольцевая полоса 14, выполненная из эластомерного материала, между внутренней оболочкой 2 и каждой чашечкой 8 и 3, на наклонной поверхности 10 этой последней.

Это расположение позволяет значительно уменьшить напряжения на уровне двух концов резервуара.

Резервуар для текучего агента содержит также защитное противопожарное и противотепловое покрытие 15, частично показанное на чертеже и содержащее два слоя, а именно внутренний слой 16 и наружный слой 17. Внутренним слоем 16 является бумажный лист, выполненный из керамических волокон. Этот лист 16 имеет толщину 0,5-5 мм и обладает очень небольшим коэффициентом тепловой проводимости. Он является стойким к теплоте при температурах порядка 1400^оС. Этот внутренний слой 16 наклеивается одной из своих сторон на наружную оболочку 2, а его другая сторона также наклеивается на наружный слой 17 покрытия 15. Этот слой образован комплексной противопожарной тканью из стекловолокна 18 и 19, механически связанных любым известным средством, в частности посредством соединительных точек. Ткань 19 при изготовлении наклеивается на внутренний слой 16 в то время, как ткань из стекловолокна 18 образует поверхность покрытия 15, которое может подвергаться воздействию пламени.

Комплексное соединение имеет толщину 0,9-2 мм. Оно также предварительно пропитывается этерифицированной смолой мочевина/ формалин с реакционной системой типа акрилонитрил/бутадиенакрилат в присутствии катализатора типа тиоцианата.

Эта смола является продуктом усиления химикокаталитического эффекта, который позволяет повысить негорючесть комплексного соединения.

Клей, использованный для соединения внутреннего слоя 16 и наружного слоя 17 и для закрепления покрытия на наружной оболочке 2, является негорючим синтетическим клеем, например однокомпонентной эпоксидной смолой, без растворителя, термореактивной и стойкой к температурам выше 800^оС.

Покрытие имеет толщину 5 мм и может охватывать любые формы вследствие своей гибкости.

Способ изготовления резервуара в его нижеописанной предпочтительной форме выполнения, в качестве примера, заключается, прежде всего, в очистке и обезжиривании металлической детали 4 с помощью органического растворителя, такого как ацетон, с последующим дегазированием в печи, нагретой до примерно 300^оС, для полного удаления жиров и растворителя.

В этом случае наносят по меньшей мере на поверхность 13 металлической детали 4, предназначенной для контактирования с внутренней оболочкой 1, слой из термопластичного материала, составляющего указанную оболочку 1. Это нанесение может осуществляться путем напыления термопластичного материала или же путем погружения детали 4 во флюидизированную нагретую ванну с указанным материалом.

Затем металлическая деталь 4 и чашечка 3, расположенная со стороны дна резервуара, размещаются на концах формы внутренней оболочки 1, входящей в известное само по себе вращающееся устройство формования, в котором форма приводится во вращение, с одной стороны вокруг своей оси и с другой стороны вокруг другой оси, перпендикулярной к указанной оси формы.

В этом случае форма нагревается в то время, как заданный термопластичный материал, предварительно введенный в указанную форму, доводится до плавления в форме для выполнения внутренней оболочки 1 посредством формования.

Следует отметить, что средства нагрева формы концентрируются на уровне каждого из ее концов таким образом, что температура нагрева концов превышает температуру нагрева ее центральной части, соединяющей указанные концы.

Это позволяет компенсировать повышенную тепловую инерцию металлической детали 4 и чашечки 3 и получить, таким образом, одинаковую температуру во всей форме.

После определенного промежутка времени, необходимого для охлаждения, внутренняя цилиндрическая оболочка 1 извлекается из формы, и затем осуществляют филаментарную намотку вокруг оболочки по ее двум диагональным плоскостям и по окружности для получения наружной оболочки 2.

Формула изобретения

1. Резервуар для текучего агента, содержащий внутреннюю оболочку из термопластичного материала и наружную оболочку, чашечки, размещенные со стороны днища резервуара и его открытого конца, одна из которых снабжена соединительной горловиной, расположенные между оболочками металлические полюсные вставки, отличающийся тем, что, с целью повышения герметичности резервуара, часть внутренней оболочки, расположенная со стороны открытого конца резервуара, закреплена на металлической вставке и наружная оболочка охватывает наружную поверхность чашечки и часть наружной поверхности горловины.

2. Резервуар по п.1, отличающийся тем, что внутренняя поверхность горловины в зоне охватывания внутренней оболочкой имеет выемку толщиной, соответствующей толщине внутренней оболочки.

3. Резервуар по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что внутренняя оболочка выполнена из термопластичного материала в виде полиамида.

4. Резервуар по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что он снабжен размещенным по поверхности контакта между металлической вставкой и внутренней оболочкой двухкомпонентным элементом сцепления в виде смеси, состоящей из фенольной эпоксидной смолы и термопластичного материала, из которого выполнена внутренняя оболочка.

5. Резервуар по пп. 1 - 4, отличающийся тем, что он снабжен колцьевой полосой, выполенной из эластомерного материала, установленной между наружной оболочкой и чашечкой на наклонной поверхности.

6. Резервуар по пп.1 - 5, отличающийся тем, что наружная оболочка имеет филаментарную намотку, выполненную в виде перекрестной намотки волокон по двум диагональным плоскостям резервуара и волокнами, намотанными по окружности.

7. Резервуар по пп.1 - 7, отличающийся тем, что он покрыт противопожарным и противотепловым защитным покрытием, состоящим по меньшей мере из двух слоев, при этом внутренний слой образован бумажным листом из керамических волокон, прикреплен одной из сторон к наружной оболочке, а наружный слой образован комплексной тканью из стекловолокна и закреплен на внутреннем слое, при этом комплексная ткань пропитана продуктом усиления химико-каталитического эффекта.

РИСУНКИ

Рисунок 1