CN108700256A - 用于压力容器的缠绕式端部保护部件 - Google Patents

用于压力容器的缠绕式端部保护部件 Download PDF

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Abstract

一种组件(50)包括：用于容纳流体的压力容器(10)，容器(10)包括具有外表面(64)的圆顶端部部分(15)；定位于圆顶端部部分(15)处的部件(22)，其中部件(22)被附接到外表面(64)上，通过将多个丝带(44)缠绕在圆顶端部部分(15)上和部件(22)的至少一部分上。在另一方面，描述了用于防止对容器(10)的损坏的装置。该装置包括被构造成定位于圆顶端部部分(15)处的部件(22)，其中该部件(22)被构造成附接到外表面(64)，通过将多个丝带(44)缠绕在圆顶端部部分(15)上和部件(22)的至少一部分上。描述了用于将部件(22)附接到容器(10)的方法，其包括将部件(22)定位在圆顶端部部分(15)处并缠绕多个丝带(44)。

Description

用于压力容器的缠绕式端部保护部件
背景技术
压力容器通常用于在压力下容纳各种流体，例如，诸如氢气、氧气、天然气、氮气、丙烷、甲烷和其他燃料。通常，压力容器可以是任何尺寸或构造。例如，容器可以是：重的或轻的，单次使用的(例如，一次性的)，可重复使用的，经受高压(例如，大于50psi)、低压(例如，小于50psi)的，或在升高的温度或低温的温度下用于存储流体的。
合适的压力容器壳体材料包括金属，诸如钢；或复合材料，其可以由通过热固性或热塑性树脂结合在一起的其他合成纤维丝或玻璃纤维丝(缠绕的)的层压层形成，例如。容器的复合结构提供了许多优点，诸如重量轻，以及耐腐蚀、耐疲劳和抵抗严重故障。这些属性至少部分地归因于在复合压力容器的结构中通常沿主要的力的方向定向的增强纤维或丝的高比强度。
衬里或囊通常布置在复合压力容器壳体内，以用作流体渗透屏障，从而密封容器。这种衬里通常由非金属、弹性材料形成，并防止内部流体接触复合材料。
压力容器在运输和使用期间由于例如与其他物体碰撞或掉落会受到损坏。容器将流体保持在所需压力的能力可以由这种损坏而折损。减轻损坏的现有方法是将保护帽粘贴到容器的端部。然而，仅仅粘贴在容器的帽在容器使用期间可能会离开原位。其他方法包括增加壳体厚度，施加弹性体壳体涂层，以及添加保护层或端部帽，其完全被另外的壳体材料封装或覆盖，如美国专利5,476,189中所述的，下面进一步讨论，并在此通过参考并入。因为另外的涂层或层大致完全覆盖损坏减轻件或整个容器，这些方法具有的是缺点是显著增加材料使用和制造复杂性。
发明内容
在一个方面，组件包括用于容纳流体的压力容器，该容器包括具有外表面的圆顶端部部分；以及定位在圆顶端部部分处的部件，其中该部件被附接至外表面，通过将多个丝带缠绕在圆顶端部部分上和部件的至少一部分上。
在另一方面，描述了用于防止损坏容器的装置，其中该容器包括具有外表面的圆顶端部部分。该装置包括被构造成定位在圆顶端部部分处的部件，其中该部件被构造成附接至外表面，通过将多个丝带缠绕在圆顶端部部分上和部件的至少一部分上。
在又一方面，描述了用于将部件附接到容器的方法。该容器包括具有外表面的圆顶端部部分。该方法包括将部件定位在圆顶端部部分处；以及将多个丝带缠绕在圆顶端部部分上并越过部件的至少一部分，以将部件附接到圆顶端部部分。
本公开，在其各种组合中，在装置或方法形式中，也可以通过以下列出的项目来表征：
1.一种组件，包括：
压力容器，用于容纳流体，该容器包括具有外表面的圆顶端部部分；以及
部件，定位于圆顶端部部分处，其中该部件被附接到外表面，通过将多个丝带缠绕在该圆顶端部部分上和部件的至少一部分上。
2.根据项目1的组件，其中，部件包括附接特征部(feature)。
3.根据项目2的组件，其中，组件还包括保护帽，并且其中，该保护帽经由附接特征部耦接到部件。
4.根据项目3的组件，其中，附接特征部包括卡扣配合接头，该组件还包括：
插入件，耦接到保护帽的面向容器表面，其中，该插入件被构造成耦接至卡扣配合接头。
5.根据项目1-4中任一项的组件，其中，部件包括：
多个升高部分；以及
在两个相邻的升高部分之间的低部分，其中，多个丝带中的至少一个缠绕在低部分上。
6.根据项目1-5中任一项的组件，其中，部件是环形的。
7.根据项目1-6中任一项的组件，其中，部件包括径向延伸的多个凸片，并且其中，多个丝带中的至少一个缠绕在多个凸片中的至少一个上。
8.一种用于防止损坏容器的装置，该容器包括具有外表面的圆顶端部部分，该装置包括：
配置为定位在圆顶端部部分处的部件，其中部件被构造成附接到外表面，通过多个丝带缠绕在圆顶端部部分上和部件的至少一部分上。
9.根据项目8的装置，并且其中，部件包括附接特征部。
10.根据项目9的装置，还包括保护帽，并且其中，保护帽被构造成经由附接特征部耦接到部件。
11.根据项目10的装置，其中，附接特征部包括卡扣配合接头，并且装置还包括：
插入件，被构造成耦接到保护帽的面向容器表面，其中，插入件被构造成耦接至卡扣配合接头。
12.根据项目8-11中任一项的装置，其中，部件包括径向延伸的多个凸片。
13.根据项目8-12中任一项的装置，其中，部件包括：
多个升高部分；以及
在两个相邻的升高部分之间的低部分。
14.根据项目13的装置，其中，多个升高部分中的至少一个成形为梯形的锥体或金字塔形的梯形。
15.根据项目8-14中任一项的装置，其中，部件是环形的。
16.根据项目8-15中任一项的装置，其中，部件包括：
环形形状；
多个升高部分；以及
多个低部分，
其中，多个升高部分和多个低部分以交替样式布置。
17.一种用于将部件附接到容器的方法，容器包括具有外表面的圆顶端部部分，该方法包括：
将部件定位在圆顶端部部分处；以及
将多个丝带缠绕在圆顶端部部分上并越过部件的至少一部分，以将部件附接到圆顶端部部分。
18.根据项目17的方法，其中，部件包括多个升高部分和在两个相邻的升高部分之间的低部分，其中缠绕多个丝带包括将多个丝带中的至少一个缠绕在低部分上。
19.根据项目17-18中任一项的方法，其中，部件包括径向延伸的多个凸片，其中，缠绕多个丝带包括将多个丝带中的至少一个缠绕在多个凸片中的至少一个上。
20.根据项目17-19中任一项的方法，其中，部件包括附接特征部，方法还包括：
在附接特征部处将保护帽耦接至部件。
提供该发明内容是为了以简化的形式介绍将在下面详细说明中进一步描述的概念。该发明内容不意在标识所公开或要求保护的主题的关键特征或必要特征，并且不意在描述所公开或要求保护的主题的每个实现，或每个公开的实施方式。具体地，本文关于一个实施方式公开的特征可以同样可应用于另一个。此外，该发明内容不意在用于作为确定所要求保护的主题的范围的辅助。随着本说明的进行，许多其他新颖的优点、特征和关系将变得显而易见。下面的附图和描述更具体地示例说明性实施方式。
附图的简要说明
将参照附图进一步解释所公开的主题，其中贯穿若干视图相似的结构或系统元件由相似的附图标记表示。
图1A示出了典型压力容器的侧视图。
图1B示出了沿图1的线B-B截取的典型压力容器的端部部分的竖直截面图。
图2示出了本公开的端部部件的第一说明性实施方式的立体图。
图3示出了图2的端部部件的端视图，该端部部件通过缠绕的丝附接到压力容器的端部部分。
图4示出了图2的端部部件的立体图，该端部部件通过缠绕的丝附接到压力容器的端部部分。
图5是包括本公开的保护端部帽的组件的第一说明性实施方式的立体图，该保护端部帽经由图2的端部部件安装在压力容器上。
图6是沿图5的线6-6截取的图5的组件的局部截面图。
图7A示出了本公开具有包括周向脊的面向容器表面的另一示例性保护端部帽的截面图(诸如将沿着图5的线6-6截取)。
图7B示出了本公开具有包括径向脊的面向容器表面的又一示例性保护端部帽的截面图(诸如将沿着图5的线6-6截取)。
图7C示出了本公开包括没有脊特征部的面向容器表面的还另一示例性保护端部帽的截面图(诸如将沿着图5的线6-6截取)。
图8示出了本公开的端部部件的第二说明性实施方式的立体图。
图9示出了图8的端部部件的端视图，该端部部件通过缠绕的丝附接到压力容器的端部部分。
图10示出了图8的端部部件的立体图，该端部部件通过缠绕的丝附接到压力容器的端部部分。
图11是组件的第二说明性实施方式的局部截面图，该组件包括经由图8的端部部件安装在压力容器上的保护端部帽。图11中的视图是沿图10的线11-11截取的；但是，图11还添加了保护端部帽。
图12示出了本公开的端部部件的第三说明性实施方式的立体图。
图13示出了图12的端部部件的端视图，该端部部件通过缠绕的丝附接到压力容器的端部部分。
图14示出了图12的端部部件的立体图，该端部部件通过缠绕的丝附接到压力容器的端部部分。
图15是组件的第三说明性实施方式的局部截面图，该组件包括经由图12的端部部件安装在压力容器上的保护端部帽。图15中的视图是沿图14的线15-15截取的；但是，图15还添加了保护端部帽。
图16示出了本公开的端部部件的第四说明性实施方式的立体图。
图17示出了图16的端部部件的端视图，该端部部件通过缠绕的丝附接到压力容器的端部部分。
图18示出了图16的端部部件的立体图，该端部部件通过缠绕的丝附接到压力容器的端部部分。
图19示出了组件的说明性第四实施方式的分解截面图，该组件包括经由图16的端部部件和紧固件安装在压力容器上的保护端部帽。图19中的视图是沿图18的线19-19截取的；然而，图19还添加了保护端部帽并示出了彼此分开的部件。
图20是组件的放大竖直截面图，该组件包括保护端部帽，该保护端部帽经由与保护端部帽整体形成的推入式紧固件，经由图16的端部部件，安装在压力容器上。
图21是组件的放大竖直截面图，该组件包括保护端部帽，该保护端部帽经由与保护端部帽整体形成的不同的推入式紧固件，经由图16的端部部件，安装在压力容器上。
图22示出了组件的第五说明性实施方式的立体竖直截面分解图，该组件包括保护端部帽，该保护端部帽经由插入件、紧固件和包括卡扣配合接头的图16的端部部件的改进的实施方式，安装在压力容器上。
图23示出了图22的组件的后部分解图。
图24示出了在局部地组装状态中的图22的压力容器和端部部件的放大局部立体竖直截面图。
图25示出了在组装状态中的图22的组件的局部竖直截面图。
图26示出了保护端部帽的说明性实施方式的放大分解图，该保护端部帽包括附接特征部、包括孔的图22的插入件以及紧固件。
图27示出了图22的组件的放大剖视图，示出了插入件通过紧固件耦接到保护端部帽和通过卡扣配合接头耦接到端部部件。
图28示出了本公开的端部部件的第六说明性实施方式的立体图。
图29示出了图28的端部部件的端视图，该端部部件通过缠绕的丝附接到压力容器的端部部分。
图30示出了图28的端部部件的立体图，该端部部件通过缠绕的丝附接到压力容器的端部部分。
图31是组件的第六实施方式的局部剖视图，该组件包括附接到压力容器的端部部分的图28的端部部件。
虽然上述附图阐述了所公开主题的若干实施方式，但如本公开中所指出的，也可以设想其他实施方式。在所有情况下，本公开通过代表而非限制的方式呈现所公开的主题。应当理解，本领域技术人员可以设计出落入本公开原理范围内的许多其他变型和实施方式。
图可能未按比例绘制。特别地，为了清楚，可以相对于其他特征放大一些特征。此外，在使用诸如上、下、正上、正下、顶、底、侧、右、左、竖直、水平等术语的情况下，应理解它们仅用于便于理解描述。预期结构可以以其他方式定向。
详细说明
本公开认识到期望以可靠且低成本的方式保护压力容器免受损坏。保护压力容器的端部是特别有利益的，因为它们可能最容易受损坏的影响，由于它们的放置并且通常是半球体的形状。在说明性实施方式中，通过围绕容器的端部部分和在端部部件的部分上缠绕的丝，端部部件被固定到容器的端部部分。端部部件可以在容器制造时固定到容器上，或者可以在稍后的时间改装至现有的压力容器。示例性公开的端部部件可以包含合适的保护特性，和/或可以构造成与诸如保护端部帽的附件耦接。在示例性实施方式中，端部部件未由丝缠绕完全覆盖或包住；因此，所公开的概念使用比一些现有保护系统更少的丝和树脂，在现有保护系统中，保护部件或整个容器被复合材料的层覆盖。此外，通过固化的缠绕丝附接端部部件比将保护帽粘贴结合到容器的端部部分上更安全。
图1图示了细长的压力容器10，诸如在题为“Pressure vessel with damagemitigating system”的美国专利No.5,476,189中公开的压力容器，其在此通过引用并入。这种传统的压力容器或罐10通常用于存储加压流体。容器10具有大体柱形的主体区段，带有圆顶端部部分15。凸台16设置在容器10的一端或两端，以提供用于与容器10的内部连通的端口。容器10形成有内部流体不可渗透的衬里12，该衬里由外部复合壳体14覆盖。
端部部分15可以具有半球或圆顶形状，并且可以包括凸台16，孔洞18穿过所述凸台，该孔洞允许流体被引入容器10或从容器10移除。衬里12可以由例如塑料或弹性体材料制成。壳体14可以是由包含在树脂中的丝或纤维制成的复合材料，该纤维是例如碳、石墨或芳族聚酰胺。在这种情况下，“复合”意指纤维增强树脂基质材料，诸如丝缠绕或层压结构。复合壳体14解决了在容器10上的结构载荷。与示例性压力容器10的形成相关的细节在题为“Filament Winding Process and Apparatus”的美国专利No.4,838,971中公开，其通过引用并入本文。凸台16可以由金属(诸如例如铝、黄铜、钢或镍合金，或任何合适的金属)或非金属材料形成。在题为“Boss for a Filament Wound Pressure Vessel”的美国专利No.5,429,845中公开了示例性凸台的细节，其通过引用并入本文。
图2示出了本公开被构造为固定到容器10的端部部件22a的第一说明性实施方式。在说明性实施方式中，端部部件22a具有带中心开口34a的环形形状，并且包括多个间隔开的升高部分28a和在两个相邻的升高部分28a之间的多个平坦区域或低部分32a。因此，在说明性实施方式中，升高部分28a和低部分32a以交替样式围绕端部部件22a布置。中心开口34a示出为圆形，但可以是任何合适形状的开口或孔口。平坦区域或低部分32a示出为基本上平面的，但是可以具有与升高部分28a相比凹入的任何合适的形状或轮廓。此外，在示例性实施方式中，平坦区域或低部分32a不是真正的平坦或平面的，而是略微轮廓被成形为匹配压力容器10的圆顶端部部分15的外表面的凸状形状。升高部分28a包括附接特征部38a，该附接特征部被构造成与附件上的对应特征部72耦接，该附件诸如保护帽40(参见图7A-7C)。在说明性实施方式中，附接特征部38a是孔，该孔被构造成与在保护帽40上的紧固件对齐，或被构造成用于附接到保护帽或穿过保护帽，诸如螺钉、铆钉、推入式紧固件、钩、卡入式凸片或夹子，例如(参见图19-27)。可替代地，附接特征部38a可以是螺钉、铆钉、推入式紧固件、钩、卡入式接头、夹子等，被构造成与保护帽40上的互补特征部配合。
在说明性实施方式中，端部部件22a具有圆形、环形形状并且包括低部分32a和升高部分28a，每个围绕端部部件22a的圆周具有相似长度。然而，可以预期，端部部件22a及其升高部分28a和平坦或低部分32a可以具有任何形状和表面构造，其允许使用多个丝带44附接到容器10，如下所述的。在示例性实施方式中，每个升高部分基本上构造为梯形的锥体，但是其他形状也是可以的，只要升高部分28a相对于低部分32a是升高的并且具有带有或不带有附接特征部38a的顶部表面30a。在示例性实施方式中，端部部件22a由通过注射成型或真空成型形成的固体聚合物构成，但是端部部件22a可以由任何有用的材料和任何合适的工艺形成。
图3和图4示出了端部部件22a的说明性实施方式，该端部部件布置成抵接容器10的端部部分15，使得容器10的凸台16插入穿过中心开口34a。部件22a通过缠绕在圆顶端部部分15上和部件22a的至少一部分上的多个丝带44附接到端部部分15的外表面。在示例性实施方式中，端部部件22a具有面向容器的表面，该表面轮廓被成形以遵循端部部分15的曲率，使得端部部件22a基本上抵靠端部部分15的凸状外表面齐平地定位。
端部部件22a通过多个丝带44固定到容器10。在示例性实施方式中，丝带44可以是纤维加强材料，诸如玻璃纤维、碳或芳族聚酰胺纤维，例如，并且可以使用与壳体14相同的材料和工艺形成。丝带44沿着容器10的壳体14和在端部部件22a上方延伸，使得多个带44中的每个穿越多个低部分32a中的一个，延伸经过(并且在一些点处邻近)凸台16，并且穿越多个低部分32a中的另一个。多个丝带44定位成使得丝带44中的至少一个穿越并缠绕在每对不相邻的低部分32a上，从而形成围绕容器10的端部部分15布置的丝带44的网46。由网46形成的样式取决于丝带44的数量和放置以及端部部件22a的形状和构造。为了形成丝网46，丝带44叠加、交叉或以其他方式集合在一起。在示例性实施方案中，丝网46由诸如在美国专利No.4,838,971中所述的材料和过程形成，其通过引用并入。因此，丝网46的每个丝带44由在缠绕过程中在彼此之上构建的许多丝形成。
可以预期，根据端部部件22a的构造，丝带44可以穿越一些或全部低部分32a。在示例性实施方式中，丝带44延伸超过端部部分15并沿着压力容器10的柱形本体延伸一段距离。在示例性实施方式中的丝带44遵循环和/或螺旋缠绕样式。丝带44可以结合到彼此并且结合到容器10，通过可热固化的树脂，诸如环氧基树脂、聚酯、乙烯基酯或任何其他能够提供在其中使用容器10的应用所需的性质的合适的材料。由此，端部部件22a固定在网46和容器10的端部部分15之间。通过使丝带44穿越布置在升高部分28a之间的低部分32a，升高部分28a起到止动件的作用，以帮助防止端部部件22a围绕轴线42旋转，轴线42纵向延伸穿过孔洞18和压力容器10的本体，用于在下面进一步讨论的附接方法中。
使用多个丝带44将端部部件22固定到容器10所需的丝比如果整个容器10或甚至仅整个端部部分15覆盖在一层丝缠绕中的丝少。虽然图示了网46的特定的样式，但是可以预期丝带44的其他样式可以用于将端部部件22固定到压力容器10。在其中设置附接特征部38的端部部件22的实施方式中，优选地，网46使附接特征部38中的至少一些露出。
在示例性实施方式中，端部部件22a允许附件被安装到容器10和/或允许容器10被安装到另一个结构上。在图5和图6的说明性组件50a中，安装的附件是保护帽40。图5和图6示出了组件50a的第一实施方式，该组件包括使用端部部件22a安装在容器10的端部部分15上的保护帽40。图6是沿图5中线6-6截取的截面图。端部部件22a定位成抵接端部部分15，使得凸台16插入穿过中心开口34a。丝带44延伸越过端部部件22a，将端部部件22a附接到容器10并形成网46a。保护帽40安装到端部部件22a，通过将帽40上的附接特征部72(在图7A-7C中可见)与端部部件22a上的附接特征部38a耦接。例如，下面参考图16-27的另一个实施方式说明这种附接的另外的细节。孔52附近的保护帽40的端部壁58定位成抵接网46，并且边缘68定位成邻近容器10的壳体14的圆周并围绕容器的壳体的圆周延伸。
图5示出了经由端部部件22安装到容器10的保护帽40，该端部部件在该图中被保护帽40遮挡。保护帽40被构造成装配在容器10的端部部分15上，并包括端部壁58，该端部壁在容器10的端部部分15处抵接端部部件22a，如图6所示。保护帽40的侧壁60沿容器10延伸；圆形(圆拱形或弧形)半径壁62在侧壁60和端部壁58之间延伸。半径壁62被构造成保护容器10的下面的半径表面64。虽然在图5中可以看到在端部壁58和半径壁62之间的分界线，可以预期，在示例性实施方式中，这些壁部分平滑地连贯至彼此没有明确的分界线。在示例性实施方式中，保护帽40包括孔52，该孔被构造成与凸台16同心对齐并允许凸台16的颈部54通过。
图7A-7C示出了保护帽40a、40b和40c的面向容器表面48的说明性实施方式。在一些实施方式中，保护帽40具有的壁厚度在半径壁62处最大，沿着端部壁58朝向孔52减小，并且沿着侧壁60朝向边缘68减小。保护帽40的面向容器表面48上的附接特征部72与端部部件22上的附接特征部38对齐并与之对应，以允许保护帽40耦接到端部部件22，并因此耦接到容器10。在说明性实施方式中，附接特征部72被构造为在端部壁58的面向容器表面48上的突出部。在说明性实施方式中，附接特征部72包括孔74，该孔被构造成接纳紧固件，诸如螺钉、螺栓或推入式紧固件(参见图19中的紧固件56)。被示出的附接特征部72具有与端部部件22的升高部分28互补的形状，但是要理解，保护帽40上的附接特征部可以具有任何形状、孔口(一个或多个)、孔洞(一个或多个)和/或有用的构造用于耦接到端部部件22。
图7A中所示的保护帽40a的说明性实施方式包括，围绕孔52同心定位的周向脊76的布置，该布置具有抵接压力容器10的端部部分15的半径表面64的形状。图7B中所示的保护帽40b的另一说明性实施方式，包括围绕孔52径向定位的脊78的布置，每个脊从端部壁58延伸到侧壁60。脊78的布置具有抵接压力容器10的端部部分15的半径表面64的形状。脊76、78为保护帽40a、40b提供结构支撑，使得保护帽40a、40b能够更好地承受冲击而对于容器10没有变形或损坏。脊、肋和其他结构特征部的任何数量、厚度、间隔和构造可以使用，并且可以取决于例如用于端部帽的材料、端部帽的尺寸、压力容器10的端部部分15的形状、以及应用。图7C中所示的保护帽40c的说明性实施方式包括没有脊的面向容器表面48。
可以预期，保护帽40可以以适于减轻对容器10的损坏的任何形状和由任何材料形成。保护帽40可以由固体聚合物、泡沫聚合物和/或金属形成。例如，保护帽40可以完全由固体聚合物构成，可以是填充有泡沫聚合物的固体聚合物壳体，或者可以由具有或不具有保护涂层的泡沫聚合物构成。保护帽40可以通过注射成型或真空成型，或通过任何有用的工艺形成，取决于例如保护帽40的材料和形状。
如图6中所示，示例性升高部分28a具有相对于壳体14略微梯形的轮廓，但是可以具有任何合适的截面轮廓。内部空间80a限定在升高部分28a和端部部分15之间，并且可以具有适于附接特征部38a处将保护帽40安装到端部部分15的任何尺寸或形状，并且可以取决于例如使用的紧固件(未示出)以将保护帽40安装到容器10和/或保护帽40的形状。由保护帽40的半径壁62和容器10的半径表面64限定的内部空间82a，被设置为允许保护帽40可被挤压或变形到空间中，而不损坏壳体14和/或容器10。内部空间82a的形状和/或尺寸可以取决于例如针对保护帽40所使用的材料或所期望的应用。此外，可以在内部空间82a中提供泡沫或其他损坏减轻材料。
可以预期的是，保护帽40的说明性实施方式可以从端部部件22a移除，以允许如果损坏进行更换，或者满足给定应用的需要。例如，保护帽40的不同实施方式可以具有不同的物理轮廓，不同的抗刮擦、抗冲击损坏或抗挤压水平，和/或可以构造成在视觉上指示冲击、刮擦或其他损坏的发生。可以预期，端部部件22a和/或保护帽40的说明性实施方式可以添加到现有容器中。可以预期的是，除了所公开的保护帽40之外的附件可以经由端部部件22a耦接到容器10。
如图8所示，端部部件22b的第二说明性实施方式具有环形形状的环，该环具有中心开口34b。端部部件22b可具有基本上呈“U”形的截面轮廓(参见图11)。多个间隔开的附接特征部38b围绕端部部件22b布置。附接特征部38b被构造成与如前文所述的保护帽40上的对应特征部72耦接。端部部件22b的说明性实施方式具有均一的截面轮廓以及附接特征部38b，该附接特征部围绕端部部件22b的整个圆周紧密地间隔开。因此，多个丝带44可以穿越端部部件22b上的任何位置(而不是限定的平坦部分)，同时使多个附接特征部38b的部分露出用于将保护帽40安装到容器10。因此，端部部件22b可以围绕纵向轴线42以任何旋转固定到容器10(参见图11)。端部部件22b和中心开口34b示出为圆形，但可以是任何合适的形状。
图9和图10示出了端部部件22b的组件的说明性实施方式，该端部部件布置成抵接容器10的端部部分15，使得凸台16插入穿过中心开口34b。端部部件22b可以具有面向容器表面，该面向容器表面轮廓被成形以遵循壳体15的曲率，使得端部部件22b抵靠端部部分15基本上齐平地定位。端部部件22b通过多个丝带44固定到容器10。在说明性实施方式中，多个丝带44中的每个在位置84处穿越端部部件22b，延伸经过并且邻近凸台16，并且在第二位置84处穿越端部部件22b。多个丝带44布置成使得每个丝带44穿越端部部件22b上的不同对的间隔开的位置84，从而围绕容器10的端部部分15形成丝带44的网46b。由网46b形成的样式取决于丝带44的数量和位置以及端部部件22b的构造。在一些附图中，可能看起来丝网46与压力容器10间隔开。然而，应该理解的是，丝带44通过可热固化的树脂彼此结合并结合到容器10。由此，端部部件22b固定在网46b和容器10的端部部分15之间。
图11示出了组件50b的第二实施方式的截面图，诸如沿图10的线11-11截取，并且另外包括经由端部部件22b安装在容器10上的保护帽40。丝带44部分地示出穿越端部部件22b，该端部部件示出为相对于容器10具有倒置的“U”轮廓，但可以具有任何合适的截面轮廓。由端部部分15和端部部件22b限定的内部空间80b可以具有适于将保护帽40安装到端部部分15的任何尺寸或形状，并且可以取决于例如用于将保护帽40安装到端部部件22b的紧固件。由保护帽40的半径壁62和容器10的半径表面64限定的内部空间82b，被设置为允许保护帽40可被挤压或变形到的空间中，而不损坏容器10。内部空间82b的形状和/或尺寸可以取决于例如针对保护帽40所使用的材料或所需的应用。
如图12所示的端部部件22c的第三说明性实施方式包括具有中心开口34c的环形环部分86c，并且具有在环86c上间隔开的多个升高部分28c。端部部件22c和中心开口34c示出为圆形，但可以是任何合适的形状。端部部件22c的说明性实施方式包括间隔开的径向延伸的凸片88c，该凸片从环86c向外延伸并与升高部分28c径向对齐。每个凸片88c可以具有唇缘90，该唇缘布置在末端并且沿着垂直于凸片88c的方向延伸，使得凸片88c基本上为“L”形。每个凸片88c被构造成在升高部分28c的外壁92c和唇缘90之间接纳丝带44，使得丝带44缠绕在凸片88c上，并且从而将端部件22c固定到容器10。多个间隔开的附接特征部38c围绕环86布置，并且构造成与附件，诸如保护帽40，上的相应附接特征部72耦接。在说明性实施方式中，每个附接特征部38c布置在多个升高部分28c中的一个的顶部表面30c上。然而，可以预期的是，附接特征部38c，诸如孔、钩，夹子或卡入式凸片例如，可以布置在环86上的任何合适位置处。端部部件22的实施方式可包括升高部分28上的表面30，具有不同的构造，诸如凸的、凹的或有凹槽的。
图13和图14示出了修改的端部部件22c’的说明性实施方式，其与图12的端部部件22c相比较，具有通过辐条24附接到环86c的另外的定心环20。在图示的实施方式中，每个辐条24对应于单个升高部分28c；然而，可预期其他构造也是合适的。端部部件22c’布置成抵接容器10的端部部分15，使得凸台16插入穿过定心环20。端部部件22c’可以具有面向容器表面，该面向容器表面轮廓被成形以遵循壳体15的曲率，使得端部部件22c’抵靠端部部分15基本上齐平地定位。端部部件22c’通过多个丝带44固定到容器10。丝带44围绕容器10的端部部分15和在端部部件22c’上方缠绕，使得多个带44中的每个穿越多个凸片88c中的至少一个，从而形成围绕容器10的端部部分15间隔开的丝带44的网46c。由网46c形成的样式取决于丝带44的数量和位置以及端部部件22c’的构造。丝带44通过可热固化的树脂彼此结合并结合到容器10。由此，端部部件22c’固定在网46c和容器10的端部部分15之间。因为丝带44不会在升高部分28c之间穿越环86c，所以升高部分28c不需要是离散的结构；相反，可以设置连续的升高部分，例如，如在端部部件22b的实施方式中。
图15示出了组件50c的第三实施方式的截面图，诸如沿图14的线15-15截取，并且另外包括经由端部部件22c’安装在容器10上的保护帽40。在显示的实施方式中，定心环20具有弯曲的截面轮廓，以连接辐条24并遵循凸台16的颈部54。由保护帽40的半径壁62和容器10的半径表面64限定的内部空间82c，被设置为允许保护帽40可被挤压或变形到的空间中，而不损坏容器10。内部空间82c的形状和/或尺寸可以取决于例如针对保护帽40所使用的材料或所需的应用。
图16示出了端部部件22d的第四说明性实施方式，该端部部件包括具有中心开口34d的环86d，并且具有在环86d上间隔开的多个升高部分28d。在示例性实施方式中，端部部件22d和中心开口34d示出为圆形，但可以是任何合适的形状。端部部件22d的说明性实施方式包括从环86d径向向外延伸的多个间隔开的凸片88d。凸片88d可以与升高部分28d径向对齐或可以不与升高部分径向对齐。在显示的实施方式中，凸片88d的数量大于升高部分28d的数量，并且这些元件大致彼此不径向对齐。凸片88d被构造成固定在多个丝带44和容器10之间，如下所述。多个间隔开的附接特征部38d围绕环86d布置。在说明性实施方式中，每个附接特征部38d定位在升高部分28d之一的顶部表面30d上，并且被构造成与附件，诸如保护帽40，上的对应附接特征部72耦接。然而，可以预期的是，附接特征部38d，诸如孔、钩，夹子或卡入式凸片例如，可以布置在环86d上的任何合适位置处。说明性实施方式可包括定位在升高部分28d上的表面30d并具有不同构造，诸如凸的、凹的或有凹槽的。
图17和图18示出了22d的说明性实施方式，其布置成抵接容器10的端部部分15，使得凸台16插入穿过中心开口34d。端部部件22d可以具有面向容器表面，该面向容器表面轮廓被成形以遵循壳体15的曲率，使得端部部件22d抵靠端部部分15基本上齐平地定位。端部部件22d通过多个丝带44固定到容器10。丝带44围绕容器10的端部部分15和在端部部件22d上缠绕，使得多个带44中的每个穿越多个凸片88d中的至少一个，从而形成围绕容器10的端部部分15间隔开的丝带44的网46d。由网46d形成的样式取决于丝带44的数量和位置以及端部部件22d的形状和构造。因为凸片88d的数量很大，端部部件22d可以布置在相对于纵向轴线42的任何旋转位置，并且不需要网样式46d相对于端部部件22d的精确的时钟状旋转。丝带44通过可热固化的树脂彼此结合并结合到容器10。由此，端部部件22d固定在网46和容器10的端部部分15之间。因为丝带44不会在升高部分28d之间穿越环86d，所以升高部分28d不需要是离散的结构；相反，可以设置连续的升高部分，例如，在端部部件22b的实施方式中。
图19示出了组件50d的第二实施方式的分解竖直截面图，诸如沿图18的线19-19截取，并且另外包括保护帽40，该保护帽被构造为经由端部部件22d安装在容器10上。组件50d具有紧固件56，诸如螺钉、螺栓，按扣或推入式紧固件，与保护帽40的附接特征部72中的孔74对齐，并与端部部件22c的升高部分28d中的附接特征部38d对齐。保护帽40中的孔52与端部部件22d中的中心开口34d和压力容器10的凸台16同心对齐(在图19中未示出)。
如图19和图22-24所示，端部部件22可以包括环86中的缝70，以增加环86的柔性(弹性，易弯曲性)，使得其可以更好地符合下面的压力容器10的端部部分15的轮廓。应当理解，可以在所公开的端部部件22的任何实施方式上设置这种缝、凹槽或类似形状调节特征部。
图20和图21分别示出了组件50d’和50d”的局部截面图，包括使用不同的推入式紧固件36、36’经由端部部件22d附接到压力容器10的保护端部帽40’、40”。在这些示出的实施方式中，保护帽40的附接特征部是集成到端部帽40’、40”中的推入式紧固件36、36’，并且在28d上的附接特征部38d处耦接到端部部件22d。每个紧固件36、36’包括扩口端部26、26’，该扩口端部被构造成穿过附接特征部38d并保持在插入的构造中。如图21所示，紧固件36’在臂39之间具有间隙37。允许臂39弯曲到间隙37中，以便于扩口端部26’通过附接特征部38d。
图22-25示出了端部部件22e的第五示例性实施方式，该端部部件具有卡扣配合凸片98和升高部分28e的顶部表面30d上的附接特征部38e。图22、图23和图25示出了包括保护帽40的组件50e的第五实施方式，该保护帽被构造成经由端部部件22e和卡扣配合插入件96安装在容器10的端部部件15上。为了清楚，未示出将端部部件22d附接到容器10的丝带44，但是可以预期这种丝带44将以网46的形式设置在凸片88e上，如同上面参照端部部件22d的凸片88d所述的。
保护帽40e上的附接特征部可以是套筒102，每个套筒具有穿过其中的孔洞104，该孔洞被构造成接纳紧固件106，诸如如图22-23和图25-26中所示的螺钉或螺栓。孔洞104可以穿透端部壁58或可以不穿透端部壁。示例性卡扣配合插入件96是环形件，被构造成定位在端部壁58的内表面48处，并且包括与保护帽40e上的套管102对齐的孔108，使得紧固件106可以插入穿过插入件96中的孔108和套管102中的孔洞104二者，从而将插入件96附接到保护帽40e，如图25-27所示。套筒102定位在插入件96中的凹部110中，以使插入件96相对于端部壁58稳定。由保护帽40e的半径壁62和容器10的半径表面64限定的内部空间82e，被设置为允许保护帽40e可以被挤压或变形到的空间中，而不损坏容器10。内部空间82e的形状和/或尺寸可以取决于例如针对保护帽40所使用的材料或所需的应用。
图27示出了卡扣配合插入件96的实施方式，其与卡扣配合接头98耦接以将保护帽40e安装到端部部件22e，并因此安装到容器10。卡扣配合接头98包括被构造成接纳插入件96的边缘116的唇缘114和臂112。当插入件96被压向接头98时，接头98的弹回性质允许臂112远离插入件96移动，然后(快速)弹回在边缘116上以用唇缘114固定边缘116。端部部件22e的升高部分28e包括孔38e以接纳紧固件106的头部120，允许插入件96与升高部分28e的表面30e齐平地定位。套筒102将插入件96与端部壁58隔开，为紧固件106和卡扣配合接头98给出空间。应当理解，可以使用不同的卡扣配合构造，例如，诸如其他形状的插入件，更多或更少的卡扣配合接头，或者不同类型的卡扣配合接头。
图28示出了环形端部部件22f的第六示例性实施方式。环形端部部件22f可以结合本文所述的保护帽40的至少一些或全部损伤减轻特性。端部部件22f的说明性实施方式具有中心开口34f并且包括多个升高部分28f，在它们之间限定多个低部分32f。在示例性实施方式中，端部部件22f和中心开口34f示出为圆形，但可以是任何合适的形状。升高部分28f可以是保护特征部，其起到缓冲器的作用，以减轻由于例如冲击或刮擦而对容器10造成的损坏。由升高部分28f和容器10限定的内部空间126(参见图31)，给予升高部分28f可以被挤压或变形而进入的空间，而不损坏容器10。升高部分28f的形状和/或尺寸以及由此的内部空间126可以取决于例如端部部件22f的材料和/或针对容器10的所需应用。在说明性实施方式中，升高部分122基本上是梯形的锥体。在说明性实施方式中，端部部件22f的低部分32f的部分轮廓被成形以与容器10的端部部分15基本上齐平地配合。
图29和图30示出了端部部件22f，该端部部件布置成在容器10的端部部分15上，使得容器10的凸台16插入穿过中心开口34f。端部部件22f通过多个丝带44固定到容器10。多个丝带44布置成使得丝带44中的至少一个穿越多个低部分32f中的一个，延伸经过凸台16并且与凸台相邻，并且穿越多个低部分32f中的另一个上。多个丝带44布置成使得丝带44中的至少一个穿越低部分32f的不同的对中的每个，从而形成围绕容器10的端部部分15间隔开的丝带44的网46f。由网46f形成的样式取决于丝带44的数量和位置以及端部部件22f的构造。在说明性实施方式中，丝带44与端部部件22f的多个侧壁130中的每个相邻地通过，延伸经过凸台16并与凸台相邻，并且与多个侧壁130中的另一个相邻地通过。因此，两个丝带44穿越多个低部分32f中的每个。丝带44通过可热固化的树脂彼此结合并结合到容器10。由此，端部部件22f固定在网46f和容器10的端部部分15之间。
图31示出了沿图30的线31-31截取的，安装在容器10的端部部分15上的端部部件22f的局部剖视图。丝带44部分地示出为穿越低部分32f，该低部分在该视图中被端部部分15遮挡。在说明性实施方式中，升高部分28f被构造成相对于壳体14具有基本上梯形的锥体形状，但是可以具有任何合适的截面轮廓。由端部部件22f的升高部分28f和容器10的端部部分15限定的内部空间126被设置成，给予端部部件22f可以被挤压或变形进的空间，而不损坏容器10。内部空间126的形状和/或尺寸可以取决于例如针对保护端部部件22f所使用的材料或所需的应用。此外，可以在内部空间126中提供泡沫或其他损坏减轻材料。
将端部部件22固定到压力容器10的方法包括将端部部件22定位在压力容器10的圆顶端部部分15处并安装凸台16在心轴上。复合材料以丝带44的形式缠绕在端部部件22的部分上、端部部分15的部分上，以及在一些情况下缠绕在压力容器10的圆柱形本体上，以形成丝网46，其将端部部件22附接到端部部分15。缠绕的玻璃纤维丝、或丝或其他合成纤维的层压层通过热固性或热塑性树脂结合在一起。纤维可以是玻璃纤维、芳族聚酰胺、碳、石墨或任何其他通常已知的纤维增强材料。所用的树脂基质可以是环氧基树脂、聚酯、乙烯基酯、热塑性的或任何其他合适的树脂材料，其能够提供纤维到纤维结合、纤维层到层结合，以及使用容器的特定应用所需的抗碎裂。在示例性方法中，用于纤维的分配头部移动，以便将纤维以网46所需的样式，缠绕在端部部件22和压力容器10上。这种纤维缠绕通常应用在基本上纵向(螺旋)和圆周(环)二者缠绕的方式。该缠绕过程由许多因素限定，诸如树脂含量、纤维构造、缠绕张力，以及相对于压力容器10的轴线42的缠绕样式。与合适的丝缠绕过程相关的细节在题为“Filament Winding Process and Apparatus”的美国专利No.4,838,971中公开，其通过引用并入本文。
尽管本公开的主题已经参照几个实施方式进行了描述，但是本领域技术人员将认识到，可以在形式和细节上进行改变，而不脱离本公开的范围。另外，关于一个实施方式公开的任何特征可以结合在另一个实施方式中，反之亦然。

Claims (20)

1.一种组件，包括：
压力容器，用于容纳流体，所述容器包括具有外表面的圆顶端部部分；以及
部件，定位在所述圆顶端部部分处，其中，所述部件附接到所述外表面，通过将多个丝带缠绕在所述圆顶端部部分上和所述部件的至少一部分上。
2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述部件包括附接特征部。
3.根据权利要求2所述的组件，其中，所述组件还包括保护帽，并且其中，所述保护帽经由所述附接特征部耦接至所述部件。
4.根据权利要求3所述的组件，其中，所述附接特征部包括卡扣配合接头，所述组件还包括：
插入件，耦接至所述保护帽的面向容器表面，其中，所述插入件被构造成耦接至所述卡扣配合接头。
5.根据权利要求1所述的组件，其中，所述部件包括：
多个升高部分；以及
在两个相邻的升高部分之间的低部分，其中，所述多个丝带中的至少一个缠绕在所述低部分上。
6.根据权利要求1所述的组件，其中，所述部件是环形的。
7.根据权利要求1所述的组件，其中，所述部件包括径向延伸的多个凸片，并且其中，所述多个丝带中的至少一个缠绕在所述多个凸片中的至少一个上。
8.一种用于防止损坏容器的装置，所述容器包括具有外表面的圆顶端部部分，所述装置包括：
配置为定位于所述圆顶端部部分处的部件，其中，所述部件被构造成附接至所述外表面，通过将多个丝带缠绕在所述圆顶端部部分上和所述部件的至少一部分上。
9.根据权利要求8所述的装置，并且其中，所述部件包括附接特征部。
10.根据权利要求9所述的装置，还包括保护帽，并且其中，所述保护帽被构造成经由所述附接特征部耦接至所述部件。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述附接特征部包括卡扣配合接头，并且所述装置还包括：
插入件，被构造成耦接至所述保护帽的面向容器表面，其中，所述插入件被构造成耦接至所述卡扣配合接头。
12.根据权利要求8所述的装置，其中，所述部件包括径向延伸的多个凸片。
13.根据权利要求8所述的装置，其中，所述部件包括：
多个升高部分；以及
在两个相邻的升高部分之间的低部分。
14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述多个升高部分中的至少一个成形为梯形的锥体。
15.根据权利要求8所述的装置，其中，所述部件是环形的。
16.根据权利要求8所述的装置，其中，所述部件包括：
多个升高部分；以及
多个低部分，
其中，所述多个升高部分和所述多个低部分以交替样式布置。
17.一种用于将部件附接至容器的方法，所述容器包括具有外表面的圆顶端部部分，所述方法包括：
将所述部件定位在所述圆顶端部部分处；以及
将多个丝带缠绕在所述圆顶端部部分上并越过所述部件的至少一部分，以将所述部件附接至所述圆顶端部部分。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述部件包括多个升高部分和在两个相邻的升高部分之间的低部分，其中，缠绕所述多个丝带包括将所述多个丝带中的至少一个缠绕在所述低部分上。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述部件包括径向延伸的多个凸片，其中，缠绕所述多个丝带包括将所述多个丝带中的至少一个缠绕在所述多个凸片中的至少一个上。
20.根据权利要求17所述的方法，其中，所述部件包括附接特征部，所述方法还包括：
在所述附接特征部处将保护帽耦接至所述部件。
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