BR112013033497B1

BR112013033497B1 - saliência para recipiente de compósito sob pressão

Info

Publication number: BR112013033497B1
Application number: BR112013033497-5A
Authority: BR
Inventors: Rune Ulekleiv; Per Vidar Hamnvik
Original assignee: Hexagon Ragasco As
Priority date: 2011-06-28
Filing date: 2012-06-27
Publication date: 2021-02-17
Also published as: WO2013000959A1; EP2726774B1; MX344286B; PT2726774T; US20140299610A1; PL2726774T3; US9353910B2; RU2601663C2; MX2013015234A; EP2726774A1; DK2726774T3; RU2014102038A; BR112013033497A2; ES2581850T3

Abstract

SALIÊNCIA PARA RECIPIENTE DE COMPÓSITO SOB PRESSÃO. Uma saliência (1) para um recipiente de compósito sob pressão para fluidos é descrito, em que a espessura radial da aba (23) da saliência é arranjada entre p elemento de acoplamento ou válvula (5) e um elemento embutido (2) é especialmente adaptado para a pressão pretendida dentro do recipiente.

Description

SALIÊNCIA PARA RECIPIENTE DE COMPÓSITO SOB PRESSÃO

[001] A presente invenção se refere a uma saliência para um recipiente de compósito sob pressão. Especialmente a invenção se refere a uma saliência especialmente adaptada para suportar pressão por toda a duração do ciclo de vida do recipiente de compósito sob pressão.

Antecedentes

[002] Esta invenção se refere a uma saliência aperfeiçoada para um recipiente de compósito sob pressão para fluidos, em que o recipiente compreende uma camada de revestimento de base interna termoplástica hermética a fluido e uma camada de suporte de pressão formadas através do enrolamento da fibra de reforço na camada de revestimento de base, bem como pelo menos uma abertura central em pelo menos uma extremidade, para a provisão de uma saliência para a montagem de um acoplamento ou um membro de válvula.

Técnica do Conhecimento

[003] Uma saliência para recipientes de compósito sob pressão é divulgada na Patente Norueguesa No. 312048. Recipientes de compósito sob pressão são divulgados na Patente Norueguesas No. 306226 e 309667.

[004] Recipientes sob pressão como estes estão sujeitos a vários tipos de tensões e forças. Principalmente, isto diz respeito ao excesso de pressão interna que pode ocorrer quando se enche o recipiente com fluidos. A pressão interna irá influenciar a saliência com uma força direcionada axialmente para fora que pode ser considerável. Adicionalmente, a construção da saliência pode ser influenciada por uma força direcionada axialmente para dentro, por exemplo, quando uma válvula ou um membro de acoplamento é montado à saliência, e possivelmente por tensão não intencionada causada por impactos ou explosões. É importante que a construção e a montagem/fixação da saliência também seja capaz de resistir a tais forças. O mesmo é válido para forças de torção que podem ocorrer quando por exemplo o membro de válvula é montado na saliência, a qual normalmente é formada com roscas e aparafusada na saliência. Forças de torção a serem preocupadas neste sentido também podem ocorrer quando o reforço de fibra é enrolado no revestimento interno. É especialmente importante que a saliência compreenda uma vedação segura e durável contra as partes adjacentes do recipiente de pressão. A vedação precisa ser tal que as forças mencionadas acima não danificam o efeito de vedação.

[005] Patente Norueguesa No. 312048, mencionada acima, divulga uma saliência adequada para o uso no presente tipo dos recipientes de pressão.

[006] Recipientes de compósito sob pressão podem conter diferentes fluidos tais como propano e butano, para o uso doméstico geralmente com uma pressão máxima relativamente baixa de cerca de 35 bar. Os recipientes também podem deter fluidos tais como CNG, hidrogênio e outros tipos de gás industrial que geralmente necessitam de uma pressão máxima maior de cerca de 200 bar. Recipientes de compósito sob pressão podem ser adaptados para suportar pressões de teste de até 2000 bar ou ainda maiores.

[007] A técnica anterior divulga o uso de anéis-O para vedar a passagem entre uma saliência e um membro de acoplamento ou de válvula. Quando o recipiente contém um fluido o anel-O estará em contato com o fluido presente no recipiente. Os presentes inventores observaram que os anéis-O sob as condições que prevalecem dentro de uma saliência possuem uma tendência de intumescer quando em contato com o fluido. O intumescimento e a pressão a partir dos anéis-O podem causar endentações nas superfícies de vedação opostas o que subsequentemente pode causar vazamento, por exemplo, se o acoplamento ou o membro de válvula ou os anéis-O são alterados.

Objetivos da invenção

[008] Assim, é um objetivo da presente invenção prover uma saliência adequada para o uso em recipientes de compósito sob pressão que detém fluidos não apenas de pressões relativamente baixas, mas que também podem ser usados em recipientes de pressão que detém fluidos de pressões mais altas, e saliência a qual não é cara de produzir.

[009] As diferenças de pressão, temperatura ou concentração sobre os materiais da saliência podem causar a permeação de fluido através dos materiais. Isto é especialmente relevante em conjunto com vedações tais como anéis-O e superfícies de vedação.

[0010] Um objetivo adicional da presente invenção é prover uma saliência com longa durabilidade também em pressões mais altas, permitindo desta forma que o recipiente seja reutilizado muitas vezes e reduzindo os custos.

[0011] Também é um objetivo prover uma saliência em que a influência possível do instumescimento dos anéis-O na capacidade de vedação é reduzida.

[0012] Para obter estes e outros objetivos a presente invenção provê uma saliência para um recipiente de compósito sob pressão para fluidos, em que o recipiente de pressão compreende uma camada de revestimento de base interna hermética a fluido e uma camada de suporte de pressão formadas através do enrolamento da fibra de reforço na camada de revestimento, bem como pelo menos uma abertura central em uma extremidade provida com a saliência, onde a saliência é adaptada para a montagem de um membro de acoplamento ou de válvula, em que a saliência compreende meios de montagem adaptados para receber o acoplamento ou o membro de válvula, em que o acoplamento ou o membro de válvula compreende pelo menos um anel-O em uma superfície de engate para o engate com os meios de montagem, em que a saliência compreende um membro embutido pelo menos completamente embutido em direção ao interior do recipiente de pressão, e em que a saliência compreende uma aba arranjada a ser posicionada entre o membro embutido e a superfície de engate do acoplamento ou do membro de válvula, em que a espessura radial da aba é proporcional com a pressão de teste para a qual o recipiente é intencionado.

[0013] Um recipiente de pressão pode compreender uma saliência de acordo com a presente invenção instalada em uma abertura em uma extremidade do recipiente. Um recipiente de pressão também pode compreender duas saliências de acordo com a presente invenção arranjadas em duas aberturas cada uma arranjada em extremidades opostas do recipiente de pressão. Também é possível prover um recipiente de pressão com uma saliência de acordo com a presente invenção e um ou mais outros tipos de saliências. Em geral o número de saliências iguala o número de aberturas no recipiente de pressão.

[0014] Em um aspecto da presente invenção a espessura radial D da aba diminui com o aumento da pressão de teste.

[0015] Em outro aspecto a espessura radial D da aba diminui com o aumento da espessura do material do pelo menos um anel-O.

[0016] Em mais um aspecto a espessura radial D da aba diminui com a diminuição da dureza Shore A de pelo menos um anel-O.

[0017] Em uma modalidade da saliência de acordo com a presente invenção a dureza Shore A do pelo menos um anelo é:
70 ≤ H ≤ 90
o diâmetro do material d em mm do pelo menos um anelo é:
1 ≤ d ≤ 6
a espessura radial máxima Dmax da aba em mm é
Dmax = -0,0005*p + 3,005
em que p = pressão de teste em bar
e a espessura radial D da aba é
Dmin ≤ D ≤ Dmax
em que Dmin = espessura radial mínima da aba em mm
Dmin = -0,000125*p + 0,35

[0018] Em outra modalidade da presente invenção a relação entre a razão entre a dureza de Shore A H de pelo menos um anel em "O" e a espessura D em mm da aba em uma pressão de teste p em bar é

[0019] H/D = a*p + b em que 0,03 < a < 0,05 e 25 < b < 35.

[0020] Em um aspecto adicional a presente invenção provê uma saliência, em que a saliência é intencionada de um recipiente de compósito sob pressão com uma pressão de teste de no mínimo 10 bar e onde a espessura da aba é menor do que 2,5 mm, ou em que a saliência é intencionada de um recipiente de compósito sob pressão com uma pressão de teste de no mínimo 30 bar e onde a espessura da aba é menor do que 2,45 mm, ou uma saliência em que a saliência é intencionada de um recipiente de compósito sob pressão com uma pressão de teste de no mínimo 300 bar e onde a espessura da aba é 1,775 mm ou menos.

[0021] Em uma modalidade a saliência de acordo com a presente invenção compreende um flange de conexão para a conexão à camada de revestimento, e uma parte de pescoço posicionada axialmente fora do flange de conexão, e em que o reforço de fibra do recipiente de pressão é enrolado contra a parte de pescoço.

[0022] O termo "pressão de teste" como aplicado aqui se refere à pressão dentro do recipiente usada para testar o recipiente para o uso intencionado. A pressão de teste normalmente é no mínimo 1,5 vezes a pressão de operação definida regulamentar. Após o enchimento e durante condições de manipulação e esvaziamento normais a pressão dentro do recipiente em geral será menor do que a pressão de teste. Exemplos de pressões de teste aplicáveis incluem mas are não limitados a:

- Não menos do que 10 bar, aplicações de pressão baixas especiais como bebidas;
- Não menos do que 30 bar, LPG/gás de refrigeração e outros tipos de gás;
- Não menos do que 300 bar, CNG, gás de respiração, e aplicações de gás industrial;
- Não menos do que 600 bar, hidrogênio e outras aplicações de alta pressão especiais.

Breve descrição dos desenhos

[0023] A invenção será descrita agora com referência aos exemplos os quais são mostrados nas figuras, em que:

[0024] A Figura 1 mostra uma vista de seção de uma modalidade da saliência adaptada para a pressão dentro do recipiente.

[0025] A Figura 1a ilustra uma seção alargada da saliência de acordo com a figura 1.

[0026] A Figura 2 mostra uma vista de seção de outra modalidade da saliência adaptada para a pressão dentro do recipiente.

[0027] A Figura 3 mostra um gráfico que visualiza a dependência da pressão de uma espessura radial aplicável típica da aba.

[0028] A Figura 4 mostra um gráfico que ilustra a relação entre a pressão de teste e a razão da dureza de Shore A do anelo e a espessura da aba 23.

[0029] A Figura 5 mostra um gráfico que ilustra Dmin e Dmax contra a pressão de teste.

Descrição principal da invenção

[0030] A Figura 1 e a Figura 2 ilustram duas modalidades alternativas da presente invenção. Ambas as figuras mostram uma saliência 1 em um recipiente de pressão, em que a saliência compreende uma abertura na qual um acoplamento ou membro de válvula 5 é encaixado. A saliência 1 é soldada, colada, fundida, moldada ou de outro modo fixada a uma camada de revestimento de base interna 4 no recipiente de compósito sob pressão com um flange de conexão 11. De maneira alternativa a saliência é uma parte integrada da camada de revestimento. No topo do flange de conexão e a camada de revestimento, uma camada de fibra reforçada 3 é enrolada de um modo conhecido por si só. A camada de fibra reforçada assim funciona como uma camada de suporte de pressão, tanto para a saliência 1 e a camada de revestimento 4.

[0031] A saliência compreende uma parte de pescoço 12 a qual é posicionada axialmente fora do flange de conexão e recipiente de pressão. O reforço de fibra é enrolado contra a parte de pescoço, que provê um bom controle do enrolamento do reforço de fibra, e evita que o reforço de fibra cubra a abertura.

[0032] A saliência compreende uma abertura axial central para a montagem de um acoplamento ou membro de válvula 5.

[0033] A saliência em adição compreende um membro embutido 2. O membro embutido 2 é feito a partir de um material com pelo menos consistência estrutural suficiente para permitir a conexão e o destacamento repetidos do acoplamento ou do membro de válvula 5. O material para o membro embutido 2 pode ser diferente do ou igual ao material do resto da saliência 1 na qual o membro embutido 2 está embutido. O membro embutido compreende uma abertura a qual é encaixado com meios de montagem 24 para a montagem do acoplamento ou do membro de válvula 5. O membro embutido 2 pode ser metal ou outros materiais estruturais, por exemplo plástico de reforço de fibra.

[0034] Na modalidade ilustrada o membro embutido é embutido substancialmente por fundição exceto para os meios de montagem 24 através da moldagem por injeção do material remanescente que constitui a saliência. O membro embutido 2 preferivelmente é formado com um flange inferior 21, que se estende radialmente dentro do flange de conexão 11. Deste modo, o reforço de fibra que suporta pressão também irá cobrir a parte externa do flange inferior do membro embutido, e assim, evitar o movimento em uma direção axial. Os meios de montagem 24, consistem de uma parte rosqueada 24, a qual é formada para receber o acoplamento ou o membro de válvula 5. Adicionalmente, a abertura na saliência compreende uma superfície de suporte 26.

[0035] Apenas a superfície externa do acoplamento ou do membro de válvula 5 está ilustrada em detalhe nas figuras, como a invenção ilustrada na figura 1 e na figura 2 se refere à conexão entre o acoplamento ou o membro de válvula 5 e a saliência 1 e não à configuração interna do acoplamento ou do membro de válvula desta forma.

[0036] Os meios de montagem 24 para a montagem do acoplamento ou do membro de válvula 5 são, nesta modalidade, roscas cilíndricas.

[0037] Normalmente, é difícil de alcançar a adesão entre o membro embutido e o resto da saliência. O movimento relativo entre estas partes, por exemplo, por causa da flacidez das partes plásticas, leva a ocorrência de um ponto de vazamento para o conteúdo do recipiente de pressão ao longo da interface entre o membro embutido e a saliência.

[0038] A saliência compreende adicionalmente uma aba 23 formada a partir do material da saliência, que através da montagem do acoplamento ou do membro de válvula 5 está posicionada entre o membro de válvula e o membro embutido 2 na extremidade da saliência axialmente oposta ao pescoço 12, e arranjada dentro do recipiente de pressão. A Figura 1a é uma vista alargada da seção da saliência que compreende a aba 23. A superfície da aba que faceia a abertura forma as superfícies de vedação na extremidade interna da abertura, pelo fato de que o material da saliência embute o membro embutido na parte interna da abertura. A aba 23 pode compreender uma ou mais partes de engate em protrusão 20. As partes de engate em protrusão 20 aumenta a anexação da aba 23 ao membro embutido 2 garantindo desta forma que a aba 23 não é desanexada a partir do membro embutido 2 quando o acoplamento ou o membro de válvula 5 é posicionado ou removido. Nas modalidades ilustradas na figura 1a uma parte e protrusão inclinada está presente a qual provê resistência tanto ao movimento axial quanto ao movimento radial da aba 23. Nas modalidades ilustradas na figura 1 e 2 a aba compreende duas partes em protrusão 20 uma na direção axial e uma na direção radial. O membro de válvula é encaixado com um ou mais anéis-O 51, ver a figura 1 e a figura 2 respectivamente, para aperfeiçoar ainda mais a vedação entre a superfície externa do acoplamento ou do membro de válvula e meios de montagem e superfícies de suporte da saliência. Esta aba 23 é posicionada no exterior do membro embutido. A vedação é alcançada no interior do canal de vazamento entre o membro embutido 2 e o resto da saliência 1.

[0039] Conteúdos sob pressão dentro do recipiente irão resultar em pressão direcionada a partir do interior do recipiente para a saliência 1. Tais pressões resultam em forças contra a parte interna da saliência que pressiona a parte da saliência que compreende a aba 23 em direção aos anéis-O 51, 51' aperfeiçoando desta forma os efeitos de vedação dos anéis-O. A dureza e a espessura da parte inferior do membro embutido que compreende a superfície de engate 26 devem ser selecionadas em relação à pressão de forma a permitir que a superfície de engate 26 aplique pressão no anel-O e desta forma proveja uma vedação hermética a gás.

[0040] A saliência e a camada de revestimento são produzidas de um modo conhecido em um material de polímero, preferivelmente por moldagem por injeção e moldagem por sopro respectivamente; no entanto, outros materiais ou métodos de produção também podem ser contemplados.

[0041] O flange de conexão é fixado à camada de revestimento 4 através de uma superfície inclinada 14. Como foi mencionado acima, a fixação pode ser realizada de um modo conhecido por soldagem ou por técnicas de junção alternativas, dependendo dos materiais usados. De maneira alternativa, à solução mostrada, a saliência é uma parte integrada da camada de revestimento ou da camada de revestimento pode ser fundida junto com o flange de conexão para formar uma superfície contínua em direção à abertura.

[0042] Para evitar o movimento do membro embutido 2 causado por torção bem como por forças direcionadas para dentro, por exemplo, quando se fixa uma válvula, o membro embutido é formado nesta modalidade com órgãos de preensão 22 que evitam o movimento rotativo para o membro embutido 2 em relação ao recipiente de pressão. Estes órgãos de preensão 22 podem ser formados como orifícios, recessos ou ranhuras no membro embutido.

[0043] Em um aspecto da presente invenção ilustrada nas modalidades mostradas nas figuras 1 e 2 a espessura da aba 23 está adaptada à pressão do fluido a estar contido dentro do recipiente. O termo espessura se refere à espessura radial da aba na área que através da montagem do membro de válvula 5 está adjacente aos anéis-O 51. Na figura 1a a espessura é ilustrada como a distância D. Na modalidade na figura 1 um anel-O na válvula 5 está em contato com a aba 23. Na outra modalidade na figura 2 dois anéis-O estão incluídos entre o membro de válvula e a saliência. Adicionalmente, anéis-O também podem estar incluídos entre a aba 23 e o acoplamento ou o membro de válvula 5.

[0044] Os anéis-O empregados podem ser adaptados em tamanho e em material à pressão e aos compostos que formam o conteúdo do recipiente.

[0045] A espessura radial da aba 23 está adaptada ao intervalo de pressão intencionado. Quanto maior a pressão que o recipiente é produzido para suportar, menor deve ser a espessura da aba 23. A Figura 3 ilustra a dependência entre a espessura radial da aba 23 e a pressão de teste aplicável dentro do recipiente para uma modalidade da presente invenção. O gráfico ilustra que para um recipiente com uma pressão de teste de 30 bar a espessura da aba 23 deve ser de 2,45 mm ou menos. Enquanto que para um recipiente com uma pressão de teste de 300 bar a espessura da aba 23 deve ser de 1,775 mm ou menos.

[0046] Em uma modalidade preferida onde a saliência é fundida de um material termoplástico a espessura radial da aba 23 é de aproximadamente 1,5 mm para um recipiente de 30 bar e 1,0 mm para um recipiente de 200 bar.

[0047] A Figura 4 ilustra a relação entre a razão da dureza (Shore A) e a espessura da aba 23 em mm como uma função da pressão de teste.

[0048] A razão deve ser de 30 mm -1 ou maior em uma pressão de teste de 10 bar e 90 mm -1 ou maior em uma pressão de teste de 1500 bar.

[0049] A relação entre a razão entre a dureza de Shore A H do pelo menos um anel em "O" 51 e a espessura D em mm da aba 23 em uma pressão de teste p em bar pode ser descrita como na sequência:

[0050] H/D = a*p + b em que 0,03 < a < 0,05 e 25 < b < 35.

[0051] Para ilustrar isto adicionalmente, a seguinte tabela provê as espessuras de aba máximas para os anéis-O pré-selecionados que possuem uma dureza de Shore A de 75 e 90, respectivamente.

[0052] A Figura 5 é um gráfico que mostra Dmin e Dmax para uma razão de pressões de teste de a partir de 1 até 1600 bar. De acordo com uma modalidade da presente invenção a espessura da aba 23 para uma dada pressão de teste deve ser selecionada para estar dentro do intervalo Dmin-Dmax para a dada pressão. O gráfico está baseado na dureza Shore A do pelo menos um anelo sendo: 70 ≤ H ≤ 90

[0053] o diâmetro do material d em mm do pelo menos um anel em "O" é: 1 ≤ d ≤ 6
a espessura radial máxima Dmax da aba 23 em mm é
Dmax = -0,0005*p + 3,005
em que p = pressão de teste em bar
a espessura radial mínima Dmin da aba 23 em mm
Dmin = -0,00047*p + 1,0047

[0054] A produção de qualquer uma das modalidades da saliência pode ser realizada usando métodos comercialmente disponíveis bem conhecidos.

Claims

Recipiente de compósito sob pressão para fluidos compreendendo uma camada de revestimento de base interna hermética a fluido (4) e uma camada de suporte de pressão (3) formada por enrolamento de fibra de reforço na camada de revestimento base, bem como, pelo menos, um abertura central em uma extremidade fornecida com a saliência (1) e um membro de acoplamento ou de válvula, a saliência sendo adaptada para montar o membro de acoplamento ou de válvula (5), e compreendendo meios de montagem (24, 26) adaptados para receber o membro de acoplamento ou de válvula (5), em que o membro de acoplamento ou de válvula compreende , pelo menos, um anel-O (51) sobre uma superfície de engate para o engatar com os meios de montagem,
em que a saliência (1) compreende um elemento embutido (2), pelo menos, embutido no sentido do interior do recipiente de pressão, e
em que a saliência compreende uma aba (23) disposta para ser posicionada entre o elemento embutido (2) e a superfície de engate do acoplamento ou elemento de válvula (5), em que a espessura radial D da aba (23) é proporcional com a pressão de teste para o qual o recipiente se destina, caracterizado pelo fato de que a dureza H Shore A de pelo menos um anel-O (51) ser: 70 ≤ H ≤ 90, o diâmetro d do material em mm de pelo menos um anel-O é: 1 ≤ d ≤ 6, a máxima espessura radial Dmax da aba (23) em mm é: -0, 0005 * p + 3, 005, em que p = pressão de teste em bar, e a espessura D radial da aba (23) é Dmin≤ D ≤Dmax, em que Dmin = espessura radial mínima da aba (23) em mm e Dmin = -0, 000125 * p+0,35.
Recipiente de compósito sob pressão para fluidos, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da espessura radial D da aba (23) diminuir com o aumento da pressão de teste.
Recipiente de compósito sob pressão para fluidos, de acordo com a reivindicação 1 ou 2 , caracterizado pelo fato da espessura radial D da aba (23) diminuir com a diminuição da espessura do material de pelo menos um anel-O (51).
Recipiente de compósito sob pressão para fluidos, de acordo com a reivindicação 1 ou 2 ou 3, caracterizado pelo de que a espessura radial D da aba (23) diminuir com a diminuição da dureza Shore A de pelo menos um anel-O (51).
Recipiente de compósito sob pressão para fluidos, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a saliência se destina a um recipiente sob pressão de compósito com uma pressão de teste de um mínimo de 10 bars e em que a espessura máxima (Dmax) da aba (23) é de 2,5 mm.
Recipiente de compósito sob pressão para fluidos, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que saliência se destina a um recipiente de compósito sob pressão com uma pressão de teste de um mínimo de 30 bars e em que a espessura máxima (Dmax) da aba (23) é 2,45 mm.
Recipiente de compósito sob pressão para fluidos, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo de que a saliência se destina a um recipiente sob pressão de compósito com uma pressão de teste de no mínimo 300 bar e em que a espessura máxima (Dmax) da aba (23) é 1,775 milímetros.
Recipiente de compósito sob pressão para fluidos, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-4, caracterizado pelo de que a relação entre a razão entre a dureza(H) Shore A de pelo menos um anel-O (51) e a espessura (D), em mm, da aba (23) a uma pressão de teste (p), em bars é
H/D = a*p + b em que 0,03 < a <0,05 e 25 < b <35.