ШТУЦЕР УТОПЛЕННОЙ БОБЫШКИ С ИЗБЫТОЧНЫМ УПЛОТНЕНИЕМ Российский патент 2021 года по МПК F17C1/06 F17C13/06 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0001] Сосуды под давлением обычно используются для содержания множества текучих сред под давлением, таких как водород, кислород, природный газ, азот, пропан, метан и другие горючие вещества, например. В общем, сосуды под давлением могут иметь любой размер или конфигурацию. Сосуды могут быть тяжелыми или легкими, однократного использования (например, одноразовые), многократного использования, подверженными высоким давлениям (больше 50 psi, например), низким давлениям (менее 50 psi, например) или используемыми для хранения текучих сред при повышенных или криогенных температурах, например.

[0002] Подходящие материалы оболочки сосуда под давлением включают в себя металлы, такие как сталь; или композиты, которые могут включать в себя ламинированные слои из намотанных стекловолоконных нитей или других синтетических нитей, соединенных вместе с помощью термореактивной или термопластичный смолы. Волокно может представлять собой стекловолокно, арамидное, углеродное, графитовое волокно или любой другой общеизвестный волокнистый армирующий материал. Материал смолы может представлять собой эпоксидную, полиэфирную, винилэфирную, термопластичную смолу или любой другой подходящий смолистый материал, способный обеспечивать соединение волокон, соединение волоконных слоев и устойчивость к разрыву, требуемую для особого применения, в котором сосуд должен использоваться. Композитная конструкция сосудов обеспечивает многочисленные преимущества, такие как легкость по весу и устойчивость к коррозии, усталостному и катастрофическому разрушению. Эти свойства обусловлены высокими удельными прочностями армирующих волокон или нитей.

[0003] Полимерная или другая неметаллическая упругая футеровка или камера часто расположена внутри композитной оболочки для герметизации сосуда и предотвращения контакта внутренних текучих сред с композитным материалом. Футеровка может быть изготовлена путем формования прессованием, выдувного формования, литьевого формования или любой другой общеизвестной технологии. Альтернативно, футеровка может быть изготовлена из других материалов, включающих в себя сталь, алюминий, никель, титан, платину, золото, серебро, нержавеющую сталь и их любые сплавы. Такие материалы могут быть в общем охарактеризованы как имеющие высокой модуль упругости. В одном варианте выполнения футеровка 20 образована из изготовленного выдувным формованием полиэтилена высокой плотности (HDPE).

[0004] Фиг. 1 иллюстрирует вытянутый сосуд 10 под давлением, такой как тот, который раскрыт в патенте США №5,476,189, озаглавленном «Pressure vessel with damage mitigating system», который тем самым включен сюда путем ссылки. Сосуд 10 под давлением имеет секцию 12 основного корпуса и по существу полусферические или куполообразные концевые секции 14. Бобышка 16, обычно изготовленная из алюминия, обеспечена на одном или обоих концах сосуда 10 под давлением для обеспечения отверстия для сообщения между внутренней средой 17 сосуда 10 под давлением и внешней средой 19. Как показано на Фиг. 2, сосуд 10 под давлением образован с футеровкой 20 (такой как внутренняя полимерная футеровка), покрытой оболочкой 18. В примере оболочка 18 может представлять собой композитную оболочку из намотанной нити. Оболочка 18 воспринимает конструктивные нагрузки на сосуд 10 под давлением, тогда как футеровка 20 обеспечивает газовый барьер.

[0005] Фиг. 2 иллюстрирует вид частичного поперечного сечения по линии 2-2 на Фиг. 1 концевой секции 14, включающей в себя бобышку 16, такую как та, которая раскрыта в патенте США №5,429,845, озаглавленном «Boss for a filament wound pressure vessel», который настоящим включен сюда путем ссылки. Бобышка 16 включает в себя горловину 22, имеющую внешнюю поверхность 23 и отверстие 26. Отверстие 26 перпендикулярно пересекает внешнюю поверхность 23 бобышки 16 и обеспечивает сообщение по текучей среде между внешней средой 19 и внутренней средой 17 сосуда 10 под давлением. Бобышка 16 также включает в себя фланец 24 (изображенный в виде кольцеобразного фланца), продолжающийся радиально наружу от отверстия 26 горловины 22. В общем фланец 24 бобышки 16 содержится между участками футеровки 20 и/или находится между футеровкой 20 и оболочкой 18. Обычно оболочка 18 примыкает к горловине 22.

[0006] В этом раскрытии поверхности, направления и элементы, обращенные к внутренней среде 17, упоминаются с характеристикой «внутренние», а поверхности, направления и элементы, обращенные к внешней среде 19, упоминаются с характеристикой «внешние». Следует понимать, что это примечание не является ограничивающим; скорее оно обеспечено для удобства и простоты восприятия, и другие характеристики также могут быть использованы и/или могут быть подходящими. Подробности, относящиеся к образованию примерного сосуда под давлением, раскрыты в патенте США №4,838,971, озаглавленном «Filament Winding Process and Apparatus», который включен сюда путем ссылки.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0007] В одном аспекте это раскрытие описывает узел бобышки для сосуда под давлением, причем узел бобышки включает в себя бобышку, штуцер, первое уплотнение и второе уплотнение. Бобышка включает в себя отверстие с внутренней поверхностью и первый упорный элемент, смежный с внутренней поверхностью. Штуцер выполнен с возможностью по меньшей мере частичной вставки в бобышку для предотвращения сообщения по текучей среде между внутренней областью сосуда под давлением и внешней областью сосуда под давлением, причем штуцер включает в себя внешнюю поверхность и вторые упорные элементы, смежные с внешней поверхностью. Каждое из первого и второго уплотнений расположено на внешней поверхности. Штуцер является перемещаемым между первым и вторым положениями относительно бобышки. В первом положении первое уплотнение герметично зацеплено между внутренней и внешней поверхностями, второе уплотнение герметично не зацеплено между внутренней и внешней поверхностями и отсутствует взаимный контакт между первым и вторым упорными элементами. Во втором положении первое уплотнение герметично не зацеплено между внутренней и внешней поверхностями, второе уплотнение герметично зацеплено между внутренней и внешней поверхностями и первый упорный элемент контактирует с вторым упорным элементом.

[0008] В другом аспекте описан способ использования узла бобышки с сосудом под давлением. Узел бобышки включает в себя бобышку и штуцер. Бобышка включает в себя отверстие с внутренней поверхностью и первый упорный элемент, смежный с внутренней поверхностью. Штуцер выполнен с возможностью вставки в бобышку для предотвращения сообщения по текучей среде между внутренней областью сосуда под давлением и внешней областью сосуда под давлением, причем штуцер включает в себя внешнюю поверхность и второй упорный элемент, смежный с внешней поверхностью. Способ включает в себя этапы, на которых вставляют штуцер в отверстие бобышки до первого положения так, что первое уплотнение зацепляется между внутренней и внешней поверхностями, второе уплотнение не зацепляется между внутренней и внешней поверхностями и отсутствует взаимный контакт между первым и вторым упорными элементами.

[0009] Это раскрытие в его различных сочетаниях, либо в форме устройства, либо в форме способа, также может быть охарактеризовано следующим перечнем пунктов:

1. Узел бобышки для сосуда под давлением, причем узел бобышки включает в себя:

бобышку, включающую в себя отверстие с внутренней поверхностью и первый упорный элемент, смежный с внутренней поверхностью;

штуцер, выполненный с возможностью по меньшей мере частичной вставки в бобышку для предотвращения сообщения по текучей среде между внутренней областью сосуда под давлением и внешней областью сосуда под давлением, причем штуцер включает в себя внешнюю поверхность и второй упорный элемент, смежный с внешней поверхностью;

первое уплотнение, расположенное на внешней поверхности; и

второе уплотнение, расположенное на внешней поверхности;

причем штуцер является перемещаемым между первым и вторым положениями относительно бобышки, причем:

в первом положении первое уплотнение герметично зацеплено между внутренней и внешней поверхностями, второе уплотнение герметично не зацеплено между внутренней и внешней поверхностями и отсутствует взаимный контакт между первым и вторым упорными элементами; и

во втором положении первое уплотнение герметично не зацеплено между внутренней и внешней поверхностями, второе уплотнение герметично зацеплено между внутренней и внешней поверхностями и первый упорный элемент контактирует с вторым упорным элементом.

2. Узел по пункту 1, в котором первый упорный элемент представляет собой выступ, продолжающийся наружу от внутренней поверхности, а второй упорный элемент представляет собой поверхность, продолжающуюся наружу от внешней поверхности.

3. Узел по любому из пунктов 1-2, в котором бобышка включает в себя поверхность с внутренней резьбой, а штуцер включает в себя поверхность с внешней резьбой, выполненную с возможностью зацепления поверхности с внутренней резьбой.

4. Узел по любому из пунктов 1-3, в котором штуцер включает в себя первую канавку, выполненную с возможностью удержания первого уплотнения или второго уплотнения.

5. Узел по пункту 4, в котором штуцер включает в себя вторую канавку.

6. Узел по пункту 5, дополнительно включающий в себя удерживающий элемент, выполненный с возможностью по меньшей мере частичной вставки во вторую канавку.

7. Узел по пункту 6, в котором удерживающий элемент расположен снаружи бобышки во втором положении.

8. Узел по пункту 7, в котором удерживающий элемент контактирует с внешней поверхностью бобышки во втором положении.

9. Узел по любому из пунктов 6-8, в котором удерживающий элемент расположен внутри отверстия в первом положении.

10. Узел по любому из пунктов 1-9, в котором штуцер включает в себя некруглое углубление на его внешней поверхности.

11. Способ использования узла бобышки с сосудом под давлением, причем узел бобышки включает в себя:

бобышку, включающую в себя отверстие с внутренней поверхностью и первый упорный элемент, смежный с внутренней поверхностью; и

штуцер, выполненный с возможностью вставки в бобышку для предотвращения сообщения по текучей среде между внутренней областью сосуда под давлением и внешней областью сосуда под давлением, причем штуцер включает в себя внешнюю поверхность и второй упорный элемент, смежный с внешней поверхностью;

причем способ включает в себя этапы, на которых:

вставляют штуцер в отверстие бобышки до первого положения так, что первое уплотнение зацепляется между внутренней и внешней поверхностями, второе уплотнение не зацепляется между внутренней и внешней поверхностями и отсутствует взаимный контакт между первым и вторым упорными элементами.

12. Способ по пункту 11, дополнительно включающий в себя этап, на котором располагают первое уплотнение в первой канавке на внешней поверхности штуцера.

13. Способ по пункту 12, дополнительно включающий в себя этап, на котором располагают второе уплотнение во второй канавке на внешней поверхности штуцера.

14. Способ по любому из пунктов 12-13, дополнительно включающий в себя этап, на котором располагают удерживающий элемент по меньшей мере частично во второй канавке на внешней поверхности штуцера.

15. Способ по пункту 14, в котором расположение удерживающего элемента включает в себя этап, на котором располагают удерживающий элемент снаружи бобышки.

16. Способ по пункту 15, в котором расположение удерживающего элемента включает в себя этап, на котором приводят удерживающий элемент в контакт с внешней поверхностью бобышки.

17. Способ по любому из пунктов 11-16, дополнительно включающий в себя этап, на котором перемещают штуцер относительно отверстия бобышки до второго положения так, что первое уплотнение располагается снаружи бобышки, второе уплотнение зацепляется между внутренней и внешней поверхностями и первый упорный элемент контактирует с вторым упорным элементом.

18. Способ по пункту 17, в котором перемещение штуцера относительно отверстия бобышки включает в себя этап, на котором вращают штуцер для сцепления поверхности с внутренней резьбой бобышки и поверхности с внешней резьбой штуцера.

19. Способ по пункту 18, включающий в себя этап, на котором зацепляют некруглое углубление на внешней поверхности штуцера для вращения штуцера.

20. Способ по любому из пунктов 17-19, в котором перемещение штуцера относительно отверстия бобышки включает в себя этап, на котором перемещают удерживающий элемент, расположенный на штуцере, внутри отверстия.

[0010] Эта сущность изобретения обеспечена для представления идей в упрощенной форме, которые дополнительно описаны ниже в подробном описании. Эта сущность изобретения не предназначена для идентификации ключевых признаков или существенных признаков раскрытого или заявленного объекта изобретения и не предназначена для описания каждого раскрытого варианта выполнения или каждой реализации раскрытого или заявленного объекта изобретения. Конкретно, признаки, раскрытые здесь в отношении одного варианта выполнения, могут быть равно применимы к другому. Дополнительно, эта сущность изобретения не предназначена для использования в качестве помощи при определении объема заявленного объекта изобретения. Многие другие новые преимущества, признаки и соотношения станут очевидны при ознакомлении с этим описанием. Фигуры и описание, которые следуют далее, более конкретно поясняют на примере иллюстративные варианты выполнения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0011] Раскрытый объект изобретения будет дополнительно объяснен со ссылкой на приложенные фигуры, на которых одинаковые элементы конструкции или системы обозначаются одинаковыми ссылочными позициями на всех нескольких видах. Предусмотрено, что все описания применимы к одинаковым и аналогичным конструкциям во всех нескольких вариантах выполнения.

[0012] Фиг. 1 представляет собой вид сбоку обычного традиционного сосуда под давлением.

[0013] Фиг. 2 представляет собой вид частичного поперечного сечения одного конца сосуда под давлением на Фиг. 1 по линии 2-2 на Фиг. 1.

[0014] Фиг. 3 представляет собой разобранный вид поперечного сечения компонентов примерного узла утопленной бобышки.

[0015] Фиг. 4 представляет собой увеличенный вид штуцера на Фиг. 3.

[0016] Фиг. 5 представляет собой вид поперечного сечения узла утопленной бобышки с компонентами, собранными в конфигурации режима намотки.

[0017] Фиг. 6 аналогична Фиг. 5, но показывает компоненты, собранные в конфигурации режима эксплуатации.

[0018] Фиг. 7 аналогична Фиг. 5 и 6, но показывает компоненты, собранные в конфигурации режима обслуживания.

[0019] Фиг. 8 представляет собой вид радиального поперечного сечения второго примерного варианта выполнения узла утопленной бобышки в конфигурации режима эксплуатации.

[0020] Фиг. 9 представляет собой вид радиального поперечного сечения третьего примерного варианта выполнения узла утопленной бобышки в конфигурации режима эксплуатации.

[0021] Фиг. 9A представляет собой частичный вид узла утопленной бобышки на Фиг. 9 в конфигурации вентиляции.

[0022] Фиг. 10 представляет собой вид частичного поперечного сечения одного конца сосуда под давлением, включающего в себя примерный узел утопленной бобышки с компонентами, собранными в конфигурации режима эксплуатации на Фиг. 6.

[0023] Хотя идентифицированные выше фигуры излагают один или более вариантов выполнения раскрытого объекта изобретения, также предусмотрены другие варианты выполнения, как отмечено в раскрытии. Во всех случаях это раскрытие представляет раскрытый объект изобретения посредством представления, а не ограничения. Следует понимать, что специалистами в данной области техники могут быть разработаны многочисленные другие модификации и варианты выполнения, которые находятся в пределах объема принципов этого раскрытия.

[0024] Фигуры могут быть изображены не в масштабе. В частности, некоторые признаки могут быть увеличены относительно других признаков для наглядности. Более того, при использовании терминов, таких как выше, ниже, над, под, верхний, нижний, боковой, правый, левый, вертикальный, горизонтальный и т.д., следует понимать, что они используются только для облегчения понимания описания. Предусмотрено, что конструкции могут быть ориентированы иначе.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0025] Это раскрытие относится к узлу 28 утопленной бобышки, который образован в виде состоящей из двух частей конструкции, включающей в себя бобышку 30 и штуцер 32, выполненный с возможностью вставки в отверстие 26 бобышки 30, как показано на Фиг. 3-7. Фиг. 4 представляет собой увеличенный вид поперечного сечения штуцера 32, выполненного с возможностью ввинчивания в бобышку 30. Как показано на Фиг. 5, соединенная конфигурация бобышки 30 и штуцера 32 поддерживается удерживающим кольцом 62, которое предотвращает взаимное отсоединение частей во время процесса намотки нити для образования сосуда 10 под давлением. После завершения образования сосуда под давлением сосуд 10 под давлением вводится в эксплуатацию с узлом 28 утопленной бобышки, выполненным так, как показано на Фиг. 6. Фиг. 7 иллюстрирует конфигурацию режима обслуживания узла 28.

[0026] Фиг. 3 представляет собой вид радиального поперечного сечения примерных компонентов узла 28 утопленной бобышки, включающего в себя бобышку 30 и штуцер 32. Несмотря на то, что проиллюстрирована только половина каждого компонента, следует понимать, что в примерном варианте выполнения компоненты являются симметричными относительно секущей линии поперечного сечения и кольцеобразными вокруг продольной оси 58. Узел 28 утопленной бобышки может быть использован вместо бобышки 16 сосуда 10 под давлением для закрытия отверстия в сосуде под давлением. Несмотря на то, что проиллюстрирована особая конфигурация компонентов узла 28 утопленной бобышки, следует понимать, что могут быть включены другие элементы бобышки, включающие в себя соединения типа «ласточкин хвост» фланца 24, показанного в отношении бобышки 16 на Фиг. 2, например. Фиг. 4 представляет собой увеличенный вид штуцера 32 на Фиг. 3, который обеспечивает более ясный вид конструктивных элементов штуцера 32.

[0027] Как показано на Фиг. 3, бобышка 30 и штуцер 32 выполнены так, что штуцер 32 может быть вставлен в направлении 34 вставки на переменную глубину внутри бобышки 30, но ограничен примыканием выступа 36 бобышки 30 и поверхности 38 штуцера 32. В примерном варианте выполнения бобышка 30 включает в себя поверхность 40 с внутренней резьбой, выполненную с возможностью взаимодействия с поверхностью 42 с внешней резьбой штуцера 32. Штуцер 32 включает в себя две канавки 44 и 46 для удерживающего элемента и две уплотнительные канавки 48 и 50. Штуцер 32 включает в себя углубление 56, которое заклинено для невращаемого сцепления с инструментом, тем самым позволяя пользователю поворачивать штуцер 32 вокруг общей продольной оси 58 с бобышкой 30 для резьбовой вставки и зацепления штуцера 32 внутри отверстия 26 бобышки 30. В примерном варианте выполнения углубление 56 включает в себя центральный элемент 68 намотки в форме конического углубления. Центральный элемент 68 намотки позволяет элементу оправки удерживать узел 28 бобышки центрированным образом, который обеспечивает вращение вокруг оси 58.

[0028] Фиг. 5 показывает бобышку 30 и штуцер 32, собранные в конфигурации режима намотки узла 28 бобышки, со штуцером 32, показанным в перспективе, и бобышкой 30, показанной в радиальном поперечном сечении. Эта конфигурация полезна для поддержания собранного состояния бобышки 30 и штуцера 32, когда узел 28 вставлен в отверстие футеровки 20 сосуда 10 под давлением и удерживается в нем в то время, как оболочка 18 наматывается нитью на футеровку 20. О-образное кольцо, прокладка или другое уплотнение 60а (показанное в поперечном сечении) вставляется в уплотнительную канавку 50 для уплотнения от оттока или притока текучей среды на границе бобышки 30 и штуцера 32. Удерживающий элемент 62 намотки, такой как удерживающее кольцо, вставляется в канавку 46 для удерживающего элемента и удерживается относительно внешней поверхности 64 бобышки 30. Удерживающий элемент 62 таким образом удерживает бобышку 30 и штуцер 32 в полностью вставленной конфигурации, в которой выступ 36 бобышки 30 находится в контакте с поверхностью 38 штуцера 32, тем самым предотвращая их взаимное расцепление вдоль оси 58.

[0029] Фиг. 6 представляет собой вид радиального поперечного сечения узла 28 утопленной бобышки в конфигурации режима эксплуатации, в которой узел 28 утопленной бобышки обеспечен на сосуде 10 под давлением, который находится под давлением текучей среды во внутренней среде 17 (смотри также Фиг. 10). В этой конфигурации удерживающий элемент 62 намотки был удален, а удерживающий элемент 66 эксплуатации размещен в канавке 44 для удерживающего элемента штуцера 32. Удерживающий элемент 66 эксплуатации имеет максимальное смещение вправо на Фиг. 6, которое ограничено выступом 54 бобышки 30. Удерживающий элемент 66 эксплуатации может быть аналогичен удерживающему элементу 62 намотки в том, что оба являются по существу плоскими, кольцеобразными или С-образными удерживающими кольцами в примерных вариантах выполнения. Однако удерживающий элемент 66 эксплуатации имеет меньший внешний радиальный размер, чем удерживающий элемент 62 намотки, что позволяет ему устанавливаться за пределами внешней поверхности 64 бобышки 30 и внутри отверстия 26 до тех пор, пока он не будет примыкать к выступу 54.

[0030] В этой конфигурации дополнительное уплотнение 60b, такое как О-образное кольцо, размещено в уплотнительной канавке 48. Соответственно, это уплотнение 60b закрывает границу между бобышкой 30 и штуцером 32 для предотвращения оттока или притока текучей среды на границе между этими компонентами. Несмотря на то, что уплотнение 60a остается в уплотнительной канавке 50 в этой конфигурации, это уплотнение 60a не выполняет функцию уплотнения, так как поверхности бобышки 30 и штуцера 32 не контактируют вблизи уплотнительной канавки 50 в этой конфигурации.

[0031] Несмотря на то, что удерживающий элемент 66 зафиксирован в положении относительно штуцера 32 в канавке 44 для удерживающего элемента, удерживающему элементу 66 позволено перемещаться вдоль продольной оси 58 вместе со штуцером 32 в направлении влево, изображенном на Фиг. 6, до тех пор, пока выступ 36 бобышки 30 не будет контактировать с поверхностью 38 штуцера 32. Смещение штуцера 32 в отношении бобышки 30 вправо на Фиг. 6 ограничено контактом удерживающего элемента 66 с выступом 54 бобышки 30. Соответственно, в этой конфигурации режима эксплуатации узел 28 утопленной бобышки обеспечивает ограниченное расширение и сужение, что отражается в перемещении штуцера 32 в ориентации продольной оси 58 в и из бобышки 30, при этом по-прежнему обеспечивая непроницаемое для текучей среды уплотнение в уплотнении 60b, расположенном в уплотнительной канавке 48, и/или уплотнении 60a, расположенном в уплотнительной канавке 50.

[0032] Со временем уплотнение 60b в уплотнительной канавке 48 может требовать замены вследствие разрушения материалов и/или конструкции из-за старения и/или износа вследствие циклического изменения давления сосуда под давлением. Фиг. 7 показывает узел 28 утопленной бобышки в конфигурации режима обслуживания со штуцером 32, показанным в перспективе, и бобышкой 30, показанной в радиальном поперечном сечении, причем бобышка 30 и штуцер 32 находятся в относительных положениях, подобных положению, показанному на Фиг. 5. Однако удерживающий элемент 62 на Фиг. 5 исключен (и удерживающий элемент 66 эксплуатации подобным образом исключен на этом виде). Уплотнение 60b в уплотнительной канавке 48 открыто так, что пользователь может удалять и заменять это уплотнение 60b. В то же время уплотнение 60a в уплотнительной канавке 50 остается в эксплуатации для уплотнения границы между бобышкой 30 и штуцером 32 для предотвращения оттока и притока текучей среды из сосуда 10 под давлением, даже когда уплотнение 60b в уплотнительной канавке 48 удалено или не эксплуатируется.

[0033] Смещение штуцера 32 относительно бобышки 30 в направлении влево на Фиг. 7 ограничено взаимным контактом выступа 36 бобышки 30 и поверхностью 38 штуцера 32. Чрезмерное смещение штуцера 32 относительно бобышки 30 в направлении вправо на Фиг. 7 предотвращается посредством давления текучей среды, содержащейся внутри сосуда 10 под давлением. Дополнительно, смещение штуцера 32 относительно бобышки 30 в направлении вправо на Фиг. 7 может быть ограничено взаимным контактом выступа 54 бобышки 30 и удерживающего элемента 66, который может удерживаться в канавке 44 штуцера 32, как показано на Фиг. 6.

[0034] По меньшей мере одно из уплотнений 60a, 60b находится в эксплуатации для уплотнения границы бобышки 30 и штуцера 32 во всех из конфигураций намотки, эксплуатации и обслуживания, показанных на Фиг. 5-7. Таким образом, сосуд 10 под давлением остается герметичным во время всех этих стадий, тем самым не вызывая риска удаления текучей среды под высоким давлением из сосуда под давлением в любой момент времени.

[0035] Уплотнение 60a в уплотнительной канавке 50 будет в общем требовать меньше обслуживания или замены, чем уплотнение 60b в уплотнительной канавке 48. Это ожидаемо, поскольку уплотнение 60a в уплотнительной канавке 50 обычно находится в эксплуатации по существу только во время конфигураций намотки и обслуживания на Фиг. 5 и 7, которые будут редко возникать во время срока использования сосуда под давлением. Однако в случае, когда желательно заменять уплотнение 60a в уплотнительной канавке 50, в сосуде под давлением может быть сброшено давление, например, посредством вакуумирования сосуда под давлением через другое отверстие, чем то, которое закрыто узлом 28 утопленной бобышки. Штуцер 32 может быть затем полностью удален из бобышки 30, например, как показано на Фиг. 3, и инструменты могут быть использованы для удержания и управления штуцером 32 внутри сосуда 10 под давлением для удаления уплотнения 60a из уплотнительной канавки 50 и замены его при необходимости. В случае, когда сосуд под давлением включает в себя другое отверстие, которое больше, чем штуцер 32, такое большее отверстие может обеспечивать доступ к внутренней области 17 сосуда 10 под давлением для обслуживания и управления штуцером 32 независимо от бобышки 30.

[0036] Предусмотрено, что бобышка 30 и штуцер 32 будут образованы из прочного металлического материала, такого как алюминий, например. В некоторых случаях бобышка 30 и штуцер 32 могут быть изготовлены из разных материалов, выбранных для восприятия конструктивных нагрузок, ожидаемых во время использования сосуда 10 под давлением. Обычно уплотнения 60a, 60b будут образованы из более мягкого полимера с твердостью по дюрометру с некоторой упругостью, позволяя каждому уплотнению 60b, 60a растягиваться вокруг внешней поверхности 70 штуцера 32 и защелкиваться в его соответственной уплотнительной канавке 48, 50. Удерживающий элемент 62 намотки и удерживающий элемент 66 эксплуатации могут быть образованы из более жесткого полимерного материала, который аналогично обладает упругостью для того, чтобы изгибаться соответствующим образом вокруг внешней поверхности 70 и защелкиваться в канавках 46 и 44 для удерживающего элемента соответственно. Как показано на Фиг. 3, штуцер 32 выполнен с возможностью вставки в направлении 34 (например, из внутренней области 17 сосуда 10 под давлением). Соответственно, в большинстве применений вставка 32 будет расположена в бобышке 30 до полного образования сосуда под давлением. Например, узел 28 утопленной бобышки может быть расположен в отверстии футеровки 20 сосуда до того, как на него намотана оболочка 18 сосуда.

[0037] Как показано на Фиг. 5 и 6, установка любого из или обоих из удерживающего элемента 62 намотки или удерживающего элемента 66 эксплуатации в одной из канавок 44, 46 для удерживающего элемента предотвращает полное непреднамеренное отцепление штуцера 32 от бобышки 30. Как показано на Фиг. 5, перемещение штуцера 32 вправо ограничено контактом удерживающего элемента 62 намотки с внешней поверхностью 64 бобышки 30. Как показано на Фиг. 6, при использовании удерживающего элемента 66 эксплуатации смещение штуцера 32 относительно бобышки 30 вправо ограничено контактом удерживающего элемента 66 эксплуатации с выступом 54 бобышки 30.

[0038] Как показано на Фиг. 6, после первоначальной установки уплотнений 60b, 60a внутри уплотнительных канавок 48 и 50 соответственно уплотнения 60b, 60a защищены от подвергания воздействию и внутренней среды 17, и внешней среды 19 сосуда 10 под давлением. Соответственно, уплотнения 60a, 60b защищены от ухудшения окружающей среды.

[0039] В «режиме эксплуатации», показанном на Фиг. 6 (называемом ниже «первое положение»), штуцер 32 частично вывинчен относительно бобышки 30 по сравнению с конфигурацией «режима намотки» на Фиг. 5 так, что основное уплотнение в форме уплотнения 60b в уплотнительной канавке 48 зацепляется между бобышкой 30 и штуцером 32. Чтобы обеспечивать легкое обслуживание и/или замену уплотнения 60b, «режим обслуживания» на Фиг. 7 (называемый ниже «второе положение») показывает бобышку 30 и штуцер 32 в конфигурации, в которой вспомогательное уплотнение 60a в уплотнительной канавке 50 зацепляется для предотвращения утечки между бобышкой 30 и штуцером 32 в то время как основное уплотнение 60b в уплотнительной канавке 48 может быть удалено для замены. За счет этих избыточных уплотнений 60a, 60b узел 28 утопленной бобышки всегда герметичен, даже если обслуживание выполняется в то время как сосуд 10 под давлением остается под давлением.

[0040] Фиг. 8 представляет собой вид радиального поперечного сечения второго примерного варианта выполнения узла 28 утопленной бобышки в конфигурации режима эксплуатации. Фиг. 9 представляет собой вид радиального поперечного сечения третьего примерного варианта выполнения узла 28b утопленной бобышки в конфигурации режима эксплуатации. Многие из компонентов и элементов узлов 28a и 28b утопленной бобышки аналогичны тем, которые рассмотрены выше со ссылкой на вариант выполнения узла 28 утопленной бобышки. Соответственно, следует понимать, что описания компонентов и признаков одного варианта выполнения также применимы к аналогичным признакам других вариантов выполнения, если не описано иное.

[0041] Фиг. 6, 8 и 9 иллюстрируют три варианта выполнения признаков, которые предотвращают вставку штуцера 32, 32a, 32b слишком далеко в направлении 34 вставки (обозначенном на Фиг. 3) в отношении бобышки 30, 30a, 30b. В узле 28 на Фиг. 6 бобышка 30 включает в себя первый упорный элемент в форме выступа 36, который продолжается в радиальном направлении наружу от и является смежным с внутренней поверхностью отверстия 26. Штуцер 32 включает в себя второй упорный элемент в форме поверхности 38, которая продолжается в радиальном направлении наружу от и является смежной с внешней поверхностью 70 штуцера 32 (обозначенной на Фиг. 3). Взаимный контакт между выступом 36 и поверхностью 38, который показан на Фиг. 5 и 7, ограничивает степень, на которую штуцер 32 может быть вставлен в бобышку 30 в направлении 34 вставки.

[0042] В узле 28a на Фиг. 8 бобышка 30a включает в себя первый упорный элемент в форме выступа 36a, который продолжается под углом наружу от и является смежным с внутренней поверхностью отверстия 26. Штуцер 32a включает в себя второй упорный элемент в форме поверхности 38a, которая продолжается под углом наружу от и является смежной с внешней поверхностью 70 штуцера 32a. В проиллюстрированном варианте выполнения выступ 36a и поверхность 38a аналогично наклонены или сужены так, что их поверхности по существу параллельны. Взаимный контакт между выступом 36a и поверхностью 38a ограничивает степень, на которую штуцер 32a может быть вставлен в бобышку 30a в направлении 34 вставки (обозначенном на Фиг. 3).

[0043] В узле 28b на Фиг. 9 бобышка 30b включает в себя первый упорный элемент в форме концевой резьбы 36b, которая является смежной с внутренней поверхностью отверстия 26. Штуцер 32b включает в себя второй упорный элемент в форме концевой резьбы 38b, которая является смежной с внешней поверхностью 70 штуцера 32b. Взаимный контакт между концевой резьбой 36b и концевой резьбой 38b ограничивает степень, на которую штуцер 32b может быть вставлен в бобышку 30b в направлении 34 вставки (обозначенном на Фиг. 3).

[0044] На Фиг. 9 компоненты узла 28b утопленной бобышки собраны в герметичной конфигурации режима эксплуатации. В отличие от этого, Фиг. 9A показывает конфигурацию вентиляции узла 28b утопленной бобышки, в которой штуцер 32b вывинчен из бобышки 30b настолько, что установлен путь сообщения по текучей среде между канавкой 48 и вентиляционным отверстием 72 по каналу 74. В примерном варианте выполнения в конфигурации вентиляции вентиляционный путь сообщения по текучей среде также устанавливается между канавкой 50 и внутренней средой 17 сосуда под давлением посредством волнообразного пути сообщения по текучей среде между поверхностью 40 с внутренней резьбой бобышки 30b и поверхностью 42 с внешней резьбой штуцера 32b. Таким образом, любой накопленный газ в канавках 48 и 50 может вентилироваться. Более того, в примерном варианте выполнения отверстие 72 может быть соединено с резервуаром или другой емкостью для извлечения вентилируемого газа. Раскрытые вентиляционные пути также предлагают средство, с помощью которого в сосуде 10 под давлением, в котором установлен узел 28b утопленной бобышки, может быть медленно сброшено давление управляемым образом. Когда вентиляционное отверстие 72 соединено с резервуаром, вентилируемое содержимое сосуда 10 под давлением может быть захвачено в нем.

[0045] Примерные неограничивающие описания подходящих вариантов выполнения следуют далее: Примерный узел 28, 28a, 28b бобышки для сосуда 10 под давлением включает в себя бобышку 30, 30a, 30b, штуцер 32, 32a, 32b и первое и второе уплотнения 60a, 60b. Бобышка 30, 30a, 30b включает в себя отверстие 26 с внутренней поверхностью и элемент 36, 36a, 36b первого упора, смежный с внутренней поверхностью. Штуцер 32, 32a, 32b выполнен с возможностью вставки по меньшей мере частично в бобышку 30, 30a, 30b для предотвращения сообщения по текучей среде между внутренней областью 17 сосуда 10 под давлением и внешней областью 19 сосуда 10 под давлением. Штуцер 32, 32a, 32b включает в себя внешнюю поверхность 70 и элемент 38, 38a, 38b второго упора, смежный с внешней поверхностью 70. Внешнее уплотнение 60b расположено на внешней поверхности 70, например, в уплотнительной канавке 48. Внутреннее уплотнение 60a расположено на внешней поверхности 70, например, в уплотнительной канавке 50. Штуцер 32, 32a, 32b является перемещаемым между первым и вторым положениями относительно бобышки 30, 30a, 30b. В первом положении, проиллюстрированном на Фиг. 6, 8 и 9, внешнее уплотнение 60b (в уплотнительной канавке 48) герметично зацеплено между внутренней и внешней поверхностями, внутреннее уплотнение 60a (в уплотнительной канавке 50) герметично не зацеплено между внутренней и внешней поверхностями и отсутствует взаимный контакт между элементом 36, 36a, 36b первого упора и элементом 38, 38a, 38b второго упора. Во втором положении (показанном на Фиг. 5 и 7 для одного варианта выполнения) внешнее уплотнение 60b герметично не зацеплено между внутренней и внешней поверхностями, внутреннее уплотнение 60a (в уплотнительной канавке 50) (в уплотнительной канавке 48) герметично зацеплено между внутренней и внешней поверхностями и элемент 36, 36a, 36b первого упора контактирует с элементом 38, 38a, 38b второго упора. В примерном варианте выполнения во втором положении внешнее уплотнение 60b (в уплотнительной канавке 48) расположено снаружи бобышки 30, 30a, 30b.

[0046] В примерном варианте выполнения по меньшей мере одна из внутренней поверхности отверстия 26 и внешней поверхности 70 является по существу цилиндрической. В примерном варианте выполнения бобышка 30, 30a, 30b включает в себя поверхность 40 с внутренней резьбой, а штуцер 32, 32a, 32b включает в себя поверхность 42 с внешней резьбой, выполненную с возможностью зацепления поверхности 40 с внутренней резьбой. В примерном варианте выполнения штуцер 32, 32a, 32b включает в себя некруглое углубление 56 на его внешней поверхности.

[0047] В примерном варианте выполнения штуцер 32, 32a, 32b включает в себя канавку 48 или 50, выполненную с возможностью удержания внешнего уплотнения 60b или внутреннего уплотнения 60a. В примерном варианте выполнения штуцер 32, 32a, 32b включает в себя другую канавку 44 или 46. Как показано на Фиг. 5, удерживающий элемент 62 выполнен с возможностью по меньшей мере частичной вставки в канавку 46. Удерживающий элемент 62 расположен снаружи бобышки 30, 30a, 30b во втором положении узла 28, 28a, 28b, например, как проиллюстрировано на Фиг. 5. Удерживающий элемент 62 контактирует с внешней поверхностью 64 бобышки 30, 30a, 30b во втором положении узла 28, 28a, 28b. Как показано на Фиг. 6-9, удерживающий элемент 66 выполнен с возможностью по меньшей мере частичной вставки в канавку 44. Как показано на Фиг. 6, 8 и 9, удерживающий элемент 66 расположен внутри отверстия 26 бобышки 30, 30a, 30b в первом положении узла 28, 28a, 28b. Удерживающий элемент 66 может быть расположен в канавке 44 и снаружи бобышки 30, 30a, 30b во втором положении узла 28, 28a, 28b.

[0048] Раскрытие также направлено на способ использования узла 28, 28a, 28b бобышки с сосудом 20 под давлением. Способ включает в себя этап, на котором вставляют штуцер 32, 32a, 32b в отверстие 26 бобышки 30, 30a, 30b до первого положения, показанного на Фиг. 6, 8 и 9, так, что внешнее уплотнение 60b (в уплотнительной канавке 48) зацепляется между внутренней и внешней поверхностями, внутреннее уплотнение 60a (в уплотнительной канавке 50) не зацепляется между внутренней и внешней поверхностями и отсутствует взаимный контакт между элементом 36, 36a, 36b первого упора и элементом 38, 38a, 38b второго упора. Примерный способ дополнительно включает в себя этап, на котором располагают внешнее уплотнение 60b в канавке 48 на внешней поверхности 70 штуцера 32, 32a, 32b. Примерный способ дополнительно включает в себя этап, на котором располагают внутреннее уплотнение 60a в канавке 50 на внешней поверхности 70 штуцера 32, 32a, 32b. Примерный способ дополнительно включает в себя этап, на котором располагают удерживающий элемент 62, 66 по меньшей мере частично в канавке 44, 46 на внешней поверхности 70 штуцера 32, 32a, 32b. В примерном способе расположение удерживающего элемента 62, 66 включает в себя этап, на котором располагают удерживающий элемент 62, 66 снаружи бобышки 30, 30a, 30b. Как показано на Фиг. 5, расположение удерживающего элемента 62 включает в себя этап, на котором приводят удерживающий элемент 62 в контакт с внешней поверхностью 64 бобышки 30, 30a, 30b.

[0049] Примерный способ дополнительно включает в себя этап, на котором перемещают штуцер 32, 32a, 32b относительно отверстия 26 бобышки 30, 30a, 30b из первого положения (например, показанного на Фиг. 6) во второе положение (например, показанное на Фиг. 7) так, что внешнее уплотнение 60b (в уплотнительной канавке 48) располагается снаружи бобышки 30, 30a, 30b, внутреннее уплотнение 60a (в уплотнительной канавке 50) зацепляется между внутренней и внешней поверхностями, а элемент 36, 36a, 36b первого упора контактирует с элементом 38, 38a, 38b второго упора. В примерном способе перемещение штуцера 32, 32a, 32b относительно отверстия 26 бобышки 30, 30a, 30b включает в себя этап, на котором вращают штуцер 32, 32a, 32b вокруг продольной оси 58 для сцепления поверхности 40 с внутренней резьбой бобышки 30, 30a, 30b и поверхности 42 с внешней резьбой штуцера 32, 32a, 32b. В примерном способе такое вращение включает в себя этап, на котором зацепляют инструмент с помощью некруглого углубления 56 на внешней поверхности штуцера 32, 32a, 32b. В примерном способе перемещение штуцера 32, 32a, 32b относительно отверстия 26 бобышки 30, 30a, 30b включает в себя этап, на котором перемещают удерживающий элемент 66, расположенный на штуцере 32, 32a, 32b, внутри отверстия 26 и из отверстия 26.

[0050] Хотя объект этого раскрытия был описан со ссылкой на несколько вариантов выполнения, специалисты в данной области техники будут понимать, что изменения могут быть выполнены в форме и деталях без отклонения от объема раскрытия. В дополнение, любой признак, раскрытый в отношении одного варианта выполнения, может быть включен в другой вариант выполнения, и наоборот.

Группа изобретений относится к узлу бобышки для сосуда под давлением включает в себя бобышку, штуцер, первое уплотнение и второе уплотнение. Бобышка включает в себя отверстие с внутренней поверхностью и первый упорный элемент. Штуцер выполнен с возможностью частичной вставки в бобышку для предотвращения сообщения по текучей среде между внутренней областью и внешней областью сосуда под давлением. Штуцер включает в себя внешнюю поверхность и второй упорный элемент. Каждое из первого и второго уплотнений расположено на внешней поверхности. Штуцер является перемещаемым между первым и вторым положениями. В первом положении первое уплотнение герметично зацеплено между внутренней и внешней поверхностями, а второе уплотнение герметично не зацеплено между ними. Во втором положении первое уплотнение герметично не зацеплено между внутренней и внешней поверхностями, второе уплотнение герметично зацеплено, а первый и второй упорные элементы взаимно контактируют. Техническим результатом является уплотнение узла бобышки сосуда под давлением. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Узел бобышки для сосуда под давлением, причем узел бобышки включает в себя:

бобышку, включающую в себя отверстие с внутренней поверхностью и первый упорный элемент, смежный с внутренней поверхностью;

штуцер, выполненный с возможностью по меньшей мере частичной вставки в бобышку для предотвращения сообщения по текучей среде между внутренней областью сосуда под давлением и внешней областью сосуда под давлением, причем штуцер включает в себя внешнюю поверхность и второй упорный элемент, смежный с внешней поверхностью;

первое уплотнение, расположенное на внешней поверхности; и

второе уплотнение, расположенное на внешней поверхности;

причем штуцер является перемещаемым между первым и вторым положениями относительно бобышки, причем:

в первом положении первое уплотнение герметично зацеплено между внутренней и внешней поверхностями, второе уплотнение герметично не зацеплено между внутренней и внешней поверхностями и отсутствует взаимный контакт между первым и вторым упорными элементами; и

во втором положении первое уплотнение герметично не зацеплено между внутренней и внешней поверхностями, второе уплотнение герметично зацеплено между внутренней и внешней поверхностями и первым упорный элемент контактирует со вторым упорным элементом.

2. Узел по п. 1, в котором первый упорный элемент представляет собой выступ, продолжающийся наружу от внутренней поверхности, а второй упорный элемент представляет собой поверхность, продолжающуюся наружу от внешней поверхности.

3. Узел по любому из пп. 1, 2, в котором бобышка включает в себя поверхность с внутренней резьбой, а штуцер включает в себя поверхность с внешней резьбой, выполненной с возможностью зацепления поверхности с внутренней резьбой.

4. Узел по любому из пп. 1-3, в котором штуцер включает в себя первую канавку, выполненную с возможностью удержания первого уплотнения или второго уплотнения.

5. Узел по п. 4, в котором штуцер включает в себя вторую канавку.

6. Узел по п. 5, дополнительно включающий в себя удерживающий элемент, выполненный с возможностью по меньшей мере частичной вставки во вторую канавку.

7. Узел по п. 6, в котором удерживающий элемент расположен снаружи бобышки во втором положении.

8. Узел по п. 7, в котором удерживающий элемент контактирует с внешней поверхностью бобышки во втором положении.

9. Узел по любому из пп. 6-8, в котором удерживающий элемент расположен внутри отверстия в первом положении.

10. Узел по любому из пп. 1-9, в котором штуцер включает в себя некруглое углубление на его внешней поверхности.

11. Способ использования узла бобышки с сосудом под давлением, причем узел бобышки включает в себя:

бобышку, включающую в себя отверстие с внутренней поверхностью и первый упорный элемент, смежный с внутренней поверхностью; и

штуцер, выполненный с возможностью вставки в бобышку для предотвращения сообщения по текучей среде между внутренней областью сосуда под давлением и внешней областью сосуда под давлением, причем штуцер включает в себя внешнюю поверхность и второй упорный элемент, смежный с внешней поверхностью;

причем способ включает в себя этапы, на которых:

вставляют штуцер в отверстие бобышки до первого положения так, что первое уплотнение зацепляется между внутренней и внешней поверхностями, второе уплотнение не зацепляется между внутренней и внешней поверхностями и отсутствует взаимный контакт между первым и вторым упорными элементами.

12. Способ по п. 11, дополнительно включающий в себя этап, на котором располагают первое уплотнение в первой канавке на внешней поверхности штуцера.

13. Способ по п. 12, дополнительно включающий в себя этап, на котором располагают второе уплотнение во второй канавке на внешней поверхности штуцера.

14. Способ по любому из пп. 12, 13, дополнительно включающий в себя этап, на котором располагают удерживающий элемент по меньшей мере частично во второй канавке на внешней поверхности штуцера.

15. Способ по любому из пп. 11-14, дополнительно включающий в себя этап, на котором перемещают штуцер относительно отверстия бобышки до второго положения так, что первое уплотнение располагается снаружи бобышки, второе уплотнение зацепляется между внутренней и внешней поверхностями и первый упорный элемент контактирует со вторым упорным элементом.