ПРОДОЛЬНЫЕ ВЕНТИЛЯЦИОННЫЕ КАНАЛЫ СОСУДА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
LONGITUDINAL VENTILATION DUCTS OF HIGH-PRESSURE VESSEL

Уровень техники
Сосуды высокого давления обычно используются для хранения различных текучих сред под давлением, например, при хранении водорода, кислорода, природного газа, азота, пропана и других видов топлива. Подходящие материалы емкости включают в себя ламинированные слои намоточного оптического стекловолокна или других синтетических нитей, соединенных вместе посредством термоусадки или термопластичных смол. Внутри композитной оболочки часто размещают полимерную или иную неметаллическую эластичную внутреннюю облицовку или камеру для герметизации сосуда и предотвращения контакта внутренних текучих сред с композитным материалом. Композитная конструкция сосудов обеспечивает многочисленные преимущества, например, небольшой вес и устойчивость к коррозии, усталостным нагрузкам и внезапным отказам. Эти свойства вызваны высокой удельной прочностью армирующих волокон или нитей, которые обычно ориентированы в направлении главных сил конструкции сосудов высокого давления.
На фиг.1 и 2 показан удлиненный сосуд 10 давления, подобный тому, что раскрыт в патенте США №5476189, который включен сюда путем ссылки. Сосуд 10 имеет главную секцию 12 корпуса с концевыми секциями 14. Утолщение 16, обычно выполненное из алюминия, размещено на одном или обоих концах сосуда 10 для образования горловины, сообщающейся с внутренней частью сосуда 10. Сосуд 10 образован из внутренней полимерной внутренней облицовки 20, покрытой внешней композитной оболочкой 18. В этом случае «композитный» означает армированный волокном материал со смоляной матрицей, например, намоточной или слоистой структуры. Композитная оболочка 18 воспринимает все конструктивные нагрузки.
Хотя внутренняя облицовка 20 обеспечивает газовый барьер в обычных условиях эксплуатации, конструкция сосуда 10 давления данного типа обеспечивает явление, согласно которому газ под давлением разряжают во внутреннюю облицовку 20. При разгерметизации сосуда 10 этот газ разряжается в пространство между внутренней облицовкой 20 и композитной оболочкой 18. При этом может образоваться газовый карман, что заставляет внутреннюю облицовку 20 выпячиваться внутрь. При низком давлении, многослойное напряжение в композитной оболочке 18 является небольшим, и микротрещины в оболочке 18 закрываются, образуя уплотнения, а при более высоком давлении эти микротрещины снова открываются, тем самым, обеспечивая удаление образованного газового кармана. Таким образом, когда в сосуд 10 снова подают давление, возрастает воздействие давления на внутреннюю облицовку 20, она давит на образованный газовый карман, в силу чего выпуклость во внутренней облицовке 20 уменьшается, пока газ, в конечном итоге, не выйдет через композитную оболочку 18 в атмосферу. Такое удаление газа через оболочку 18 происходит за короткий промежуток времени и может привести к значительной концентрации газа в окрестностях сосуда 10. В результате этого может сработать детектор утечки вокруг сосуда 10, тогда как в действительности устойчивой утечки из сосуда 10 происходить не будет.
Раскрытие изобретения
В данном изобретении предложен сосуд высокого давления, имеющий центр и первый конец. Первый конец имеет первое утолщение. Сосуд содержит внутреннюю облицовку, поверх которой расположена композитная оболочка, а также первый продольный вентиляционный канал, расположенный между внутренней облицовкой и композитной оболочкой. Первый продольный вентиляционный канал содержит удлиненный образующий вентиляционный канал элемент и продолжается по меньшей мере от цилиндрического участка сосуда к первому утолщению.
В данном раскрытии изобретения в упрощенной форме вводятся понятия, которые дополнительно описаны ниже в подробном описании. Данное раскрытие изобретения не предназначено для определения ключевых признаков или существенных признаков раскрываемого или заявленного объекта изобретения и не предназначено для описания каждого раскрытого варианта осуществления или каждого внедрения раскрытого или заявленного объекта изобретения. В частности, признаки, описанные здесь применительно к одному варианту осуществления, могут быть в равной степени применимы и к другим. Кроме того, данное раскрытие изобретения не предназначено для использования при определении объема заявленного изобретения. Многие другие инновационные преимущества, признаки и соотношения станут понятными по мере ознакомления с данным описанием. Нижеследующие чертежи и описание являются примером, в частности, иллюстративных вариантов осуществления.
Краткое описание чертежей
Раскрытый объект изобретения будет дополнительно пояснен со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых идентичные конструкции или системные элементы обозначены идентичными ссылочными позициями на нескольких видах.
Фиг.1 представляет собой вид сбоку обычного удлиненного сосуда высокого давления.
Фиг.2 представляет собой частичный вид в разрезе через один конец такого сосуда высокого давления, выполненный по линии 2-2 на фиг.1.
Фиг.3 представляет собой увеличенный частичный вид в разрезе сосуда высокого давления, согласно примерному варианту осуществления продольного вентиляционного канала в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.4 представляет собой частичный вид в разрезе, выполненный по линии 4-4 на фиг.3, первого примерного продольного вентиляционного канала, расположенного между оболочкой сосуда и внутренней облицовкой.
Фиг.5 представляет собой частичный вид в разрезе, выполненный по линии 4-4 на фиг.3, второго примерного продольного вентиляционного канала, расположенного между оболочкой сосуда и внутренней облицовкой.
Фиг.6 представляет собой частичный вид в разрезе, выполненный по линии 4-4 на фиг.3, третьего примерного продольного вентиляционного канала, расположенного между оболочкой сосуда и внутренней облицовкой.
Фиг.7 представляет собой вид сбоку удлиненного сосуда давления, включающий в себя примерное расположение продольных вентиляционных каналов.
Хотя на вышеуказанных чертежах представлены один или более вариантов осуществления раскрытого объекта изобретения, также рассматриваются и другие варианты осуществления, как отмечено в описании. В любом случае данное описание представляет раскрытый объект изобретения путем представления, а не ограничения. Следует понимать, что специалистами в данной области техники могут быть разработаны многие иные модификации и варианты осуществления в пределах объема и сущности настоящего изобретения.
Чертежи могут быть выполнены не в масштабе. В частности, некоторые элементы могут быть увеличены по сравнению с другими элементами для большей ясности. Кроме того, там, где используются такие термины, как «вверху», «внизу», «над», «под», «верхний», «нижний», «боковой», «правый», «левый» и т.д., следует понимать, что они применяются только для облегчения понимания описания. Предполагается, что конструкции могут быть ориентированы по-другому.
Подробное описание изобретения
Данное описание относится к обеспечению вентиляционных путей для предотвращения накопления газа и повышения давления между внутренней облицовкой 20 и композитной оболочкой 18 сосуда 10 высокого давления. Этот вентиляционный путь обеспечивает более устойчивое удаление газов, таких как водород, предотвращая нарушения в работе детектора утечек, а также предотвращая выпячивание или прогиб внутренней облицовки 20 внутрь. Примерные варианты осуществления таких вентиляционных путей выполнены в виде продольных вентиляционных каналов 22, 22' и 22'', представленных на фиг.3-7. Как показано на фиг.3, конец 22а продольного вентиляционного канала 22, смежный утолщению 16, выходит в атмосферу.
При формировании сосуда 10', перед намоткой волокна композитного материала вокруг внутренней облицовки 20, по меньшей мере одну полосу образующего вентиляционный канал элемента 23, 23', 23'' наносят на наружную поверхность 24 внутренней облицовки 20. Как показано в вариантах осуществления, представленных на фиг.4 и 5, удлиненный образующий вентиляционный канал элемент 23 (например, провод), 23' (например, сложенная полоса ткани или пленки) удерживается на месте защитной лентой 26 посредством клеевого слоя 25. Как показано в варианте осуществления, представленном на фиг.6, образующий вентиляционный канал элемент 23'' является самоклеющимся и удерживается на месте с помощью клеевого слоя 25. В варианте осуществления, показанном на фиг.5, где образующий вентиляционный канал элемент 23' может представлять собой ткань, обладающую «впитывающими» свойствами (например, такой материал, как стеклоткань), защитная лента 26 предотвращает проникновение смолы из композитной оболочки 18, которая в противном случае могла бы повредить свойствам пористости образующего вентиляционный канал элемента 23'. Если вентиляционный материал не является пористым, ленточный материал может быть применен в отдельных точках, а не по всему вентиляционному материалу. Особенно подходящим материалом для защитной ленты является винил. После того как образующие вентиляционный канал элементы 23 и 23' прикреплены к внешней поверхности 24 внутренней облицовки 20, композитные волокна наматывают на продольные вентиляционные каналы 22, 22', 22'', при этом поверх внутренней облицовки 20 образуется композитная оболочка 18 сосуда 10'.
Как показано на фиг.4-6, на каждой стороне образующего вентиляционный канал элемента 23, 23', 23'' образован вентиляционный канал 28. Образующий вентиляционный канал элемент 23, 23', 23'' может представлять собой любую удлиненную конструкцию, поверх которой могут быть намотаны композитные волокна для образования оболочки 18, при этом между оболочкой 18 и внутренней облицовкой 20 образуется вентиляционный канал. В показанных вариантах осуществления удлиненные вентиляционные каналы 28 образованы на каждой стороне образующего вентиляционный канал элемента 23, 23', 23''. В некоторых вариантах осуществления вентиляционный канал образован в самом образующем вентиляционный канал элементе 23, 23', 23''. Это возможно, когда образующий вентиляционный канал элемент 23, 23', 23'' является проницаемым для текучей среды или выполнен другим образом для способствования прохождению потока текучей среды вдоль удлиненной конструкции образующего вентиляционный канал элемента. В некоторых случаях проницаемый для текучей среды образующий вентиляционный канал элемент 23, 23', 23'' используют в сочетании с вентиляционными каналами 28, образованными на каждой стороне проницаемого для текучей среды образующего вентиляционный канал элемента 23, 23', 23''. Это придает продольному вентиляционному каналу 22 даже больше вентиляционной мощности. Примерные проницаемые для текучей среды образующие вентиляционный канал элементы 23, 23', 23'' включают в себя, например, нити стекловолокна, стекловолоконную ленту с открытой структурой и ткани. Другие подходящие материалы для образующего вентиляционный канал элемента 23, 23', 23'' включают в себя, например, полиэтилен и пропускающую нейлоновую ткань.
В примерном варианте осуществления общая толщина продольного вентиляционного канала 22 в верхней части внутренней облицовки 20 составляет около 1-2 тысячных дюйма. В некоторых вариантах осуществления полоса образующего вентиляционный канал элемента 23, 23', 23'' сложена для образования подходящей глубины для способствования прохождению потока газа через продольный вентиляционный канал 22, как показано на фиг.5. В примерном варианте осуществления ширина каждого продольного вентиляционного канала 22 составляет от около 0,25 до 0,50 дюйма. В примерном варианте осуществления в защитной ленте 26 выполнено множество отверстий 29 для облегчения выхода газа, захваченного между композитной оболочкой 18 и внутренней облицовкой 20, в продольный вентиляционный канал 22. В примерном варианте осуществления каждое отверстие 29 имеет диаметр около 0,05 дюйма. В примерных вариантах осуществления в каждом продольном вентиляционном канале 22 выполнено от около десяти до около ста отверстий 29, хотя может быть использовано меньше или больше отверстий.
В примерном варианте осуществления, как показано на фиг.7, продольный вентиляционный канал 22 продолжается по меньшей мере от утолщения 16 до точки в цилиндрическом участке 30 цилиндрического сосуда 10'. Цилиндрический участок 30 обычно является наиболее податливым (то есть имеющим ту же прочность, но менее жесткую опору по краям) участком сосуда и, таким образом, представляет собой наиболее вероятную область выпучивания или прогиба внутренней облицовки 20 сосуда внутрь из-за накопления газа. В каждом конкретном сосуде может потребоваться только один продольный вентиляционный канал 22, например, такой, как показан на левой половине фиг.7. Однако может также быть предусмотрено несколько продольных вентиляционных каналов 22, например, таких, как показаны на правой половине фиг.7. В одном примерном варианте осуществления множество продольных вентиляционных каналов 22 ведут к утолщению 16 на одном конце 14 сосуда 10', а множество продольных вентиляционных каналов 22 ведут к утолщению 16 на противоположном конце 14 сосуда 10'. Две группы продольных вентиляционных каналов 22 попеременно размещены по периферии сосуда 10', при этом по цилиндрическому участку 30 (например, в одном варианте осуществления смежно к центру цилиндрического участка 30 сосуда 10') проходят два смежных продольных вентиляционных канала, ведущих к противоположным концам 14 сосуда 10'. В еще одном варианте осуществления одиночный продольный вентиляционный канал продолжается от одного утолщения к противоположному утолщению. Одно из преимуществ использования множества отдельных продольных вентиляционных каналов, а не более широкого вентиляционного слоя состоит в том, что указанные полосы требуют меньше материала и не требует внесения изменений в процесс намотки композитных материалов на внутреннюю облицовку 20.
Хотя настоящее изобретение было описано со ссылкой на несколько вариантов осуществления, специалистам в данной области техники следует понимать, что могут быть выполнены различные изменения по форме и содержанию в пределах сущности и объема изобретения. Кроме того, любой признак, раскрытый применительно к одному варианту осуществления, может быть включен в другой вариант осуществления и наоборот.