ES2843505T3 - Reborde mejorado para contenedor de material compuesto - Google Patents

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Abstract

Un contenedor a presión de material compuesto para fluidos que comprende un reborde (1), en donde el reborde (1) comprende una abertura en donde se ajusta un acoplamiento o miembro (5) de válvula, en donde el contenedor a presión comprende una capa (4) interior de revestimiento hermético a los fluidos y una capa (3) de soporte de presión formada mediante enrollado de refuerzo de fibra sobre la capa de revestimiento, así como una abertura central en un extremo para ser proporcionada con el reborde (1), en donde el reborde (1) comprende medios (24, 25, 26) de montaje adaptados para recibir el acoplamiento o miembro (5) de válvula, en donde el acoplamiento o miembro de válvula comprende al menos una junta (51) tórica para acoplarse con los medios de montaje, caracterizado porque el reborde o el acoplamiento o miembro (5) de válvula comprende además medios (41, 42, 44) de despresurización dispuestos para transportar fluido a partir de un vacío (40) dispuesto axialmente afuera de la al menos una junta (51) tórica y hacia afuera del reborde (1), y porque el reborde (1) comprende un miembro (2) incorporado totalmente incorporado hacia adentro del contenedor a presión y en una parte interior de la abertura, y porque el reborde comprende un labio (23) dispuesto entre el miembro (2) incorporado y el acoplamiento o miembro (5) de válvula.

Description

DESCRIPCIÓN
Reborde mejorado para contenedor de material compuesto
La presente invención se refiere a un contenedor a presión de material compuesto con un reborde mejorado. Especialmente, la presente invención se refiere a un reborde adaptado para impedir la presión interna acumulada.
Antecedentes
Esta invención se refiere a un reborde mejorado para un contenedor a presión de material compuesto para fluidos, en donde el contenedor comprende una capa interior de revestimiento termoplástico hermético a fluidos y una capa de soporte de presión formada mediante enrollado de refuerzo de fibra sobre la capa de revestimiento, así como al menos una abertura central en al menos un extremo, para el suministro de un reborde para montar un acoplamiento o un miembro de válvula.
Técnica Anterior
En la patente Noruega número 312048 se divulga un reborde para contenedores a presión de material compuesto. En las patentes Noruegas números 306226 y 309667 se divulgan contenedores a presión de material compuesto.
Los documentos US5,429,845 y US2008/0251520 divulgan recipientes a presión con rebordes.
El documento WO2010/091062 divulga un respiradero longitudinal del recipiente a presión. El respiradero está dispuesto entre el revestimiento y la carcasa de material compuesto y se extiende a partir de una porción cilíndrica del recipiente a presión hasta el reborde. El respiradero proporciona ventilación de fluido/gas a partir de entre el revestimiento y la carcasa de material compuesto.
El documento WO2011/098703, publicado después de la fecha de prioridad de la presente invención, tiene por objetivo resolver el mismo problema que el documento WO2010/091062 y proporciona una brecha entre el revestimiento y la carcasa externa y un medio para recolectar el fluido a partir de la brecha y evacuar el fluido de la zona de recolección.
Los contenedores a presión similares a estos están sujetos a numerosos y variados tipos de tensiones y fuerzas. Principalmente, esto se refiere a la sobrepresión interior la cual puede ocurrir cuando se llena el contenedor con fluidos. La presión interior influirá en el reborde con una fuerza dirigida axialmente hacia afuera la cual puede ser considerable. Además, la construcción del reborde puede ser influenciada por una fuerza dirigida axialmente hacia adentro, por ejemplo, cuando una válvula o miembro de acoplamiento está montada en el reborde, y posiblemente por tensión no intencionada causada por impactos o golpes. Es importante que la construcción y el montaje/fijación del reborde también sea capaz de resistir a dichas fuerzas. Lo mismo es válido para las fuerzas de torsión la cuales pueden ocurrir cuando, por ejemplo, el miembro de válvula está montado en el reborde, el cual se forma normalmente con roscas y se atornilla en el reborde. Las fuerzas de torsión concernientes a este respecto también podrían ocurrir cuando el refuerzo de fibra se enrolla en el revestimiento interior. Es especialmente importante que el reborde proporcione un sellado seguro y duradero contra las partes adyacentes del contenedor a presión. El sellado debe ser tal que las fuerzas anteriormente mencionadas no dañen el efecto de sellado.
La patente Noruega número 312048, mencionada anteriormente, divulga un reborde adecuado para su uso en el presente tipo de contenedores a presión.
Los contenedores a presión de material compuesto pueden contener diferentes fluidos tales como propano y butano, para uso doméstico, a menudo con una presión máxima relativamente baja de aproximadamente 35 bares. Los contenedores también pueden contener fluidos tales como CNG, hidrógeno y otros tipos de gases industriales que a menudo requieren una presión máxima superior de aproximadamente 200 bares. Los contenedores a presión de material compuesto pueden adaptarse para resistir presiones en grandes intervalos. Dependiendo de la temperatura externa, la presión dentro del contenedor puede ser a partir de abajo de la presión atmosférica y hasta 2000 bares. Dependiendo del fluido que se contenga en los contenedores a presión, normalmente se construirán para resistir presiones dentro de intervalos seleccionados, ejemplos de dichos intervalos podrían ser, pero no se limitan a 0-20 bares, 4-260 bares, 1-1500 bares, etc.
Objetivos de la invención
Es un objeto de la presente invención proporcionar un reborde adecuado para su uso en contenedores a presión de material compuesto que contienen fluidos no solo de presiones relativamente bajas, sino el cual también se puede utilizar en contenedores a presión que contienen fluidos de presiones más altas, y cuyo reborde no es costoso de producir.
Las diferencias de presión, temperatura o concentración sobre los materiales de los rebordes pueden provocar la penetración de fluido a través de los materiales. Esto es especialmente relevante en relación con sellantes tales como juntas tóricas y superficies de sellado.
Si un reborde comprende una junta tórica ambiental, o un sellado hermético al gas, tal como una conexión roscada hermética al gas u otro tipo de conexión anterior (axialmente afuera de), la presión de sellado principal interior puede acumularse dentro del reborde en medio del sellado principal y el sellado hermético al gas adicional. La acumulación de presión interna dentro del reborde puede influir en la seguridad y el buen funcionamiento del reborde.
Otro objeto de la presente invención es, por lo tanto, asegurar que cualquier fluido bajo presión que pueda penetrar a través del sellado o los materiales de las superficies de sellado de un reborde sea inhibido de acumular presión dentro del reborde. De manera equivalente, cualquier fuga, incluida la fuga inducida por calor, se inhibe de resultar en presión acumulada dentro del reborde.
Un objeto adicional de la presente invención es proporcionar un reborde con una larga durabilidad también a altas presiones, permitiendo así que el contenedor sea reutilizado diversas veces y reducir los costes.
Para obtener estos y otros objetivos, la presente invención proporciona un contenedor a presión de material compuesto para fluidos que comprende un reborde, en donde el reborde comprende una abertura en donde se ajusta un acoplamiento o miembro de válvula, en donde el contenedor a presión comprende una capa interior de revestimiento hermético a fluidos y un capa de soporte de presión formada mediante enrollado de refuerzo de fibra sobre la capa de revestimiento, así como una abertura central en un extremo que se proporcionará con el reborde,
en donde el reborde comprende medios de montaje adaptados para recibir el acoplamiento o miembro de válvula,
en donde el acoplamiento o miembro de válvula comprende al menos una junta tórica para acoplarse con el medio de montaje,
caracterizado porque el reborde o el acoplamiento o miembro de válvula comprende además medios de despresurización dispuestos para transportar fluido a partir de un vacío dispuesto axialmente afuera de la al menos una junta tórica y afuera del reborde, y
en donde el reborde comprende un miembro incorporado totalmente incorporado hacia adentro del contenedor a presión y en una parte interior de la abertura, y en donde el reborde comprende un labio dispuesto entre el miembro incorporado y el acoplamiento o miembro de válvula.
En un aspecto de la invención, el reborde comprende además una junta tórica ambiental dispuesta axialmente afuera del vacío. Es preferible colocar la junta tórica ambiental cerca del extremo axialmente exterior de los medios de montaje para impedir influencias ambientales en la conexión entre el reborde y el acoplamiento o miembro de válvula.
En una realización, los medios de despresurización comprenden un paso de fluido dispuesto dentro del acoplamiento o miembro de válvula.
En otra realización, el reborde comprende medios de montaje que comprenden roscas y los medios de despresurización comprenden una ranura o paso de fluido en las roscas.
En aún otra realización del reborde de acuerdo con la presente invención, los medios de despresurización comprenden un canal de despresurización a través del reborde, en un aspecto el canal de despresurización comprende una salida dispuesta en la pared interna de la capa de soporte de presión.
En una realización, el reborde comprende una brida de conexión para conectarse a la capa de revestimiento, y una parte de cuello colocada axialmente afuera de la brida de conexión, y en donde el refuerzo de fibra del contenedor a presión está enrollado contra la parte de cuello.
Breve descripción de los dibujos
La invención se describirá ahora con referencia a los ejemplos los cuales se muestran en las figuras, en donde:
La Figura 1 ilustra una sección transversal de una primera realización de un reborde que incluye liberación de presión interna.
La Figura 2 ilustra una sección transversal de una segunda realización de un reborde que incluye liberación de presión interna.
La Figura 3 ilustra una sección transversal de una tercera realización de un reborde que incluye liberación de presión interna.
Descripción principal de la invención
Las Figuras 1,2 y 3 ilustran tres realizaciones alternativas de otro aspecto de la presente invención. Todas las figuras muestran un reborde 1 en un contenedor a presión, en donde el reborde comprende una abertura, un acoplamiento o miembro 5 de válvula se ajusta en la abertura. El reborde 1 está soldado, pegado, fundido, moldeado, o fijado de otra manera a una capa 4 interior de revestimiento en el contenedor a presión de material compuesto con una brida 11 de conexión. La brida de conexión se fija a la capa 4 de revestimiento a través de una superficie 14 inclinada. Como se mencionó anteriormente, la fijación se puede realizar de una manera conocida mediante soldadura, mediante diferentes técnicas de pegado, o mediante otras técnicas, dependiendo de los materiales utilizados. De manera alternativa, a la solución que se muestra, el reborde es una parte integrada de la capa de revestimiento o la capa de revestimiento se puede fundir junto con la brida de conexión para formar una superficie continua hacia la abertura, o el revestimiento forma una brida integrada donde se conecta el reborde al exterior de la brida del revestimiento integrada posiblemente a través de roscas en el exterior de esta. En la parte superior de la brida de conexión y la capa de revestimiento, se enrolla una capa 3 reforzada con fibras de una manera conocida per se. La capa reforzada con fibras funciona, así como una capa de soporte de presión, tanto para el reborde 1 como para la capa 4 de revestimiento. Además, puede disponerse una carcasa 6 protectora, como se ilustra, en el exterior del contenedor.
El reborde comprende una parte 12 de cuello la cual se coloca axialmente afuera de la brida de conexión y el contenedor a presión. El refuerzo de fibra se enrolla contra la parte de cuello, lo cual proporciona un buen control del enrollado de refuerzo de fibra e impide que el refuerzo de fibra cubra la abertura.
El reborde comprende además un miembro 2 incorporado. El miembro 2 incorporado está hecho a partir de un material con al menos suficiente consistencia estructural para permitir la conexión y desconexión repetida del acoplamiento o miembro 5 de válvula. El material para el miembro 2 incorporado puede ser diferente de o igual al material del resto del reborde 1 en el cual está incorporado el miembro 3 incorporado. El miembro incorporado comprende una abertura la cual está ajustada con medios 24, 25 de montaje para montar el acoplamiento o el miembro 5 de válvula. La abertura en el reborde puede comprender además medios 26 de montaje. A partir de una visión económica de producción, se prefiere el metal; sin embargo, el miembro 2 incorporado también puede estar formado de otros materiales, posiblemente materiales plásticos, por ejemplo, plástico reforzado con fibra.
Excepto por los medios 24, 25 de montaje, el miembro incorporado está sustancialmente fundido incorporado a través de moldeo por inyección en el material restante que constituye el reborde. El miembro 2 incorporado está formado preferiblemente con una brida 21 inferior, la cual se extiende radialmente adentro de la brida 11 de conexión. De esta manera, el refuerzo de fibra que soporta la presión también cubrirá la parte exterior de la brida inferior del miembro incorporado y, por tanto, impide el movimiento en una dirección axial.
Los medios 24, 25, 26 de montaje, consisten en una parte 24 roscada, la cual está formada para recibir el acoplamiento o miembro 5 de válvula, y las superficies 25, 26 de soporte.
Solo la superficie exterior del acoplamiento o miembro 5 de válvula se ilustra en detalle en las figuras, ya que la invención que se ilustra en las Figuras 1, 2 y 3 se refiere a la conexión entre el acoplamiento o miembro 5 de válvula y el reborde 1 y no a la configuración interna del acoplamiento o miembro de válvula como tal.
La realización ilustrada del reborde comprende además un labio 23 formado a partir del material del reborde, el cual tras el montaje del acoplamiento o miembro 5 de válvula se posiciona entre el miembro de válvula y el miembro 2 incorporado en el extremo del reborde axialmente opuesto al cuello 12, y dispuesto adentro del contenedor a presión. La superficie del labio orientada hacia la abertura forma las superficies de sellado en el extremo interior de la abertura, ya que el material del reborde incorpora el miembro incorporado en la parte interior de la abertura. El miembro de válvula está ajustado con una o dos juntas 51, 51' tóricas para mejorar aún más el sellado entre la superficie exterior del acoplamiento o miembro de válvula y el reborde. Aunque la invención se ilustra aquí empleando una junta tórica en la Figura 1 y dos juntas 51, 51' tóricas en las Figuras 2 y 3, se puede emplear igualmente una configuración con una sola junta 51 tórica en las realizaciones ilustradas en las Figuras 2 y 3 y dos juntas tóricas pueden ser empleadas con la realización ilustrada en la Figura 1, ya que todas estas realizaciones se beneficiarán a partir de la presente invención. El contenido bajo presión dentro del contenedor dará como resultado una presión dirigida a partir de adentro del contenedor hacia el reborde 1. Dicha presión da como resultado fuerzas contra la parte interior del reborde presionando la parte del reborde que comprende el labio 23 hacia las juntas 51, 51' tóricas mejorando así los efectos de sellado de las juntas tóricas.
El reborde y la capa de revestimiento se producen de una manera conocida en un material polimérico, preferiblemente mediante fundición por pulverización y soplado en molde, respectivamente; sin embargo, también se pueden contemplar otros materiales o métodos de producción.
La brida de conexión se fija a la capa 4 de revestimiento a través de una superficie 14 inclinada. Como se mencionó anteriormente, la fijación se puede realizar de una manera conocida mediante soldadura, mediante diferentes técnicas de pegado, o mediante otras técnicas, dependiendo de los materiales utilizados. De manera alternativa, para la solución que se muestra, el reborde es una parte integrada de la capa de revestimiento montada durante el proceso de moldeo por soplado del revestimiento o atornillado posterior o la capa de revestimiento puede fundirse junto con la brida de conexión para formar una superficie continua hacia la abertura.
Para impedir el movimiento del miembro 2 incorporado causado por torsión, así como por fuerzas dirigidas hacia adentro, por ejemplo, cuando se fija una válvula, el miembro 2 puede estar formado con órganos de agarre los cuales impiden el movimiento rotacional del miembro 2 incorporado con respecto al contenedor a presión. Estos órganos de agarre se pueden formar como agujeros, recesos o ranuras en el miembro incorporado.
El acoplamiento o miembro 5 de válvula puede comprender una junta 7 tórica ambiental o una parte de protección similar dispuesta cerca del cuello 12 del reborde. El propósito de la junta 7 tórica ambiental es sellar la entrada exterior a la conexión entre los medios 24, 25 y 26 de montaje y el acoplamiento o miembro 5 de válvula. La junta 7 tórica ambiental limita la posibilidad de que, entre humedad, suciedad o polvo en el reborde, sin embargo, la junta 7 tórica ambiental opcional es principalmente una protección contra el ambiente dentro del cual se coloca el contenedor y no una junta tórica que sella contra la presión interna dentro del contenedor.
Las Figuras 1, 2 y 3 ilustran soluciones alternativas con respecto al problema de impedir la presión acumulada en el reborde. El problema que debe resolverse es que el sellado obtenido por una o más juntas 51, 51' tóricas puede estar sujeto a penetración. La penetración también puede tener lugar a través de otras partes del reborde, dependiendo parcialmente de los materiales seleccionados para formar el reborde. Los materiales plásticos en general están más expuestos a la penetración que los metales. Si se permite que continúe la penetración, la presión de fluido puede acumularse dentro del reborde, lo cual nuevamente influirá en la seguridad y confiabilidad del reborde.
La Figura 1 ilustra una primera realización de un reborde 1 y un acoplamiento o válvula 5 de acuerdo con este aspecto de la presente invención. En esta realización, el acoplamiento o miembro 5 de válvula comprende un canal 41 de despresurización que dirige cualquier fluido penetrado a partir de un vacío 40 en el paso entre el reborde 1 y el acoplamiento o miembro 5 de válvula dispuesto axialmente afuera de la junta 51 tórica. El canal 41 de despresurización preferiblemente se comunica con una salida del acoplamiento o miembro 5 de válvula normalmente utilizado para transferir el fluido a partir del contenedor a un lugar de utilización.
La Figura 2 ilustra una segunda realización alternativa de este aspecto de la presente invención. Aquí, el vacío 40 se pone en comunicación fluida con el entorno externo a través de una ranura 42 o similar en el área 24 roscada. La ranura puede ser proporcionada por el diseño de interfaz de rosca seleccionado, ya que la rosca en el reborde y en el acoplamiento o miembro de válvula se puede seleccionar de modo que proporcione un paso de fluido a lo largo de la rosca cuando el acoplamiento o miembro de válvula se atornillen sobre el reborde. Si el acoplamiento o miembro 5 de válvula comprende la junta 7 tórica ambiental opcional, la junta tórica 7 tiene capacidades de sellado a presión limitadas o nulas, de modo que no se puede acumular presión adentro de la junta tórica sino que se libera al entorno a través de abertura 43.
La Figura 3 ilustra una tercera realización alternativa de este aspecto de la presente invención. Aquí el vacío 40 se pone en comunicación fluida con el entorno externo a través de un canal 44 de despresurización a través del reborde 1. El canal de despresurización puede estar dispuesto en el miembro 2 incorporado como se ilustra o a través de cualquier otra parte del reborde. La salida 45 de los canales de despresurización está dispuesta en la pared interna de la capa 3 de refuerzo. La capa de refuerzo no es a prueba de fluidos y, por lo tanto, cualquier fluido pasará a través de la capa 3 de refuerzo y se liberará al entorno. La capa 3 de refuerzo protegerá el canal 44 de despresurización y el reborde del polvo o influencias ambientales similares.
La(s)junta(s)tórica(s) empleada(s) puede(n) adaptarse en tamaño y material a la presión y los compuestos que forman el contenido del contenedor.
La producción de cualquiera de las realizaciones del reborde se puede realizar utilizando métodos bien conocidos disponibles comercialmente.

Claims (6)

REIVINDICACIONES
1. Un contenedor a presión de material compuesto para fluidos que comprende un reborde (1), en donde el reborde (1) comprende una abertura en donde se ajusta un acoplamiento o miembro (5) de válvula, en donde el contenedor a presión comprende una capa (4) interior de revestimiento hermético a los fluidos y una capa (3) de soporte de presión formada mediante enrollado de refuerzo de fibra sobre la capa de revestimiento, así como una abertura central en un extremo para ser proporcionada con el reborde (1),
en donde el reborde (1) comprende medios (24, 25, 26) de montaje adaptados para recibir el acoplamiento o miembro (5) de válvula,
en donde el acoplamiento o miembro de válvula comprende al menos una junta (51) tórica para acoplarse con los medios de montaje,
caracterizado porque el reborde o el acoplamiento o miembro (5) de válvula comprende además medios (41, 42, 44) de despresurización dispuestos para transportar fluido a partir de un vacío (40) dispuesto axialmente afuera de la al menos una junta (51) tórica y hacia afuera del reborde (1), y
porque el reborde (1) comprende un miembro (2) incorporado totalmente incorporado hacia adentro del contenedor a presión y en una parte interior de la abertura, y porque el reborde comprende un labio (23) dispuesto entre el miembro (2) incorporado y el acoplamiento o miembro (5) de válvula.
2. Un contenedor a presión de material compuesto de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el reborde (1) comprende además una junta (7) tórica ambiental dispuesta axialmente afuera del vacío (40).
3. Un contenedor a presión de material compuesto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde los medios de despresurización comprenden un paso (41) de fluido dentro del acoplamiento o miembro (5) de válvula.
4. Un contenedor a presión de material compuesto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en donde los medios de montaje comprenden roscas (24) y los medios de despresurización comprenden una ranura o paso (42) de fluido en las roscas.
5. Un contenedor a presión de material compuesto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en donde los medios de despresurización comprenden un canal (44) de despresurización a través del reborde (1).
6. Un contenedor a presión de material compuesto de acuerdo con la reivindicación 5, en donde el canal (44) de despresurización comprende una salida dispuesta en la pared interna de la capa (3) de soporte de presión.
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