СТРУКТУРА ТЕКСТИЛЬНОГО МАТЕРИАЛА, ПРЕДНАЗНАЧЕННОГО ДЛЯ МЯГКОГО ГЕРМЕТИЧНОГО КОНТЕЙНЕРА ДЛЯ ЖИДКОСТИ Российский патент 2006 года по МПК B63B35/28 

Область применения изобретения

Данное изобретение относится к мягкому герметичному контейнеру для жидкости (иногда называемому в дальнейшем "МГКЖ"), предназначенному для транспортировки и хранения большого объема жидкости, в частности жидкости, плотность которой меньше плотности соленой воды, в особенности пресной воды, а также к способу изготовления этого контейнера.

Предпосылки изобретения

Из уровня техники известно использование мягких контейнеров для хранения и транспортировки грузов, в особенности жидких. Хорошо известно также использование контейнеров для транспортировки жидкостей в воде, в частности в соленой воде.

Если груз представляет собой жидкость или псевдоожиженное твердое вещество, плотность которого меньше плотности соленой воды, то нет необходимости использовать наливные баржи, танкеры или герметичные контейнеры, конструкция которых является жесткой. Напротив, можно использовать мягкие герметичные резервуары, буксируемые из одного места в другое способом буксировки или толкания. Такие мягкие контейнеры имеют очевидные преимущества над жесткими контейнерами. Кроме того, при соответствующей конструкции мягкие контейнеры после удаления из них груза можно скатывать или складывать и убирать на хранение на время обратного рейса.

В мире есть много районов, испытывающих острую нужду в пресной воде. Поэтому пресная вода является таким товаром, что сбор полярного льда и айсбергов быстро становится крупным бизнесом. Однако независимо от места добычи пресной воды, экономичность ее транспортировки до места назначения имеет важное значение.

К примеру, в настоящее время фирма, занимающаяся сбором полярного льда, для транспортировки пресной воды намерена использовать танкеры вместимостью 150000 тонн. Очевидно, что транспортировка включает в себя не только затраты на использование указанного транспортного средства, но и дополнительные расходы на обратный порожний рейс для приема на борт нового груза. Мягкие герметичные контейнеры после опорожнения можно сложить и хранить на буксире, доставляющем их к месту разгрузки, уменьшая таким образом указанные расходы.

Тем не менее, даже при наличии такого преимущества экономика предъявляет требования, согласно которым объем перевозимого в мягком контейнере груза должен быть достаточным для того, чтобы оправдать расходы на транспортировку. Поэтому ведутся конструкторские разработки мягких контейнеров все больших и больших размеров. Однако технические проблемы, касающиеся таких контейнеров, продолжают существовать, несмотря на то, что их разработка ведется уже не один год. Усовершенствования, относящиеся к мягким герметичным контейнерам или баржам, изложены в патентах США №2997973, 2998973, 3001501, 3056373 и 3167103. Мягкие контейнеры предназначены в основном для транспортировки или хранения жидкостей или псевдоожиженных твердых веществ, удельный вес которых меньше удельного веса морской воды.

Плотность морской воды в сравнении с плотностью указанных жидкостей или псевдоожиженных твердых веществ отражает тот факт, что такой груз обеспечивает мягкой транспортировочной оболочке положительную плавучесть, когда эту оболочку, частично или целиком заполненную, помещают в морскую воду и буксируют. Указанная плавучесть груза обеспечивает плавучесть самого резервуара и облегчает доставку самого этого груза из одного морского порта в другой.

В патенте США №2997973 описан контейнер, который включает закрытый рукав из мягкого материала, такого, например, как ткань, пропитанная натуральным или синтетическим каучуком, и который имеет обтекаемый нос, приспособленный для присоединения к буксировочному средству, и по меньшей мере одну трубу, сообщающуюся с внутренним пространством контейнера с обеспечением его заполнения и опорожнения. Плавучесть обеспечивается жидким содержимым контейнера, а форма самого этого контейнера зависит от степени его заполнения. В указанном патенте сделано предположение о возможности изготовления мягкой транспортировочной оболочки из единого куска ткани, сотканного в виде рукава. Однако объяснение того, как это можно было бы выполнить при рукаве такого размера, не приводится. Очевидно, что при подобной конструкции придется столкнуться с проблемой, связанной со швами. В коммерческих мягких транспортировочных оболочках, как правило, имеются швы, так как сами эти оболочки обычно изготавливаются посредством сшивания или соединения каким-то другим способом кусков водонепроницаемого материала, что описано, например, в патенте США №3779196. Однако известно, что швы являются причиной выхода оболочки из строя, когда указанная оболочка периодически подвергается большим нагрузкам. Понятно, что выхода из строя из-за повреждения швов можно избежать в бесшовной конструкции. Но в силу того, что конструкция со швами является альтернативой простой текстильной ткани и обладает определенными преимуществами по сравнению с ней, особенно в отношении удобства изготовления, то было бы желательно иметь возможность изготовления такого рукава со швами, который не подвержен выходу из строя в зонах швов.

В этом отношении в настоящую патентную заявку посредством ссылки включено описание патента США №5360656, озаглавленного "Прессованный нетканый материал и способ его изготовления" ("Press Felt and Method of Manufacture"), выданного 1 ноября 1994 года и полностью переуступленного. В указанном патенте описан основной материал из прессованного нетканого материала, получаемый из намотанных по спирали полос текстильного материала. Полоса материала, выполненного из пряжи, предпочтительно представляющая собой сотканную в виде листа полосу, имеет продольные нити, которые в законченном основном материале расположены под углом к машинному направлению прессованного нетканого материала.

При создании основного материала полосу из материала, выполненного из пряжи, наматывают или располагают по спирали, предпочтительно с использованием по меньшей мере двух валков с параллельными осями. Таким образом, длина указанного основного материала определяется длиной каждого витка спирали указанной полосы, а его ширина - числом витков этой спирали.

Число витков спирали по всей ширине основного материала может быть различным. Примыкающие части продольных краев наматываемых по спирали полос материи выполнены таким образом, что стыки или переходы между витками спирали можно соединить разными способами.

Соединение краев тканого или нетканого материала, имеющего в своем составе плавкие волокна, можно выполнить посредством сшивания, расплавления и сварки, например посредством ультразвуковой сварки, как описано в патенте США №5713399, озаглавленном "Соединение смежных полос одежды бумагоделательной машины с помощью ультразвуковой сварки" ("Ultrasonic Seaming of Abutting Strips for Paper Machine Clothing"), выданном 3 февраля 1998 года и полностью переуступленном. Описание указанного патента включено в настоящую патентную заявку посредством ссылки. Кроме того, соединение краев можно осуществлять путем использования полосы выполненного из пряжи материала, которая вдоль своих продольных краев имеет шовные петли известного типа, которые можно соединять с помощью по меньшей мере одной шовной нити. Такие шовные петли могут быть, в частности, выполнены непосредственно из нитей утка, если полоса материала представляет собой сотканную в виде листа полосу.

Хотя указанный патент относится к изготовлению основного материала для прессованного нетканого материала, описанная в нем технология может найти свое применение и в изготовлении достаточно прочного рукава для транспортировочного резервуара. В то время как при изготовлении основного материала для прессованного нетканого материала желателен плавный переход между полосами текстильного материала, данное условие плавности перехода не является особенно важным при изготовлении транспортировочного резервуара, и в этом случае можно использовать различные способы соединения полос (их перекрывание и последующее сшивание, склеивание, скрепление скобками и т.д.). Можно использовать и другие способы соединения, что должно быть понятно специалисту в данной области.

Следует отметить, что в патенте США №5902070, озаглавленном "Контейнер из геотекстильного материала и способ его изготовления" ("Geotextile Container and Method of Producing Same"), выданном 11 мая 1999 года и переданном корпорации Бредли, производящей промышленные текстильные изделия (Bradley Industrial Textiles, Inc.), уже представлен контейнер, изготавливаемый путем намотки по спирали. Однако такой контейнер предназначен для хранения содержимого и является скорее стационарным, чем транспортировочным.

Также необходимо отметить, что в области производства бумаги известна технология создания такого текстильного материала, который, будучи предназначенным для использования в бумагоделательной промышленности, имеет трикотажное переплетение. В этой связи упомянем патент США №4948658, который выдан 14 августа 1990 г. и в котором описан текстильный материал, выполненный из основного волокна, содержащего пучок нитей, которые окружены петлевой нитью на трикотажной машине и состав которых может меняться. Уточные машинные нити пересекают основное волокно и петли из петлевых нитей, образуя ткань основы. Впоследствии эта ткань может быть подвергнута дальнейшей обработке.

Также в области производства бумаги хорошо известна технология создания текстильного материала, непроницаемого для жидкостей, что является необходимым условием для изготовления МГКЖ. Такие материалы включают основообразующую подложку, которая может быть соткана из армированных нитей и пропитана подходящей смолой. Примеры таких структур описаны в патентах США №6290818 В1 и 5238537.

Принимая во внимание вышесказанное, при выборе конструкции или структуры текстильного материала или рукава МГКЖ, независимо от того, выполнен он из цельного куска или из сегментов, необходимо учитывать различные факторы, включая гибкость, долговечность, сопротивление разрыву и проколу. При этом, естественно, он должен быть непроницаемым для морской воды, как уже было сказано выше. Кроме того, при отсутствии средств обеспечения плавучести внимание следует уделять также плавучести МГКЖ, особенно во время его опорожнения или при уже порожнем состоянии. Кроме того, конструкция или структура используемого текстильного материала должна быть рентабельной с точки зрения ее стоимости. Это значит, что в зависимости от применения может оказаться целесообразным использование структуры текстильного материала других типов.

Сущность изобретения

Таким образом, основной целью изобретения является создание текстильного материала для МГКЖ со структурой, обладающей различными требуемыми свойствами.

Другой целью изобретения является создание текстильного материала для МГКЖ со структурой, которая может легко изменяться, удовлетворяя возможным изменениям требований к МГКЖ.

Еще одной целью изобретения является создание текстильного материала со структурой, которая облегчает нанесение покрытия на материал или минимизирует или вообще снимает необходимость в отдельном покрытии.

Еще одной целью изобретения является создание текстильного материала со структурой, которая является альтернативой тканому материалу.

Таким образом, настоящее изобретение направлено на создание структуры текстильного материала, используемого для рукава МГКЖ. В этой связи отметим, что текстильный материал создается из нескольких слоев отдельных компонентов, как в слоистом материале. Слои могут включать упрочняющие компоненты, по меньшей мере один слой, обеспечивающий плавучесть, непроницаемые слои, а также слои, облегчающие последующее нанесение покрытия. Все указанные слои могут быть соединены перевязочными нитями основовязания или стежковых соединений. Текстильный материал может быть выполнен в виде полос и затем собран в виде рукава, как описано в патенте США №5713399, или он может быть выполнен в виде сегментов, соединенных разными способами, включая способы, представленные в заявке на патент США настоящего заявителя, озаглавленной "Segment Formed Flexible Fluid Containment Vessel" ("Мягкий герметичный контейнер для жидкости, образованный из сегментов") и поданной одновременно с настоящей заявкой. Кроме того, текстильный материал может быть изготовлен в виде плоского рулона ткани и соединен с образованием бесконечного элемента с использованием способа намотки по спирали, соединения внахлестку или других способов, подходящих для этой цели.

Краткое описание чертежей

Описание настоящего изобретения, выполнение которого позволит достичь указанных целей и преимуществ, приведено ниже со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:

Фиг.1 изображает общий вид в аксонометрии известного МГКЖ, выполненного цилиндрическим и имеющего заостренную носовую часть или нос.

Фиг.2 изображает общий вид в аксонометрии предложенного МГКЖ, образованного из сегментов.

Фиг.3 изображает разрез текстильного материала, имеющего предложенную структуру.

Фиг.4 изображает текстильный материал с предложенной структурой в аксонометрии.

Подробное описание предпочтительного варианта выполнения

Предлагаемый МГКЖ 10 должен изготавливаться из непроницаемого рукава, выполненного из текстильного материала. Форма рукава может быть различной. Например, как показано на фиг.2, МГКЖ может содержать рукав 12, который имеет по существу одинаковый диаметр (периметр) и загерметизирован на каждом конце 14 и 16. Соответствующие концы 14 и 16 могут быть закрыты, сжаты и загерметизированы любыми способами. Должны присутствовать средства для загрузки или разгрузки груза (например, пресной воды). Получающаяся в результате водонепроницаемая конструкция, изготавливаемая из сегментов или кусков материала 18, является достаточно гибкой, чтобы ее можно было складывать или сворачивать для транспортировки и хранения.

При проектировании МГКЖ, способных выдерживать прикладываемую к ним нагрузку, нужно учитывать некоторые факторы. В этой связи отметим, что в заявке на патент США №09/832739, поданной 11 апреля 2001 г., озаглавленной "Flexible Fluid Containment Vessel" ("Мягкий герметичный контейнер для жидкости") и находящейся на рассмотрении одновременно с настоящей заявкой, такие факторы представлены подробно, вместе с описанием возможных материалов для ткани, его конструкции, возможных покрытий и способов нанесения покрытий для придания непроницаемости текстильному материалу, а также вместе с описанием других свойств, которые могут быть необходимы для МГКЖ Учитывая вышесказанное, нет необходимости повторно обсуждать перечисленные факторы в данной заявке, поэтому в ней лишь приводится ссылка на упомянутую заявку.

Также настоящее устройство можно применять в изготовленном путем намотки по спирали МГКЖ, который описан в заявке на патент США №09/908877, поданной 18 июня 2001 г., озаглавленной "Spiral Formed Flexible Fluid Containment Vessel" ("Мягкий герметичный контейнер для жидкости, изготовленный путем намотки по спирали") и находящейся на рассмотрении одновременно с настоящей заявкой. В указанной заявке обсуждаются средства и способы, предназначенные для взаимного соединения намотанных полос с получением МГКЖ, при этом в первой упомянутой заявке описывается альтернативный вариант процесса соединения, отличающийся от первого варианта по меньшей мере частично. Например, при создании частей МГКЖ с высокой нагрузкой, которыми обычно являются передняя и задняя части МГКЖ, можно использовать одну методику, в то время как в менее напряженных местах можно использовать другую методику.

Кроме того, дается ссылка на заявку на патент США №09/921617, поданную 3 августа 2001 г., озаглавленную "End Portions for a Flexible Fluid Containment Vessel" ("Концевые части мягкого герметичного контейнера для жидкости") и относящуюся к возможной конструкции концевых частей МГКЖ, а также на заявку на патент США №09/923936 от 7 августа 2001 г., которая озаглавлена "Coating for a Flexible Fluid Containment Vessel and a Method of Making the Same" ("Покрытие для гибкого герметичного контейнера, предназначенного для жидкости, и способ его выполнения") и в которой кроме возможных покрытий описана еще одна конструкция текстильного материала.

Используемый для создания МГКЖ текстильный материал 18 может состоять из лоскутов, намотанных полос или иметь другую пригодную для своего назначения конфигурацию. Например, он может быть выполнен из сегментов плоской ткани, один из размеров которых равен длине окружности МГКЖ и которые соединяют в виде рукава, а затем соединяют с другими также сформированными сегментами. Количество возможных вариантов является здесь бесконечным.

Теперь более детально рассмотрим фиг.3, где показан один из вариантов выполнения текстильного материала 18, который содержит слои 20, 22, 24 и 26 армирующих элементов. Эти элементы обычно представляют собой моноволоконные или многоволоконные нити, в частности нити, описанные в ранее упомянутых заявках. Между армирующими слоями 22-26 расположен перекрывающий слой 28, который может быть тканым или нетканым, полученным фильерным способом производства, полученным путем аэродинамического или гидродинамического формования нетканой материи, водонепроницаемым, полупроницаемым или проницаемым с учетом того, какой дальнейшей обработке будет подвергаться материал 18. Например, как отмечено в упоминавшихся ранее заявках, текстильный материал, образующий МГКЖ, должен быть непроницаемым для морской воды и ее ионов. Один из способов придания ткани непроницаемости - это нанесение на нее покрытия. Рекомендуемые покрытия и способы их нанесения представлены в ранее упомянутой заявке. Одной из проблем, связанных с нанесением на текстильный материал покрытия, является просачивание. Другими словами, если покрытие наносят на бесконечный материал, когда он находится в плоском сложенном состоянии, то материал покрытия может пройти сквозь текстильный материла и вызвать его прилипание к расположенному ниже слою. В вышеупомянутых заявках предложено несколько способов, направленных на преодоление этой проблемы.

Однако в текстильном материале с предложенной структурой слой 28 может быть непроницаемым, по меньшей мере, для наносимого материала покрытия. Таким образом, покрытие можно наносить на одну или на обе стороны текстильного материала, не опасаясь просачивания или склеивания. Кроме того, если слой 28 является непроницаемым для морской воды и ее ионов, то он может снизить необходимость в использовании покрытия или исключить ее вообще, поскольку будет действовать в этом случае в качестве барьера. Естественно, могут быть и другие причины для нанесения покрытия, рассмотренные ниже.

Кроме того, свойства слоя 28 могут снижать другие свойственные МГКЖ проблемы. Например, целесообразно, чтобы МГКЖ обладал плавучестью в порожнем состоянии, вследствие чего он, будучи пустым, не станет тонуть. В противном случае он будет затруднять осуществление погрузки и разгрузки. Соответственно слой 28 может быть выполнен из структуры или материала, обладающих плавучестью, например, он может быть выполнен из полиуретановой пены с сетчатой или несетчатой структурой. В вышеупомянутых заявках описаны и другие примеры материалов.

Также слой 28 может быть выполнен с возможностью придания текстильному материалу структурной целостности. Например, он может содержать тканую подложку, пропитанную смолой, придающей ему непроницаемость, и которая затем включается в состав в виде слоя материала 18. Что касается такого включения, то, как показано на фиг.3, армирующие слои 20-26 и слой 28 соединены путем основовязания или стежкового соединения. В связи с этим на чертеже показана перевязочная нить 30.

Обратимся теперь к фиг.4, где изображен многокомпонентный текстильный материал 40, имеющий слои 42-50, соединяемые стежковыми соединениями (при помощи перевязочных нитей 52). Слои могут быть ткаными или неткаными, а перекрывающий слой может быть расположен в центре показанной структуры, или он может представлять собой любой из этих слоев. При использовании многокомпонентной структуры возможно большое число вариантов выполнения, направленных на удовлетворение предъявляемых требований.

Если структура не обладает плавучестью, то для придания ей плавучести может быть целесообразным нанести на внутреннюю или наружную поверхности материала или на обе эти поверхности вспененное покрытие или, в другом случае, нанести на текстильный материал покрытие таким образом, как это указано в вышеупомянутых заявках.

Кроме того, если МГКЖ предназначен для транспортировки пресной воды, то ввиду того, что он является по существу закрытым, в качестве части процесса нанесения покрытия на его внутреннюю поверхность можно нанести специальное покрытие, содержащее гермицид или фунгицид, чтобы предотвратить появление бактерий, плесени или других загрязнений.

К тому же так как солнечный свет тоже вызывает постепенное ухудшение свойств материала, покрытие МГКЖ или волокно, из которого изготовлен текстильный материал, могут содержать ингредиент, защищающий от воздействия ультрафиолетовых лучей.

Хотя выше подробно описан предпочтительный вариант выполнения настоящего изобретения, его объем этим вариантом не ограничивается. Указанный объем определен в приложенной формуле изобретения.

Предложен мягкий герметичный контейнер для жидкости, предназначенный для транспортировки и хранения большого объема жидкости, в частности пресной воды, и выполненный из текстильного материала, изготовленного из нескольких отдельно созданных слоев, соединенных вместе. При этом слои соединены между собой путем основовязания или стежкового соединения. Технический результат заключается в создании текстильного материала для мягкого герметичного контейнера для жидкости, обладающего непроницаемостью для воды, плавучестью, сопротивляемостью разрыву или проколу. 2 с. и 14 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Мягкий герметичный контейнер для жидкости (10), предназначенный для транспортировки груза, включающего жидкость или псевдоожиженный материал, и содержащий

удлиненную мягкую трубчатую конструкцию (12), имеющую передний и задний концы и состоящую из текстильного материала (18), который имеет несколько отдельных слоев, выполненных независимо друг от друга и соединенных вместе, и содержит также несколько армирующих слоев (20, 22, 24, 26), причем указанные слои соединены вместе путем основовязания или стежкового соединения, средство обеспечения непроницаемости трубчатой конструкции, средство герметизации указанных переднего (14) и заднего (16) концов и средство заполнения грузом контейнера и его опорожнения.

раздельное изготовление по меньшей мере двух слоев материала,

соединение двух слоев материала путем основовязания или стежкового соединения и

формование указанного текстильного материала (18) с созданием трубчатой конструкции (12), причем отформованный текстильный материал содержит несколько армирующих слоев (20, 22, 24, 26).