ES2581850T3 - Reborde para un recipiente de presión compuesto - Google Patents

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Abstract

Un recipiente de presión compuesto para fluidos, que comprende una capa (4) hermética de revestimiento a los fluidos y una capa (3) de soporte de presión formada por enrollamiento de refuerzo de fibras sobre la capa de revestimiento, así como al menos una abertura central en un extremo provisto de un reborde (1) y un acoplamiento o elemento (5) de la válvula, el reborde está adaptado para montar el acoplamiento o elemento (5) de válvula, y comprende medios (24, 26) de montaje adaptados para recibir el acoplamiento o elemento (5) de válvula, en donde el acoplamiento o elemento de válvula comprende al menos una junta tórica (51) en una superficie de enganche para el acoplamiento con los medios de montaje, en donde el reborde (1) comprende un elemento (2) incrustado al menos incrustado hacia el interior del recipiente de presión, y en donde el reborde comprende un labio (23) dispuesto para ser posicionado entre el elemento (2) incrustado y la superficie de enganche del acoplamiento o elemento (5) de válvula, en donde el espesor radial D del labio (23) es proporcional a la presión de prueba para la que está destinado el recipiente, caracterizado porque la dureza H Shore A de la al menos una junta tórica (51) es: 70 <= H <= 90, el diámetro d de material en mm de la al menos una junta tórica es: 1 <= d <= 6, el espesor radial máximo Dmax del labio (23) en mm es: -0.0005 * p + 3.005, en donde p >= presión de prueba en bares, y el espesor radial D del labio (23) es Dmin <= D <= Dmax, en donde Dmin >= espesor radial mínimo del labio (23) en mm y Dmin >= -0.000125 * p + 0.35

Description

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DESCRIPCION
Reborde para un recipiente de presion compuesto
La presente invencion se refiere a un reborde para un recipiente de presion compuesto. Especialmente la invencion se refiere a un reborde adaptado especialmente para resistir la presion durante toda la duracion del ciclo de vida del recipiente de presion compuesto.
Antecedentes
Esta invencion se refiere a un reborde mejorado para un recipiente de presion compuesto para fluidos, en donde el recipiente comprende una capa de revestimiento termoplastica hermetica para los fluidos interna y una capa de soporte de presion formada por enrollamiento de fibras de refuerzo sobre la capa de revestimiento, asf como al menos una abertura central en al menos un extremo, para la provision de un reborde para el montaje de un acoplamiento o un elemento de valvula.
Estado de la tecnica
Un reborde de recipientes de presion compuestos se divulga en la Patente Noruega No. 312048. Recipientes de presion compuestos se revelan en las Patentes Noruegas No. 306226 y 309667.
Los recipientes de presion como estos estan sujetos a numerosos y variados tipos de estres y fuerzas. Principalmente, esto se refiere a la sobrepresion interior que se puede producir cuando se llena el recipiente con los fluidos. La presion interna influira el reborde con una fuerza axialmente dirigida hacia fuera que puede ser considerable. Ademas, la construccion del reborde puede estar influida por una fuerza dirigida axialmente hacia dentro, por ejemplo, cuando una valvula o elemento de acoplamiento esta montado en el reborde, y posiblemente por el estres involuntario causado por impactos o golpes. Es importante que la construccion y montaje/fijacion del reborde tambien sea capaz de resistir tales fuerzas. Lo mismo es valido para las fuerzas de torsion que se pueden producir cuando, por ejemplo, el elemento de valvula se monta en el reborde, que por lo general se forma con peldanos y se atornilla en el reborde. Las fuerzas de torsion a las que se refiere a este respecto tambien se pueden presentar cuando el refuerzo de fibra esta enrollado sobre el revestimiento interior. Es especialmente importante que el reborde proporcione un sellado seguro y duradero contra las partes adyacentes del recipiente de presion. El sellado tiene que ser tal que las fuerzas antes mencionadas no sean perjudiciales para el efecto de sellado.
La Patente Noruega No. 312048, mencionada anteriormente, revela un reborde apropiado para uso en el tipo actual de recipientes de presion.
Los recipientes de presion compuestos pueden contener diferentes fluidos tales como propano y butano, de uso domestico a menudo con una presion maxima relativamente baja de aproximadamente 35 bares. Los recipientes tambien pueden contener lfquidos tales como CNG, hidrogeno y otros tipos de gases industriales que a menudo requieren una presion maxima mas alta de aproximadamente 200 bares. Los recipientes de presion compuestos pueden estar adaptados para soportar presiones de prueba en hasta 2000 bares o incluso mas.
La tecnica anterior describe el uso de juntas toricas para sellar el paso entre un reborde y un acoplamiento o elemento de valvula. Cuando el recipiente contiene un fluido la junta torica estara en contacto con el fluido presente en el recipiente. Los presentes inventores han observado que las juntas toricas en las condiciones prevalentes en un reborde tienen una tendencia a hincharse al entrar en contacto con el fluido. La hinchazon de y la presion de las juntas toricas pueden causar hendiduras en las superficies de sellado opuestas que posteriormente puede causar fugas, por ejemplo, si el acoplamiento o elemento de valvula o las juntas toricas se cambian.
EP2000734A2 revela un recipiente resistente a la presion con el anillo de boca y un elemento de presion cilmdrica dispuesto dentro del anillo de boca.
Objetivos de la invencion
Por lo tanto, un objeto de la presente invencion es proporcionar un reborde apropiado para su uso en recipientes de presion compuestos que contienen fluidos de presiones no solo relativamente bajas, sino que tambien se pueden utilizar en recipientes de presion que contienen fluidos a presiones mas altas, y que el reborde no sea costoso de producir.
Las diferencias de presion, temperatura o concentracion a traves de los materiales del reborde pueden causar la permeacion del fluido a traves de los materiales. Esto es especialmente relevante en relacion con los sellamientos, tales como las juntas toricas y las superficies de sellado.
Un objeto adicional de la presente invencion es proporcionar un reborde con larga durabilidad tambien a altas presiones, permitiendo asf que el recipiente pueda ser reutilizado muchas veces y reduciendo los costes.
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Tambien es un objeto proporcionar un reborde en donde se reduce la posible influencia de la hinchazon de las juntas toricas en la capacidad de sellado.
Para obtener estos y otros objetivos de la presente invencion proporciona un reborde para un recipiente de presion compuesto para fluidos, en donde el recipiente de presion comprende una capa de revestimiento hermetica a los fluidos interior y una capa de soporte de presion formada por el enrollamiento de refuerzo de fibras sobre la capa de revestimiento, asf como al menos una abertura central en un extremo provisto con el reborde, donde el reborde esta adaptado para el montaje de un elemento de acoplamiento o de la valvula,
en donde el reborde comprende medios de montaje adaptados para recibir el acoplamiento o elemento de valvula,
en donde el acoplamiento o elemento de valvula comprende al menos una junta torica en una superficie de acoplamiento para el acoplamiento con los medios de montaje,
en donde el reborde comprende un elemento incrustado al menos completamente incrustado hacia el interior del recipiente de presion, y en donde el reborde comprende un labio dispuesto para ser posicionado entre el elemento incrustado y la superficie de enganche de acoplamiento o elemento de valvula, en donde el espesor radial del labio es proporcional con la presion de prueba para la que esta destinado el recipiente en el que la dureza H Shore A de al menos una junta torica es:
70 < hr <90
el diametro d de material en mm de la al menos una junta torica es:
l < d<6
el espesor radial maximo Dmax del labio en mm es
imagen1
en donde p = presion de prueba en bares y el espesor radial D del labio es
D
min 5: D ^ Dmax
en donde Dmin = espesor radial mmimo del labio en mm
Dmin = -O.G00125+p+0.35
Un recipiente de presion puede comprender un reborde de acuerdo con la presente invencion instalado en una abertura en un extremo del recipiente. Un recipiente de presion tambien puede comprender dos rebordes de acuerdo con la presente invencion dispuesta en dos aberturas cada uno dispuesto en los extremos opuestos del recipiente de presion. Tambien es posible proporcionar un recipiente de presion con un reborde de acuerdo con la presente invencion y uno o mas de otros tipos de rebordes. En general, el numero de rebordes es igual al numero de aberturas en el recipiente de presion.
En un aspecto de la presente invencion el espesor radial D del labio disminuye al aumentar la presion de prueba.
En otro aspecto el espesor radial D del labio disminuye al disminuir el espesor del material de al menos una junta torica.
En otro aspecto mas el espesor radial D del labio disminuye con la disminucion de la dureza Shore A, de al menos una junta torica.
En otra realizacion de la presente invencion, la relacion entre la proporcion entre la dureza H Shore A de la al menos una junta torica y el espesor D en mm del labio a una presion p de prueba en bares es
imagen2
en donde 0.03 < a < 0.05 y 25 < b < 35.
En un aspecto adicional, la presente invencion proporciona un reborde, en donde el reborde esta destinado a un recipiente de presion compuesto con una presion de prueba de un mmimo de 10 bares y donde el espesor del labio es menor que 2.5 mm, o en donde el reborde esta destinado a un recipiente de presion compuesto con una presion de prueba de un mmimo de 30 bares y donde el espesor del labio es inferior a 2.45 mm, o un reborde en donde el reborde
esta destinado a un recipiente de presion compuesto con una presion de prueba de mmimo 300 bares y donde el espesor del labio es 1.775 mm o menos.
En una realizacion, el reborde de acuerdo con la presente invencion comprende una brida de conexion para la conexion a la capa de revestimiento, y una parte de cuello colocada axialmente fuera de la brida de conexion, y en donde el 5 refuerzo de fibra del recipiente de presion se enrolla contra la parte de cuello.
El termino "presion de prueba" como se aplica en este documento se refiere a la presion dentro del recipiente utilizado para probar el recipiente para el uso previsto. La presion de prueba es, normalmente mmimo 1.5 veces la presion de operacion de regulacion definida. Despues del llenado y durante la manipulacion normal y el vaciado de las condiciones de la presion dentro del recipiente generalmente sera mas baja que la presion de prueba. Ejemplos de presiones de 10 prueba aplicables incluyen, pero no se limitan a:
- No menos de 10 bares, aplicaciones de baja presion especiales como bebidas;
- No menos de 30 bares, LPG/ gas de refrigeracion y otros tipos de gas;
- No menos de 300 bares, CGN, gas para respirar y aplicaciones de gas industrial;
- No menos de 600 bares, hidrogeno y otras aplicaciones especiales de alta presion.
15 Breve descripcion de los dibujos
La invencion se describira ahora con referencia a los ejemplos que se muestran en las figuras, en donde:
La figura 1 muestra una vista en seccion de una realizacion del reborde adaptado para la presion dentro del recipiente.
La figura 1a ilustra una seccion ampliada del reborde de acuerdo con la figura 1.
La figura 2 muestra una vista en seccion de otra realizacion del reborde adaptado para la presion dentro del recipiente.
20 La figura 3 muestra un grafico de la visualizacion de la dependencia de presion de un espesor radial aplicable tfpico del labio.
La figura 4 muestra un grafico que ilustra la relacion entre la presion de prueba y la proporcion de la dureza Shore A de la junta torica y el espesor del labio 23.
La figura 5 muestra un grafico que ilustra Dmin y Dmax frente a la presion de prueba.
25 Descripcion principal de la invencion
La Figura 1 y 2 ilustran dos realizaciones alternativas de la presente invencion. Ambas figuras muestran un reborde 1 en un recipiente de presion, en donde el reborde comprende una abertura en la que se monta la apertura de un elemento 5 de acoplamiento o de valvula. El reborde 1 esta soldado, pegado, fundido, moldeado, o de otra forma fijado a una capa
4 de revestimiento interno en el recipiente de presion compuesto con una brida 11 de conexion. Alternativamente, el 30 reborde es una parte integrada de la capa de revestimiento. En la parte superior de la brida de conexion y la capa de
revestimiento, una capa 3 de fibra reforzada se enrolla de una manera conocida per se. Asf, la capa de fibra reforzada funciona como una capa de soporte de presion, tanto para el reborde 1 como para la capa 4 de revestimiento.
El reborde comprende una parte 12 de cuello que esta colocado axialmente fuera de la brida de conexion y el recipiente de presion. El refuerzo de fibra se enrolla contra la parte de cuello, que proporciona un buen control del enrollado del 35 refuerzo de fibra, y evita que el refuerzo de fibra cubra la abertura.
El reborde comprende una abertura axial central para el montaje de un acoplamiento o elemento 5 de valvula.
El reborde ademas comprende un elemento 2 incrustado. El elemento 2 incrustado esta hecho de un material con al menos suficiente consistencia estructural para permitir la conexion repetida y la separacion del acoplamiento o elemento
5 de valvula. El material para el elemento 2 incrustado puede ser diferente de o igual que el material del resto de la 40 reborde 1 en el que esta incrustado el elemento 2 incrustado. El elemento incrustado comprende una abertura que esta
equipada con medios 24 de montaje para montar el acoplamiento o elemento 5 de la valvula. El elemento 2 incrustado puede ser de metal o otros materiales estructurales, por ejemplo, plastico reforzado con fibras.
En la realizacion ilustrada el elemento incrustado esta sustancialmente fundido incrustado a excepcion de los medios 24 de montaje a traves de moldeo por inyeccion del material restante que constituye el reborde. El elemento 2 incrustado 45 se forma preferiblemente con una brida 21 inferior, que se extiende radialmente dentro de la brida 11 de conexion. De esta manera, el refuerzo de fibra que soporta la presion tambien cubrira la parte exterior de la brida inferior del elemento
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incrustado, y, por lo tanto, evita el movimiento en una direccion axial. Los medios 24 de montaje, consisten en una parte 24 roscada, que se forma para recibir el acoplamiento o elemento 5 de valvula. Ademas, la abertura en el reborde comprende una superficie 26 de soporte.
Solo la superficie exterior del acoplamiento o elemento 5 de valvula se ilustra en detalle en las figuras, ya que la invencion ilustrada en la figura 1 y 2 se refiere a la conexion entre el acoplamiento o elemento 5 de valvula y el reborde 1 y no a la configuracion interna del acoplamiento o elemento de valvula como tal.
Los medios 24 de montaje para montar el acoplamiento o elemento 5 de valvula es, en esta realizacion, de rosca cilmdrica.
Normalmente, es diffcil de conseguir la adhesion entre el elemento incrustado y el resto del reborde. El movimiento relativo entre estas partes, por ejemplo, a causa de la flacidez de las piezas de plastico, lleva a la ocurrencia de un punto de fuga para el contenido del recipiente de presion a lo largo de la interfaz entre el elemento incrustado y el reborde.
El reborde comprende ademas un labio 23 formado a partir del material del reborde, que tras el montaje del acoplamiento o elemento 5 de valvula esta colocado entre el elemento de valvula y el elemento 2 incrustado en el extremo del reborde axialmente opuesto al cuello 12, y dispuesto dentro del recipiente de presion. La figura 1a es una vista ampliada de la seccion del reborde que comprende el labio 23. La superficie del labio frente a la abertura forma las superficies de sellado en el extremo interior de la abertura, en que el material del reborde se incrusta al elemento incrustado en la parte interna de la abertura. El labio 23 puede comprender una o mas partes 20 de acoplamiento sobresalientes. Las partes 20 de acoplamiento sobresalientes aumentan la union del labio 23 con el elemento 2 incrustado asegurando de este modo que el labio 23 no se separa del elemento 2 incrustado cuando el acoplamiento o elemento 5 de valvula se coloca o se retira. En la realizacion ilustrada en la figura 1a una parte sobresaliente inclinada esta presente proporcionando resistencia tanto al movimiento axial como radial del labio 23. En las realizaciones ilustradas en la figura 1 y 2 el labio comprende dos partes 20 sobresalientes una en la direccion axial y una en la direccion radial. El elemento de valvula esta equipado con una o mas juntas toricas 51, vease la figura 1 y 2, respectivamente, para mejorar aun mas el sellado entre la superficie exterior del acoplamiento o elemento de valvula y medios de montaje y las superficies de soporte del reborde. Este labio 23 se coloca en el exterior del elemento incrustado. El sellado se consigue en el interior del canal de fuga entre el elemento 2 incrustado y el resto del reborde 1.
El contenido bajo presion dentro del recipiente resultara en una presion dirigida desde el interior del recipiente hacia el reborde 1. Tales presiones resultan en fuerzas contra la parte interior del reborde que presiona la parte del reborde que comprende el labio 23 hacia las juntas toricas 51, 51', mejorando asf los efectos de sellado de las juntas toricas. La dureza y el espesor de la parte inferior del elemento encajado que comprende la superficie 26 de acoplamiento se deben seleccionar respecto a la presion con el fin de permitir que la superficie 26 de acoplamiento pueda aplicar presion sobre la junta torica y de ese modo proporcionar un sellado hermetico a los gases.
El reborde y la capa de revestimiento se producen en una forma conocida en un material de polfmero, preferiblemente por moldeo por inyeccion y moldeo por soplado, respectivamente; sin embargo, tambien se pueden contemplar otros materiales o metodos de produccion.
La brida de conexion se fija a la capa 4 de revestimiento a traves de una superficie 14 inclinada. Como se menciono anteriormente, la fijacion puede llevarse a cabo de una manera conocida por soldadura o por tecnicas de union alternativas, dependiendo de los materiales utilizados. Alternativamente, a la solucion que se muestra, el reborde es una parte integral de la capa de revestimiento o la capa de revestimiento puede ser fundida junto con la brida de conexion para formar una superficie continua hacia la abertura.
Para evitar el movimiento del elemento 2 incrustado causado por la torsion, asf como por las fuerzas dirigidas hacia el interior, por ejemplo, cuando la fijacion de una valvula, el elemento incrustado esta en esta realizacion formado con organos 22 de sujecion que impiden el movimiento de rotacion para el elemento 2 incrustado con relacion al recipiente de presion. Estos organos 22 de sujecion pueden estar formados como agujeros, cavidades o ranuras en el elemento incrustado.
En un aspecto de la presente invencion ilustrada en las realizaciones mostradas en las figuras 1 y 2 el espesor del labio 23 se adapta a la presion del fluido para ser contenida en el interior del recipiente. El termino espesor se refiere al espesor radial del labio en la zona que durante el montaje del elemento 5 de valvula esta adyacente a la junta(s) torica(s) 51. En la figura 1a, el espesor se ilustra como la distancia D. En la realizacion en la figura 1 una junta torica en la valvula 5 esta en contacto con el labio 23. En la otra realizacion de la figura 2 dos juntas toricas estan incluidas entre el elemento de valvula y el reborde. Otras juntas toricas se pueden incluir tambien entre el labio 23 y el acoplamiento o elemento 5 de valvula.
La(s) junta(s) torica(s) empleada(s) puede(n) ser adaptada(s) en tamano y material a la presion y compuestos que forman el contenido del recipiente.
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El espesor radial del labio 23 esta adaptado para el intervalo de presion previsto. La presion mas alta del recipiente es producida cuanto menor sea el espesor del labio 23. La figura 3 ilustra la dependencia entre el espesor radial del labio 23 y la presion de prueba aplicable en el recipiente para una realizacion de la presente invencion. El grafico ilustra que para un recipiente con una presion de prueba de 30 bares el espesor del labio 23 debe ser 2.45 mm o menos. Mientras que para un recipiente con una presion de ensayo de 300 bares el espesor del labio 23 debe ser 1.775 mm o menos.
En una realizacion preferida en la que el reborde esta fundido de un material termoplastico el espesor radial del labio 23 es de aproximadamente 1.5 mm para un recipiente de 30 bares y 1.0 mm para un recipiente de 200 bares.
La figura 4 ilustra la relacion entre la proporcion de la dureza (Shore A) y el espesor del labio 23 en mm como una funcion de la presion de prueba.
La proporcion debe ser de 30 mm-1 o superior a una presion de prueba de 10 bares y 90 mm-1 o superior a una presion de prueba de 1500 bares.
La relacion entre la proporcion de la dureza H Shore A de la al menos una junta torica 51 y el espesor D en mm del labio 23 a una presion de prueba p en bares se puede describir de la siguiente manera:
H/D = a*p + b en donde 0.03 < a < 0.05 y 25 < b < 35
Para ilustrar esto ademas la siguiente tabla proporciona los espesores maximos de labios para dos juntas toricas preseleccionados que tiene una dureza Shore A de 75 y 90 respectivamente.
Presion de prueba
Espesor maxi mo de los labios de las juntas toricas con dureza Shore A = 75 Espesor maxi mo de los labios de las juntas toricas con dureza Shore A = 90
Bares
in m mm
10
2.50 3 00
100
2.23 2.68
200
1.09 2 39
500
1.51 1.81
1000
1.07 1,29
1500
0.83 1 00
La figura 5 es un grafico que muestra Dmin y Dmax para una relacion de presiones de prueba de 1-1600 bares. De acuerdo con una realizacion de la presente invencion el espesor del labio 23 para una presion de prueba dada, debe ser seleccionado para estar dentro del intervalo de Dmin-Dmax de la presion dada. El grafico esta basado en la dureza H Shore A de al menos una junta torica: 70 < H < 90
el diametro d de material en mm de la al menos una junta torica es: 1 < d < 6 el espesor radial maximo Dmax del labio 23 mm es
Dma* = -0.0005^+3.005
en donde p = presion de prueba en bar
del espesor mmimo Dmin radial del labio 23 en mm
Dmm = -0.00047*p+1.0047
La produccion de cualquiera de las realizaciones del reborde se puede realizar utilizando metodos disponibles en el comercio bien conocidos.

Claims (8)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    Reivindicaciones
    1. Un recipiente de presion compuesto para fluidos, que comprende una capa (4) hermetica de revestimiento a los fluidos y una capa (3) de soporte de presion formada por enrollamiento de refuerzo de fibras sobre la capa de revestimiento, asf como al menos una abertura central en un extremo provisto de un reborde (1) y un acoplamiento o elemento (5) de la valvula, el reborde esta adaptado para montar el acoplamiento o elemento (5) de valvula, y comprende medios (24, 26) de montaje adaptados para recibir el acoplamiento o elemento (5) de valvula,
    en donde el acoplamiento o elemento de valvula comprende al menos una junta torica (51) en una superficie de enganche para el acoplamiento con los medios de montaje,
    en donde el reborde (1) comprende un elemento (2) incrustado al menos incrustado hacia el interior del recipiente de presion, y
    en donde el reborde comprende un labio (23) dispuesto para ser posicionado entre el elemento (2) incrustado y la superficie de enganche del acoplamiento o elemento (5) de valvula, en donde el espesor radial D del labio (23) es proporcional a la presion de prueba para la que esta destinado el recipiente, caracterizado porque la dureza H Shore A de la al menos una junta torica (51) es: 70 < H < 90, el diametro d de material en mm de la al menos una junta torica es: 1 < d < 6, el espesor radial maximo Dmax del labio (23) en mm es: -0.0005 * p + 3.005, en donde p = presion de prueba en bares, y el espesor radial D del labio (23) es Dmin < D < Dmax, en donde Dmin = espesor radial mmimo del labio (23) en mm y Dmin = -0.000125 * p + 0.35
  2. 2. Reborde de acuerdo con la reivindicacion 1, en donde el espesor radial D del labio (23) disminuye al aumentar la presion de prueba.
  3. 3. Reborde de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, en donde el espesor radial D del labio (23) disminuye al disminuir el espesor del material de la al menos una junta torica (51).
  4. 4. Reborde de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2 o 3, en donde el espesor radial D del labio (23) disminuye con la disminucion de la dureza Shore A de la al menos una junta torica (51).
  5. 5. Reborde de acuerdo con la reivindicacion 1, en donde el reborde esta destinado a un recipiente de presion compuesto con una presion de prueba de un mmimo de 10 bares y donde el espesor maximo (Dmax) del labio (23) es 2.5 mm.
  6. 6. Reborde de acuerdo con la reivindicacion 1, en donde el reborde esta destinado a un recipiente de presion compuesto con una presion de prueba de un mmimo de 30 bares y donde el espesor maximo (Dmax) del labio (23) es de 2.45 mm.
  7. 7. Reborde de acuerdo con la reivindicacion 1, en donde el reborde esta destinado a un recipiente de presion compuesto con una presion de prueba de un mmimo de 300 bares y donde el espesor maximo (Dmax) del labio (23) es 1.775 mm.
  8. 8. Reborde de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en donde la relacion entre la proporcion de la dureza (H) Shore A de la al menos una junta torica (51) y el espesor (D) en mm del labio (23) a una presion de prueba (p) en bares es H/D = a * p + b, en donde 0.03 <a <0.05 y 25 <b <35.
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