具有復(fù)合物穹頂?shù)膇i型壓力容器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及包括復(fù)合物穹頂和金屬圓柱形中心部分的壓力容器，其中穹頂?shù)暮穸饶軌蚰褪苋萜髦兴黧w所施加的壓力，但是圓柱形中心部分不能。為了克服該缺陷，用絲狀復(fù)合物環(huán)包覆圓柱形中心部分。還提供了將穹頂與中心部分相連的方法。
【專(zhuān)利說(shuō)明】具有復(fù)合物穹頂?shù)摩蛪毫θ萜?br>
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于裝納和運(yùn)輸壓縮流體的II型壓力容器，其中所述容器裝配有一 個(gè)或兩個(gè)復(fù)合物穹頂端部。
[0002] 背景
[0003] 燃燒石化燃料對(duì)環(huán)境的有害影響日益受到關(guān)注，并引起了對(duì)可替代能源的極大興 趣。雖然通過(guò)太陽(yáng)、風(fēng)、核、地?zé)岷推渌茉匆讶〉昧艘恍┻M(jìn)展，但非常清楚的是，可廣泛使 用的經(jīng)濟(jì)可替代能源特別對(duì)于使用高能量的應(yīng)用而言是難以實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。同時(shí)，預(yù)計(jì)石化 燃料將在可預(yù)計(jì)的將來(lái)主導(dǎo)能源市場(chǎng)。在化石燃料中，天然氣的燃燒最清潔，因此是能源生 產(chǎn)的清楚選擇。因此，存在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)以盡可能的用天然氣補(bǔ)充或取代其它石化燃料例如煤 和石油，因?yàn)槿澜缱兊酶忧宄紵剂蠈?duì)環(huán)境的影響。不幸的是，大多數(shù)的世界天 然氣氣藏都存在于這個(gè)星球上偏僻且難以進(jìn)入的區(qū)域。地形和地緣政治因素使可靠地和經(jīng) 濟(jì)地從這些區(qū)域提取天然氣變得極端困難。已經(jīng)評(píng)估了使用管線（pipeline)和陸上運(yùn)輸， 在某些情況下甚至進(jìn)行了嘗試，但發(fā)現(xiàn)是不經(jīng)濟(jì)的。有趣的是，地球的大部分的偏僻天然氣 儲(chǔ)存的位置較接近海洋和易于進(jìn)入海洋的其它水域。因此，從這些偏僻的位置海運(yùn)天然氣 似乎是一個(gè)顯而易見(jiàn)的解決方案。海運(yùn)天然氣的問(wèn)題主要在于經(jīng)濟(jì)性。遠(yuǎn)洋行駛的容器能 夠裝載僅僅這么多的載貨重量，而海運(yùn)成本反映了這個(gè)事實(shí)，要計(jì)算的運(yùn)輸總重量的成本， 即產(chǎn)品的重量加上其中運(yùn)輸了產(chǎn)品的集裝箱船的重量。如果相比于裝運(yùn)容器的自重，產(chǎn)品 的凈重低，則每單位質(zhì)量的產(chǎn)品的運(yùn)輸成本變得非常昂貴。這對(duì)于壓縮流體的運(yùn)輸是特別 正確的，常規(guī)地，在用金屬穹頂覆蓋的全金屬圓柱體中運(yùn)輸壓縮流體，所得到的壓縮容器相 對(duì)于所含流體的重量是極重的。由于以下事實(shí)加劇了該問(wèn)題：目前廣泛用于海洋運(yùn)輸壓縮 流體的壓力容器是所謂的I型壓力容器，所述I型壓力容器是由金屬圓柱體中心部分和金 屬穹頂或多個(gè)金屬穹頂（它們都足夠厚以耐受容器中所含壓縮流體產(chǎn)生的壓力）構(gòu)成的全 金屬容器。對(duì)于該問(wèn)題的一個(gè)部分解決方案是所謂的II型壓力容器，所述II型壓力容器 是由金屬中心部分構(gòu)成的，該金屬中心部分比I型壓力容器的金屬中心部分薄，并且因此 其自身無(wú)法耐受容器中所含流體施加的壓力。通過(guò)向II型壓力容器的金屬中心部分上施 加復(fù)合物外包覆來(lái)矯正該情形。金屬加上復(fù)合物仍然明顯輕于I型容器。II型壓力容器的 端部穹頂仍然是全金屬，并且其厚度能夠耐受當(dāng)正常使用容器時(shí)會(huì)經(jīng)受的壓力。
[0004] 但問(wèn)題仍然存在，由于貨物總體經(jīng)濟(jì)性，即使是II型壓力容器仍然重于運(yùn)輸流體 例如壓縮天然氣（CNG)所希望的重量的。本發(fā)明用復(fù)合物端部穹頂代替金屬穹頂?shù)男问綖?該問(wèn)題提供解決方案。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 因此，本發(fā)明的一個(gè)方面涉及一種壓力容器，其包括：
[0006] 拉長(zhǎng)的、金屬空心圓柱形中心部分，所述拉長(zhǎng)的、金屬空心圓柱形中心部分具有近 端、遠(yuǎn)端和壁，所述壁的厚度不足以耐受當(dāng)使用壓力容器時(shí)產(chǎn)生的預(yù)期內(nèi)部壓力；以及
[0007] 復(fù)合物穹頂，所述復(fù)合物穹頂具有頂點(diǎn)、圓形截面基底和壁，所述壁具有內(nèi)表面和 外表面，并且所述壁的厚度足以耐受當(dāng)使用壓力容器時(shí)產(chǎn)生的預(yù)期內(nèi)部壓力，其中：
[0008] 所述復(fù)合物穹頂?shù)膱A形截面基底與圓柱形中心部分的近端相連；以及
[0009] 用絲狀復(fù)合物環(huán)包覆圓柱形中心部分。
[0010] 在本發(fā)明的一方面中，絲狀復(fù)合物包括選自下組的絲狀材料：玻璃絲、碳絲、芳香 族聚酰胺絲、超高分子量聚乙烯及其組合。
[0011] 在本發(fā)明的一個(gè)方面，絲狀復(fù)合物包含聚合物基質(zhì)。
[0012] 在本發(fā)明的一個(gè)方面，聚合物基質(zhì)包括二環(huán)戊二烯聚合物制劑。
[0013] 在本發(fā)明的一個(gè)方面，二環(huán)戊二烯聚合物制劑包含至少92 %純的二環(huán)戊二烯。
[0014] 在本發(fā)明的一個(gè)方面，復(fù)合物穹頂在壁的內(nèi)表面上還包括滲透阻隔層。
[0015] 在本發(fā)明的一個(gè)方面，壓力容器還包括第二復(fù)合物穹頂，所述第二復(fù)合物穹頂具 有頂點(diǎn)、圓形截面基底和壁，所述壁具有內(nèi)表面和外表面，并且所述壁的厚度足以耐受當(dāng)使 用壓力容器時(shí)產(chǎn)生的預(yù)期內(nèi)部壓力，其中所述第二復(fù)合物穹頂?shù)膱A形截面基底與圓柱形中 心部分的遠(yuǎn)端相連。
[0016] 在本發(fā)明的一個(gè)方面，復(fù)合物穹頂在壁的內(nèi)表面上還包括滲透阻隔層。
[0017] 本發(fā)明的一方面是一種制備壓力容器的方法，其包括：
[0018] 提供拉長(zhǎng)的、金屬空心圓柱形中心部分，所述拉長(zhǎng)的、金屬空心圓柱形中心部分具 有近端、遠(yuǎn)端和壁，所述壁的厚度不足以耐受當(dāng)使用壓力容器時(shí)產(chǎn)生的預(yù)期內(nèi)部壓力；
[0019] 提供復(fù)合物穹頂，所述復(fù)合物穹頂具有被穹頂頂點(diǎn)限定的近端、被圓形截面基底 限定的遠(yuǎn)端和壁，所述壁具有內(nèi)表面和外表面，并且所述壁的厚度足以耐受當(dāng)使用壓力容 器時(shí)產(chǎn)生的預(yù)期內(nèi)部壓力；
[0020] 將聚合物復(fù)合物穹頂?shù)膱A形截面基底與圓柱形中心部分的近端相連；以及
[0021] 用絲狀復(fù)合物環(huán)包覆圓柱形中心部分。
[0022] 在本發(fā)明的一方面中，絲狀復(fù)合物包括選自下組的絲狀材料：玻璃絲、碳絲、芳香 族聚酰胺絲、超高分子量聚乙烯及其組合。
[0023] 在本發(fā)明的一個(gè)方面，在上述方法中，絲狀復(fù)合物包含聚合物基質(zhì)。
[0024] 在本發(fā)明的一個(gè)方面，在上述方法中，聚合物基質(zhì)包括二環(huán)戊二烯聚合物制劑。
[0025] 在本發(fā)明的一個(gè)方面，在上述方法中，二環(huán)戊二烯聚合物制劑包含至少92%純的 二環(huán)戊二烯。
[0026] 在本發(fā)明的一個(gè)方面，在上述方法中，將圓形截面基底與圓柱形中心部分的近端 相連包括：
[0027] 形成復(fù)合物穹頂，該復(fù)合物穹頂具有被圓形截面基底終止的圓柱形基底擴(kuò)大部 分，其中：
[0028] 圓柱形基底擴(kuò)大部分具有外直徑，該外直徑允許將其插入到空心圓柱形中心部分 中；
[0029] 沿圓周繞著圓柱形基底擴(kuò)大部分的外表面形成半圓形槽，該槽具有預(yù)先選定的直 徑；
[0030] 沿圓周繞著圓柱形中心部分的內(nèi)表面形成半圓形槽，該槽具有與圓柱形基底擴(kuò)大 部分的槽相同的直徑；
[0031] 沿圓周繞著圓柱形基底擴(kuò)大部分的外表面或者圓柱形中心部分的內(nèi)表面中的一 個(gè)形成額外的槽，所述槽設(shè)置在該表面中的半圓形槽和圓形截面基底或圓柱形中心部分的 近端之間；
[0032] 在所述額外的槽中插入密封物；
[0033] 將圓柱形基底擴(kuò)大部分插入圓柱形中心部分的近端中，直至半圓形槽對(duì)齊以形成 圓形截面圓周腔；
[0034] 形成從圓柱形中心部分的外表面延伸的圓形截面內(nèi)腔，直至其與圓周腔相交，內(nèi) 腔的直徑與所述腔的直徑基本相同；
[0035] 將直徑逐漸小于內(nèi)腔和腔的直徑的撓性絲通過(guò)內(nèi)腔插入并進(jìn)入腔中；以及
[0036] 通過(guò)腔推進(jìn)絲，直至其基本穿過(guò)腔的整個(gè)圓周。
[0037] 在本發(fā)明的一個(gè)方面，在上述方法中，密封物選自下組：0型密封圈、唇形密封物、 杯型密封物、V型密封物、孔型密封物和面密封物。
[0038] 在本發(fā)明的一個(gè)方面，在上述方法中，撓性絲選自：鋼、鈦、鋁和鎳基合金。
[0039] 在本發(fā)明的一個(gè)方面，在上述方法中，將復(fù)合物穹頂與圓柱形金屬管相連包括：
[0040] 形成具有穹頂凸緣的復(fù)合物穹頂，所述穹頂凸緣從圓形截面基底向外圓周地延 伸，所述凸緣具有繞著凸緣圓周設(shè)置的多個(gè)通孔；
[0041] 形成具有中心部分凸緣的圓柱形中心部分，所述中心部分凸緣從圓柱形中心部分 的近端向外圓周地延伸，所述中心部分凸緣包括繞著凸緣圓周設(shè)置的多個(gè)通孔；其中： [0042] 穹頂凸緣包括表面，該表面可以與中心部分凸緣的表面毗鄰放置；以及
[0043] 當(dāng)凸緣毗鄰時(shí)，通孔對(duì)齊；
[0044] 在中心部分的近端中形成圓周腔，該腔設(shè)置在中心部分厚度內(nèi)；
[0045] 在圓周腔中插入密封物；
[0046] 將穹頂凸緣與中心部分凸緣毗鄰放置，使得穹頂凸緣中的通孔與中心部分凸緣的 那些通孔對(duì)齊；以及
[0047] 用穿過(guò)對(duì)齊的通孔設(shè)置的扣件將穹頂凸緣與中心部分凸緣相連。
[0048] 在本發(fā)明的一個(gè)方面，扣件包括螺母和螺栓組件。
[0049] 在本發(fā)明的一個(gè)方面，在上述方法中，將復(fù)合物穹頂與圓柱形金屬管相連包括：
[0050] 形成具有穹頂凸緣的復(fù)合物穹頂，所述穹頂凸緣從圓形截面基底圓周地向外延 伸，所述穹頂凸緣具有遠(yuǎn)表面和近表面，所述遠(yuǎn)表面平行于穹頂基底，所述近表面從穹頂外 表面處的凸緣起點(diǎn)向凸緣的外邊緣逐漸變細(xì)；
[0051] 形成具有中心部分凸緣的圓柱形中心部分，所述中心部分凸緣從圓柱形中心部分 的近端圓周地向外延伸并與其平行，其中，所述中心部分凸緣長(zhǎng)于穹頂凸緣；
[0052] 在穹頂凸緣或中心部分凸緣中形成圓周腔；
[0053] 在腔中插入密封物；
[0054] 將穹頂凸緣與中心部分凸緣毗鄰放置；
[0055] 提供具有截面的單獨(dú)的金屬環(huán)形環(huán)，所述截面具有近表面、下表面和上表面，所述 近表面與穹頂凸緣表面中的錐形相反地逐漸變細(xì)，并且長(zhǎng)度與穹頂凸緣中的近表面錐形基 本相同，所述下表面從逐漸變細(xì)的表面開(kāi)始平行于中心部分凸緣表面的點(diǎn)開(kāi)始向外延伸， 所述上表面從逐漸變細(xì)的表面結(jié)束平行于下凸緣表面的點(diǎn)開(kāi)始向外延伸；
[0056] 將穹頂凸緣與中心部分凸緣毗鄰放置；
[0057] 將金屬環(huán)形環(huán)放置在穹頂上，使得其下表面與中心部分凸緣表面毗鄰，并且其逐 漸變細(xì)的表面與穹頂凸緣逐漸變細(xì)的表面毗鄰；以及
[0058] 將環(huán)形環(huán)與中心部分凸緣相連。
[0059] 在本發(fā)明的一個(gè)方面，在上述方法中，將環(huán)形環(huán)與中心部分凸緣相連包括將兩者 焊接在一起。
[0060] 在本發(fā)明的一個(gè)方面，在上述方法中，將環(huán)形環(huán)與中心部分凸緣相連包括在環(huán)形 環(huán)和中心部分凸緣中形成通孔，其中當(dāng)環(huán)形環(huán)與中心部分凸緣毗鄰時(shí)，通孔對(duì)齊，并使用插 入到通孔中的扣件將環(huán)形環(huán)與中心部分凸緣相連。
[0061] 在本發(fā)明的一個(gè)方面，在上述方法中，扣件包括螺母和螺栓組件。
[0062] 在本發(fā)明的一個(gè)方面，將環(huán)形環(huán)與中心部分凸緣相連包括使用多個(gè)C形夾。
[0063] 在本發(fā)明的一個(gè)方面，在上述方法中，復(fù)合物穹頂包括嵌入聚合物基質(zhì)中的纖維 材料。
[0064] 在本發(fā)明的一方面，在上述方法中，纖維材料選自下組：玻璃纖維、碳纖維、芳香族 聚酰胺纖維、超高分子量聚乙烯纖維及其組合。
[0065] 在本發(fā)明的一個(gè)方面，聚合物基質(zhì)包括二環(huán)戊二烯聚合物制劑。
[0066] 在本發(fā)明的一個(gè)方面，二環(huán)戊二烯聚合物制劑包含至少92 %純的二環(huán)戊二烯。
[0067] 發(fā)明詳述
[0068] 附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明
[0069] 提供的這些附圖僅是出于幫助理解本發(fā)明的目的。它們并不旨在或解釋為以任何 方式對(duì)本發(fā)明范圍進(jìn)行限制。
[0070] 應(yīng)注意的是，在一些附圖中，顯示各個(gè)部件的表面是間隔開(kāi)的，而下文的描述表明 這些表面是毗鄰的，即相互接觸的。應(yīng)理解的是，在附圖中將這些表面顯示為間隔開(kāi)的目的 是為了更容易地看出和理解這些表面之間的關(guān)系。還應(yīng)注意的是，在所有附圖中，都沒(méi)有將 金屬中心部分顯示為被絲狀復(fù)合物環(huán)包覆。應(yīng)理解的是，此類(lèi)環(huán)包覆是本發(fā)明的壓力容器 的一個(gè)整體部分，因此從附圖中省略，同樣僅僅是為了簡(jiǎn)化它們并使得本發(fā)明更可辨識(shí)的。
[0071] 圖1顯示本發(fā)明的壓力容器，其具有復(fù)合物穹頂和金屬圓柱形中心部分，其中心 部分如上文所指出的那樣，還會(huì)包括復(fù)合物環(huán)包覆。顯示穹頂和中心部分通過(guò)下文所述方 法中的一種接合在一起，即通過(guò)使用插入穿過(guò)中心部分和穹頂上的凸緣的外部扣件。應(yīng)理 解的是，這僅是連接穹頂和中心部分的一種方式，并不以任意方式限制本發(fā)明。
[0072] 圖2顯示具有復(fù)合物穹頂和金屬圓柱形中心部分的本發(fā)明的壓力容器，其中通過(guò) 絲將穹頂和中心部分保持在一起，所述絲穿過(guò)由穹頂表面中的和中心部分表面中的半圓形 槽形成的圓形截面腔。
[0073] 圖3顯示具有復(fù)合物穹頂和金屬圓柱形中心部分的本發(fā)明的壓力容器，其中通過(guò) 具有通孔的凸緣的方式將穹頂與中心部分相連，在所述通孔中放置扣件。
[0074] 圖4顯示具有復(fù)合物穹頂和金屬圓柱形中心部分的本發(fā)明的壓力容器，其中通過(guò) 環(huán)形環(huán)的方式將穹頂與中心部分相連，所述環(huán)形環(huán)與中心部分上的凸緣相連并覆蓋穹頂上 的凸緣，從而將穹頂與中心部分固定住。
[0075] 討論
[0076] 應(yīng)理解的是，對(duì)于本說(shuō)明書(shū)和所附權(quán)利要求書(shū)，任意涉及本發(fā)明的任意方法的單 數(shù)形式包括復(fù)數(shù)，反之亦然，除非另有明確說(shuō)明或者從上下文毫無(wú)疑義地明確得到。
[0077] 本文所用任意近似術(shù)語(yǔ)，例如但不限于，接近、約、約為、基本上以及基本等，表示 通過(guò)近似術(shù)語(yǔ)修飾的詞或短語(yǔ)不必須精確地是書(shū)寫(xiě)的值，但是可以相對(duì)于該書(shū)寫(xiě)的值發(fā)生 一定程度的變化。其變化程度將取決于會(huì)產(chǎn)生的變化有多大，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員意識(shí)到 修飾的版本仍具有未被近似的術(shù)語(yǔ)修飾的詞或短語(yǔ)所具有的性質(zhì)、特性和能力。通常來(lái)說(shuō)， 但考慮到前面的討論，本文通過(guò)近似的術(shù)語(yǔ)修飾的數(shù)值可相對(duì)于所列出的值變化± 10 %， 除非另有明確說(shuō)明。
[0078] 術(shù)語(yǔ)"近"和"遠(yuǎn)"僅僅表示構(gòu)建體的相對(duì)端，并用作將一個(gè)對(duì)象相對(duì)于另一對(duì)象 進(jìn)行定向的方法，例如本發(fā)明的凸起部（boss)相對(duì)于容器內(nèi)襯定向。通常來(lái)說(shuō)，將哪一端 指定為近端以及遠(yuǎn)端完全是任意的，除非另有明確相反表述。
[0079] 本文所用"Btt鄰"指的是相鄰的兩個(gè)表面，并且它們直接接觸或者沒(méi)有另一材料的 中間層的話它們會(huì)直接接觸。
[0080] 本文所用"優(yōu)選"、"優(yōu)選地"或者"更優(yōu)選"等涉及當(dāng)提交本專(zhuān)利申請(qǐng)時(shí)它們存在 的優(yōu)先選擇。
[0081] 本文所用"不可透過(guò)"或"不透"指的是一種物質(zhì)使其基本上無(wú)法使流體以任意顯 著程度滲透進(jìn)入第一物質(zhì)形成的表面中的性質(zhì)。
[0082] 本文所用"惰性"指的是一種物質(zhì)使得由該物質(zhì)形成的表面對(duì)于可與該表面接觸 的流體的任意組分具有化學(xué)不起反應(yīng)性的性質(zhì)。
[0083] 本文所用"流體"指的是氣體、液體或者氣體和液體的混合物。例如，當(dāng)天然氣從 地下提取出來(lái)并運(yùn)輸?shù)郊庸ぶ行臅r(shí)通常是氣體和液體污染物的混合物，但不限于此。出于 本發(fā)明的目的，此類(lèi)混合物會(huì)構(gòu)成流體。
[0084] 本文所用"復(fù)合物"指的是兩種或更多種不同但是結(jié)構(gòu)上互補(bǔ)的物質(zhì)，例如金屬、 陶瓷、玻璃和聚合物，它們結(jié)合在一起以產(chǎn)生在任意單獨(dú)組分中不存在的結(jié)構(gòu)或功能性質(zhì)。 [0085] 本文所用"絲狀復(fù)合物"或"纖維復(fù)合物"指的是由嵌入基質(zhì)材料和/或用基質(zhì)材 料浸漬的絲狀或纖維材料構(gòu)成的復(fù)合物。
[0086] 本文所用"聚合物絲狀復(fù)合物"或"聚合物纖維復(fù)合物"指的是這樣一種絲狀或纖 維復(fù)合物，其中，嵌有絲狀或纖維材料的基質(zhì)和/或浸漬了絲狀或纖維材料的基質(zhì)包含聚 合物。
[0087]目前優(yōu)選用于制造本發(fā)明的穹頂?shù)膹?fù)合物是聚合物纖維復(fù)合物，目前優(yōu)選用于對(duì) 本發(fā)明的壓力容器的中心部分進(jìn)行環(huán)包覆的復(fù)合物是聚合物絲狀復(fù)合物。聚合物基質(zhì)可以 是已知的或者發(fā)現(xiàn)具有與用于高應(yīng)力環(huán)境（例如本發(fā)明的壓力容器）相適應(yīng)的性質(zhì)的任意 聚合物。
[0088] 雖然熱塑性聚合物、熱塑性彈性體、熱固性聚合物及其組合可用作用于制備本發(fā) 明的穹頂?shù)膹?fù)合物的基質(zhì)聚合物，但是目前優(yōu)選的是熱固性聚合物，其能夠展現(xiàn)出比其他 類(lèi)型的聚合物明顯更好的機(jī)械性質(zhì)、耐化學(xué)性、熱穩(wěn)定性和總體耐用性。
[0089] 大多數(shù)熱固性塑料或樹(shù)脂的一個(gè)特別優(yōu)勢(shì)是它們的前體單體或預(yù)聚物通常趨于 在環(huán)境條件的壓力和溫度下具有較低的粘度，并因此可非常容易地引入纖維或絲中，或者 與它們結(jié)合。
[0090] 熱固性聚合物的另一優(yōu)勢(shì)是它們通?？傻葴氐剡M(jìn)行化學(xué)固化，即在與將它們與纖 維/絲結(jié)合相同的溫度（可以是室溫）下進(jìn)行化學(xué)固化。
[0091] 合適的熱塑性聚合物包括，但不限于：環(huán)氧樹(shù)脂聚合物、聚酯聚合物、乙烯基酯聚 合物、聚酰亞胺聚合物、二環(huán)戊二烯（DCPD)聚合物及其組合。
[0092] 目前優(yōu)選的是二環(huán)戊二烯聚合物。如本文所使用，"二環(huán)戊二烯聚合物"指主要包 括即包括大于或等于85%二環(huán)戊二烯單體的聚合物。單體含量的其余部分則可以包括其它 反應(yīng)性乙烯單體。
[0093] 目前還優(yōu)選的是在用于制造本發(fā)明的穹頂?shù)念A(yù)聚物制劑中的二環(huán)戊二烯的純度 為至少92%,目前優(yōu)選的為至少98%。
[0094] 本文所用"預(yù)聚物制劑"這樣一種摻混物，其包括固化前的至少92%純二環(huán)戊二烯 與一種或多種反應(yīng)性乙烯單體、聚合引發(fā)劑或固化劑再加上任意其他所需的添加劑的摻混 物。
[0095] 如本文所使用，反應(yīng)性乙烯單體指小分子，其包含至少一乙烯鍵（-C = C-)、能在 本文所述的用于DCPD聚合的優(yōu)選條件下與DCPD反應(yīng)且在DCPD預(yù)聚物配方的所需工作溫 度下是可流動(dòng)的液體。即，將選定數(shù)量的反應(yīng)性乙烯單體與Dcro共混，得到預(yù)聚物配方，在 選定的制造溫度下，該預(yù)聚物配方比純Dcro粘度更小。因此，更適合沉積在模具中以形成 本發(fā)明的穹頂。
[0096] 通常來(lái)說(shuō)，任意類(lèi)型的絲狀材料可用于產(chǎn)生本發(fā)明的聚合物復(fù)合物。此類(lèi)材料包 括但不限于，天然（絲綢、麻、亞麻等）、金屬、陶瓷、玄武巖和合成聚合物纖維和纖絲。
[0097] 目前優(yōu)選的材料包括玻璃纖維，通常稱(chēng)作纖維玻璃、碳纖維、芳族聚酰胺纖維， 最著名的是商品名Kevlar?,以及超高分子量聚乙烯，例如Spectrak (霍尼韋爾公司 (Honeywell Corporation))和Dyneeva'* (皇家 DSM N.V 公司）。
[0098] 可以用本領(lǐng)域已知的任意技術(shù)來(lái)制造本發(fā)明的聚合物復(fù)合物穹頂。具體地，對(duì)于 二環(huán)戊二烯樹(shù)脂，反應(yīng)注射成型（RM)是目前優(yōu)選的一種制造技術(shù)。
[0099] "環(huán)包覆"指以圓周方式繞著容器內(nèi)襯卷繞絲狀材料。本發(fā)明的壓力容器的圓柱形 中心部分被環(huán)包覆，以增加中心部分的強(qiáng)度，以耐受正常使用條件下容器中的壓縮流體所 施加的壓力。
[0100] 如圖1示意性所示是包括復(fù)合物穹頂和金屬中心部分的壓力容器。壓力容器包括 拉長(zhǎng)的、圓柱形中心部分1和聚合物復(fù)合物穹頂5。圓柱形中心部分1是由金屬，例如但不限 于，不銹鋼、碳鋼、鐵或鋁制造的，而穹頂5是由上文所述的復(fù)合物制造的。圓柱形中心部分 1的壁15的厚度10使得其不能夠耐受在正常使用時(shí)，壓力容器中所含壓縮流體所施加的內(nèi) 部壓力。為此，向金屬中心部分施加絲狀復(fù)合物外包覆，以提供所需的強(qiáng)度。所需的強(qiáng)度是 根據(jù)美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)（ASME)、挪威船級(jí)社（DNV)、美國(guó)商務(wù)標(biāo)準(zhǔn)（ABS)以及國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化 組織（ISO)所提出的標(biāo)準(zhǔn)確定的。通常來(lái)說(shuō)，這些組織提供的是含一定壓力下的流體的容 器所允許耐受的特定應(yīng)力極限。取決于用于制造壓力容器的材料（出于本發(fā)明的目的，是 金屬、復(fù)合物外包覆和復(fù)合物穹頂），本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠容易地確定金屬以及外包覆和復(fù) 合物穹頂材料的厚度。另一方面，穹頂5的壁13的厚度20足以耐受在正常使用時(shí)，壓力容 器中所含壓縮流體所施加的內(nèi)部壓力。雖然如圖2所示的圓柱形中心部分1的壁15的厚 度10和穹頂5的壁13的厚度20表明這兩者的厚度是相同的，但是這并不是通常的情況， 特別是對(duì)于基于II型的壓力容器，并且附圖并不旨在也不應(yīng)該理解成表示該情況。通常來(lái) 說(shuō)，厚度20會(huì)顯著大于厚度10。在圖1中，顯示利用扣件9,通過(guò)凸緣11和13將復(fù)合物穹 頂與金屬中心部分相連。這在圖3中更詳細(xì)的顯示。圖1和3顯示了一種可以連接穹頂和 中心部分的方式，但是這并不以任意方式表示限制并且也不應(yīng)如此理解。在說(shuō)明書(shū)以及附 圖2和4中描述了連接穹頂和中心部分的其他方式。
[0101] 在正常使用時(shí)會(huì)與容器中的加壓流體發(fā)生接觸的穹頂5的表面可包括滲透阻隔 層25,該層包含對(duì)于容器中所含特定流體是不可透過(guò)且惰性的材料。此類(lèi)材料包括但不限 于，金屬、陶瓷和聚合物?？梢允褂玫木酆衔锇ň垡蚁┖投h(huán)戊二烯聚合物，但是本領(lǐng)域 技術(shù)人員也能容易地辨識(shí)其它聚合物。
[0102] 如圖2所示，可以將本發(fā)明的復(fù)合物穹頂與圓柱形金屬中心部分相連。在圖2中， 穹頂5由穹頂形部分18和圓柱形基底擴(kuò)大部分22構(gòu)成?；讛U(kuò)大部分22具有外直徑27， 該外直徑27允許使得其插入到中心部分1中，如圖所示。基底擴(kuò)大部分22的外表面32包 括圓周半圓形槽30,中心部分1的內(nèi)表面35包括互補(bǔ)的圓周半圓形槽40。將基底擴(kuò)大部 分22插入到中心部分1中，直至兩個(gè)表面中的半圓形槽對(duì)齊，形成圓周的圓形截面腔?；?底擴(kuò)大部分22的外表面32或者中心部分1的內(nèi)表面含有額外的槽45,其可以是任選的形 狀。在附圖中，槽45顯示位于基底擴(kuò)大部分22的外表面32中。在將基底擴(kuò)大部分22插 入到中心部分1中之前，將密封物放置在槽45中，從而完全地密封穹頂5與中心部分1的 相交處。在圖2中未示出密封物。
[0103] 本文所用"密封物"指的是會(huì)有效地將兩種環(huán)境相互隔離的材料。在壓力容器的 情況下，將外部環(huán)境與容器中所含的加壓流體隔離。密封物是由撓性且對(duì)于要在容器中運(yùn) 輸?shù)牧黧w是不可透過(guò)和惰性的材料制造的。此類(lèi)材料包括但不限于，氟橡膠（Viton)、BUNA、 硅、特氟龍（Teflon)、不銹鋼和其他材料。
[0104] 中心部分1的壁50還包括內(nèi)腔55,其從外表面60到半圓形槽40穿過(guò)厚度10,使 得內(nèi)腔截?cái)喈?dāng)槽30和40對(duì)齊時(shí)形成的半圓形截面腔70。一旦槽對(duì)齊，將撓性金屬絲80插 入內(nèi)腔55中，并前進(jìn)進(jìn)入到圓形截面腔70中，直至其完全繞著腔70穿過(guò)。絲的厚度防止 其在正常使用壓力容器時(shí)，在所含流體產(chǎn)生的壓力下發(fā)生剪切斷。
[0105] 將本發(fā)明的壓力容器的復(fù)合物穹頂與圓柱形金屬中心部分相連的一種替代方法 包括使得穹頂150在圓形截面基底105處形成凸緣100。也為圓柱形中心部分190提供了 凸緣125。為凸緣100和凸緣125提供多個(gè)通孔115和110。中心部分190的近表面130 還在其中形成了槽120。將密封物（未示出）插入槽120中，并將凸緣100與凸緣125毗鄰 放置，密封物使得容器的內(nèi)部部分與外部完全隔離。然后使用插入通孔110和115中的扣 件來(lái)連接凸緣。在一個(gè)目前優(yōu)選的實(shí)施方式中，扣件包括螺母和螺栓組件，這是本領(lǐng)域技術(shù) 人員眾所周知的。復(fù)合物穹頂5150還在其可能與壓力容器內(nèi)所含的流體接觸的所有表面 上包括不可滲透的阻隔層140。
[0106] 如圖4所示是將復(fù)合物穹頂與金屬中心部分相連的另一個(gè)方法。在圖4中，形成 的穹頂155具有凸緣200。凸緣200具有逐漸變細(xì)的表面205。圓柱形中心部分195具有 凸緣220,其在表面210中具有槽225。環(huán)形環(huán)230也具有逐漸變細(xì)的表面即表面235,其與 表面205相反地逐漸變細(xì)，使得當(dāng)逐漸變細(xì)的表面相互毗鄰時(shí)，環(huán)形環(huán)230的下表面240與 凸緣220的上表面210毗鄰。為了組裝壓力容器，將密封物置于槽225中，并且將穹頂155 的凸緣200與中心部分195的凸緣220毗鄰放置。然后將環(huán)形環(huán)230放在穹頂155上，直 至表面240與凸緣220的表面210毗鄰，并且逐漸變細(xì)的表面235與逐漸變細(xì)的表面205 毗鄰。然后可以將凸緣220的表面210與環(huán)形環(huán)230的表面240焊接。作為替代，環(huán)形環(huán) 230可以含有多個(gè)通孔250,并且凸緣220可以含有多個(gè)通孔260,其中，當(dāng)表面210與表面 240毗鄰放置時(shí)，通孔對(duì)齊。然后可以通過(guò)扣件裝置的方式將環(huán)形環(huán)230與凸緣220固定， 所述扣件裝置包括但不限于使用通孔的螺母和螺栓組件。
[0107] 如果希望的話，可以省略通孔250和260,如果還希望不將環(huán)形環(huán)230與凸緣220 焊接的話，可以通過(guò)繞著環(huán)形環(huán)230的圓周設(shè)置的多個(gè)C型夾的方式將環(huán)形環(huán)230與凸緣 220固定。
[0108] 如同之前的那樣，穹頂155還可在其可能與壓力容器內(nèi)所含的流體接觸的所有表 面上包括不可滲透且惰性的阻隔層270。
[0109] 本發(fā)明的含復(fù)合物凸起部的壓力容器的一個(gè)目前優(yōu)選的用途是用于裝納和傳輸 天然氣，通常稱(chēng)作"壓縮天然氣"或者簡(jiǎn)稱(chēng)為"CNG"。
[0110] 可同時(shí)作為純凈氣體和"原料氣"，在本發(fā)明的容器中容納和運(yùn)輸CNG。原料氣體 指的是支架來(lái)自油井且未經(jīng)過(guò)加工的天然氣。當(dāng)然，原料氣含有天然氣（甲烷）本身，但 是還可包含有液體，例如冷凝物、天然汽油和液化石油氣。還可存在水，以及還可存在其它 氣體，其為氣態(tài)或溶于水中，例如氮?dú)狻⒍趸己土蚧瘹?。它們中的部分可能其自身是?應(yīng)性的，或者當(dāng)溶于水中可能是反應(yīng)性的，例如二氧化碳和硫化氫，當(dāng)它們?nèi)苡谒袝r(shí)產(chǎn)生 酸。此類(lèi)酸對(duì)于構(gòu)成本發(fā)明的壓力容器的中心部分的金屬可能是有害的。在此類(lèi)情況下，可 以通過(guò)施涂一層惰性材料層來(lái)保護(hù)與原料氣體接觸的中心部分的內(nèi)表面。惰性材料可以包 括但不限于，環(huán)氧化物聚合物或者Dcro聚合物。當(dāng)然，當(dāng)運(yùn)輸除了原料氣體之外的流體時(shí)， 金屬中心部分的內(nèi)表面可以包括保護(hù)層，并且確定此類(lèi)保護(hù)層是否是需要的或者至少會(huì)是 有益的是本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知常識(shí)。
[0111] 因此，上面完全通過(guò)舉例的方式已經(jīng)描述了本發(fā)明?？蓪?duì)本發(fā)明做出細(xì)節(jié)改進(jìn)，這 落在所附權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)。本文所述的壓力容器可運(yùn)載各種氣體，例如直接來(lái)自鉆井 的原料氣體，包括原料天然氣，例如當(dāng)壓縮時(shí)，原料CNG或者RCNG，或者H 2或C02，或者加工 的天然氣（甲烷），或者原料或部分加工的天然氣，例如C02允許最高至14摩爾％，H 2S允許 最高至lOOOppm，或者H2和C02氣體雜質(zhì)，或者其他雜質(zhì)或腐蝕性物質(zhì)。但是，優(yōu)選的用途是 CNG運(yùn)輸，原料CNG、部分加工的CNG或者干凈的CNG加工成標(biāo)準(zhǔn)可運(yùn)輸至終端用戶，例如商 用、工業(yè)用或民用。
[0112] CNG可以以各種混合物比例包括各種潛在的組分部分，部分是它們的氣相，其他是 液相，或者兩者的混合。那些組分部分通常包括下述化合物中的一種或更多種：c 2h6、c3h8、 c4h1q、c5h12、c6h 14、c7h16、c8h18、c 9+烴、co2和h2s，以及潛在的液相甲苯、柴油和辛燒，和其它雜 質(zhì)/物質(zhì)。
[0113] 本發(fā)明的這些和其他特征可獨(dú)立或結(jié)合使用，這落在權(quán)利要求和/或本發(fā)明的范 圍內(nèi)。
[0114] 上面完全通過(guò)舉例的方式已經(jīng)描述了本發(fā)明。許多其他替代實(shí)施方式對(duì)于本領(lǐng)域 技術(shù)人員是已知的，這落在所附權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種壓力容器，其包括： 拉長(zhǎng)的、金屬空心圓柱形中心部分，所述拉長(zhǎng)的、金屬空心圓柱形中心部分具有近端、 遠(yuǎn)端和壁，所述壁的厚度不足以耐受當(dāng)使用壓力容器時(shí)產(chǎn)生的預(yù)期內(nèi)部壓力；以及 復(fù)合物穹頂，所述復(fù)合物穹頂具有頂點(diǎn)、圓形截面基底和壁，所述壁具有內(nèi)表面和外表 面，并且所述壁的厚度足以耐受當(dāng)使用壓力容器時(shí)產(chǎn)生的預(yù)期內(nèi)部壓力，其中： 所述復(fù)合物穹頂?shù)膱A形截面基底與圓柱形中心部分的近端相連；以及 用絲狀復(fù)合物環(huán)包覆圓柱形中心部分。
2. 如權(quán)利要求1所述的壓力容器，其特征在于，絲狀復(fù)合物包括選自下組的絲狀材料： 玻璃絲、碳絲、芳香族聚酰胺絲、超高分子量聚乙烯及其組合。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的壓力容器，其特征在于，絲狀復(fù)合物包含聚合物基質(zhì)。
4. 如權(quán)利要求3所述的壓力容器，其特征在于，所述聚合物基質(zhì)包括二環(huán)戊二烯聚合 物制劑。
5. 如權(quán)利要求4所述的壓力容器，其特征在于，所述二環(huán)戊二烯聚合物制劑包含至少 92 %純的二環(huán)戊二烯。
6. 如權(quán)利要求1所述的壓力容器，其特征在于，復(fù)合物穹頂在壁的內(nèi)表面上還包括滲 透阻隔層。
7. 如權(quán)利要求1所述的壓力容器，所述壓力容器還包括第二復(fù)合物穹頂，所述第二復(fù) 合物穹頂具有頂點(diǎn)、圓形截面基底和壁，所述壁具有內(nèi)表面和外表面，并且所述壁的厚度足 以耐受當(dāng)使用壓力容器時(shí)產(chǎn)生的預(yù)期內(nèi)部壓力，其中所述第二復(fù)合物穹頂?shù)膱A形截面基底 與圓柱形中心部分的遠(yuǎn)端相連。
8. 如權(quán)利要求7所述的壓力容器，其特征在于，復(fù)合物穹頂在壁的內(nèi)表面上還包括滲 透阻隔層。
9. 一種制造壓力容器的方法，其包括： 提供拉長(zhǎng)的、金屬空心圓柱形中心部分，所述拉長(zhǎng)的、金屬空心圓柱形中心部分具有近 端、遠(yuǎn)端和壁，所述壁的厚度不足以耐受當(dāng)使用壓力容器時(shí)產(chǎn)生的預(yù)期內(nèi)部壓力； 提供復(fù)合物穹頂，所述復(fù)合物穹頂具有被穹頂頂點(diǎn)限定的近端、被圓形截面基底限定 的遠(yuǎn)端和壁，所述壁具有內(nèi)表面和外表面，并且所述壁的厚度足以耐受當(dāng)使用壓力容器時(shí) 產(chǎn)生的預(yù)期內(nèi)部壓力； 將聚合物復(fù)合物穹頂?shù)膱A形截面基底與圓柱形中心部分的近端相連；以及 用絲狀復(fù)合物環(huán)包覆圓柱形中心部分。
10. 如權(quán)利要求9所述的壓力容器，其特征在于，絲狀復(fù)合物包括選自下組的絲狀材 料：玻璃絲、碳絲、芳香族聚酰胺絲、超高分子量聚乙烯及其組合。
11. 如權(quán)利要求9或10所述的壓力容器，其特征在于，絲狀復(fù)合物包含聚合物基質(zhì)。
12. 如權(quán)利要求11所述的壓力容器，其特征在于，所述聚合物基質(zhì)包括二環(huán)戊二烯聚 合物制劑。
13. 如權(quán)利要求12所述的壓力容器，其特征在于，所述二環(huán)戊二烯聚合物制劑包含至 少92 %純的二環(huán)戊二烯。
14. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，將圓形截面基底與圓柱形中心部分的近端 相連包括： 形成復(fù)合物穹頂，該復(fù)合物穹頂具有被圓形截面基底終止的圓柱形基底擴(kuò)大部分，其 中： 圓柱形基底擴(kuò)大部分具有外直徑，該外直徑允許將其插入到空心圓柱形中心部分中； 沿圓周繞著圓柱形基底擴(kuò)大部分的外表面形成半圓形槽，該槽具有預(yù)先選定的直徑； 沿圓周繞著圓柱形中心部分的內(nèi)表面形成半圓形槽，該槽具有與圓柱形基底擴(kuò)大部分 的槽相同的直徑； 沿圓周繞著圓柱形基底擴(kuò)大部分的外表面或者圓柱形中心部分的內(nèi)表面中的一個(gè)形 成額外的槽，所述槽設(shè)置在該表面中的半圓形槽和圓形截面基底或圓柱形中心部分的近端 之間； 在所述額外的槽中插入密封物； 將圓柱形基底擴(kuò)大部分插入圓柱形中心部分的近端中，直至半圓形槽對(duì)齊以形成圓形 截面圓周腔； 形成從圓柱形中心部分的外表面延伸的圓形截面內(nèi)腔，直至其與圓周腔相交，內(nèi)腔的 直徑與所述腔的直徑基本相同； 將直徑逐漸小于內(nèi)腔和腔的直徑的撓性絲通過(guò)內(nèi)腔插入并進(jìn)入腔中；以及 通過(guò)腔推進(jìn)絲，直至其基本穿過(guò)腔的整個(gè)圓周。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述密封物選自下組：0型密封圈、唇形密 封物、杯型密封物、V型密封物、孔型密封物和面密封物。
16. 如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述撓性絲選自：鋼、鈦、鋁和鎳基合金。
17. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，將復(fù)合物穹頂與圓柱形金屬管相連的方法 包括： 形成具有穹頂凸緣的復(fù)合物穹頂，所述穹頂凸緣從圓形截面基底向外圓周地延伸，所 述凸緣具有繞著凸緣圓周設(shè)置的多個(gè)通孔； 形成具有中心部分凸緣的圓柱形中心部分，所述中心部分凸緣從圓柱形中心部分的近 端向外圓周地延伸，所述中心部分凸緣包括繞著凸緣圓周設(shè)置的多個(gè)通孔；其中： 穹頂凸緣包括表面，該表面可以與中心部分凸緣的表面毗鄰放置；以及 當(dāng)凸緣毗鄰時(shí)，通孔對(duì)齊； 在中心部分的近端中形成圓周腔，該腔設(shè)置在中心部分厚度內(nèi)； 在圓周腔中插入密封物； 將穹頂凸緣與中心部分凸緣毗鄰放置，使得穹頂凸緣中的通孔與中心部分凸緣的那些 通孔對(duì)齊；以及 用穿過(guò)對(duì)齊的通孔設(shè)置的扣件將穹頂凸緣與中心部分凸緣相連。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述扣件包括螺母和螺栓組件。
19. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，將復(fù)合物穹頂與圓柱形金屬管相連的方法 包括： 形成具有穹頂凸緣的復(fù)合物穹頂，所述穹頂凸緣從圓形截面基底圓周地向外延伸，所 述穹頂凸緣具有遠(yuǎn)表面和近表面，所述遠(yuǎn)表面平行于穹頂基底，所述近表面從穹頂外表面 處的凸緣起點(diǎn)向凸緣的外邊緣逐漸變細(xì)； 形成具有中心部分凸緣的圓柱形中心部分，所述中心部分凸緣從圓柱形中心部分的近 端圓周地向外延伸并與其平行，其中，所述中心部分凸緣長(zhǎng)于穹頂凸緣； 在穹頂凸緣或中心部分凸緣中形成圓周腔； 在腔中插入密封物； 將穹頂凸緣與中心部分凸緣毗鄰放置； 提供具有截面的單獨(dú)的金屬環(huán)形環(huán)，所述截面具有近表面、下表面和上表面，所述近表 面與穹頂凸緣表面中的錐形相反地逐漸變細(xì)，并且長(zhǎng)度與穹頂凸緣中的近表面錐形基本相 同，所述下表面從逐漸變細(xì)的表面開(kāi)始平行于中心部分凸緣表面的點(diǎn)開(kāi)始向外延伸，所述 上表面從逐漸變細(xì)的表面結(jié)束平行于下凸緣表面的點(diǎn)開(kāi)始向外延伸； 將穹頂凸緣與中心部分凸緣毗鄰放置； 將金屬環(huán)形環(huán)放置在穹頂上，使得其下表面與中心部分凸緣表面毗鄰，并且其逐漸變 細(xì)的表面與穹頂凸緣逐漸變細(xì)的表面毗鄰；以及 將環(huán)形環(huán)與中心部分凸緣相連。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，將環(huán)形環(huán)與中心部分凸緣相連包括將兩 者焊接在一起。
21. 如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，將環(huán)形環(huán)與中心部分凸緣相連包括在環(huán) 形環(huán)和中心部分凸緣中形成通孔，其中當(dāng)環(huán)形環(huán)與中心部分凸緣毗鄰時(shí)，通孔對(duì)齊，并使用 插入到通孔中的扣件將環(huán)形環(huán)與中心部分凸緣相連。
22. 如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述扣件包括螺母和螺栓組件。
23. 如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，將環(huán)形環(huán)與中心部分凸緣相連包括使用 多個(gè)C型夾。
24. 如權(quán)利要求1所述的壓力容器，其特征在于，所述復(fù)合物穹頂包括嵌入聚合物基質(zhì) 中的纖維材料。
25. 如權(quán)利要求24所述的壓力容器，其特征在于，所述纖維材料選自下組：玻璃纖維、 碳纖維、芳香族聚酰胺纖維、超高分子量聚乙烯纖維及其組合。
26. 如權(quán)利要求25所述的壓力容器，其特征在于，所述聚合物基質(zhì)包括二環(huán)戊二烯聚 合物制劑。
27. 如權(quán)利要求26所述的壓力容器，其特征在于，所述二環(huán)戊二烯聚合物制劑包含至 少92 %純的二環(huán)戊二烯。
【文檔編號(hào)】F17C1/16GK104254728SQ201180076336
【公開(kāi)日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2011年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月5日
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