CN101175640A - 侧向开端口的细丝卷绕的压力容器 - Google Patents

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CN101175640A CN200680016253.1A CN200680016253A CN101175640A CN 101175640 A CN101175640 A CN 101175640A CN 200680016253 A CN200680016253 A CN 200680016253A CN 101175640 A CN101175640 A CN 101175640A
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Abstract

在一种制造细丝卷绕圆柱形压力容器(11)的方法中，压力容器在其侧壁内具有相对大直径的端口，并能在约150psig或以上的内压下运行，要求直径的心轴(23)围绕其轴线转动。在卷绕一个全部的最内层之后，在张力之下使用细丝材料的树脂浸渍的平行股线(39)的带(60)，将环形的加强带(16)螺旋形地卷绕在要求轴向长度的规定区域上面。环形的加强带(16)然后自己在张力下使用细丝材料的树脂浸渍的平行股线螺旋形地重叠卷绕，以提供两个基本上完全的外层。在心轴上的多层结构固化之后，它可从心轴上移去。然后在加强带(16)内的侧壁内切割出至少一个孔(71)，将相对大直径的侧向端口配件(75)安装在孔(71)内。

Description

侧向开端口的细丝卷绕的压力容器
相关申请
本申请要求对2005年4月11日提交的美国临时申请系列No.60/670,362的优先权。
技术领域
本发明涉及细丝卷绕的压力容器，具体来说，涉及制造具有相对大的侧向端口的细丝卷绕的压力容器的方法，还涉及生成的压力容器。
背景技术
用于各种应用中的压力容器和罐早就采用合成树脂材料进行制造，诸如环氧树脂、丙烯酸树脂和聚亚胺酯树脂等，并组合通过用如此的树脂浸渍细丝而具有高拉伸强度的细丝。通过围绕转动的心轴以大致螺旋形的形式在多个重叠层内卷绕树脂浸渍的纤维状股线，由此加工出如此的卷绕细丝的容器。在某些情形中，股线在心轴的倒圆或弧形端部上进行卷绕，以形成与圆柱形壁或壳一体形成的容器头部；在其它情形中，一个或多个头部单独地形成。以此方式制造的压力容器可构造成具有足够的强度来承受例如150至1500psig的高内压，这样，压力容器在反渗透、纳米过滤、微过滤和其它类型的横向流方式的流体分离中得到使用，在横向流方式的流体分离中，自由流在压力下提供并经受薄膜过滤以将自由流分离为渗透或过滤流和浓缩流。在工业界内为此目的提供管状压力容器已经变得相当标准化了，压力容器基本上呈圆柱形的形状并具有圆形的封头，封头可在多个圆柱形过滤筒插入之后锁定就位。美国专利No.6,074,595示出了制造如此管状压力容器的这样一种方法，而美国专利No.6,558,544示出了具有圆形封头的如此一种压力容器。
然而，由于流体分离业界不断发展和进步，尤其是，涉及到分离水来提供饮料水流的业界，人们不断地作出种种努力，使用多个这样的压力容器在排好的阵列中减少管道连接数量，以及考虑空间节省而减少如此装置的总占地面积。作为解决此问题的一种方案，要求一个容器内的一侧向端口理想地直接连接到相邻压力容器的一侧向端口，从而实质上对多个如此排列的压力容器提供公共的馈送和/或公共的排放。以此方式在诸容器之间互连的布置，不再需要有向每一压力容器提供个别馈送流的集管以及从每一压力容器中收集和组合个别排放流的集管。通过在压力容器中如此地提供侧向入口和出口端口，业已发现，多个这样的容器可以有效地堆叠和连接；因此，馈送到堆叠中的单个容器或从其中收集将允许全部堆叠的容器这样地工作。
既然该方法在本业界内变得越来越被普遍地接受，就有一种希望提供较大直径的如此侧向端口连接的要求，以允许更大数量的压力容器在容器水平或垂直堆叠中连接在一起，而在互连过程中没有不合适的压力下降。几十年来，人们采用各种方法在该通用型的细丝卷绕压力容器中提供侧向和端部向的端口。美国专利Nos.3,106,940、3,112,234、3,293,860、4,391,301、4,614,279、4,685,589、4,700,868、4,765,507、5,900,107、5,979,692、6,074,595以及6,179,154示出了各种方法，它们用来在采用细丝卷绕工艺过程制造的压力容器的端部和/或侧壁内提供端口。例如，用可固化的热固性树脂连接的环形纤维补丁已经应用于局部形成的容器壁上并小心地放置而包围切割出开口的部位，就如美国专利No.3,106,940所述，而一个或多个附加的侧壁层重叠地进行卷绕。在许多情形中，附加的圆周地卷绕的环形补丁与第一补丁对齐地定位，其后跟着纤维材料的附加层，然后在第二补丁上进行卷绕或放置。在最后固化的容器中，诸补丁变得嵌入在容器壁内，而开口则穿过该补丁区域割出。尽管对于低压运行和较小直径的端口是有效的，但该方法不仅中断加工过程而且需要手工地小心放置好这些补丁。
‘279专利示出一种复合加强补丁或垫的应用，其包括纺织材料和随机定向纤维垫材料的交替层，在传统细丝进行重叠卷绕(overwind)操作之前，该复合加强补丁在需要一侧向端口的部位处直接施加到热塑性容器内衬上，由此，将该围绕端口的加强件放置在内部热塑性内衬和外部卷绕细丝的容器之间。一旦卷绕操作完成且树脂固化，在补丁的区域内穿过细丝卷绕的罐壁切割出开口，通过用垫圈和螺母或其它的紧固件，将配件插入穿过开口并固定在位置内，以此安装好配件。还有，该方法对于小直径端口和低压下的运行是有效的，但它需要内部的内衬和手工小心地放置。
‘301专利示出了一种细丝卷绕压力容器的侧壁的加强件，其首先以正常的方式卷绕容器，然后，用细丝的一系列加强带3小心地重叠卷绕该细丝卷绕容器，加强带连同容器的侧壁一起固化。在侧面与需要的侧向端口相接的部位处，成对的这些加强带3以大约25°角卷绕容器，而一对同样侧面相接的环形加强带重叠卷绕在这些成对的成角度加强带上以完成加强。如上所述，诸带小心地定位以便邻近和包围将穿过侧壁为侧向端口切割出的孔；因此，需要有精确的手工控制和放置。
尽管这些安装压力容器内的侧向端口的不同方法对于有限直径的侧向端口已经足够用了，例如，直径限制大至约5cm的侧向端口，但从压力容器寿期内稳定性的观点来看，尤其是，当容器经受约150psig和以上的压力时，大于6.5cm的侧向端口的安装一直是麻烦的。这些现有技术的侧向端口加强件往往具有这样的倾向，即，经受层叠的分离和/或导致失效和/或侧向端口处泄漏的运动。其结果，寻找到多个解决方案用于该问题，以便促进相对大的侧向端口结合在管状细丝卷绕容器中，尤其是结合在适应相对高内压的压力容器中，该高内压往往可以高达800-1500psig；此外，允许自动化加工和不需要中断和/或小心地手工控制的方案是特别追求的目标。所谓相对大的侧向端口是指直径等于压力容器内直径的至少约35％的侧向端口。
发明内容
业已发现，通过提供一种完全围绕管状容器体的环形加强带，可有效地构造出具有如此相对大的侧向端口的压力容器。如此加强带较佳地延伸至少为容器直径约两倍的轴向长度，并覆盖该轴向区域的全部表面。通过在均匀合理的高张力下应用高拉伸强度的细丝来形成如此的围绕容器的加强带，然后，用相对正常的方式用细丝材料在心轴上重叠卷绕一个或多个这样的加强带，适应如此相对大的侧向端口的压力容器就可自动化加工来生产。在全部卷绕容器固化之后，就可发现加强带基本上已经成为容器侧壁结构的一体部分，并可适于在如此一环形加强带内在任何角度部位处切割容器的侧壁来形成用于侧向端口固定的一个或多个孔。业已发现，当相对大的侧向端口试图用于期待在相对高压下能长寿命运行的细丝卷绕压力容器中时，如此一个容器不会有导致失效的潜在问题。在如此张力下进行卷绕，实际上对加强带区域施加了预应力，通过使用相同的连续细丝的股线，它们在全部操作中保持在张力之下并然后打结，经卷绕全部的容器，在全部的最后容器中可维持如此张力的存在。全部的加工过程容易地实现自动化，可节约劳动力成本，不管侧向端口的开口切割在加强带内何处，总有一体的细丝股线紧邻地侧面相接该开口并提供足够的强度来抵抗容器内的高内压。
在一特别的方面，本发明提供一种制造细丝卷绕圆柱形压力容器的方法，该压力容器在其侧壁内具有相对大直径的端口，并能在约150psig或以上的内压下运行，该方法包括以下步骤：(a)提供具有压力容器所需内直径的圆柱形表面的心轴，并围绕轴线转动所述心轴，(b)在具有至少约为心轴直径两倍的规定轴向长度的区域内，在张力之下围绕所述心轴螺旋地卷绕多个树脂浸渍的细丝材料的平行股线的带，以形成多个加强层，每一层基本上完全地覆盖所述带的所述规定轴向长度区域的全部表面，由此形成管状的加强带，(c)然后，用树脂浸渍的细丝材料的平行股线的带，在张力之下螺旋形地重叠卷绕所述管状加强带和所述心轴的剩余部分，以形成一个以上基本上完全的全部外层，每一外层延伸至少所要压力容器的长度，(d)在所述细丝材料的股线在张力下保持卷绕的同时固化所述多层的结构以硬化所述心轴上的结构，(e)从所述心轴上移去所述固化的压力容器，(f)在所述加强带内切割所述压力容器侧壁内的至少一个孔，以及(g)将侧向端口安装在所述孔内。
在另一特别的方面，本发明提供一种制造细丝卷绕圆柱形压力容器的方法，该压力容器在其侧壁内具有相对大直径的端口，并能在约150psig或以上的内压下运行，该方法包括以下步骤：(a)提供具有压力容器所需内直径的圆柱形表面的心轴，并围绕轴线转动所述心轴，(b)在张力之下围绕所述心轴螺旋地卷绕多个树脂浸渍的细丝材料的平行股线的带，以形成基本上完全地覆盖全部表面并延伸所要压力容器的至少长度的轴向长度的最内层，(c)在具有至少约为心轴直径两倍的轴向长度的区域内，在张力之下围绕所述心轴螺旋地卷绕多个树脂浸渍的细丝材料的平行股线的带，以形成至少5个加强层，每一层基本上完全地覆盖所述心轴的规定环形区域的全部表面，由此形成管状的加强带，(d)然后，用树脂浸渍的细丝材料的平行股线的带，在张力之下螺旋形地重叠卷绕所述加强带和所述心轴的剩余部分，以形成一个以上基本上完全的外层，每一外层延伸至少所要压力容器的长度，(e)在所述细丝材料的股线在张力下保持卷绕的同时固化所述多层的结构以硬化所述心轴上的结构，(f)从所述心轴上移去所述固化的压力容器，(g)在所述加强带内切割所述压力容器侧壁内的至少一个孔，以及(h)将侧向端口安装在所述孔内。
在另一特别的方面，本发明提供一种细丝卷绕的圆柱形压力容器，该压力容器在其侧壁内具有至少一个大端口，该容器包括：具有圆柱形内表面的管状体，该管状体延伸其轴向长度的主要部分并具有至少约为20cm的恒定内直径，所述管状体的一侧壁部分包括(a)细丝材料的树脂浸渍股线的螺旋形卷绕带的最内层，该最内层从所述管状体的一端延伸到一端，(b)沿所述最内层的外表面的轴向部分定位的环形加强带，该带由多个在张力下螺旋形卷绕带的基本上完全的加强层形成，所述带的轴向长度至少约为40cm，以及(c)由细丝材料的树脂浸渍的股线螺旋形地卷绕带形成的至少第一和第二基本上完全的外层，所述第一层设置在所述加强带和所述最内层的外表面上，两个所述外层延伸所述管状体的长度，所有所述层彼此一体地连接，这是由于浸渍所述股线的所述树脂基本上同时发生固化；至少一个孔，该孔穿过所述压力容器的侧壁且位于所述加强带内；以及侧向端口，该侧向端口具有约7cm或以上直径且设置在所述孔内，所述容器能够在约150psig或以上的内压下运行。
附图说明
图1是横向流过滤压力容器的立体图，其具有适应相对大的侧向端口的孔，并具体体现本发明的各种特征。
图2是显示细丝卷绕方法的示意图，该方法可用来实施纤维加强、聚合物的压力容器的制造，并具体体现本发明的各种特征。
图3是代表性的卷绕装置的示意侧视图，示出多个细丝股线正馈送通过树脂槽并然后集中成为带，该带调整而形成要求的带宽，以便应用于图2所示的螺旋形卷绕操作。
图4是示意地显示加强带在转动心轴上卷绕的局部图。
图5是显示加强带上的全部侧壁层的附加卷绕的示意图。
图6是图1的不带其封头的细丝卷绕容器的局部纵向截面图，它示意地示出夹在最内层和两个构成全部压力容器侧壁的外层之间的加强带，显示出一对直径方向上相对的孔已经在靠近一端的带区域内切割出以容纳两个侧向端口配件。
图7是沿图6的线7-7截取的横截面图。
图8是图7结构的局部截面图，部分为侧视图，显示安装在下孔内的侧向端口配件。
具体实施方式
附图中的图1示出圆柱形壁的容器或罐11，其适于盛装高压下的流体，例如，至少约为150psig的压力，通常的压力约为300psig或800psig，或甚至高达约1500psig。容器11包括大致管状的壳体或外壳13，其含有正圆柱形形状的连续的内孔15；例外之处是，在较佳地为类似结构的端部处，设置两个略微放大的埋孔区域15a。压力容器的壳体外表面通常也为圆柱形，例外的是有两个环形区域16，它们对应地位于形成加强带的容器每个端部的附近。圆柱形内孔15允许多个圆柱形过滤筒插入和取出，过滤筒设计用于横向流过滤，这是本技术领域内众所周知的。这些过滤筒被接纳在压力容器内，并用本技术领域内众所周知的合适互连器端部对端部地串联连接。埋头孔15a允许安装圆形封头17(其中一个显示在图1中)，它们通过将锁定环插入槽19内(图6)而锁定就位，以将压力容器的内部封闭起来用于高压运行。如此结构的一个实例显示在‘544专利中，在此以参见的方式引入该专利的内容。
由位于压力容器上游和下游端附近的加强区域16内的带提供的较大壁厚适于安装凹入的侧向端口配件，这将在下文中作详细解释。这些较厚的加强的侧壁部分适于为侧向端口切割出开口，它们通过以下方法来形成，一是使用多个加强层来卷绕这样的带，每个加强层围绕全部的容器并连接成侧壁的一体部分，二是在构成压力容器的每个加强区域的内部和外部，较佳地将加强层夹在用树脂浸渍的细丝材料的全部层之间。
压力容器的侧壁13由用热固性树脂浸渍过的细丝材料股线形成。细丝材料可以采用以下形式：连续玻璃纤维或细丝；诸如尼龙、的确凉、奥纶或人造丝之类的合成纤维，或甚至诸如钢那样的金属丝。多个如此细丝材料的连续的基本上无限长度段或股线围绕转动的圆柱形心轴螺旋形地进行卷绕，其呈要求宽度的平带形式，该要求宽度称之为带宽。
在本技术领域内众所周知以下的做法是：围绕转动的心轴以大致螺旋形的图形卷绕由细丝股线形成的带，放下要求数量的重叠层来形成需要长度的压力容器侧壁，例如，在‘595专利和美国专利No.3,112,234中，如图所示，在此以参见的方式引入这些专利的内容。利用具有倒圆或弧形端部的心轴，压力罐的头部可与罐的中空圆柱形侧壁一体地形成；然而，主要的关注之处在于容器的生产，容器的两端要制造得相同以适应圆形封头。这样的封头固定在如此圆柱形侧壁容器的敞开端上，就如‘544专利或美国专利No.5,720,411中所示。
用来浸渍细丝材料的树脂可以是任何传统的热固性树脂，诸如环氧树脂、聚亚安酯树脂、聚酯树脂、醇酸树脂、尿素甲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂等。树脂可以任何合适的方式施加到细丝材料上，诸如喷溅、浸渍、涂刷、电镀层修补等，当股线卷绕以形成管状的加强区域和侧壁时，树脂可以是呈未固化状态或部分固化状态的液体。在卷绕过程中，如果需要的话，人们还知道促进树脂的固化。
现有技术的设备可从市场上采购，用作为图2中示意地显示类型的细丝卷绕装置，图2非常一般地显示了机器，它包括圆柱形的心轴23，其安装成围绕其轴线转动，其形成全部机器本体的主要部分。尽管没有示意地示出，但共同之处是，心轴23的一端支承在主轴上，而另一端固定到合适的卡盘25上，卡盘连接到由合适驱动马达29转动的驱动轴27。机器框架的一部分支承滑架31，滑架沿着一个或多个轨道33前后地作往复运动，轨道沿心轴23的全长延伸，且通常超过其任一端部一短距离。滑架31由马达35合适地驱动，它通过控制系统37自动地滑动，该控制系统能接受复杂的指令组从而以连续的方式程序操作压力容器的全部卷绕。
如图3所示，卷绕设备从多个线轴41上拉出多个连续的细丝材料的股线39。每一股线可包括多组集中和扭绞的玻璃纤维纱线以形成基本上无限长的连续细丝。每一线轴41可装备有张力控制装置43，该装置使正螺旋形地围绕转动心轴缠绕的每一个别股线39上保持要求的张力。为此目的，张力最好至少约为2磅，且较佳地在3和约6磅之间，该张力保持在每一正在使用的多个股线39上。股线39从其线轴架内相应的线轴41中拉出，这些股线39的阵列通过容纳液体树脂槽的罐47边缘上的梳理机45。当股线通过位于树脂槽上方的杆49然后通过浸没在树脂内的杆51时，梳理机45保持股线侧向地彼此分离。股线从浸没杆51相对侧上的树脂槽中出来，并通过第二提升起来的杆53，其上设置擦拭器55来除去过多的树脂。从擦拭器起，股线39的阵列通过出口梳理机57，以平行股线的平带60的形式出现。在如此一个卷绕操作中，采用至少约20根股线，较佳地采用约为30至40根股线。带移动到可枢转的第二出口梳理机59，通过有选择地转动第二梳理机，可以设定带的带宽。或者，如果要求的话，带60的带宽可由滑架31携带的凹陷的辊轮61设定，该辊轮将细丝的股线供应给心轴23，而带正围绕心轴螺旋形地进行卷绕。
为了开始操作，滑架31合适地定位，股线的带60固定在希望开始卷绕操作的心轴23端部附近。应相对于股线在心轴上最初附连上的部位设定好滑架3 1的位置以形成要求的初始卷绕角。一般来说，选用50°和60°之间的卷绕角α(图2)来卷绕压力容器的全部侧壁。加强带区域层较佳地采用至少约为55°更佳地至少约为57°的角进行卷绕。控制系统37调节心轴的转速以及滑架31平移的方向和速度，以从阵列的基本上无端头的细丝材料的连续股线中实现全部压力容器的卷绕。在全部的卷绕操作中，股线39上保持张力，在生成的固化的压力容器中这些预拉伸的股线提供了预应力的管状容器。在该技术领域内很为普通的是，被卷绕的管状结构的长度稍许超过所要压力容器的轴向长度，以提供清爽的生成产品，其后将两个端部修剪整齐。
作为对内直径为8英寸(20.3cm)的压力容器的典型性卷绕，约40股线的纤维玻璃在约3-4磅张力下曳拉通过液体环氧树脂的路径。如图3中大约地所示，诸股线展开而具有约4英寸(10.2cm)的带宽，它们围绕圆柱形心轴23卷绕以形成最内的第一层，第一层将延伸所要求管状结构的全部轴向长度。当卷绕该最内层时，较佳地采用超过约54°的相对于心轴轴线的卷绕角α，在此角度下使用三个穿经(pass)以便确实地基本覆盖心轴的全部表面。总是采用多个穿经，其中，平行股线的带从一端移动到另一端并返回来，为了此种应用的目的，对于特殊区域的长度先上移然后回来可以被认为是一个穿经。
因此，在滑架31已经从其起点移至相对端并返回，如此三次之后，控制系统37自动地改变卷绕方向以开始卷绕加强带的第一层。这示意地显示在图4中。对加强带区域16选定的轴向长度通常由包括到最终压力容器内的侧向端口的直径确定。最为普通的是，如此相对大直径的侧向端口是内直径至少约为20cm的压力容器所需要的，通常地，侧向端口的直径将至少约为7cm，且往往是从7至8cm。业已发现，加强带16的轴向长度较佳地应至少约为心轴直径的两倍，还应较佳地至少约为侧向端口直径的三倍。更为较佳地，直径约为20cm的压力容器加强带的轴向长度至少约为44cm至约52cm。尽管加强带的轴向长度通常确定为压力容器内直径的2和3倍之间，否则的话会带来附加的成本，但使用稍许长一些的加强带不会有害处。
在美国用于横向流过滤筒的通常尺寸压力容器具有8英寸(20.3cm)的内直径。假定3英寸(7.6cm)直径的侧向端口配件考虑安装到如此一个压力容器内，那么，可采用约57°的卷绕角用于加强带，调整展开装置59或61来将带宽改变到3至4英寸(7.6cm-10cm)之间，例如，约为3.3英寸(8.4cm)，这小于用来卷绕全部最内层的带宽。如从图4中可见，在卷绕加强带过程中，滑架有更加限制的前后运动，因此，采用5个完全的穿经代替3个，以便放下每一将构成加强带的基本上完全的层。一般地，使用至少约五层来形成加强带16，最好使用七层或更多加强层，视压力容器将要运行的内压而定。在卷绕这些层使带上下地穿过所要求的轴向长度时，会有一较薄的区域，那里，正在螺旋形地卷绕的带沿一个方向停止其移动，并沿相对的轴向方向反向移动，可见图4所示。此外，对一层内的5个穿经中的每一个进行编程，以包括刚好稍小一点的距离，这样，有一个光滑的角度倾斜侧面邻接加强带区域16的两端。例如，在构造压力容器其将额定在约150psig内压下运行的情形中，可采用7个加强层。
在管状结构一端处卷绕加强带16结束时，控制系统将卷绕角改变到约75°至80°，而滑架31通过卷绕带60移动到靠近心轴23相对的轴向端的位置，带60的卷绕基本上圆周地呈环状方式。一旦到达，装置开始在该端处卷绕类似的加强带，保持40个构成带60的细丝材料股线的连续性，带60正螺旋地卷绕在转动心轴上。重复刚才描述的卷绕过程，对每一层实施5个穿经，再使用约57°的卷绕角，因此，对7层而言，使用了总共35个短穿经。在卷绕第二加强带区域结束时，滑架31移回到操作开始的心轴端部，那里，控制系统37将树脂浸渍的股线带宽重新调整到约4英寸，而将卷绕角调整到约54°；然而，现在可采用低至3英寸的带宽。程序然后通过放下两个附加的全外层，使滑架31附加地卷绕两个加强带，每个外层基本上具有与先放下的最内层相同的长度；然而，对于总共八个以上的穿经，这次每一层是上下于心轴的4个穿经的产品。这次结束时，容器的加工基本上完成，控制系统37将一端处的卷绕角返回到约75°至80°，并以环状方式圆周地卷绕带60；这招致股线的打结，由此，在围绕转动心轴已经卷绕的多层内保持张力。
在卷绕树脂浸渍的股线结束之后，假定在卷绕过程中固化还未实现，则全部心轴运输到加热炉，那里，如本技术领域内所熟知的，细丝卷绕的管状结构进行固化。例如，使用标准的环氧树脂，在约80℃和约150℃之间的温度下固化至少四个小时，例如，4-10小时，这构成合理的固化循环。
从加热炉中取出并冷却到环境温度之后，压力容器的管状壳体13从心轴23上取下，如在现有技术中很普通的那样进行机加工以修整端部。此时，在加强带16的部位处，侧壁内切割出一个或多个孔71，最好大致在带16轴向长度的中央处。图6和7示出在侧壁内切割出的两个如此的孔71，在带16的中央处，彼此相距180°。在每一孔71内采用内埋头孔73以允许完全凹入的侧向端口配件75安装在孔内。如图8所示，配件75在其内端处可具有圆形突缘77，其将贴合地配合在埋头孔内，并用O形环密封件79或诸如此类的密封件进行密封。为了在全部的压力容器中提供全孔的通路，重要地是，侧向端口配件的突缘77的面不延伸到8英寸直径内孔15的区域内。提供合适的锁定螺母81或类似的构件，其被接纳在配件75的螺纹端83上，并密封抵靠在压力容器11的外表面上，由此，紧密地将侧向端口配件固定在孔71中。通常类似的第二侧向端口配件75将安装在相对的180°处，位于横贯压力容器在直径上切割出的直径向相对的孔71中，于是，例如在垂直的堆叠中，在一系列如此压力容器11之间提供液体连通。使用刚才描述的覆盖区域全部环形表面的加强带16的显著优点在于，在加强带区域内不仅允许对侧向端口可在任何角度部位处切割出孔71，而且还不需要附加的侧壁加工，就可允许两个侧向端口安装在管状压力容器的一个端部附近。
按刚才所述加工好的8英寸直径的压力容器11，在约52cm的轴向区域上使用7个如此多层的加强层，已经在150psig内压下运行而没有显示出泄露或失效的迹象，它们有望能继续无限制地在此压力下运行。同样地，具有9个如此加强层和类似3英寸侧向端口的8英寸直径的压力容器已经在800psig内压下运行而没有显示出泄露或失效，它们同样被认为适合于在如此条件下无限长时间地运行。
尽管本发明已经参照某些优选实施例进行了描述，它们构成了目前实施本发明而公知的本发明最佳模式，但应该理解到，在不脱离由附后权利要求书所定义的本发明范围的前提下，还可以作出本技术领域内技术人员所知悉的各种变化和修改。例如，尽管环氧树脂和玻璃纤维股线广泛地得到使用并且是优选的，但也可使用本技术领域内公知的其它树脂和其它加强股线，它们可在同样的张力下围绕转动的心轴螺旋形地进行卷绕。尽管参照的是一定直径尺寸的压力容器结构，它们在目前颇为一律地得到使用，但应该理解到，也可利用本发明的原理制造出直径更大或更小的压力容器。本发明具体的特征在下面的权利要求书中予以强调。

Claims (19)

1.一种制造细丝卷绕圆柱形压力容器的方法，该压力容器在其侧壁内具有相对大直径的端口，并能在约150psig或以上的内压下运行，该方法包括以下步骤：
(a)提供具有所述压力容器所需内直径的圆柱形表面的心轴，并围绕其轴线转动所述心轴，
(b)在具有至少约为所述心轴直径两倍的规定轴向长度的区域内，在张力之下围绕所述心轴螺旋地卷绕多个树脂浸渍的细丝材料的平行股线的带，以形成多个加强层，每一层基本上完全地覆盖所述带的所述规定轴向长度区域的全部表面，由此形成管状的加强带，
(c)然后，用树脂浸渍的细丝材料的平行股线的带，在张力之下螺旋地重叠卷绕所述管状加强带和所述心轴的剩余部分，以形成一个以上基本上完全的全部外层，每一外层延伸至少所要压力容器的长度，
(d)在所述细丝材料的股线保持在张力下卷绕的同时固化所述多层的结构以硬化所述心轴上的结构，
(e)从所述心轴上移去所述固化的压力容器，
(f)在所述加强带内切割所述压力容器的所述侧壁内的至少一个孔，以及
(g)将侧向端口安装在所述孔内。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述带包括至少约20个所述细丝材料的股线，在每一所述加强带和所述重叠卷绕的全部层的所述螺旋形卷绕过程中，所述股线被曳拉通过树脂槽，其中，在卷绕每一所述层时，所述股线施加到所述转动心轴上从而成为具有至少约8cm的宽度的带，其中，所述股线作为带施加，该带宽度在卷绕所述加强带时比所述外层狭窄，且其中，所述加强带的每一层包括沿所述心轴的所述规定的轴向长度的多个穿经以基本上完全地覆盖其表面。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述细丝材料的平行股线在对于所述外层约为50°和60°之间的卷绕角下被曳拉到转动心轴上，而所述重叠卷绕的实施形成了至少2个所述外层。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，对于总共至少5个穿经，所述股线在至少约为55°的卷绕角下被曳拉，以形成所述加强带的每个基本上完全的层。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述加强带使用至少7个基本上完全的层进行构造，每一层具有小于前一层的轴向长度，其中，所述股线以约57°角被曳拉。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述心轴具有至少约为20cm的外直径，所述加强带具有至少约为44cm的轴向长度，而所述孔直径约为7cm或以上。
7.如权利要求1或6所述的方法，其特征在于，两个所述孔在彼此为180°处在所述压力容器的所述加强带内的侧壁内切割出。
8.如权利要求1或6所述的方法，其特征在于，所述树脂是环氧树脂，而通过在约80°和约150°之间的温度下加热所述细丝卷绕的心轴至少约达4小时来实施所述固化，其中，所述树脂和重叠卷绕细丝材料的所述层的数量足够，以形成具有可接受的额定800psig内压的压力容器。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，最内的基本上完全的层围绕所述心轴卷绕，然后将所述加强带卷绕到所述最内层上。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述股线在全部的所述外层、所述加强带和所述最内层内是连续的。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述股线在至少约为2lbs的张力下被曳拉到所述心轴上，并在所述重叠卷绕结束处以至少约为75°的角通过至少一个圆周的环形卷绕进行打结。
12.一种制造细丝卷绕圆柱形压力容器的方法，该压力容器在其侧壁内具有相对大直径的端口，并能在约150psig或以上的内压下运行，该方法包括以下步骤：
(a)提供具有所述压力容器所需内直径的圆柱形表面的心轴，并围绕其轴线转动所述心轴，
(b)在张力之下围绕所述心轴螺旋地卷绕树脂浸渍的细丝材料的平行股线的带，以形成基本上完全地覆盖全部表面并延伸至少所要压力容器的长度的轴向长度的最内层，
(c)在具有至少约为所述心轴直径两倍的轴向长度的区域内，在张力之下围绕所述心轴螺旋地卷绕多个树脂浸渍的细丝材料的平行股线的带，以形成至少5个加强层，每一层基本上完全地覆盖所述心轴的规定环形区域的全部表面，由此形成管状的加强带，
(d)然后，用树脂浸渍的细丝材料的平行股线的带，在张力之下螺旋地重叠卷绕所述加强带和所述心轴的剩余部分，以形成一个以上基本上完全的外层，每一外层延伸至少所要压力容器的长度，
(e)在所述细丝材料的股线保持在张力下卷绕的同时固化所述多层的结构以硬化所述心轴上的结构，
(f)从所述心轴上移去所述固化的压力容器，
(g)在所述加强带内切割所述压力容器侧壁内的至少一个孔，以及
(h)将侧向端口安装在所述孔内。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述股线在全部的所述外层、所述加强带和所述最内层内是连续的。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述股线在至少约为2lbs的张力下被曳拉到所述心轴上，并在所述重叠卷绕结束处以至少约为75°的角通过至少一个圆周的环形卷绕进行打结。
15.一种细丝卷绕的圆柱形压力容器，该压力容器在其侧壁内具有至少一个大端口，该容器包括：
具有圆柱形内表面的管状体，该管状体延伸其轴向长度的主要部分并具有至少约为20cm的恒定内直径，
所述管状体的侧壁部分包括(a)细丝材料的树脂浸渍股线的螺旋形卷绕带的最内层，该最内层从所述管状体的一端延伸到一端，(b)沿所述最内层的外表面的轴向部分定位的环形加强带，该带由多个在张力下螺旋形卷绕带的基本上完全的加强层形成，所述带的轴向长度至少约为40cm，以及(c)由细丝材料的树脂浸渍的股线螺旋形地卷绕带形成的至少第一和第二基本上完全的外层，所述第一层设置在所述加强带和所述最内层的外表面上，两个所述外层延伸所述管状体的长度，
浸渍所述股线的所述树脂基本上同时发生固化，从而所有所述层彼此一体地连接，
至少一个孔，该孔穿过所述压力容器的侧壁且位于所述加强带内，以及
侧向端口，该侧向端口具有约7cm或以上的直径且设置在所述孔内，所述容器能够在约150psig或以上的内压下运行。
16.如权利要求15所述的压力容器，其特征在于，每一包括所述加强层的所述带包括至少约20个所述细丝材料的股线，并具有至少为7.6cm的宽度，其中，所述加强带包括至少约7个基本上完全的加强层。
17.如权利要求16所述的压力容器，其特征在于，一个所述加强带位于所述压力容器每一端的附近，其中，每一所述加强带延伸至少约44cm。
18.如权利要求15-17中任何一项所述的压力容器，其特征在于，有两个所述孔彼此成180°地穿过所述加强带内的所述侧壁。
19.如权利要求15-17中任何一项所述的压力容器，其特征在于，所述细丝材料的股线在全部的所述外层、所述加强带和所述最内层内是连续的，并以至少约为2lbs张力张紧，在所述管状体的一端处，以至少约为75°角通过至少一个圆周的环形卷绕进行打结。
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