ES2226532B1

ES2226532B1 - Recipientes a presion polimorfos con tirantes roscados.

Info

Publication number: ES2226532B1
Application number: ES200201740A
Authority: ES
Inventors: Klaus Beck; Carlos Infanzon Suarez
Original assignee: Portinox SA
Current assignee: Portinox SA
Priority date: 2002-07-24
Filing date: 2002-07-24
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2022-07-24
Also published as: ES2226532A1

Abstract

Tirantes para recipientes a presión polimorfos (Fig. 1,2,3,), para ser fabricados principalmente de acero o aluminio. Los tirantes se caracterizan por ser de dos piezas tipo tornillo y tuerca con cabezas de forma especial que se unen por roscado según cada construcción en el orificio (Fig. 4/ a/ Pos. 7) o al final del orificio (Fig. 4 b/ Pos. 8). Las cabezas (Fig. 4 a/4 b/Pos. 4) de los tirantes pueden ser dimensionadas y posicionadas de manera que se reduzcan las tensiones en el recipiente y por tanto el mismo pueda ser fabricado de material con menos espesor. Los tirantes se pueden diseñar para que el incremento de volumen antes de la rotura sea elevado y dichos elementos actúen como fusible.

Description

Recipientes a presión polimorfos con tirantes roscados.

Objeto de la invención

La invención según la siguiente memoria descriptiva tiene como objeto la fabricación de recipientes a presión no cilíndricos mejorados (polimorfos), en los cuales las fuerzas originadas sobre la pared del recipiente como consecuencia de la diferencia en la presión entre el interior y el exterior del recipiente, no sólo son absorbidas por la pared exterior del recipiente, sino también mediante unos tirantes roscados que para tal fin se encuentran en su interior.

La invención en concreto consiste en la colocación de unos tirantes, los cuales para un montaje más fácil son enroscados entre sí y seguidamente unidos a la pared exterior del recipiente a presión, con el objeto de absorber las fuerzas de tracción que se originan por la presión.

El tener un diseño roscado, permite el ajuste de su longitud generando en el montaje un esfuerzo de tracción o compresión que le diferencia de todas las soluciones conocidas, permitiendo la modificación del incremento de volumen antes de rotura de acuerdo con cada proyecto.

Campo de la invención

Esta invención tiene su aplicación en recipientes a presión que debido a un espacio limitado, no deben ser cilíndricos. Sus campos de aplicación pueden estar entre otros en la industria automovilística, aeronáutica y aeroespacial, donde por ejemplo son usados como tanques. De forma preferente, dichos recipientes se fabrican en acero o aluminio, pero que también permiten el uso de otros materiales.

Antecedentes de la invención

Los recipientes que normalmente se utilizan para contener fluidos a presión, han sido fundamentalmente realizados con formas cilíndricas o esféricas debido a que las mismas permiten el mayor volumen para el mínimo espesor, es decir optimizan el peso del recipiente.

Sin embargo, para algunas aplicaciones entre las cuales podemos indicar el almacenamiento de gas combustible para el automóvil, existe el condicionante de aprovechar al máximo el espacio disponible, que es polimorfo, y por lo tanto no es valida la solución cilíndrica o esférica al desaprovechar en gran parte el volumen disponible.

Ya en el año 1938 se comenzaron a plantear soluciones con forma paralelepípeda mediante la implantación de tirantes que soportaban las fuerzas generadas por la presión interna (Patente GB 499 366).

En el año 1983, en la Patente NL 8300434 se planteó una solución paralelepídeda que en lugar de utilizar tirantes, realizaba el conformado con suficiente profundidad como para conseguir soldaduras centrales no sólo en el contorno, sino en cada una de las zonas cóncavas. Sin embargo, esta solución tenía como inconveniente la gran pérdida de volumen útil que genera, así como la gran dificultad que entraña el realizar las soldaduras de dichas zonas cóncavas.

También en el 1983 existe una patente EP 0091177 que genera un diseño de tanques cilíndricos unidos simulando un polimorfo, que soporta las presiones mediante tirantes cilíndricos que atraviesan dichas superficies a través de agujeros del mismo diámetro sobresaliendo lo necesario para colocar unas piezas especiales, tipo capuchones, que posteriormente se sueldan a dicho tirante realizando posteriormente la soldadura del capuchón a la superficie.

Incluso, como antecedente indicamos que el solicitante está fabricando desde 1998 un diseño polimorfo con tirantes formados por tubo abocardado que se acoplan interiormente a los casquetes, a los que se unen mediante dos soldaduras, que análogamente no aprovecha al máximo el espacio disponible al perder el volumen correspondiente a dichos tubos.

También existen las Patentes números FR 2783034 y EP 1135647 que también con un diseño polimorfo realizaban tirantes macizos o tubos abocardados, que se acoplan exteriormente a las superficies de los casquetes, que para ser colocados tiene que estar realizados como mínimo en dos piezas, lo cual origina que cada tirante tenga que llevar 3, 4 6 más soldaduras para unirlos a la superficie, con la necesidad de hacer alguna de ellas en zonas prácticamente inaccesibles, lo cual entraña un grave riesgo en cuanto al aseguramiento de la calidad y por tanto seguridad de los recipientes.

Fácilmente se ve que no es factible colocar un tirante abocardado por los dos lados entre dos superficies, que tiene orificios con el diámetro inferior al abocardado. Para solucionar esta situación, la Patente EP 1135647 contempla la opción de realizar el tirante en tres piezas, un tubo y dos casquillos, que exigen dos soldaduras para su unión, además de las dos que se necesiten para unirlos a las superficies, es decir cuatro soldaduras por cada tirante.

Descripción de la invención

Como se ha indicado en los antecedentes, existe la búsqueda de soluciones para realizar recipientes a presión polimorfos adaptados al espacio disponible, que tenga el mayor volumen y el menor peso.

Las nuevas tecnologías de fabricación permiten realizar los casquetes prácticamente con cualquier forma, en los cuales se pueden realizar los orificios que en el cálculo sean requeridos para implantar los correspondientes tirantes. En definitiva el recipiente normalmente estará formado por dos casquetes unidos generalmente mediante soldadura, en los cuales se realizarán dichos orificios, a través de los cuales se colocarán uno o más tirantes que se unirán posteriormente a los casquetes.

Estos orificios tienen un diámetro superior al del tirante en su parte cilíndrica, e inferior al diámetro de la cabeza de dicho tirante.

La invención consiste en que al estar formados los tirantes por dos piezas que se roscan, tanto si los mismos tienen cabezas que vayan por el exterior como que vayan por el interior, se puede ajustar su longitud para un fácil montaje, que originará un esfuerzo de compresión en el caso de que la cabeza sea interior, y un esfuerzo de tracción en el caso de que la cabeza es exterior.

En concreto, en este último diseño se puede realizar el proceso de soldadura inicial de los dos casquetes, introduciendo posteriormente por el exterior, a través del orificio del casquete, la parte del tirante formada por la cabeza y el tornillo, y a continuación introducir por el otro orificio la tuerca que se atornillará con el par pre-fijado, que origina el perfecto acoplamiento a los dos casquillos.

En esta situación se realizarían las dos soldaduras correspondientes a un tirante.

El dimensionado del tirante puede realizarse de forma que tenga la función de fusible mecánico. La ventaja de tal diseño fusible consiste en que al alcanzar una sobrepresión, se produce la rotura de uno o varios tirantes, con lo cual el recipiente, antes de que se produzcan fugas en sus paredes, aumenta claramente su volumen. Dicho aumento en el volumen inicial antes de alcanzar la presión de rotura, hoy en día es exigido en diferentes estándares para recipientes a presión (p.ej. Reglamento UN R67.1-Estándar para tanques GLP en automóviles).

Mediante la elección de diferentes formas de cabezas, que dependen de cada caso y geometría especificada, es posible desplazar las soldaduras de una zona donde debido a la presión se produce concentraciones de tensiones, a otra zona no crítica en cuanto a las tensiones.

De esta forma, se consigue reducir la pared del recipiente a presión para la misma presión de diseño.

El diámetro de la cabeza del tirante tiene que ser seleccionado preferentemente de manera que se produzca la ruptura en el tirante, y no por la zona soldada entre cabeza y casquete.

Mediante este diseño se consigue:

a.- Utilizar secciones resistentes de tirantes en la zona cilíndrica, reducidos con poca pérdida de volumen (comparado con la versión con tubo).

b.- El ajuste de las cabezas de los tirantes a la superficie de los casquetes al realizar el apriete que sea necesario, hasta alcanzar el ajuste que garantice una soldadura fácil y correcta.

c.- Los tirantes con cabeza exterior, en base a su diseño roscado permiten el apriete a un par pre-establecido que genera una tensión residual y por ello la posibilidad de diseñar el mismo como zona de rotura inicial de forma programada (efecto fusible).

d.- En el caso de tirantes con cabeza interior, el sistema roscado permite al desenroscar aumentar la longitud, sometiendo al tirante a una compresión que ajusta la cabeza al asiento del casquete.

e.- Mediante la forma de los casquetes, que mediante cálculo se considere idónea, se lleva la soldadura a una posición para disminuir las tensiones, con lo cual se puede reducir el espesor de los casquetes y por tanto el peso del recipiente.

Descripción de los dibujos

La invención consiste en que dos casquetes opuestos Fig. 1, 2, 3/Pos. 1, 2) que para formar un conjunto de recipiente a presión, se unen mediante uno o varios tirantes macizos (Fig. 1, 2, 3/Pos. 3) con rosca (Fig. 4 a, 4 b/Pos. 6, con lo cual cada tirante puede absorber las fuerzas originadas por tracción debido a la presión. Un tirante (Fig. 4 a/4 b/Pos. 4, 5) se compone de dos piezas, las cuales se unen mediante roscado, con posterior soldadura del tirante en sus extremos (cabezas) a la respectiva pared del recipiente. Las cabezas de tirantes se sueldan en la parte exterior del recipiente a presión (Fig. 4 a/Pos. 7) o al final del arco del orificio (Fig. 4 b/Pos. 8).

Dichas cabezas según cada aplicación (Fig. 5 a, 5 b, 6, 7, 8, 9, 10) pueden ir provistas de un hexágono interior, un hexágono exterior (Fig. 9, 10) o cualquier geometría que permita el enroscado con la correspondiente herramienta.

Resumen de los dibujos

Fig. 1: Recipiente polimorfo con tirantes roscados/montaje con cabeza interior

1. Casquete Superior

2. Casquete Inferior

3. Tirante roscado

Fig. 2: Recipiente polimorfo con tirantes roscados/montaje con cabeza interior

1. Casquete Superior

2. Casquete Inferior

3. Tirante roscado

Fig. 3: Recipiente polimorfo con tirantes roscados/montaje con cabeza exterior

1. Casquete Superior

2. Casquete Inferior

3. Tirante roscado

Fig. 4 a: Tirante con rosca/montaje con cabeza exterior

4. Cabeza de tirante con rosca interior

5. Tirante con rosca exterior

6. Rosca

7. Soldadura con casquete

9. Orificio

Fig. 4 b: Tirante con rosca/montaje con cabeza interior

4. Cabeza de tirante con rosca interior

5. Tirante con rosca exterior

6. Rosca

8. Soldadura al final del orificio

9. Orificio

Fig. 5 a y 5 b: Cabezas de tirantes para montaje interior a los casquetes

Fig. 6: Cabeza de tirante para montaje exterior

Fig. 7: Cabeza de tirante para montaje interior

Fig. 8: Cabeza de tirante para montaje exterior con casquetes no paralelos

Fig. 9: Hexágono interior

Fig. 10: Hexágono exterior

Fig. 11: Cabeza de tirante con rosca interior

Fig. 12: Tirante con rosca exterior

Claims

1. Recipiente destinado a contener fluidos a presión, de forma polimorfa, que se caracteriza por soportar las tensiones generadas por la diferencia en la presión interna y externa, mediante tirantes realizados en dos piezas con función tuerca-tornillo, que terminan cada una de estas dos piezas en una cabeza, que se acopla por el exterior a la superficie de los casquetes, a los que se adapta al proceder al atornillado después de haberlos introducido por ambos lados.

2. Recipiente según la reivindicación primera, que se caracteriza porque el tirante se acopla por el interior al contorno del orificio al realizar el desapriete (aumentando de longitud) de los mismos dentro del recipiente, donde se habla colocado antes de la soldadura perimetral.

3. Recipiente según la reivindicación primera, que se caracteriza porque los tirantes en base a su diseño permiten el apriete a un par pre-establecido que genera una tensión residual y por ello la posibilidad de diseñar el mismo como zona de rotura inicial de forma programada (efecto fusible).

4. Recipiente según la reivindicación primera, que tiene generatrices no situadas en un plano, que tenga tirantes similares a las reivindicaciones anteriores, situados en posiciones no paralelas.

5. Recipiente según la reivindicación primera, que tiene los orificios para colocación de los tirantes mucho mayores que el diámetro del tirante, lo que origina que la soldadura se realice en un diámetro todavía mayor y tenga una sección muy superior a la del tirante.