CN109328271B - 具有内部轴承的凸台 - Google Patents

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Abstract

配置为用于附接到压力容器的凸台(12)，包括在其中的第一孔(26)和至少部分地设置在第一孔内的轴承(18)。一种用于将压力容器支撑在容器安装部上的系统，包括凸台、轴承和附接元件。凸台附接到压力容器并且具有在其中的第一孔。轴承至少部分地设置在第一孔内并且具有穿过其的第二孔(56)。附接元件配置为附连到容器安装部，其中附接元件的一部分延伸通过第二孔并且在第一孔和第二孔内基本上沿压力容器的纵向轴线(24)可滑动。描述了一种用于将压力容器支撑在容器安装部上的方法。

Description

具有内部轴承的凸台
背景技术
本发明大体涉及流体存储，并且具体涉及用于流体容纳容器的凸台和使用该凸台安装流体容纳容器的方法。特别合适的流体容纳容器是压力容器。典型的压力容器包括负荷轴承外壳体和流体不可渗透的内衬。
合适的压力容器壳体材料包括金属，诸如钢；或者复合材料，其可以包括缠绕的玻璃纤维丝或其他合成丝的层压层，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、芳纶、碳、石墨或任何其他通常已知的纤维增强材料。使用的树脂材料可以是环氧树脂、聚酯、乙烯基酯、热塑性塑料或能够提供纤维与纤维结合、纤维层与层结合和将使用该容器的特定应用所需的抗破碎性的任何其它合适的树脂材料。与示例性压力容器的形成有关的细节公开在题为“Filament Winding Process and Apparatus”的美国专利号4,838,971中，该专利通过引用并入本文。
弹性体或其他非金属的有弹性的内衬或囊状物通常设置在复合壳体内，以密封容器并防止内部流体接触复合材料。内衬可以通过压塑、吹塑、注塑或任何其他通常已知的技术制造。可替代地，内衬可由其他材料制成，包括钢、铝、镍、钛、铂、金、银、不锈钢以及其任何合金。这些材料通常可以以具有高弹性模量为特征。在一个实施方式中，内衬由吹塑的高密度聚乙烯(HDPE)形成。
容器的复合构造提供了许多优点，诸如重量轻，抵抗腐蚀、疲劳和灾难性故障。这些属性至少部分地归因于增强纤维或丝的高比强度。这种复合容器通常用于在压力下容纳各种流体，例如，诸如氢、氧、天然气、氮、甲烷、丙烷和火箭或其他燃料。通常，压力容器可以是任何尺寸或配置。例如，容器可以是重的或轻的，单次使用的(即一次性的)，可重复使用的，经受高压(例如，大于50psi)、低压(例如，小于50psi)，或用于在升高温度或低温温度下存储流体。与压力容器相关的描述在题为“Pressure vessel with damage mitigatingsystem,”的美国专利号5,476,189中给出，该专利通过引用并入本文。
上述特性的复合压力容器最初是为飞机和航空航天应用而开发的，主要是由于这些交通工具具有临界重量限制。然而，随着压缩天然气(CNG)在地基交通工具诸如公共汽车和汽车中的使用越来越广泛，复合压力容器已被使用的更广泛。压力容器的结构要求使得从强度和包装效率两者的观点来看，具有圆弧形(圆形)端的大体柱形形状是非常理想的形状因数。然而，圆弧形形状能使这种压力容器很难固定到交通工具。
压缩气体瓶的颈部提供适于通过轴环或类似装置附接的结构性突出部。某些已知的设计利用该特征来固定气体瓶。然而，这种设计存在许多缺点。一些设计处理不良，不对准，并且可以在不对准的情况下将相当大的应力置于颈部结构上。其他设计不充分地固定颈部，因此在某些条件下存在该瓶可以从安装部分离的风险。此外，在一些情况下，该瓶可以围绕瓶的主轴线旋转，从而将应力置于连接线路或其他附接的硬件上。
发明内容
在一个方面，配置用于附接到压力容器的凸台包括在其中的第一孔和至少部分地设置在第一孔内的轴承。在另一方面，用于将压力容器支撑在容器安装部上的系统包括凸台、轴承和附接元件。凸台附接到压力容器并且具有在其中的第一孔。轴承至少部分地设置在第一孔内并且具有穿过其的第二孔。附接元件配置为附连到容器安装部，其中附接元件的一部分延伸通过第二孔并且可在第一孔和第二孔内基本上沿压力容器的纵向轴线滑动。
在又一方面，描述了一种用于将压力容器支撑在容器安装部上的方法。压力容器具有凸台，该凸台具有在其中的第一孔，并且轴承至少部分地设置在第一孔内并且具有穿过其的第二孔。该方法包括将附接元件的第一部分插入通过第二孔和第一孔的一部分，并将附接元件的第二部分安装到容器安装部。
该公开，在其各种组合中，无论以设备还是方法形式，还可以以下面列出的项目为特征：
1.一种凸台，配置为用于附接到压力容器，凸台包括：
在其中的第一孔；以及
轴承，至少部分地设置在第一孔内。
2.项目1的凸台，其中，轴承是球面的(球形的)。
3.项目2的凸台，其中，第一孔包括表面，该表面至少部分地是球面的并且对应于轴承的外球面表面的一部分。
4.项目1-3中任一项的凸台，其中，轴承包括穿过其的第二孔。
5.项目4的凸台，其中，第一孔和第二孔具有同轴的纵向轴线。
6.项目2-5中任一项的凸台，还包括设置在轴承的外球面表面的一部分与第一孔的一部分之间的保持器。
7.项目6的凸台，其中，保持器包括内表面，该内表面至少部分地是球面的并且对应于轴承的外球面表面的一部分。
8.项目6-7中任一项的凸台，其中：
第一孔包括肩部；以及
保持器包括配置为用于抵接肩部的内端表面。
9.项目6-8中任一项的凸台，其中，保持器是环形的。
10.项目6-9中任一项的凸台，其中：
第一孔包括凹槽；以及
保持器配置为至少部分地装配到凹槽中。
11.一种用于将压力容器支撑在容器安装部上的系统，该系统包括：
凸台，附接到压力容器并且具有在其中的第一孔；
轴承，至少部分地设置在第一孔内并且具有穿过其的第二孔；以及
附接元件，配置为附连到容器安装部，其中附接元件的一部分延伸通过第二孔并且在第一孔和第二孔内基本上沿压力容器的纵向轴线可滑动。
12.项目11的系统，其中：
轴承是球面的；以及
第一孔包括表面，该表面至少部分地是球面的并且对应于轴承的外球面表面。
13.项目12的系统，还包括设置在轴承的外球面表面的一部分与第一孔的一部分之间的保持器。
14.项目13的系统，其中，保持器包括内表面，该内表面至少部分地是球面的并且对应于轴承的外球面表面的一部分。
15.项目13-14中任一项的系统，其中：
第一孔包括肩部；以及
保持器包括配置用于抵接肩部的内端表面。
16.项目13-15中任一项的系统，其中，保持器是环形的。
17.项目13-16中任一项的系统，其中：
第一孔包括凹槽；以及
保持器配置为至少部分地装配到凹槽中。
18.项目11-17中任一项的系统，其中，附接元件配置为销。
19.一种用于将具有凸台的压力容器支撑在容器安装部上的方法，该凸台具有在其中的第一孔，至少部分地设置在第一孔内并具有穿过其的第二孔的轴承，该方法包括：
将附接元件的第一部分插入通过第二孔和第一孔的一部分；以及
将附接元件的第二部分安装到容器安装部。
20.项目19的方法，其中，轴承是球面的，该方法还包括使附接元件的第一部分穿过保持器，该保持器将轴承至少部分地保持在第一孔内。
提供本发明内容是为了以简化的形式介绍将在以下具体实施方式中进一步描述的概念。该发明内容不旨在确定所公开或要求保护的主题的关键特征或必要特征，并且不旨在描述每个公开的实施方式或所公开或要求保护的主题的每个实现方式。此外，该发明内容不旨在用作确定所要求保护的主题的范围的辅助。随着该描述的进行，许多其他新颖的优点、特征和关系将变得显而易见。随后的附图和描述更具体地例示了说明性实施方式。
附图说明
将参考附图进一步解释所公开的主题，其中在所有几个视图中，相同的结构或系统元件由相同的附图标记表示。
图1是现有技术压力容器和安装组件的透视图，其中框架302示出为透明的以用于说明目的。
图2是图1的凸台和安装组件的分解的透视图。
图3是沿图1的线3-3截取的经组装的凸台和安装组件的截面图。
图4是具有本公开的凸台的示例性实施方式的压力容器的透视图，其中凸台的部件在分解图中从其分离。
图5是以分解形式沿图4的线5-5截取的示例性凸台的截面透视图。
图6是部件被组装在一起的图5的凸台的剖面透视图。
图7是图4中所示的压力容器的一部分的截面图，该截面沿图4的线5-5截取，其中示例性凸台的部件组装在一起，并且还包括安装销，通过该安装销，容器可以经由示例性凸台安装到外部结构。
虽然上述附图阐述了所公开主题的一个或多个实施方式，但是也可以预期其他实施方式，如该公开中所述。在所有情况下，该公开通过表示而非限制的方式呈现所公开的主题。应理解的是，本领域技术人员可以设计出许多其他的变型和实施方式，这些落入该公开的原理的范围和精神内。
这些图可以不按比例绘制。特别地，为了清楚起见，可以相对于其他特征扩大一些特征。此外，在使用诸如上、下、正上、正下、顶、底、侧、右、左等的术语的情况下，应理解的是，它们仅用于便于理解该描述。可以想到的是，结构可以以其他方式定向。
具体实施方式
Eihusen等人的题为“Method and apparatus for mounting a fluidcontainment cylinder,”的美国专利No.6,986,490，其通过引用全部并入本文，描述了现有技术的容器固定方法和设备，其提供了牢固地紧固压力容器，抵抗轴向和旋转运动，同时使压力容器安装结构能够适应一定程度的不对准而不会过度地压迫压力容器的颈部。
如图1-3所示出，现有技术瓶和框架组件300包括球面轴承310，该球面轴承围绕瓶304的凸台308的颈部306的外表面设置。凸台308可以是诸如在题为“Boss for a filamentwound pressure vessel,”的美国专利No.5,429,845中公开的凸台，该专利通过引用并入本文。球面轴承310的内表面322成形为与颈部306的外表面配合。例如，内表面322是柱形的，以便符合颈部306的柱形形状。当组装时，球面轴承310抵靠框架302中的球面内表面316就位。球面轴承310通过固定轴环320被捕获在框架302内。固定轴环320可以具有部分球面的内表面324，其成形为与球面轴承310的外表面就位。通过卡环330将固定轴环320保持在框架302中。组件300可以容忍某种程度的轴向不对准，而不会将潜在地有害应力置于瓶304的凸台308的颈部306上。然而，压力容器通常安装在具有有限空间的位置，诸如在交通工具中。在这样的位置，延伸的颈部306、框架302、轴承310和固定轴环320需要有宝贵的空间。
图4-7示出了本公开的示例性凸台12，其中凸台12和附接的压力容器10的安装结构设置在凸台12的内部孔26中。因此，对于指定的空间，容器10可以比瓶304长(从而提供更大的容积)，因为安装容器10需要对于容器10外部更少的结构。所公开的凸台12和用于安装复合压力容器10的方法允许容器扩展而不占用宝贵的空间。
图4是包括本公开的示例性凸台12的压力容器10的透视图，其具有通过保持器20和保持环22保持在凸台12的颈部16内的内部轴承18。
图5是从容器10移除的示例性凸台12的分解的透视截面图，其中截面沿图4的线5-5截取。图6类似于图5，但示出了凸台12的部件组装在一起。图7另外示出了压力容器10的内衬34和壳体36，围绕凸台12的一部分形成；此外，安装销14被示出为至少部分地延伸到孔26中并延伸通过轴承18的孔56。
在图4-图7中示出的示例性实施方式中，凸台12的颈部16被机加工或以其他方式在其中形成有孔26。孔26配置为接纳轴承18，该轴承通过两个环形保持器，即轴承盖保持器20和保持环22，设置并保持在孔26内。如图7所示，容器安装或附接元件的一部分(在这种情况下配置为销14)基本上包含在凸台12的孔26内。
如5-图7所示，轴承18包括穿过其的孔56。如图6和图7所示，孔26和孔56的纵向轴线沿与压力容器10的纵向轴线重合的轴线24同轴。如图7所示，孔56配置为允许销14的一部分插入通过孔56并插入孔26的一部分中。销14可沿轴线24纵向移动通过轴承18并在凸台12的孔26内移动。销14的外部部分70用于将容器10安装在外部容器安装部结构(未示出)上的示例性方法中。在常规方式中，外部部分70可以具有紧固件、孔口、支架和其他附接特征件，以允许这样将销14安装在常规的容器安装部结构上，并因此将压力容器10安装在其上。所公开的安装系统允许容器10在加压期间由于销14沿轴线24穿过孔56并至少部分地在孔26内的纵向滑动移动而在长度上扩展。此外，所公开的系统提供了具有围绕轴承18和轴线24的旋转运动自由度的压力容器10(在示例性实施方式中该轴承是球面轴承)，不影响销14相对于附接到外部部分70的外部结构的放置。通过将轴承18、保持器20和22以及销14的重要部分基本上定位在凸台12内，所公开的凸台12和安装系统因此消除了对安装架的需要。因此，与图1-图3的组件300的瓶304的长度相比，对于给定长度的容纳空间，可以增加可用于流体容纳和存储的容器10的长度。
如图5和图6所示，凸台12包括纵向孔26。在一些实施方式中，凸台12具有开口诸如在端壁28处的孔口，以在容器10的内部环境30(在图7中标记)与孔26之间提供流体连通。在其他实施方式中，凸台12不允许在容器10的内部环境30与外部环境54之间流体连通，而是主要用于安装容器10。在那些情况下，另一具有穿过其的端口的凸台可以设置在容器10上的其他地方。
在凸台12的示例性实施方式中，内螺纹32设置在孔26的表面的至少一部分上，以允许凸台12安装在心轴(未示出)上，诸如用于形成围绕凸台12的压力容器10的内衬34和壳体36。在示例性实施方式中，孔26包括部分球面的内表面38，该内表面成形为与轴承18的外球面表面40相符。在示例性实施方式中，孔26包括基本上柱形的内表面42，该内表面配置为对应于保持器20的柱形外表面44的形状。此外，保持器20具有内表面46，该内表面是部分球面的，以符合轴承18的外球面表面40的一部分的形状。轴承18在示例性实施方式中包括内端表面48和外端表面52。如图6和图7所示，轴承18的外端表面52暴露于压力容器10的外部环境54。
在示例性实施方式中，保持器20包括内端表面58，配置为抵接孔26的肩部50。保持器20还包括外端表面60，配置为邻近保持环22。示例性实施方式中的保持环22具有外径和厚度，以允许其至少部分地装配并卡入孔26的凹槽62中。保持环22还具有内径表面，该内径表面具有部分球面的配置，以与轴承18的球面表面40的外部部分相符。
如图6所示，示例性凸台12包括凸缘64，该凸缘从颈部16径向向外延伸。在示例性实施方式中，凸缘64包括具有燕尾配置的凹槽66。参照图7，为了形成压力容器10，凸台12可以安装在容器形成心轴(未示出，经由螺纹32)上。因此，允许经定位的熔融聚合物材料围绕内部形成件(未示出)流动，其中内衬材料被允许流入凹槽66中以形成互锁突片68，该互锁突片将内衬34与凸台12的凸缘64机械地互锁。在内衬34的材料已经固化或以其他方式凝固之后，可以使用丝缠绕工艺来形成围绕凸缘64的外部部分和内衬34的壳体36。
尽管已经参考多个实施方式描述了本公开的主题，但是本领域技术人员将认识到，在不脱离本公开的范围的情况下，可以在形式和细节上进行改变。例如，在示例性实施方式中，轴承18是球面轴承，其允许压力容器10经由销14安装到外部结构(未示出)的多个自由度，如图7所示。然而，将轴承18至少部分地定位在凸台12内的空间节省优点可以通过非球面轴承实现，包括轴颈套筒、轴衬、柱形、线性和其他轴承配置。轴承本身可以包括或由可压缩材料诸如橡胶形成，例如，以额外提供振动控制或运动偏转性能。此外，例如，通过使用柔性且有弹力的销14，也可以实现将压力容器10安装到外部结构中的运动自由度。另外地或可替代地，销14可以安装到柔性或有弹力的外部结构(未示出)。销14可以具有圆形截面或其他形状，诸如六边形，例如，以允许与相应形状的孔56键合。另外，虽然当轴承18至少部分地安装在凸台12内时实现了优化的空间节省，但是轴承18可以替代地或另外地表面安装在凸台12的端表面或外表面上。此外，针对一个实施方式而公开的任何特征都可以并入到另一实施方式中，并且反之亦然。

Claims (12)

1.一种配置为用于与压力容器的中心的纵向轴线对准地附接至所述压力容器的安装系统，所述安装系统包括凸台和销，
所述凸台包括：
管状的颈部，所述颈部配置为从所述压力容器的内部向外突出；
位于所述颈部中的第一孔；以及
球面轴承，所述轴承至少部分地设置在所述第一孔内并且包括穿过所述轴承的第二孔，所述第一孔包括至少部分地是球面的并且对应于所述轴承的外球面表面的第一部分的表面；以及
设置在所述轴承的外球面表面的第二部分与所述第一孔的一部分之间的保持器；所述销延伸通过所述第二孔并延伸到所述第一孔中，所述销构造成用于在所述第一孔内并且沿着所述纵向轴线进行轴向运动。
2.根据权利要求1所述的安装系统，所述保持器包括内表面，所述内表面至少部分地是球面的并且对应于所述轴承的外球面表面的一部分。
3.根据权利要求2所述的安装系统，其中，
所述第一孔包括肩部；以及
所述保持器包括配置为抵接所述肩部的内端表面。
4.根据权利要求2所述的安装系统，其中，所述保持器是环形的。
5.根据权利要求2所述的安装系统，其中，
所述第一孔包括凹槽；以及
所述保持器配置为至少部分地装配到所述凹槽中。
6.一种用于将压力容器支撑在容器安装部上的系统，所述系统包括：
所述容器安装部；
支撑在所述容器安装部上的所述压力容器；
凸台，所述凸台与所述压力容器的中心的纵向轴线对准地附接到所述压力容器，所述凸台具有管状的颈部，所述颈部配置为从所述压力容器的内部向外突出，并且所述颈部具有在所述颈部中的第一孔；
球面轴承，所述轴承至少部分地设置在所述第一孔内并具有穿过所述轴承的第二孔，
所述第一孔包括至少部分地是球面的并且对应于所述轴承的外球面表面的第一部分的表面；
设置在所述轴承的外球面表面的第二部分与所述第一孔的一部分之间的保持器；以及
附接元件，所述附接元件附连到所述容器安装部，其中，所述附接元件的一部分延伸通过所述第二孔并且在所述第一孔和所述第二孔内基本上沿所述压力容器的纵向轴线可滑动。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述保持器具有内表面，所述内表面至少部分地是球面的并且对应于所述轴承的外球面表面的一部分。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，
所述第一孔包括肩部；以及
所述保持器包括配置为抵接所述肩部的内端表面。
9.根据权利要求7所述的系统，其中，所述保持器是环形的。
10.根据权利要求7所述的系统，其中，
所述第一孔包括凹槽；以及
所述保持器配置为至少部分地装配到所述凹槽中。
11.根据权利要求7所述的系统，其中，所述附接元件配置为销。
12.一种用于将具有凸台的压力容器支撑在容器安装部上的方法，其中，所述凸台与所述压力容器的中心的纵向轴线对准地附接到所述压力容器，所述凸台具有管状的颈部，所述颈部配置为从所述压力容器的内部向外突出，所述颈部具有在所述颈部中的第一孔，球面轴承至少部分地设置在所述第一孔内并具有穿过所述轴承的第二孔，所述第一孔包括至少部分地是球面的并且对应于所述轴承的外球面表面的第一部分的表面，所述方法包括：
将附接元件的第一部分插入通过所述第二孔和所述第一孔的一部分；使所述附接元件的所述第一部分穿过保持器，所述保持器将所述轴承至少部分地保持在所述第一孔内；以及
将所述附接元件的第二部分安装至所述容器安装部，其中，所述附接元件构造成用于在所述第一孔内并且沿着所述压力容器的纵向轴线进行轴向运动。
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