ES2208820T3 - Recipiente de presion de material compuesto con un revestimiento de plastico para el almacenamiento de fluidos gaseosos presurizados. - Google Patents
Recipiente de presion de material compuesto con un revestimiento de plastico para el almacenamiento de fluidos gaseosos presurizados.Info
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Abstract
LA INVENCION SE REFIERE A UN RECIPIENTE DE MATERIAL COMPUESTO PARA EL ALMACENAMIENTO DE GASES A PRESION. EL RECIPIENTE ESTA PROVISTO DE UN REVESTIMIENTO DE PLASTICO Y DOS PIEZAS UBICADAS EN LA ZONA DEL CUELLO, ADEMAS DE FIBRAS DE MATERIAL COMPUESTO ARROLLADAS PARA REFORZAR EL REVESTIMIENTO. AL MENOS UNA DE LAS DOS PIEZAS DEL CUELLO PERMITE ALOJAR UNA VALVULA ENROSCABLE PROVISTA DE ROSCA CILINDRICA. DE CONFORMIDAD CON LA INVENCION, EL REVESTIMIENTO (2) CUBRE TODA LA PARTE INFERIOR (7) DEL CUELLO (6) DE LA PIEZA (4, 5, 25), Y EL CUELLO (6) PRESENTA AL MENOS DOS ORIFICIOS SIMETRICOS (8) DISPUESTOS AXIALMENTE A LO LARGO DE SU PERIMETRO. EL REVESTIMIENTO (2) PENETRA EN DICHOS ORIFICIOS A MODO DE PIVOTE. LA CARA INTERIOR DE LA ZONA CILINDRICA (14) DE LA PIEZA (4, 5, 25) PRESENTA AL MENOS UNA RANURA ANULAR (9,10) QUE ESTABLECE LA UNION CON EL REVESTIMIENTO. LA PIEZA (4, 25), QUE SIRVE PARA ALOJAR UNA VALVULA (20), PRESENTA UNA SECCION CILINDRICA (14) EN CUYO INTERIOR SE ENCUENTRA EL EXTREMO (13) DEL REVESTIMIENTO (2). GRACIAS AL ANILLO DE APRIETE (15), ESTE EXTREMO (13) ENTRA A PRESION EN LA PARTE INTERIOR DE LA PIEZA (4, 25).
Description
Recipiente de presión de material compuesto con
un revestimiento de plástico para el almacenamiento de fluidos
gaseosos presurizados.
El invento se refiere a un recipiente de presión
de material compuesto para el almacenamiento de medios en forma de
gas con un revestimiento de plástico según el preámbulo de la
reivindicación principal.
Por el documento US-PS 3,508,677
es conocido un recipiente de presión de material compuesto para el
almacenamiento de medios en forma de gas bajo presión. Este
recipiente de presión presenta un revestimiento de plástico que
está reforzado con un material compuesto fibroso. La zona del cuello
está provista en cada caso con una abertura, en la que está
dispuesta la pieza de cuello que cierra la abertura y/o la hace
estanca. La pieza de cuello está configurada de modo que puede
alojar una válvula atornillable con un roscado cilíndrico. Para el
anclaje de la pieza de cuello con el recipiente, ésta presenta en
la zona extrema vuelta hacia el recipiente un collar tipo tronco de
cono que discurre liso. El collar está rodeado por elementos del
revestimiento y/o del arrollamiento de refuerzo. Desde el lado
interior se extiende en la pieza de cuello una escotadura que
circunda el eje centra como eje de simetría, que en el caso de la
pieza de cuello de la válvula pasa al taladro de la zona de
atornillado de la válvula. Es desventajoso en esta construcción que
el collar esté configurado de canto muy vivo y se originen de este
modo en las esquinas altas puntas de tensión, que con la
correspondiente carga térmica y/o mecánica puedan conducir a
inestanqueidades. Además, la sujeción de las piezas de cuello de
metal al material de revestimiento, que está prevista químicamente
en forma de un pegamento de componentes, es insuficiente. En este
tipo de sujeción debe contarse, tanto en cambios de carga térmicos
como mecánicos, con una rápida separación de las piezas de cuello
del revestimiento de polímero, lo que conduce a unas cuotas
aumentadas de infiltración o derrame y a un seguro contra torsión
insuficiente de la pieza de cuello. Aquí debe considerarse que
según medición el par de giro de válvula a aplicar se halla en
algunos cientos de Nm.
Una construcción algo distinta de la pieza de
cuello la forma el documento que forma género EP 0 550 951 A1. Aquí
el collar está cuidadosamente redondeado y también los pasos al
cuerpo de la pieza del cuello. Para que el revestimiento sea
ampliamente unible en unión positiva de forma con la pieza de
cuello, ésta prevista en la zona del collar, al menos en el lado
inferior pero generalmente también en el lado superior, al menos
una escotadura de forma anular. Esto encarece la fabricación de la
pieza de cuello y dificulta el montaje. En otra forma de
realización (figura 3) está previsto en un lado interior de la pieza
de cuello un inserto tipo tulipán que enclava en la escotadura del
collar, que se tensa desde arriba por un anillo de apriete
atornillable. Por esta construcción se mejora ciertamente la
estanqueidad en la zona del cuello, pero esta es muy costosa y
requiere una pluralidad de piezas individuales que deben fabricarse
por separado. El punto débil de la construcción sigue siendo sin
embargo la insuficiente sujeción del revestimiento en el inserto
tipo tulipán.
La misión del invento es exponer un recipiente de
presión de material compuesto del género expuesto para el
almacenamiento de medios en forma de gas bajo presión con un
revestimiento de plástico, que en una sujeción sencilla y a bajo
costo de la pieza de cuello fabricada de forma independiente de
metal o plástico, presente en la bóveda del recipiente de plástico
una estanqueidad impermeable al gas durante largo tiempo, incluso
bajo una carga mecánica y térmica combinada de forma cambiante, y
la bóveda de recipiente que aloja la válvula puede absorber sin
perjuicio el par de giro prescrito.
Esta misión se soluciona con los atributos
expuestos en la parte característica de la reivindicación 1.
Perfeccionamientos ventajosos son parte componente de las
reivindicaciones subordinadas.
A diferencia con el estado de la técnica conocido
el anclaje entre el revestimiento y la pieza de cuello está
mejorado. Para esto el collar presenta al menos dos taladros
simétricos distribuidos sobre la periferia. Para la zona de
estanqueidad crítica en la parte cilíndrica de la pieza de cuello,
la disposición está prevista con al menos una ranura de forma
anular situada en el lado interior, en la que encaja en unión
positiva de forma el revestimiento. Para conseguir un efecto
comparable al de una junta laberíntica, en la pieza de cuello
prevista para el alojamiento de la válvula están previstas dos
ranuras de forma anular, situadas distanciadas axialmente una de
otra. Además, en la pieza de cuello prevista para el alojamiento de
la válvula se presiona por medio de un anillo de apriete, en sí
conocido, atornillable en la pieza de cuello, una zona extrema del
revestimiento que se extiende bajo presión en el tramo cilíndrico de
la pieza de cuello. Esto tiene la ventaja de que la zona crítica
extrema del revestimiento no sólo ajusta bajo tensión con alta
presión interior, sino también con baja presión interior. Para que
este efecto sea lo más eficaz posible, el anillo de apriete
presenta en la forma conocida una zona tipo tronco de cono sin
rosca, que presenta un bisel dispuesto en la forma correspondiente
en el lado interior del revestimiento. Por el giro hacia dentro a
más o menos profundidad del anillo de apriete puede producirse un
pretensado deseado para la zona extrema del revestimiento, y
oponerse así a dilataciones o contracciones térmicas. Para poder
girar de forma sencilla el anillo de apriete, éste presenta en la
forma conocida un hexágono interior, de modo que pueden aplicarse
pares de giro definidos y efectuarse después de la presión de
flanco requerida del anillo de apriete. El estancamiento
impermeable al gas en el lado opuesto de la válvula puede
conseguirse de forma que se pueda cerrar el revestimiento en esta
zona.
Para la reducción de la longitud constructiva del
recipiente de presión se propone como perfeccionamiento dejar que
se extienda hacia dentro en el recipiente la zona cilíndrica de la
pieza de cuello, junto con las ranuras de forma anular, cerrando
entonces por completo el revestimiento esta zona interior.
Una zona crítica del recipiente de presión de
material compuesto hasta ahora conocido la representa la zona de
transición del revestimiento entre la cubierta cilíndrica y la zona
del cuello. Una mejora considerable se consigue cuando, como de ha
propuesto, esta zona se configura iso-tensoídica.
Aquí el curso curvado continuamente corresponde a la aproximación a
una línea poligonal compuesta de muchos tramos individuales. Una
ventaja de la configuración propuesta de esta zona de transición es
que para el recipiente de presión de material reforzado con fibras
resulta en total bajo carga un estado de tensión óptimo en el paso
de la parte cilíndrica del recipiente a la pieza metálica de
cierre, con al mismo tiempo una cantidad mínima de utilización de
material compuesto fibroso de refuerzo y una presión de material de
reventón máxima.
El estancamiento en la zona del anillo de apriete
puede todavía mejorarse de forma que se prevea en la superficie de
contacto entre el anillo de apriete y el revestimiento un medio de
estanqueidad altamente elástico. Este se aplica de forma y manera
que se asegure especialmente que sea estanca la zona de transición
entre el tramo tipo tronco de cono y el tramo roscado del anillo de
apriete.
En el dibujo se explica más de cerca el
recipiente de presión de material compuesto según el invento con la
ayuda de dos ejemplos de realización.
Se muestra:
La fig. 1 un corte longitudinal en el lado medio
de la zona de cuello que aloja la válvula de un recipiente de
material compuesto según el invento.
La fig. 2 en el mismo corte longitudinal del lado
medio como en la fig. 1, la zona opuesta del cuello.
La figura 3 como la figura 1, pero otra forma de
realización de la zona de cuello para tamaños de botella más
pequeños.
Las figuras 4a,b una sección transversal a escala
ampliada y una vista en planta desde arriba del anillo de
apriete.
En las figuras 1, 2 están representadas en un
corte longitudinal del lado medio las dos zonas de cuello de un
recipiente 1 de presión de material compuesto según el invento. El
recipiente consta de un revestimiento 2 de plástico fabricado por
formas sopladas o un procedimiento de rotación o un procedimiento
de moldeado térmico, que se refuerza por un arrollamiento 3 de
fibras arrolladas por fuera. A modo de ejemplo el arrollamiento
reforzante está compuesto de un material de refuerzo fibroso, por
ejemplo de plástico, aramida, vidrio, boro, fibras de
Al_{2}O_{3} o mezclas (hybridgame) de éstas, que están
incrustadas en una matriz de durómeros, por ejemplo resinas de
epóxido o fenol o en termoplásticos, por ejemplo PA12, PA6, PP,
etc. el material compuesto fibroso, que consta de las fibras antes
mencionadas y polímeros, se aplica tanto en la dirección axial como
en la tangencial del recipiente, es decir que el cuerpo de refuerzo
de fibras (FVK) o la alineación de los ejes longitudinales de fibra
presentan en el caso de arrollamiento axial en la parte cilíndrica
del recipiente un ángulo pequeño (0º a 60º) frente al eje del
recipiente. Con la ayuda del arrollado axial se arrollan también de
forma homogénea los remates polares del revestimiento 2 de
plástico. Antes, alternadamente o tras este arrollamiento de capas
polares se efectúa el depósito del FVK de forma exclusivamente
tangencial o en la dirección periférica de la parte cilíndrica del
recipiente, compuesta tanto de partes de arrollamiento axial como
angencial, sin embargo para las capas polares el arrollamiento se
efectúa sólo en dirección axial. Las partes gruesas de la pared de
arrollamiento tangencial y arrollamiento axial dependen del
diámetro exterior del revestimiento 2 de plástico, de la
resistencia del FVK, de los ángulos de arrollamiento, etc.
El recipiente 1 de presión de material compuesto
presenta aberturas en la zona del cuello, cada una de las cuales
está estanqueizada con una pieza 4, 5 de cuello. La pieza 5 de
cuello opuesta a la válvula muestra en la forma conocida un collar
6 configurado tipo tronco de cono, que está muy redondeado en la
zona de borde y cuya inclinación está ajustada al curso del
contorno del revestimiento 2. A diferencia del estado conocido de
la técnica, el revestimiento 2 se instala por completo en el lado
interior 7 del collar 6. El collar 6 presenta para el refuerzo del
anclaje taladros 8 que discurren axialmente, en los que encaja en
forma de muñones el revestimiento 2. Preferiblemente están dispuesto
cuatro taladros en total, dispuestos distribuidos simétricamente
sobre la periferia. El revestimiento 2 está cerrado en esta zona de
la pieza 5 de cuello, de modo que no se presenta ningún problema de
estanqueidad. Para reforzar el anclaje del revestimiento 2 con la
pieza 5 de cuello, la pieza 5 de cuello presenta en este ejemplo de
realización una ranura 9 en forma de anillo, en la que encaja en
unión positiva de forma el material de revestimiento.
Alternativamente puede haber también dos o más ranuras. La
escotadura 12 en la superficie frontal de la pieza 5 de cuello sirve
para el alojamiento de un medio de retención, por ejemplo una aguja
de bóveda. Esta se precisa en el arrollamiento del recipiente 1
para el alojamiento en el dispositivo de giro de la instalación de
arrollamiento.
En el lado de la válvula los elementos básicos
descritos del anclaje son los mismos. También aquí el collar 6 de
la pieza 4 de válvula presenta taladros 8 que discurren axialmente,
preferiblemente cuatro, distribuidos simétricamente por la
periferia. El anclaje adicional se efectúa del mismo modo por
ranuras 9, 10 de forma anular en la parte 14 sin rosca de la pieza
4 de cuello. En cambio la estanqueidad de la zona extrema 13 del
revestimiento 2 está formada de otro modo. Para garantizar un
apriete suficiente de la zona extrema 13 en la zona interior de la
parte 14 sin rosca de la pieza 4 de cuello en el sentido de una
estanqueidad suficiente, se presiona un anillo 15 de apriete sobre
la zona extrema 13 del revestimiento 2. El anillo 15 de apriete
presenta un tramo roscado 16 tipo tronco de cono sin rosca. El tramo
17 últimamente citado se corresponde con el biselado de la zona
extrema 13 del revestimiento 2. Para que el anillo 15 de apriete
pueda girarse, éste presenta un hexágono interior 18. Según sea
cada giro del anillo 15 de apriete puede aplicarse un pretensado
elegido sobre la zona extrema 13 del revestimiento 2. Esto significa
de nuevo que también la válvula 20 debe presentar igualmente un
roscado cilíndrico. Para estanqueizar la válvula 20 está dispuesta
una ranura anular 21 en la superficie frontal de la pieza 4 de
cuello, en la que se puede fijar una junta 22. La zona crítica de
transición 30 por las condiciones de tensión está configurada
iso-tensoídica desde la cubierta cilíndrica 11 a la
zona de cuello del revestimiento 2. El curso curvado representado
aquí continuo es una aproximación a una línea poligonal compuesta
de varios tramos. El cálculo de tal curso curvado se efectúa por
muchos pasos iterativos pequeños.
La figura 3 muestra una representación comparable
con la figura 1 de otra forma de realización de la conexión de
válvula, habiéndose elegido para partes iguales los mismos símbolos
de referencia.
A diferencia de la figura 1, la parte 23 sin
rosca de la pieza 25 de cuello se extiende hacia dentro en el
recipiente. Esto tiene la ventaja de que en correspondencia la
longitud del recipiente se hace en total más corta. En esta
disposición se requiere que el revestimiento 2 se conduzca alrededor
de la parte 23 sin rosca. Los elementos restantes son iguales que
en la figura 1, de modo que sobra una repetición de la
explicación.
En las figuras 4a,b está representado a escala
ampliada y en una vista en planta desde arriba el anillo 15 de
apriete que actúa conjuntamente con la zona extrema 13 del
revestimiento 2 (fig. 1). El hexágono interior 18 sirve para el
encaje de una llave hexagonal, de modo que el anillo 15 de apriete
pueda girarse en correspondencia. Para que el giro pueda efectuarse
con ajuste sensible, el tramo roscado 15 está provisto con rosca
fina. El diámetro del taladro 28 dispuesto bajo el hexágono 18 está
ajustado al taladro de la zona extrema 13 del revestimiento 2.
Claims (9)
1. Recipiente de presión de material compuesto
para el almacenamiento de medios en forma de gas bajo presión de
material con un revestimiento (2) de plástico y dos piezas (4, 5,
25) de cuello dispuestas en la zona del cuello, así como un
arrollamiento de material (3) compuesto fibroso que refuerza el
revestimiento (2), de las que al menos una pieza está configurada
para el alojamiento de una válvula (20) atornillable que muestra una
rosca cilíndrica y las dos piezas (4, 5, 25) de cuello, en la zona
extrema vuelta hacia el recipiente de presión de material, están
provistas con un collar (6) tipo tronco de cono que discurre plano,
cuyo borde está muy redondeado y cuya inclinación está ajustada al
curso del contorno del revestimiento (2) en la zona de transición
de la zona (14) cilíndrica de cubierta a la zona del cuello, y en la
zona del lado superior del collar (6) que limita con la pieza (4,
5, 25) de cuello se instala el arrollamiento reforzante (3), y en
la zona de borde del lado superior así como del lado inferior (7)
del collar (6) se instala el revestimiento (2), y en la pieza (4,
5, 25) de cuello está previsto un anillo (15) de apriete
atornillable en ella, que en la cubierta exterior presenta un tramo
roscado (16), con el que conecta un tramo (17) tipo tronco de cono
sin rosca, actuando conjuntamente el tramo (17) últimamente
mencionado con la zona extrema (13) de un elemento estanqueizante
que se extiende por el lado interior del recipiente de presión de
material, y esta zona extrema (13) se instala de este modo en el
lado interior de la pieza (4, 5, 25) de cuello,
caracterizado porque el revestimiento (2) se instala por toda
la zona del lado interior (7) del collar (6) de la pieza (4, 5, 25)
de cuello y el collar (6) presenta al menos dos taladros (8)
simétricos dispuestos distribuidos sobre la periferia y
discurriendo axialmente, en los que encaja el revestimiento (2) de
tipo muñón, y la zona cilíndrica (14) de la pieza (4, 5, 25) de
cuello presenta en el lado interior al menos una ranura (9, 10) de
forma anular, en la que encaja en unión positiva de forma el
revestimiento, y en la pieza (4, 5, 25) de cuello prevista para el
alojamiento de una válvula (20) por medio del anillo de apriete
(15), la zona extrema (13) del revestimiento (2) que se extiende en
el tramo cilíndrico (14) de la pieza (4, 25) de cuello se instala
bajo presión de material en la zona interior de la pieza (4, 25) de
cuello.
2. Recipiente de presión de material compuesto
según la reivindicación 1, caracterizado porque en el collar
(6) están previstos cuatro taladros (8).
3. Recipiente de presión de material compuesto
según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque en el
tramo cilíndrico (14) de la pieza (4) de cuello prevista para el
alojamiento de una válvula (20) están previstas dos ranuras (9, 10)
de forma anular situadas distanciadas axialmente una de otra.
4. Recipiente de presión de material compuesto
según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado
porque el tramo (17) tipo tronco de cono del anillo (15) de apriete
actúa conjuntamente con la zona extrema (13) del revestimiento (2)
que presenta un bisel correspondiente dispuesto en el lado interior
del revestimiento (2), y el lado exterior de esta zona extrema (13)
encaja en la ranura (10) vuelta hacia la válvula (20).
5. Recipiente de presión de material compuesto
según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado
porque en la pieza (4) de cuello prevista para el alojamiento de
una válvula (20), la zona cilíndrica (23) de la pieza (4) de cuello
se extiende dentro en el recipiente (1) y el revestimiento (2)
rodea por completo esta zona (23) en voladizo hacia dentro.
6. Recipiente de presión de material compuesto
según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado
porque el revestimiento (2) está cerrado en el lado opuesto a la
válvula (20).
7. Recipiente de presión de material compuesto
según una de las reivindicaciones 1-6,
caracterizado porque la zona (30) de transición del
revestimiento (2) está configurada de forma
iso-tensoídica por la cubierta cilíndrica (11), y
el curso curvado de forma continua corresponde a la aproximación de
una línea poligonal compuesta de muchos segmentos individuales.
8. Recipiente de presión de material compuesto
según una de las reivindicaciones 1-7,
caracterizado porque está previsto un medio de estanqueidad
entre la superficie exterior del tramo (17) tipo tronco de cono del
anillo (15) de apriete y la superficie interior de la zona extrema
(13) del revestimiento que presenta un bisel.
9. Recipiente de presión de material compuesto
según la reivindicación 8, caracterizado porque la zona
solicitada con un medio de estanqueidad se
extiende hasta el paso del tramo (17) tipo tronco de cono al tramo roscado exterior (16) del anillo (15) de apriete.
extiende hasta el paso del tramo (17) tipo tronco de cono al tramo roscado exterior (16) del anillo (15) de apriete.
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