[发明专利]丝绕制压力容器改进的管口

说明书

本申请是1992年1月10提交的序号为№.818,619的美国专利申请的部分后续。

本发明是一种改进的管口，该管口用于增强圆形高压容器的丝绕制外壳和非金属内衬间的结构连接。

在许多情况下，对于一个压力容器而言，轻质的结构和高的抗碎裂及腐蚀损坏性能是非常希望具有的特性。多年来，这些设计标准已通过高压复合容器的发展得以满足，所述复合容器是由绕制的玻璃纤维丝或各种合成纤维丝的叠层制成的，这些纤维丝由热凝环氧树脂粘结在一起。一合成橡胶的或其它非金属的弹性衬体或内胆悬置于丝绕制壳体中，以密封该容器并防止内部的流体接触复合材料。

丝绕制容器通常制成球形或具有大致球形的端部的柱形，以便用于高压操作。一个管口用于在外壳的增压口(pressurizationports)可靠地连接内衬和外面的复合壳体，以防止流体从内衬和外壳之间渗出。在许多应用领域，如在航天工业中，复合压力容器需要蓄封极高压力，其工作压力为25,000p.s.i.(磅/英寸²)，设计爆炸值(burst values)则在50,000p.s.i.范围内。结果，由于内部压力增大，管口、内衬和外壳的界面要承受极大的结构性载荷。

尤其是，由于容器内的压力增大，管口和复合外壳之间会产生支撑应力，它导致整个外壳上具有陡峭的应力梯度，内部应力大大高于外表面的应力。由于在内部增压期间非均匀载荷引起的相对位移不连续，在管口和内衬之间剪应力加大。此外，管口上径向延伸的支撑部件承受到不能接受程度的弯曲应力，这会导致管口的碎裂。

进一步，在容器增压期间，内衬和外壳保持与管口的稳固配合是危险的，尽管内衬和外壳上承受着反向的负载。本发明是通过在所述特性的丝绕制压力容器的管口中形成一独特的结构，来着意克服上述的负载和密封问题。

因此，本发明的一个目的是要提供一种新型的和改进的管口，用于增强高压容器的圆形部分中的丝绕制增强外壳和非金属内衬之间的结构连接。

在本发明的一种形式的例证性实施例中，一个管口位于压力容器的球形部分的一个开口中，该压力容器具有一个丝绕制外壳和一个非金属内衬。此管口具有一个从容器内部向外伸出的管状颈和一个环形支撑缘，该环形支撑缘从所述颈内端径向延伸，并在开口附近支撑外壳和内衬的界面的周边。一个偏移安装缘从该环形支撑缘径向延伸，并具有一个环形锁槽，此锁槽与内衬上的一个互补凸棱啮合。

在所公开的本发明的实施例中，锁槽设置在安装缘的两个轴向相对偏移表面的每一个上。在安装缘外表面中的锁槽向外开口，而安装缘内表面中的锁槽向内开口，每个锁槽具有一个介于一对相互倾斜的侧壁间的底壁，以便保持与内衬的可靠啮合。安装缘的偏移特性减小了危险性，这种危险性是指内衬脱离与管口的啮合并引起外壳和内衬间的泄漏。

为减小容器内部增压期间管口和内衬之间的剪应力，一个非金属的剪应力减缓垫片置于环形支撑缘的外表面和外壳的内表面之间，该内插垫片可由任何塑料、合成橡胶或其它非金属材料制成，并可采用模制工艺制造或由薄片坯材切制而成。

管口的独特结构也减小了增压损坏。在一优选形式中，环形支撑缘具有一个足以防止容器增压时对外壳造成损坏的直径，并且它足够厚，以避免在支撑缘和安装缘中的弯曲应力达到不能接受的程度。管口可由铝、钢、镍、钛或其它金属的合金制成。

在本发明的另一形式中，内衬由吹模的高密度聚乙烯(或HDPE)制成。一个轴对称的连接部件邻近增压口固定到管口上，以提供安装内衬的位置。连接部件最好由注模的HDPE制造，当它固化后，便收缩成与管口相符合，并因此固定地模压到管口上。内衬可直接焊到连接部件上，如通过塑性模压。一个刻有螺纹的止动螺母通过管口的颈旋进，而将连接部件锁定到位。

本发明的其它目的、特性和优点，将从结合附图进行的以下的详细说明中变得清楚明了。

本发明被认为是新的特征如下所述：

一种用于压力容器的管口，所述压力容器具有一个丝绕制外壳和一个非金属的内衬，该管口包括：

一个通过外壳中的一个开口向外伸出的管状颈；

一个在容器内从颈的一端径向延伸的环形支撑缘，该环形支撑缘具有一个用于增强外壳中的开口的周边的外表面；和

一个位于环形缘中的锁槽，该锁槽与内衬上的一个互补凸棱啮合。

一种用于压力容器的管口，所述压力容器具有一个丝绕制外壳和一个非金属内衬，该管口包括：

一个通过外壳中的一个开口向外伸出的管状颈；