CN1214110A - 压力容器和其端盖 - Google Patents

Abstract

具有用于密封至少一个开口端的端盖的压力容器,用于提供进入一其内设置有一个或多个过滤筒的大致管状壳体的满孔入口。矩形横截面的密封环(45)位于管状壳体(15)中的一个槽中,并处于其内形成有一中心环形槽的圆柱形表面区域的轴向向内位置上。端盖(39)配合在此环形表面中并且包括一肩部(73),该肩部可防止插入通过密封环(45)。端盖可以是两件式结构,其中具有一扁球形面向内的凸形表面的凸缘和盘状件伸过密封环内部并且与一固定板(41)配合,该板外面周边中具有环形切口,其与管状壳体中的槽对齐以形成用于容纳一螺旋锁环(79)的凹槽,该锁环上具有至少两圈的弹簧状带,当容器加压时其不会意外地被拆除。通过使用不仅会产生用于一密封环的座而且可提供容纳侧流连接件的空间的牺牲插件,可由纤维增强聚合树脂有效地形成用于管状壳体的钟形端结构。

Description

压力容器和其端盖

本发明涉及至少一端开口的压力容器以及其端盖。具体地，本发明涉及为压力驱动过滤操作所设计的圆柱形压力容器，特别地涉及可提供满孔通道以接受细长的圆柱形媒质滤筒的容器。更具体地，本发明还具体地涉及用于这种压力容器的改进的端盖结构。本发明也涉及制造此类压力容器，尤其是为压力驱动过滤操作、特别是采用滤筒的过滤所设计的压力容器的方法，更具体地是涉及制造适用于侧壁进出口的容器以提供通过压力容器圆柱形侧壁的流体流动连通。

                           发明背景

圆柱形压力容器有多种工业应用，并且随着合成纤维和聚合树脂、例如，采用多股连续的玻璃或碳纤维或长丝来增强可固化聚合树脂复合材料、诸如聚酯树脂、乙烯基酯树脂、聚氨基酯树脂、环氧树脂和类似材料的发展，较轻型的、高强度增强塑料复合材料制成的压力容器的一个系列已经发展起来。虽然对这些压力容器有多种工业用途，但使主要的应用领域仍是过滤技术领域、双向或末端过滤和交叉流过滤；为此，所采用的过滤技术大体上包括分离处理，其中采用半渗透性隔膜。所用的“滤筒”通常大体上包括过滤袋、滤芯和半渗透性膜芯子或构件。所用的“滤筒过滤”包括采用这种滤筒的过滤操作。

通常，“交叉流”过滤是与有时所称的直接或“末端”过滤形成对比的。在交叉流过滤中，仅一部分输入液体流过过滤媒质，其余的输入液体流过一隔膜或其它过滤媒质表面，并且从滤筒另一端流出；在这种设置中，压力容器上有两个出口，即交叉流经过其中汇集的多个分离入口和过滤或渗透出口。在直接或“末端”过滤中，整个输入液体流经过过滤媒质，并且通常仅有单股出口流。

在最近几十年来通常所采用的交叉流过滤工艺的实例包括(但并不仅限于这些)反渗透法(逆向渗透)、毫微渗透法和超过滤作用，所有这些方法都采用半渗透隔膜材料，并且都称为隔膜分离工艺。在这些操作方法中，已经普遍地采用圆柱形滤筒，它们可容纳在具有适当入口和出口的一管状包围压力容器中。用于这种压力容器的一个或多个端盖都设计成有所谓的满孔式入口；这可使外径正好小于压力容器内孔直径的圆柱形滤筒或袋可滑动地塞过其一个开口。在某些情况下，这些圆柱形滤筒都包括多个由半渗透隔膜片材制成的壳层，它们螺旋状绕在一中心渗透孔周围以在一定容积中提供较大的隔膜表面积。

在滤筒过程操作中所用的多种现有技术压力容器、尤其是交叉流过滤中所用的容器已经采用由玻璃纤维增强的聚合树脂复合材料所制成的管状壳体，并且具有插塞式端盖，通过一传统的O形环密封和适当的保持环，它们可与壳端部保持密封关系。已经采用的保持环包括传统的螺纹环和卡环，以及可包括由螺钉或类似连接件适当保持成组装形式的多个分离件的分节式环。大致在这些增强的塑料复合材料压力容器中，所有入口和出口已经设置在成对的相对端塞中，以避免破坏固化的复合材料体的整体性。端塞本身大体上都是平的、类似板状体。

在压力过滤容器中安全因素也是非常重要的，因为许多此类过滤都需要较高的工作压力。必须能向滤筒输送高压液体的过滤操作例子包括进行半渗透隔膜的渗透作用的那些情况，因为这种操作需要贯穿隔膜有较高的压力差以实现有效操作。

美国专利4,739,899揭示了用于压力容器的封盖装置的一实施例，这种容器可用于交叉流或其它压力过滤设备中以提供满孔入口。该专利揭示了一圆柱形端塞，其可滑动地安装成容纳在压力容器光滑内孔中。另一些圆柱形端塞具有一横截面可变的圆周中心槽以提供一倾斜底面。当安装端盖时，O形环位于此圆周槽最深部分，当受压时，它沿此表面滚动到一靠近压力容器轴向外端的一位置上，在该处，其紧密地密封在压力容器壳体圆柱形内壁上。

美国专利4,781,830示出了用于交叉流过滤装置的一种不同类形的端盖装置，其也可提供满孔入口。在所示的结构中，有一细长的圆柱形不锈钢外壳，其在各端包括一大致铃形连接器，该连接器可包括一侧导管连接弯头。一端盖与连接器藉由一卡口式配合而相互连接以对端部开口封口，并且采用一传统的O形环以在端盖和连接器上的安装表面之间形成密封。此结构需要多个专门的金属组件，并且被认为并不特别适用于增强塑料复合材料压力容器结构。

因此，仍需要对用于压力过滤的压力容器、尤其是用于滤筒过滤的纤维增强聚合树脂容器的端盖装置继续进行改进。

                           发明概述

本发明提供了一种改进的压力容器，包括一特别适用于纤维增强聚合树脂制成的压力容器或类似装置的端盖装置，以提供一用于压力驱动流体过滤、例如袋和滤筒过滤、包括交叉流隔膜过滤的满孔入口，还包括制造这种容器的方法。结合在纤维增强聚合树脂管状壳体中、并且刚好处于其开口端内部位置的是一大致C形横截面的环件，该环件包括一在其径向内表面中的中心环槽，其内表面也是圆柱形的。环件的内圆柱形表面直径大约等于或略大于细长压力容器的主孔，并因而可提供一圆柱形过滤筒可滑动地插入其中或拆除的满孔入口。压力容器形成有一环形腔或镗孔区，其刚好在此环件的轴向向内处并且与之相连，一窄槽设置在此腔的壁中，并紧邻环件，其中有一矩形横截面的软弹性密封环。因为此密封件由一管状壳体所携带，所以在设计用于封闭管状壳体的开口端的插头或端盖时提供了较大余地。具体地，其便于采用一凸缘式和盘式结构，其比传统板状端盖结构更有效，故形成较薄的低成本端盖。

压力容器的开口端由一插头或端盖封闭，该插头或端盖具有一相称的表面以较整齐地容纳在由环件所构成的圆形区域中，并且具有外径较小的部分，该部分伸入和/或伸过矩形横截面的密封环的圆形内部并且较佳地使弹性环略微膨胀。端盖上的一个肩部紧贴着密封环的轴向外表面，并且可提供一止挡部分，端盖不能进一步插入而越过该止挡部分。端盖和管状壳体之间的相互配合较佳地是由一可拆除的锁环实现的，锁环然后配合到压力容器环件的槽中；锁环径向充分地伸入通道中以将端盖锁定在位，从而封闭和密封压力容器的开口端。即使在高内压下，可防止端盖经过锁环向外移动。

较佳地，采用螺旋形并且较佳地包括由弹簧类材料制成的一平带的三圈的锁环。较佳地轴向向外延伸的直立柱设置在螺旋锁环的外端，抓住柱可通过锁环绕360°通道周边连续运动而使之向外“走”，从而人工地抽出锁环。通过设置一与端盖外边缘径向向内隔开的圆形肩部，即称为一环形切口形成在端盖轴向向外面的周边上。当端盖处于其完全插入位置时，此肩部与压力容器环件中的槽对齐，从而形成一凹槽，其深度为至少使一圈的弹簧状锁环由肩部完全夹在其中，因而当这一圈被限制在凹槽中时，实际上不会充分地向内径向运动以使锁环从环形槽中抽出。此结构可提供极佳的安全措施，可防止一个工人在压力容器内仍有极高大气压力时无意中拆除锁环，否则端盖可能高速逸出。

另外，本发明提供了一种制造这种具有改进端盖的纤维增强聚合树脂压力容器的方法，其中一增大的腔或镗孔方便地刚好设置在端盖的轴向向内处，此腔可便于安装侧流接头，而不会损坏为滤筒过滤压力容器或类似装置所设计的满孔入口。在此方面，将与聚合树脂分离的适当塑料制成的牺牲插件位于一钢芯轴或其它类似零件上，采用浸渍树脂的玻璃纤维或其它合成长线材料(如碳纤维)的连续绳或纤维束、将管状壳体绕于芯轴上，然后固化。此牺牲插件与环件的轴向向内表面并列，其本身可位于用于使环件定中心的薄管状隔离件上，并且内径略大于管状壳体的主孔的直径(其当然由所用的圆柱形芯轴的直径所决定)。在将连续纤维的浸渍树脂的绳绕在芯轴上以形成整个组件之后，进行固化以形成一强度高的刚性管状壳体，然后从芯轴上将之分离。在也是为从固化树脂上分离所设计的薄隔离件拆除之后，拆除牺牲插件。例如沿着一对角线它本来就是可以裂开的，或者具有易折断的搭桥部分的其它结构以便于将其通过相邻端部开口拆除。这种拆除较佳地可提供紧靠带槽环件的所需窄槽和便于安装侧流接头的较大镗孔区域，这样在端盖上不再需要入口和出口。

                           附图的简述

图1是一局部的分解立体图，示出了包括一采用本发明多个特点的端盖的滤筒过滤压力容器。

图2是当图1所示压力容器形成在一适当心轴上时，所制成的管状壳件组件的截面图。

图3是与图2类似的截面图，表示管状壳从心轴上分离后以及制造插件已经拆除后的情况。

图4是与图3类似的管壳截面图，只是图1所示端盖安装成密封结构，并且装有一可选择的侧流接头。

图4A是图4中由虚线圆所指出的部分放大图。

图5是与图1类似的视图，示出了包括本发明另一种实施例的、与图3类似的压力容器。

图6是装有端盖的图5所示管状壳体的截面图，部分端盖由截面图示出，其它部分是侧面图，并且装有一可选择的侧面接头。

图7是一立体图，示出了螺旋状锁环或带的另一个实施例，其可用于图1-4A或图5、6的压力容器。

图8是图7的螺旋状锁环的正视图。

图9是将图7所示螺旋状锁环从盖有端盖的压力容器上拆除时所用的手动工具的正视图。

图10是图9所示工具的右视图。

图11是图9和10所示工具的立体图。

图12是与图4A类似的放大局部图，示出了装有端盖的压力容器的相同部分，其中在适当位置设置有图7所示螺旋状锁环的另一个实施例。

图13是图12所示压力容器和端盖结构的局部截面图，但其中工具是侧视的，所插入的工具是在其转动以开始拆除图7所示的锁环之前处于拆除位置上。

                    较佳实施例的详细描述

图1至4所示是改进的压力容器11，它包括分离的可拆除端盖组件13，该端盖组件可提供满孔通道以使圆柱形过滤筒和类似装置插入其中。因而，该压力容器特别适用于压力驱动过滤操作的任一种圆柱形滤筒，例如，由半渗透隔膜螺旋状卷绕层结构所构成的交叉流过滤筒。该压力容器11也特别适用于直接或末端压力过滤处理，即采用过滤袋、过滤筒或其它等同作用的过滤媒质包装。压力容器11包括一细长的管状壳体15，其具有至少一个开口端，端盖装置13放于其中，以使压力容器与大气密封，并且可保持极高大气压力、例如高达一千磅/平方英寸或更高的压力以用于有效地进行分离或其它过滤操作。因为提供了这种满孔通道，所以具有直径略小于细长的管状壳体15的孔的正圆形圆柱过滤筒可方便地滑动插入其中或者从其上经图1所示开口端拉出。管状壳体的相对端(未示)可以是图中所示端部的简单复制，这样这种圆形横截面的圆柱滤筒可从任一端插入。另外，其它端部也可具有不同类型的端盖，或者可以简单是一盲孔，即通过形成有平端壁或整体圆顶或本技术领域中众所周知的类似结构而完全关闭。

管状壳体15可由任何合适的材料制成，只要其具有可耐受压力容器将经历的所需极高大气压力的强度和稳定性。例如，管状壳体可由适当金属合金制成，例如不锈钢或其它一些耐腐蚀合金制成。其也可由工程塑料制成，这种材料可以模注或其它适当的成型，这也取决于其设计压力。较佳地，管状壳体15由纤维增强聚合树脂材料制成；例如，可采用浸渍树脂玻璃或其它合成长丝材料、如碳纤维。这些纤维可由一种合适的可固化聚合树脂所浸渍、如聚酯、乙烯基树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂或一些可比的热固树脂。最好，采用本技术领域中所周知的环氧树脂，通过将多股连续玻璃纤维绕在一芯轴17可进行管状壳体15的制造，使玻璃纤维经过一装有(如本技术领域所周知的)随着时间推移和/或加热而促使固化的一适当的硬化剂的液态环氧树脂槽。

图3示出了处于最终状态的管状壳体3，其具有基本上恒定内径和外径的主体段19，其壁厚均匀。管状壳体的至少一端具有直径略大的、整体连接到主体19上的钟形段21；此钟形段具有固定地嵌入其中的一环件23，该环件与端盖装置13互相配合。环件23较佳地由金属合金、例如碳钢或不锈钢制成，或者由具有足够的结构强度和刚度的复合材料制成。环件具有一径向内表面25，其是与经过主体19的圆形横截面孔共轴的一圆柱体的一段，其表面25由一中心槽27隔断。槽27具有一圆柱形基面29，其也与经过管状壳体的主通道共轴，并具有一对侧壁31。形成在钟形段21内表面中的、处于紧靠环件23并轴向向内的位置上的是一窄槽33，其可为一如下文所述的密封环提供一座。

当采用一可固化聚合树脂浸渍的连续纤维束形成管状壳体的较佳结构时，压力容器的管状壳体部分的制造示出在图2。根据压力容器的长度，多个管状壳体以尾接尾关系可以制造在同一根芯轴上。因为环件23的径向内表面25具有略大于经过主体19的孔，该孔由芯轴17的外表面所确定，所以在芯轴上安装一薄隔离件34以使环件23在靠近将成为管状壳体的最末端处的位置上同轴定位。最好采用一个可膨胀的、低价热塑套，其足够长以支撑用于形成在相同芯轴上的下一个管状壳体的一环件23，或者采用可缠绕在芯轴周围在环件内部的热塑材料软片。为了提供一精密形状的内腔，采用一管状牺牲插件35，其具有等于芯轴17外径的内径，并且外表面形状是将形成在最终管状壳体15中的一个腔37的内表面互补。在所示实施例中，腔的形成可构成钟形段21。

牺牲插件35较佳地由适当的热塑材料、例如聚丙烯注塑成型，并具有聚合树脂不粘于其上的表面特点，且较佳地制成为固化之后可较方便地拆除，以完成管状壳体的制造。为便于拆除，例如，可设置径向对角延伸的单个槽，该槽可伸过插件长度，这样一个槽可以在刚好短于外表面处终止以留下一易折断的搭桥。这种结构可使插件通过将其向内挤压以具有一较小外径而拆除。另外，可设置多个径向槽或其它隔开的刻痕或切口，在表面上留下多个易折断的搭桥，它们可使牺牲插件较容易地断成多段、例如4或5段，这些段可单独从相邻开口端拉出。图2所示的就是这样一个靠近底部的切口36，其形成在内表面中并且在不到外表面处终止，以留下一易折断的搭桥36a。牺牲插件35的外表面在其右端形成有一向外延伸的环形凸缘，如图2所示，其将在紧靠环件23的钟形段内表面上形成一窄槽33。如果需要，可将隔离件34注塑成牺牲插件35的一部分；然而，其简单的设计是可以较佳地采用图示的分离薄管状隔离件。

采用目前的工艺技术利用隔离件34、环件23和牺牲插件35放置在芯轴上、将浸渍树脂的连续纤维、如浸渍环氧树脂的连续玻璃纤维的束绕在芯轴装置上，产生一如图2所示的树脂浸渍增强材料或组件。当完成卷绕以产生出具有所需壁厚的管状体时，进行固化，例如在约100-150°C下加热3至6小时以将环氧树脂固化到本技术领域中所周知的硬度。

替代将树脂浸渍玻璃纤维直接绕到金属芯轴17表面上的方法，可先将一薄管状衬层(未示)配合到芯轴上，如本技术领域所周知的，该衬层将成为最终管状壳体整体的一部分。这些衬层通常由热塑材料制成，如聚乙烯，其较佳地具有一表面形状，其形状可便于粘结所用的聚合树脂以浸渍长丝材料。

在固化和从芯轴上拆除之后，可修整端面38。通过修整可形成一光滑的端面38，并可通过从管状壳体装置和套34上切割来进行，以同时分离相邻的管状壳体。套34然后拉出，采用任何合适的工具将牺牲插件35拆除。例如，可将自攻螺钉从径向插入插件的内表面，这样可施加使任一易折断的搭桥断裂的力，或者一对这样的自攻螺钉相对一对角裂缝插在一侧壁中，这将使这些配合端挤压在一起，有效地使一个表面在另一个上滑动以减小插件的外径，以便其通过管状壳体相邻开口端拉出。所制成的管状壳体15具有图3所示的外形，其提供一满孔开口，即通过开口端的通道与压力容器主体段19细长孔直径相等或略大。

如图1和4所示，端盖组件包括拱形金属件39和一配合固定的或面板41形式的两件式端盖。拱形件39具有一凸形外表面43，其从呈环状的并且具有矩形横截面的弹性密封环45内部伸出，密封环位于并保持于环件的窄槽33中。拱形件39在其顶峰处具有一中心开口47，其在操作情况下，是与管状壳体孔轴向中心线同心的。固定板41包括一主板部分49、一向后或向内延伸的管部分51和多个增强肋53，例如4个相互成90°增量布置的增强肋。主板部分49的外周边整齐地配合在拱形件39内部，管状柱51的左自由端，如图4所示，靠在拱形件内凹面，包围中心开口47。

带有一弹性密封件57、并且具有外螺纹外端59的管状连接件55伸过中心开口47和管状柱51；当安装一六角螺母61时，它与固定板41互连在拱形件39中，六角螺母具有与管状连接件55前端或外端59上的外螺纹配合的内螺纹。通过拧紧螺母61，使其压在固定板41的外表面63上，挤压弹性密封件57，在管状连接件55和拱形件39之间产生一不透流体的密封。管状连接件55具有一从其轴向延伸的通道65，用于使液体中心地流过端盖，流入或流出压力容器内部。在此方面，连接件55可形成为有一前螺纹承接部分67，其具有标准的管螺纹以便管道连接，以及一后插座69，用于携带一弹性密封件和可滑动地容纳一插口，该插口从过滤筒一端伸出，所有这些零件都在其中心线上对齐。

所示的拱形件39大致是扁球形的，较佳地是椭圆体的；然而，如果需要的话，也可以是半球形的。然而，如图所示的扁球形是较佳的，并且中心开口47设置在极端。拱形件的外凸表面43在其周边的一圆边71处终止，圆边在图所示的操作结构中是在右侧或轴向向外端。边71由一圆形凸缘构成，其从外表面的其余部分径向向外延伸并且形成一面向内的肩部73，最好见图4A。一圆柱形过渡带75较佳地将边71与外表面的主要凸形部分分开。虽然球表面可能延续到肩部73，但宽度大约与密封环45相等的圆柱形带75是较佳的。

构件之间的相互配合是：当矩形横截面的弹性密封环45安装在管状壳体中的窄槽33中时，其边缘牢固地位于槽中，并且虽然是柔软的，但其具有足够结构界限以克服轴向位移，这样当两件式端盖组件插入时，其可保持在窄槽中的落座位置上。弹性密封环45是由合成弹性件制成的大致方形横截面的车床切削密封件，合成弹性材料可以是二元乙丙橡胶或腈橡胶，硬度至少为70，当然其是可膨胀和挤压的。其外径是，其外圆柱形表面可在窄槽33中自由地转动，其内径是略小于件39外表面上的过渡圆柱形带75的外径，例如约在0.028至0.040英寸之间。由于此配合，当安装端盖时，凸形扁球表面43起到一引导表面的作用，它在有相对轴向运动发生时可使矩形横截面密封环45的内表面顺利地膨胀，当完成插入时，使密封环45与圆柱形过渡带75对齐，密封件已经在带75和窄槽33底部之间挤压。较佳地，挤压量在径向约为其横截面厚度的7％至20％，因而可在拱形件39外部和管状壳体15内表面之间形成非常好的流体密封。在此位置，肩部73可以贴紧密封环45的侧面，而起到防止端盖进一步插入的止挡件作用。

当端盖已经完全插入时，如图4所示的结构，一肩部77可设置在固定板41的外表面63上，其可形成一与环件23中的中心槽27对齐的周边切口以形成一凹槽，用于容纳一锁环79，该锁环79可有效地配合在端盖和管状壳体之间以将端盖保持在其密封方位上。本技术领域中所知的多种不同的锁环都可采用，它们将落座在中心槽27中，并且在凹槽区中径向向内地延伸以贴紧端盖外表面63，因而可防止端盖轴向向外运动，有效地将其锁定在关闭位置。例如，可采用简单的卡环，或者采用压力过滤容器中现已采用的分段环。然而，较佳地，是采用如图1所法的螺旋锁环79，其是用弹簧类材料制成的具有矩形横截面的平带，在其内端和外端之间至少包括大约完整的两圈。外端具有靠近其终端的一向上根段或柱81，这是便于拆除的较佳结构；然而，也可以是简单是开孔或刻凹槽。柱81较佳地通过减少带端部的宽度并且使其弯曲成90度而形成。较佳地，锁环79具有三圈并且终止处有一柱81，该柱沿平行于管件通道的中心线的方向轴向向外延伸。锁环可由弹簧类材料制成的带构成，如不锈钢或其它合适的弹簧类金属合金或者纤维复合材料或类似材料。

锁环79设计成具有一与槽基部29内径大约相等的外径，其象弹簧那样的特性可使其各圈相互分开，如图1所示。因此，通过将内端插入槽27的基部29和肩部77之间形成的凹槽，可简单地安装锁环79，并且使环各圈“走”过360度，直至整个锁环落座在槽中，如图4所示，圆柱81轴向向外向开口端延伸。可见，锁环79基本充满整个槽，并且当压力容器内部受到极高大气压力时，在此位置可防止两件式端盖的向外逸出，即通过提供一径向伸入通道的并且端盖外表面63紧靠于其上的支撑面而实现。从图4中可见，由肩部77所产生的环向切口的轴向深度小于槽27的轴向宽度的量约等于弹簧类材料制成的带的一个圈的厚度，并且该切口构成该凹槽的内部径向尺寸的一半。所以，肩部77不会妨碍锁环79的最外部一圈的拉出，这是通过抓住柱81并使其径向向内而实现的。而且，这种拉出可方便地使用一工具而形成，该工具具有从一手柄悬出的正圆形截面的圆柱体的本体，工具的工作端面具有一偏心孔，其将容纳柱；当使工具转动180度时，工具对于环件23内表面的凸轮作用将顺利地将锁环外端从凹槽中抽出，这样该环然后可通过反安装程序而人工地向外走，即通过人工地跟踪围绕该开口三个360度的回转而实现。

然而，应当了解，这种抽取只有在端盖组件处于“非承载”位置(或如图4所示)时才是可能的，在该位置凹槽设计可使螺旋带的径向偏转经过肩部77。例如当一工人无意中企图拆除锁环79时，错误地假设压力容器未加压，而实际上容器内存在极高大气压力时，将可防止他如此操作。在端盖上可能有一外向的轴向力，其可能将使固定板41的外表面63移向右侧，这种运动只能进行到锁环允许的程度。端盖轴向向外运动的结果时，肩部77可能移到图4的右侧，并且当锁环的圈被除去时，实际上使凹槽内部径向一半的轴向深度减小，一旦环的最外圈被抽出，肩部77将在凹槽中夹住剩余的两圈，因而可积极地防止锁环的进一步拉出。因此，将积极地防止工人意外地将环从加压容器上拆除，否则将可能导致端盖象飞弹一样从管状壳体的开口端射出或弹出。

总之，可见这种新颖的端盖结构具有若干显著的优点。

形成在管状壳体15内表面中保持座的结构可使矩形横截面密封环15由管状壳体所携带，在如本文所述的一满孔通道的压力容器中，此牺牲密封环大致由可拆除的端盖所携带。本发明的另一种结构具有一个显著的优点，其可端盖设计有较大的余地，并且可在这种端部封闭的组件中采用更经济的端盖设计。在图示的实施例中，可采用一个两件式端盖，其例如由1/16英寸厚的不锈钢制成一有凸缘的盘形件39，并且与由丙烯腈-丁乙烯-苯乙烯三元共聚物(ABS)或类似热塑材料制成的注塑成型的加肋固定板41结合，以用于设计内压力高到约300磅/平方英寸的4英寸的压力容器，从而代替采用比较传统的由9/32英寸厚金属合金板状端盖。虽然不锈钢是较佳的，也可采用其它材料用于件39。例如，涂有防湿阻挡层或衬有热塑膜、如聚偏二氟乙烯(PVDF)或聚乙烯制成的隔膜的碳钢都可采用，或者件39可由纤维增强复合材料制成的板材所制成。

除了提供满孔通道进入压力容器和用于密封环45的一个座之外，在钟形段21中的腔37可提供空间以便纤维增强聚合树脂管状壳体15的侧向接头的安装，而不会损坏所需的满孔入口。在所示的实施例中，在钟形段21的侧壁上钻出或采用其它合适的方式形成一横向开口83。如果需要的话，开口83可以简单地攻螺纹，因为纤维增强环氧树脂将充分地支撑一管螺纹以允许管接头简单地螺纹配合到该螺纹孔中。因为腔37的基本径向深度，所以此管接头的螺纹端可进入此区域中的管状壳体内一段足够的距离，以保证配合螺纹之间的牢固结合，而不会干扰过滤筒或类似构件轴向向内或向外运动。然而较佳地，采用一标准分离接头85，其通过从管状壳体的开口端向内到达，从内部插入通过横向开口83，这样它可从侧壁向外伸出。接头85可具有一端凸缘87，其可携带一弹性密封件89，并且通过将一传统设计的卡环91安装在用于这个目的的接头的外部槽中，而可将其与密封件挤压在内侧壁上。腔37可为凸缘87和弹性密封件89提供足够的间隙，因而可提供一极佳的方案来解决如何经济地在一纤维增强的聚合树脂压力容器中提供侧流流体通道这一长期未解决的问题，到目前为止此问题还没有其它确实可行的方案。而且，此设计可在一个钟形段中容纳2个或多个接头85，即以90度或180度间隔，它们可大大地方便这种压力容器以平排方式互相连接。

图5和6所示的是压力容器95的另一个实施例，它包括与前文所述完全相同的管状壳体15，以及一变型的端盖组件97。大致上，该端盖组件97采用相同矩形截面的密封环45和相同螺旋锁环79，只是采用了一板状插头99和一略微不同形状和设计的管状连接件101。

如图6中尽可能清楚地所示，插头99是一圆形的较厚板，它可以是纤维增强复合材料制成的，例如玻璃纤维增强的环氧树脂、衬有PVDF、聚乙烯或类似材料的铝、涂有或衬有如前所述涂层的普通钢，或者甚至可能是不锈钢或某些合适的耐腐蚀金属合金。板状插头99的形状是具有最大直径的中心凸缘，其最大直径略小于环件23的径向内表面25的直径。插头99具有一外表面105，其具有一肩部107，其可提供一周边圆切口，其可模仿前文所述的肩部77的作用，并且类似地形成一具有中心槽27的凹槽以将螺旋锁环79保持在其中。如图6所示，插头的左侧或轴向内表面是台阶状的，以具有直径略小的表面，并且提供一轴向面向内的肩部111。插头99的台阶状向内表面在一倒角113上终止。

插头99具有一可以是镗孔形成的中心通道115，并且设计成可容纳伸过其中的管状连接件101的外端。在插头99和管状连接件101之间的一流体密封由一弹性密封件117形成，该密封件落座在此镗孔中，并且管状连接件由一标准卡环119锁到插头99上，该卡环容纳在紧接其外端段左侧的连接件外表面上的一个槽中，该外端段具有阳管螺纹121。管状连接件101的内端形成有一与上文所述插座69类似的插座123，其中有一弹性密封件或O形环，并且可容纳和密封来自过滤筒端部或类似的可操作地位于管状壳体15孔中的构件的插头。

一旦这样一个过滤筒(未示)放置在适当位置，插头和管状连接件组件99、101就轴向地插入管状壳体15的端部，矩形横截面的密封环45已经先插入其中。倒角表面113进入密封环内部，使其以与由上文所述的两件式端盖凸形椭圆表面43所实现的同样作用方式扩大和膨胀。密封环45受到同样的径向挤压，以在插头99的外表面和管状壳体内表面之间形成一极佳的流体密封。插头径向外表面上的直立、面向后的肩部111可防止插头的进一步轴向向内运动，并以肩部107阻止此运动，该肩部形成基本上与槽27对齐的环形切口以形成如上文所述的所需凹槽。作用插头/管状连接件组件的轴向插入的一部分，压力容器孔内处于可操作位置的一过滤筒端部的插头进入管状连接件101的左端，并且密封地容纳在插座123中。

当插头99处于此位置时，锁环79以如上文所述的相同方式安装，即先将内端插入局部由槽27所形的凹槽中，然后人工地向内压到弹簧状带上，跟踪三转(360°)，其间，锁环79的径向外表面在环件23内圆柱表面25上滑动，直到锁环外端最终卡到位，使环完全安装成如图6所示状态。在此方位上，锁环可提供径向延伸的障碍物，切口107区域中的外表面105在内压作用下紧贴其上，从而可防止插头的轴向向外逸出，因而将端盖锁定在位。如上所述的凹槽尺寸同样可防止锁环最内的两圈当压力容器内部具有极高大气压力时被意外地拆除。一提供侧向流体通道的接头85类似地安装在经过纤维增强聚合树脂型压力容器的管状壳体的侧壁钟形段21的横向通道中。

图7所示的是一螺旋锁环或带79a的另一种实施例，其大体上与图1和5所示的锁环相同，只是锁环79a外端形成有一径向切口125(最好见图8)以代替轴向突柱81。锁环79a也由相同的弹簧类材料制成，如不锈钢，并且尺寸也相同。它以与锁环79相同的方式安装，并且一旦安装成图12所示状态，径向切口125就在锁环外端内部提供一凹槽。

为了在拆除端盖时便于拆除此环，在图9-11中示出了一种简单的工具131。该工具包括一管状杆133，其具有一穿过其上端的钻孔，并且其下底经过加工。上端的孔可容纳一杆135，该杆起到一工具手柄的作用。其下端是切口的，并且弯曲成具有一尖指137，该尖指大致与管状杆的其它部分成切向，并且由一槽分开。锁环79a可以通过插入工具而方便地拆除，见图13，这样其下端可停在螺旋的中心圈的表面上，并且尖指137大致靠在锁环外末端。手柄135的顺时针转动可使环的端部(由径向切口弄窄)有声响地卡人靠近尖指137的槽中。当尖指在位以及锁环端在槽中时，大致径向向内地拉工具可带动环外端。一旦此端不被阻挡，环的其余部分就人工地从凹槽向外走出，就象锁环79中的情况一样。

总之，可见该端盖组件是适用于由不同结构材料制成的多种不同形状的压力容器的。然而，其特别的优点是可提供适用于压力过滤的压力容器的满孔入口，并且尤其适用于滤筒过滤，其中将通过一开口端将一个或多个圆柱形滤筒安装到管状壳体的孔中。在管状壳体的内表面上落座一个弹性密封环、最好是矩形或大致方形横截面的环可显著地增加端盖的设计余地，并且可便于有效而经济地使用有凸缘的或盘形拱状端盖。不具有再进入结构的这类端盖可以较低成本地由金属或复合材料制成，且可根据需要方便地涂有或衬有一热塑膜以增强化学耐腐蚀性。而且，这样的光滑拱形椭圆表面可便于端盖的直线向前安装，即通过保证环形密封环45的逐渐膨胀、同时促使轻松地进行最终插入以及保证端盖和管状壳体内表面之间的紧密密封而实现。

而且，采用至少两圈的平带式的螺旋锁环的总体设计可建立故障自动保险的凹槽，其可积极地防止在压力容器中存在高内压力时锁环的意外拆除。而且，这种设计特别适合于结合在纤维增强聚合树脂压力容器中，其中，通过使用一牺牲插件，一具有精密形状和尺寸的适当腔室可有效地形成在芯轴上的钟形端部。此制造方法不仅可提供有效地在管状壳体内表面中形成用于保持矩形横截面密封环(如前文中所述的，其可提高端盖设计自由度的优点)的一精密座的方法，而且还可在紧接端盖内部处提供一环形空间，该空间可容纳目前难以在纤维增强聚合树脂压力容器中所实现的侧向导管连接件。在交叉流过滤装置中这种侧流连接件是特别有用的，例如反向渗透分离方法中，当然它们也可有利地用于其它的压力过滤系统中。

虽然已经结合构成实施本发明的目前认为是最佳方式的某些较佳实施例中，但应当理解的是，对本技术领域的普通技术人员而言，显然在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的范围内还有多种变化和修改。如前所述，当采用纤维增强聚合树脂管状壳体时，可提供一薄的内热塑衬层，如现有技术那样，它可基本上延伸过其整个长度，并且如果需要的话，该衬层可用于形成镗孔区和窄槽33，窄槽中可落座矩形横截面的密封件，如果需要的话，在衬层本身表面上或紧邻其端部处可形成一窄槽。用于形成窄槽33的又一个实施例是加宽和加厚环件23，并且在一端的一镗孔区的壁上形成这样的一个槽。当然，如果压力容器由金属或适当的复合材料制成，槽27和33可在内表面上加工成；然而，由于采用规定形状的环形插件，这种结构不会使制造成本降低。另一方面，卷成进入提供压力容器本体的金属管内的环形插件也应该是可行的。

虽然所示的端盖具有多个经过其中的中心通道，以在端盖中心线上设置流体入口或出口，一个辅助流体通道例如可设置在插头99的偏心处。另外，任一个端盖可制成无孔的，即没有流体通道；如果需要的话，这样它们在其中可用于将压力容器的一端封闭，一通道或多个通道可有选择地设置在靠近侧向接头的那端，如所述的位于经过钟形端段的侧壁的横向开口中。当使用插头式封闭端盖时，其还可携带密封环45，虽然这并不是较佳的。

而且，整个发明中还可结合其它几种端盖结构。拱形件39可设计成具有轴向略长的密封区的作用和轴向面向外的拱形球面的作用。在此变化型式中，取代加肋固定板41的是一环形支承环，其可配合在拱形表面上，用于形成一构成用于锁环79的一半径向凹槽的肩部，这种拱形件的另一种形式可位于圆柱形表面上，在其上密封环可在边缘相对侧上膨胀。也可采用其它互配方式；例如，槽27可用于容纳用于一次性使用的拱形端盖端部上的轴向凸缘或边缘部。当打算进行低压操作时，此槽可由分开的环件或直接在其壳壁上形成。当冷成形时，此边缘部可以卷曲或其它变形，以位于槽中(其可适当变形以便相同)，在过滤筒或类似构件使用寿命结束而拆除其时，虽然这种结构可能需要损坏拱形端盖。

本发明的具体特征如以下权利要求所述。

Claims (20)

1．一种包括至少一个分离端盖的压力容器，所述容器包括

一大致管状的壳体，具有至少一个开口端和一个内表面，所述壳体包括一位于构成其内表面一部分的所述开口端附近的环件，

所述环件形成有在其径向内表面中的第一环槽装置，

所述壳体具有在位于所述环件轴向向内的所述内表面上的第二槽装置，

端盖装置具有圆形横截面的外周边，它适当地基本封闭所述壳体开口端，

环形的并且是矩形横截面的弹性密封装置设置并保持在所述第二槽装置中，所述密封装置用于在所述端盖装置和所述壳体之间形成一流体密封，以及

用于使所述端盖装置和所述管状壳体相互配合在所述第一槽装置区域中的装置，以通过将所述端盖锁定在关闭所述壳体的所述开口的位置中而封闭所述压力容器。

2．如权利要求1所述的压力容器，其特征在于，所述相互配合装置包括：

设置在所述第一槽装置中的、并且径向向内延伸一段足够的距离以阻挡所述端盖装置轴向经过其向外运动的可拆卸的锁环。

3．如权利要求1所述的压力容器，其特征在于，所述端盖装置具有一外径部分，这样其可径向向外伸出一段足够距离以阻挡所述端盖装置完全经过所述密封装置轴向向内运动。

4．如权利要求3所述的压力容器，其特征在于，所述环件具有一内表面，其除了所述第一槽装置之外是圆柱形的，并且所述端盖装置包括一大致拱形件，该拱形件具有一凹形内表面和一凸形外表面，所述拱形件具有一圆边，所述圆边可径向向外延伸以提供面向内的肩部装置，该肩部装置可防止经过所述密封装置进一步向内运动，所述拱形件设置成所述边位于与所述互相配合装置和所述弹性环状密封装置之间的一个部位上的所述环件并列位置上。

5．如权利要求4所述的压力容器，其特征在于，所述拱形件的所述凸形表面轴向面向内并且突出通过所述弹性密封装置，其中所述拱形件具有一过渡圆柱形带，所述带位于所述肩部装置和所述凸形外表面之间，所述过渡带的直径大于所述弹性密封装置的所述内径，这样所述凸形外表面在其插入通过时径向使所述弹性密封装置膨胀。

6．如权利要求5所述的压力容器，其特征在于，第一槽装置具有一圆形底面，所述相互配合装置包括呈平弹簧状材料制成的螺旋形的锁环装置，该带尺寸大致可充满所述第一槽装置，并且径向向内延伸以阻挡所述端盖装置轴向向外运动，并且形成具有一外端和一内端，其中所述外端具有一直立柱装置，便于所述锁环装置从所述第一槽装置中抽出，以便随后拆除所述端盖装置。

7．如权利要求6所述的压力容器，其特征在于，所述锁环装置具有至少两圈由弹簧类材料制成，所述端盖装置的一外表面部分形成有一环肩，其可围绕周边提供一环形切口，该肩部与所述第一槽装置一起构成一凹槽，所述锁环容纳于其中，当所述压力容器内保持极高大气压力时，所述凹槽可防止所述锁环装置意外地从所述第一槽装置中拆出。

8．如权利要求7所述的压力容器，其特征在于，固定板装置设置在所述拱形件中，所述板装置包括一板部分，其可设置成与所述边大致平面对齐、且轴向伸出其中，所述板部分具有形成在其外表面部分上的所述环形肩部、以轴向向外伸出所述拱形件边缘，在该处其与所述第一槽装置对齐以形成所述凹槽。

9．如权利要求8所述的压力容器，其特征在于，所述端盖装置包括构成一使流体从中流过的中心通道，该中心通道构成装置包括一轴向延伸的管状连接件和包括一形成为所述固定板装置一整体部分的管状柱，所述管状连接件伸过设置在所述拱形件中的中心开口，以及伸过所述管状柱，并且携带有一圆形密封件，该密封件在所述中心开口周围对所述拱形件密封。

10．如权利要求3所述的压力容器，其特征在于，所述环件具有一除了所述第一槽装置这外的圆柱形内表面，所述端盖装置包括大致圆形的插头装置，所述插头装置具有一带有直径的中心凸缘，以容纳在并停留在与所述环件内表面并列的位置上，所述插头装置具有一直径略小的位于所述中心凸缘轴向向内位置上的台阶状端部，较小直径端可滑动地容纳在与所述凸缘密封的所述弹性密封件内部，以起到肩部装置的作用以防止所述插头装置完全经过所述弹性密封件轴向向内运动，所述相互配合装置包括容纳在所述第一槽装置中的锁环装置。

11．一种包括至少一个端盖的压力容器，所述容器包括：

一大致管状壳体，具有至少一个开口端和其中形成有第一个环形槽的内表面，

端盖装置，具有圆形的外周边，其可用于基本上封闭所述壳体的所述开口端，以及

呈螺旋带形的可拆卸锁环，具有至少两圈、由平弹簧类材料制成，该带位于所述第一槽中，并且径向向内延伸足够一段距离，以阻挡所述端盖经过其轴向向外运动，

所述端盖装置包括一外表面部分，其形成有一可在其周边上提供一环形切口的肩部，所述肩部和所述第一槽构成一凹槽，其中容纳有所述锁环，从而所述肩部可防止在压力容器含有极高大气压力时，所述螺旋锁环从所述凹槽中被意外拆除。

12．如权利要求11所述的压力容器，其特征在于，所述螺旋带的尺寸可大致充满所述第一槽，所述带具有一外端和一内端，所述外端具有直立柱装置，便于所述锁环从所述第一槽中拉出，以便随后需要时拆除所述端盖装置。

13．如权利要求11所述的压力容器，其特征在于，所述管状壳体形成有在所述第一槽轴向向内位置上的所述内表面上的第二槽装置，环形的且矩形横截面的弹性密封装置设置在所述第二槽装置中，所述密封装置用于在所述端盖装置和所述壳体之间形成一流体密封，所述端盖装置具有肩部装置，其径向向外伸出足够一段距离以阻挡所述端盖轴向向内完全经过所述密封装置的运动。

14．如权利要求13所述的压力容器，其特征在于，所述端盖装置包括一大致拱形件，其具有一凹形内表面和一凸形外表面，所述凸形外表面轴向面向内，所述拱形件具有一圆形边，其围绕其轴向外周边，并且从所述凸形表面径向向外延伸以形成所述肩部装置，并且还具有位于所述肩部装置和所述凸形表面之间的过渡圆柱形带，所述拱形件设置成所述边位于与所述锁环和所述密封装置之间一个部位上的所述环件并列。

15．如权利要求14所述的压力容器，其特征在于，所述端盖装置包括构成一使流体经过其中的中心通道的装置，通道构成装置包括一轴向延伸的管状连接件装置，其伸过通过在所述拱形件中的一个中心开口，并且处于与所述拱形件的密封结构中。

16．如权利要求14所述的压力容器，其特征在于，所述固定板装置大致设置在所述拱形件中，所述固定板装置包括一设置成大致与所述边成平面对齐的板部分，所述肩部可提供形成在板部分外表面中并轴向向外伸出所述边缘的环形切口。

17．一种制造具有一管状壳体的大致管形压力容器的方法，该管状壳体具有至少一个开口端，所述开口端可用于封闭端盖装置相互配合以在其中提供一满孔入口，所述方法包括：

提供大致圆柱形芯轴装置以具有一近似于所述管状壳体内表面的外表面，

(a)将一环件放在所述芯轴装置上，该环件具有一在其径向内表面上的第一环槽，以及(b)将一特殊形状的环状牺牲插件放在芯轴上，相对压力容器的最内端而言，所述插件位于所述一环件轴向向内处并且靠近所述环件，

用连续纤维材料束将所述芯轴、所述环件和所述环形插件缠绕在一起，并且将所述纤维材料浸渍一种可固化的聚合树脂以在所述芯轴装置上形成一组件，

将所述缠绕的组件固化以形成一具有至少一个开口端的强刚性管状壳体，

将所述缠绕组件从所述芯轴装置分离，以及

将所述牺牲插件从所述管状壳体内壁上拆除，以在紧靠所述环件的轴向内部形成一定形状的腔室。

18．如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述牺牲插件具有一连续的外表面，其上具有至少一个易折断区域，其中折断所述易折断区域以有助于拆除所述插件。

19．如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述环形的且矩形横截面的弹性密封装置位于由所述牺牲插件在靠近所述环件的一个部位上形成的所述腔中的一座中，所述密封装置的外直径可使其保持在所述腔中的所述座中，其内径可使其径向向内伸过所述环件以与端盖装置密封。

20．如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述牺牲插件的特殊形状是也可形成所述座的轴向向内镗孔区域，其中形成出口装置，其可横向延伸通过所述腔的所述镗孔区域中的管状壳体侧壁，接头装置安装在所述出口装置中，以提供一用于与所述密封装置轴向向内的所述压力容器内部流体连通的侧向连接件，所述接头装置从所述管状壳体内部穿过所述出口装置，这样一部分经过其中径向向外伸出，一部分位于所述壳体内，所述腔的镗孔区域的径向深度使保持在所述管状壳体内部的所述接头装置的部分不会干扰进入所述压力容器内部的满孔入口。

Images