NO312048B1

NO312048B1 - Boss for pressure vessel

Info

Publication number: NO312048B1
Application number: NO19991964A
Authority: NO
Inventors: Haavard Hofstad
Original assignee: Raufoss Composites As
Priority date: 1999-04-23
Filing date: 1999-04-23
Publication date: 2002-03-04
Also published as: NO991964L; NO991964D0

Description

Denne oppfinnelsen angår en trykkbeholder for fluider, såsom propan eller butan, omfattende et indre fluidtett forings-lag og et trykkoppt agende lag dannet ved omvikl ing av fiberarmering utenpå forings-laget, samt en sentral åpning ved den ene enden, forsynt med et boss for montering av en koblings- eller ventilenhet. This invention relates to a pressure container for fluids, such as propane or butane, comprising an internal fluid-tight lining layer and a pressure-absorbing layer formed by wrapping fiber reinforcement on the outside of the lining layer, as well as a central opening at one end, provided with a boss for fitting a coupling or valve assembly.

Trykkbeholdere av denne art er kjent fra internasjonal patentsøknad nummer PCT/NO98/00026, som er basert på en fiberarmert omvikling i et trykkopptagende lag utenpå en innvendig, fluidtett foring, slik som angitt ovenfor. Patentskriftene PCT/NO98/00035 og PCT/NO98/00234 viser også bunnkonstruksjon og et boss på toppen av beholderen. Pressure containers of this kind are known from international patent application number PCT/NO98/00026, which is based on a fibre-reinforced wrapping in a pressure-absorbing layer on the outside of an internal, fluid-tight lining, as indicated above. The patent documents PCT/NO98/00035 and PCT/NO98/00234 also show the bottom construction and a boss on the top of the container.

Slike trykkbeholdere er utsatt for mange og varierte påkjenninger og krefter. For det første gjelder dette det innvendige overtrykk som kan forekomme ved fylling av beholderen med et fluid, for eksempel propan. Det innvendige trykk vil påvirke bosset med en aksielt utadrettet kraft som kan være betydelig. Omvendt vil bosskonstruksjonen kunne bli påkjent med en aksielt innadrettet kraft, for eksempel ved montering av en koblings- eller ventilenhet, eventuelt i form av utilsiktede påkjenninger såsom slag eller støt. Det er viktig at konstruksjonen og innfestingen av bosset også er i stand til å motstå slike påkjenninger. Det samme gjelder torsjonspåkjenninger som kan forekomme blant annet ved montering av ventilenheten, som vanligvis blir gjenget og skrudd inn i bosset. Torsjonspåkjenninger av betydning i denne sammenheng ville også kunne opptre under den nevnte omvikling av fiberarmering utenpå den indre foringen. Ikke minst er det avgjørende at bosset besørger en sikker og varig tetning mot de tilstøtende partier av selve trykkbeholderen. Tetningen må spesielt være av en slik art at de forannevnte påkjenninger og krefter ikke er skadelige for tetningsvirkningen. Ytterligere et viktig hensyn er at trykkbeholderen med den til-hørende bosskonstruksjon må kunne produseres på en rasjonell måte. Such pressure vessels are exposed to many and varied stresses and forces. Firstly, this applies to the internal overpressure that can occur when filling the container with a fluid, for example propane. The internal pressure will affect the boss with an axially outward force which can be significant. Conversely, the boss construction could be subjected to an axially inwardly directed force, for example when mounting a coupling or valve unit, possibly in the form of unintended stresses such as impact or impact. It is important that the construction and attachment of the boss is also able to withstand such stresses. The same applies to torsional stresses that can occur, among other things, when installing the valve unit, which is usually threaded and screwed into the boss. Torsional stresses of significance in this context could also occur during the aforementioned wrapping of fiber reinforcement on the outside of the inner lining. Not least, it is crucial that the boss provides a secure and lasting seal against the adjacent parts of the pressure vessel itself. The seal must in particular be of such a nature that the aforementioned stresses and forces are not harmful to the sealing effect. A further important consideration is that the pressure vessel with the associated boss construction must be able to be produced in a rational way.

Den sistnevnte av patentpublikasjonene ovenfor beskriver et boss egnet til bruk på den aktuelle typen trykkbeholdere. Imidlertid har den vist seg å være relativt kostbar å produsere, siden den omfatter en rekke tilpassede deler og kompliserte sammenføyninger. The latter of the above patent publications describes a boss suitable for use on the relevant type of pressure vessel. However, it has proven to be relatively expensive to manufacture, as it involves a number of custom parts and complicated joins.

Det er et formål med den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe et forenklet boss som er egnet til bruk på trykkbeholdere, og som ikke er kostbar å produsere. It is an object of the present invention to provide a simplified boss which is suitable for use on pressure vessels and which is not expensive to produce.

På ovenstående bakgrunn blir det ifølge oppfinnelsen tilveiebragt en trykkbeholder hvis nye og særegne trekk er beskrevet i det vedlagte krav 1. On the above background, according to the invention, a pressure vessel is provided whose new and distinctive features are described in the attached claim 1.

Også andre nye og særegne trekk som vil fremgå av den følgende beskrivelse i tilknytning til tegningene og patent-kravene, bidrar i vesentlig grad til forbedringer av trykkbeholder-konstruksj onen. Other new and distinctive features which will appear from the following description in connection with the drawings and patent claims also contribute significantly to improvements in the pressure vessel construction.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til utførelseseksempler som er illustrert på tegningene, hvor: Fig. 1 viser i aksielt snitt den øvre del av en trykkbeholder påmontert et boss ifølge oppfinnelsen, med en ventildel koblet til bosset. Fig. 2 viser et snitt av en annen utførelse av bosset In the following, the invention will be explained in more detail with reference to examples of execution which are illustrated in the drawings, where: Fig. 1 shows in axial section the upper part of a pressure vessel fitted with a boss according to the invention, with a valve part connected to the boss. Fig. 2 shows a section of another embodiment of the boss

ifølge oppfinnelsen. according to the invention.

Fig. 3 viser et snitt av en tredje utførelse av bosset Fig. 3 shows a section of a third embodiment of the boss

ifølge oppfinnelsen. according to the invention.

Fig. 4 viser et perspektivriss av en foretrukket utførelse Fig. 4 shows a perspective view of a preferred embodiment

av et innsåtselement i et boss ifølge oppfinnelsen. of an insert element in a boss according to the invention.

Fig. 5 viser en fjerde utførelse av et boss ifølge' Fig. 5 shows a fourth embodiment of a boss according to

oppfinnelsen. the invention.

Fig. 6 viser et boss ifølge oppfinnelsen sett ovenfra. Figur 1 viser en foretrukket utførelse av et boss 1 på en trykkbeholder, der bosset er påmontert en ventil 5. Bosset 1 er sveiset eller på annen måte festet til et indre foringslag 4 i trykkbeholderen via en festeflens 11. Over festeflensen og foringslaget er et fiberarmert lag 3 surret på en i og for seg kjent måte. Det fiberarmerte laget fungerer dermed som et trykkopptagende lag, både overfor bosset 1 og foringslaget 4. Selve bosset og foringslaget er laget på velkjent måte i polymermateriale, fortrinnsvis ved henholdsvis sprøytestøping og formblåsing, men andre materialvalg kan også tenkes. Fig. 6 shows a boss according to the invention seen from above. Figure 1 shows a preferred embodiment of a boss 1 on a pressure vessel, where the boss is mounted on a valve 5. The boss 1 is welded or otherwise attached to an inner lining layer 4 in the pressure vessel via a fastening flange 11. Above the fastening flange and the lining layer is a fibre-reinforced layer 3 buzzed in a familiar way. The fiber-reinforced layer thus functions as a pressure-absorbing layer, both against the boss 1 and the lining layer 4. The boss and the lining layer themselves are made in a well-known manner in polymer material, preferably by injection molding and blow molding respectively, but other material choices are also conceivable.

Festeflensen er festet til foringslaget 4 ved en skrå-stilt flate 14. Som nevnt kan festingen skje på kjent måte ved sveising, ved forskjellige teknikker for liming, eller ved andre teknikker, avhengig av hva som er egnet for de anvendte materialene. Alternativt til den viste løsningen kan foringslaget smeltes sammen med festeflensen for å danne en kontinuerlig flate frem til åpningen. The attachment flange is attached to the lining layer 4 by an inclined surface 14. As mentioned, the attachment can take place in a known manner by welding, by various techniques for gluing, or by other techniques, depending on what is suitable for the materials used. As an alternative to the solution shown, the lining layer can be fused with the fastening flange to form a continuous surface up to the opening.

Bosset omfatter et halsparti 12 som har en mindre diameter enn festeflensen 11 og er plassert aksielt utenfor festeflensen og trykkbeholderen. Fiberarmeringen er surret helt inntil halspartiet, hvilket gir god styring av surringen av fiberarmeringen, og hindrer fiberarmeringen i å dekke åpningen. The boss comprises a neck part 12 which has a smaller diameter than the fastening flange 11 and is placed axially outside the fastening flange and the pressure vessel. The fiber reinforcement is lashed right up to the neck, which provides good control of the lashing of the fiber reinforcement, and prevents the fiber reinforcement from covering the opening.

Bosset omfatter dessuten en innsats 2 av et hardere materiale enn resten av bosset 1, og som er forsynt med festeanordninger 24,2 6 for påmontering av ventiler 5 eller tilsvarende. Av produksjonsøkonomiske hensyn er messing foretrukket, men innsatsen 2 kan også være utformet i andre metaller, eventuelt plastmaterialer, for eksempel fiberarmert plast. The boss also comprises an insert 2 of a harder material than the rest of the boss 1, and which is provided with fastening devices 24,2 6 for mounting valves 5 or equivalent. For reasons of production economy, brass is preferred, but the insert 2 can also be designed in other metals, possibly plastic materials, for example fibre-reinforced plastic.

Med unntak av festeanordningene 24,26 er innsatsen i det vesentlige innstøpt i bossets øvrige materiale. Innsatsen 2 er forsynt med en nedre flens 21 som strekker seg radielt inne i festeflensen 11 og har en diameter som overskrider halspartiets diameter. På denne måten vil den trykkopptagende fiberarmeringen 3 også dekke den ytre delen av innsatsens nedre flens, og dermed hindre bevegelser i aksiell retning. With the exception of the fastening devices 24,26, the insert is essentially embedded in the other material of the boss. The insert 2 is provided with a lower flange 21 which extends radially inside the fastening flange 11 and has a diameter that exceeds the diameter of the neck part. In this way, the pressure-absorbing fiber reinforcement 3 will also cover the outer part of the insert's lower flange, thus preventing movements in the axial direction.

Festeanordningene 24,26 består fortrinnsvis av et gjenget parti 24, som er innrettet til å motta standard ventiltyper, og en støtteflate 26 som stopper ventilen i riktig posisjon og derved hindrer at ventilen 5 skrus for langt inn. Bajonettfatninger eller lignende kan også tenkes, men utgjør mer kostbare løsninger. The fastening devices 24, 26 preferably consist of a threaded part 24, which is designed to receive standard valve types, and a support surface 26 which stops the valve in the correct position and thereby prevents the valve 5 from being screwed in too far. Bayonet sockets or similar can also be thought of, but are more expensive solutions.

For å hindre bevegelser i innsatsen grunnet vridninger, for eksempel ved montering av en ventil, er innsatsen forsynt med gripeorganer 22 som hindrer rotasjonsbevegelse av innsatsen i forhold til trykkbeholderen. Disse gripeorganene 22 kan være utformet som hull, utsparinger eller spor i innsatsen, for eksempel slik som vist i figur 4. In order to prevent movements in the insert due to twisting, for example when fitting a valve, the insert is provided with gripping means 22 which prevent rotational movement of the insert in relation to the pressure vessel. These gripping members 22 can be designed as holes, recesses or grooves in the insert, for example as shown in Figure 4.

På denne måten oppnås et boss som kan sveises fast i foringslaget, og som samtidig er sterkt nok til å kunne festes til eksisterende ventiler eller andre tilkoblinger. In this way, a boss is obtained which can be welded to the lining layer, and which is also strong enough to be attached to existing valves or other connections.

Normalt vil det være problematisk å oppnå heft mellom innsatsen og resten av bosset. Relativ bevegelse mellom disse delene, for eksempel på grunn av sig i plast-delene, fører til at det oppstår en lekkasjevei for innholdet i trykkbeholderen langs grensen mellom innsatsen og bosset. Av den grunn omfatter bosset fortrinnsvis en leppe 23 av bossets materiale som ved montering av en ventil 5 ligger mellom ventilen og innsatsen. Fortrinnsvis er dessuten ventilen eller leppen forsynt med en O-ring 51 for å bedre tetningen ytterligere. Denne leppen 23 kan plasseres på innsiden og/eller på utsiden av innsatsen, blant annet avhengig av typen ventil som skal kunne monteres. Tetningen må imidlertid oppnås på utsiden eller innsiden av lekkasjekanalen mellom innsatsen 2 og resten av bosset 1. Normally, it will be problematic to achieve adhesion between the insert and the rest of the boss. Relative movement between these parts, for example due to shrinkage in the plastic parts, leads to a leakage path for the contents of the pressure vessel along the border between the insert and the boss. For that reason, the boss preferably comprises a lip 23 of the boss's material which, when a valve 5 is installed, lies between the valve and the insert. Preferably, the valve or the lip is also provided with an O-ring 51 to further improve the seal. This lip 23 can be placed on the inside and/or on the outside of the insert, depending, among other things, on the type of valve to be fitted. However, the seal must be achieved on the outside or inside of the leakage channel between the insert 2 and the rest of the boss 1.

I figur 1 er bosset forsynt med en leppe 23 som vender radielt innover mot bossets ventilåpning, og som i det viste eksempelet gir tetning mot en O-ring 51 i ventilen 5. Leppen har dessuten en øvre del 25 som kan gi tetning mot en ventil med en tilstøtende flate, fortrinnsvis omfattende en O-ring, slik som vist i figur 3. In Figure 1, the boss is provided with a lip 23 which faces radially inwards towards the boss's valve opening, and which in the example shown provides a seal against an O-ring 51 in the valve 5. The lip also has an upper part 25 which can provide a seal against a valve with an adjacent surface, preferably comprising an O-ring, as shown in Figure 3.

Bosset i figur 1 er også forsynt med en andre flens 13 som strekker seg i radiell retning over halspartiet 12. Denne andre flensen 13 er fordelaktig ved påvikling av det trykkopptagende laget 3, siden det gir en god styring av båndet, og ved at den eventuelt hindrer overflødig lim i å trekke inn mot ventilåpningen. I tillegg kan den andre flensen 13 gis en urund form, for eksempel sekskantet, for å gi et bedre grep ved montering av ventilen (se figur 6) . Den andre flensen 13 kan i enkelte tilfeller utelates. The boss in Figure 1 is also provided with a second flange 13 which extends in the radial direction over the neck portion 12. This second flange 13 is advantageous when winding the pressure-absorbing layer 3, since it provides good control of the band, and in that it possibly prevents excess glue from drawing in towards the valve opening. In addition, the second flange 13 can be given an irregular shape, for example hexagonal, to provide a better grip when mounting the valve (see Figure 6). The second flange 13 can in some cases be omitted.

Figur 2 viser et eksempel på et boss ifølge oppfinnelsen som i det vesentlige tilsvarer bosset i figur 1, men der tetningsleppen 23 er plassert i den aksielt nedre delen av bosset, slik at tetningen mot ventilens 5 O-ring 51 er plassert før innsatsen 2, og det dermed unngås trykkopp-bygging i mellomrommet mellom innsatsen 2 og resten av bosset 1. Figure 2 shows an example of a boss according to the invention which essentially corresponds to the boss in Figure 1, but where the sealing lip 23 is placed in the axially lower part of the boss, so that the seal against the O-ring 51 of the valve 5 is placed before the insert 2, and thus pressure build-up in the space between the insert 2 and the rest of the boss 1 is avoided.

Ifølge en alternativ utførelse av bosset i figur 2 kan bare den nedre delen av innsatsen 2, med innsatsens nedre flens 21, være dekket av bossets øvrige materiale. I dette tilfelle vil halspartiet defineres av innsatsen, og innsatsen kan være forsynt med en øvre flens med samme funksjon som den ovennevnte andre flensen 13. Tetning mot en tilkoblet ventil 5 kan tilveiebringes ved den indre leppen 23. According to an alternative embodiment of the boss in Figure 2, only the lower part of the insert 2, with the insert's lower flange 21, can be covered by the other material of the boss. In this case, the neck portion will be defined by the insert, and the insert may be provided with an upper flange with the same function as the above-mentioned second flange 13. Sealing against a connected valve 5 may be provided by the inner lip 23.

I figur 3 illustreres nok en utførelse av oppfinnelsen, der den øvre delen 25 av bosset 1 fungerer som tetningsleppe 23 mot en aksielt rettet O-ring 51 montert i ventilen 5, og som dermed presses mellom ventilen og innsatsen når ventilen Figure 3 illustrates yet another embodiment of the invention, where the upper part 25 of the boss 1 functions as a sealing lip 23 against an axially aligned O-ring 51 mounted in the valve 5, and which is thus pressed between the valve and the insert when the valve

5 skrus på bosset. 5 screws on the boss.

Figur 4 viser en perspektivtegning av innsatsen 2 slik den er vist i figurene 1-3. Innsatsen kan være fremstilt av varmpresset messing, noe som gir lave produksjonskonstander, men kan, som nevnt ovenfor, også være laget av andre materialer, for eksempel fiberarmert plast. Figure 4 shows a perspective drawing of the insert 2 as shown in figures 1-3. The insert can be made of hot-pressed brass, which gives low production constants, but can, as mentioned above, also be made of other materials, for example fibre-reinforced plastic.

For å hindre at innsatsen vris ved montering av en ventil eller andre tilkoblinger, er innsatsen forsynt med gripeorganer 22, som gir et grep mot den omgivende plastdelen av bosset 1. Disse gripeorganene kan utformes på en rekke forskjellige måter, avhengig av produksjonsmetode og økonomi. For eksempel kan hullene erstattes av en urund omkrets. To prevent the insert from twisting when fitting a valve or other connections, the insert is provided with gripping means 22, which provide a grip against the surrounding plastic part of the boss 1. These gripping means can be designed in a number of different ways, depending on the production method and economy. For example, the holes can be replaced by an unrounded circumference.

Figur 5 viser en fjerde utførelse av oppfinnelsen der bosset omfatter en andre flens 13, og der innsatsen omfatter en øvre flens 27, som på tilsvarende måte som den nedre har en diameter som overstiger halspartiets 12 diameter og er innstøpt i bosset. På denne måten oppnås en større styrke mot nedadrettede krafter, for eksempel grunnet slag mot bosset eller ved undertrykk i beholderen. Figure 5 shows a fourth embodiment of the invention where the boss comprises a second flange 13, and where the insert comprises an upper flange 27, which, similarly to the lower one, has a diameter that exceeds the diameter of the neck portion 12 and is embedded in the boss. In this way, a greater strength is achieved against downward forces, for example due to a blow against the boss or under pressure in the container.

På figur 6 er et boss 1 ifølge oppfinnelsen vist sett Figure 6 shows a boss 1 according to the invention

ovenfra, der den omfatter en andre flens 13 med en sekskantet ytre omkrets. Innsatsen 2 strekker seg noe lenger innover enn bossets plast-del. Dette er delvis av produksjonshensyn, for å unngå at plast trenger inn i gjengene ved innstøping av innsatsen, men også for å danne en støtteflate 26, som beskrevet ovenfor. from above, where it comprises a second flange 13 with a hexagonal outer circumference. The insert 2 extends somewhat further inwards than the boss's plastic part. This is partly for production reasons, to avoid plastic penetrating the threads when the insert is cast in, but also to form a support surface 26, as described above.

Festeflensens 11 diameter vil variere med hvilken type trykkbeholder som skal anvendes, og vil tilpasses åpningen på trykkbeholderen. Foringslaget kan bestå av et rør med en bunn, der festeflensen 11 utgjør hele den øvre delen av foringslaget og dermed har samme ytre diameter som forings-laget, eller festeflensen kan plasseres over foringslaget og festes over en større overflate. The diameter of the fastening flange 11 will vary with the type of pressure vessel to be used, and will be adapted to the opening of the pressure vessel. The lining layer can consist of a tube with a bottom, where the fastening flange 11 makes up the entire upper part of the lining layer and thus has the same outer diameter as the lining layer, or the fastening flange can be placed over the lining layer and fixed over a larger surface.

Produksjonen av trykkbeholderen og bosset ifølge oppfinnelsen kan utføres ved bruk av velkjente, kommersielt til-gjengelige metoder. Ifølge en foretrukket utførelse av oppfinnelsen er trykkbeholderen produsert i et gjennomskinnlig materiale, slik som beskrevet i ovennevnte PCT/NO98/00026. The production of the pressure vessel and the boss according to the invention can be carried out using well-known, commercially available methods. According to a preferred embodiment of the invention, the pressure vessel is produced in a transparent material, as described in the above-mentioned PCT/NO98/00026.

Claims

1. Boss for a pressure vessel for fluids, such as propane or butane, which pressure vessel comprises an inner fluid-tight lining layer (4) and a pressure absorbing layer (3) formed by wrapping fiber reinforcement on the outside of the lining layer, as well as a central opening at one end provided with a boss (1) for mounting a coupling or valve assembly (5), where the boss (1) comprises an attachment flange (11) for attachment to the lining layer (4), and a neck part (12) axially outside the attachment flange (11) with a selected smallest diameter, and where the pressure vessel's fiber reinforcement (3) is wound up to the neck part (12) , characterized in that the boss (1) is preferably made of a plastic material, and comprises an embedded insert (2) in a material that is harder than the other material of the boss, which insert (2) in a manner known per se comprises means (24, 26) for the installation of said coupling or valve unit (5), and a lower flange (21) axially within the above-mentioned neck part (12), where the lower flange (21) has a diameter that is greater than the diameter of the neck part (12).

2. Boss according to claim 1, characterized in that the insert (2) is essentially completely enclosed by the boss (1), with the exception of the mounting means (24,26).

3. Boss according to claim 1 or 2, characterized in that the insert (2) is arranged with gripping means (22) to counteract rotational movement of the insert (2) in relation to the boss (1).

4. Boss according to claim 3, characterized in that the gripping means (22) consist of holes or recesses at at least part of the circumference of the insert (2).

5. Boss according to one of the preceding claims, characterized in that the mounting means (24,26) in the insert (2) consist of threads (24).

6. Boss according to one of the preceding claims, characterized in that the insert (2) is made of a metal or a metal alloy, for example brass.

7. Boss according to one of claims 1-5, characterized in that the insert (2) is made of fibre-reinforced plastic.

8. Boss according to claim 1, characterized in that the boss (1) comprises a second flange (13) radially outside the neck portion (12).

9. Boss according to claim 8, characterized in that the insert (2) comprises an upper flange (27) in the same axial position as the second flange (13) of the boss, with a diameter greater than the diameter of the aforementioned neck portion (12).