CN104254730A - 干燥纤维包覆的压力容器 - Google Patents

干燥纤维包覆的压力容器 Download PDF

Info

Publication number
CN104254730A
CN104254730A CN201180076340.7A CN201180076340A CN104254730A CN 104254730 A CN104254730 A CN 104254730A CN 201180076340 A CN201180076340 A CN 201180076340A CN 104254730 A CN104254730 A CN 104254730A
Authority
CN
China
Prior art keywords
container
coated
pressurized
center part
pressurized container
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201180076340.7A
Other languages
English (en)
Inventor
F·内蒂斯
B·斯班赛
Z·斯班赛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Blue Wave Co SA
Original Assignee
Blue Wave Co SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Blue Wave Co SA filed Critical Blue Wave Co SA
Publication of CN104254730A publication Critical patent/CN104254730A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C1/00—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge
    • F17C1/02—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge involving reinforcing arrangements
    • F17C1/04—Protecting sheathings
    • F17C1/06—Protecting sheathings built-up from wound-on bands or filamentary material, e.g. wires
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C1/00—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge
    • F17C1/16—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge constructed of plastics materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
    • F17C2201/01—Shape
    • F17C2201/0104—Shape cylindrical
    • F17C2201/0109—Shape cylindrical with exteriorly curved end-piece
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
    • F17C2201/01—Shape
    • F17C2201/0104—Shape cylindrical
    • F17C2201/0119—Shape cylindrical with flat end-piece
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
    • F17C2201/01—Shape
    • F17C2201/0128—Shape spherical or elliptical
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
    • F17C2201/01—Shape
    • F17C2201/0133—Shape toroidal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
    • F17C2201/05—Size
    • F17C2201/052—Size large (>1000 m3)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
    • F17C2201/05—Size
    • F17C2201/054—Size medium (>1 m3)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0602—Wall structures; Special features thereof
    • F17C2203/0604—Liners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0602—Wall structures; Special features thereof
    • F17C2203/0607—Coatings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0602—Wall structures; Special features thereof
    • F17C2203/0612—Wall structures
    • F17C2203/0614—Single wall
    • F17C2203/0617—Single wall with one layer
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0602—Wall structures; Special features thereof
    • F17C2203/0612—Wall structures
    • F17C2203/0614—Single wall
    • F17C2203/0619—Single wall with two layers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0602—Wall structures; Special features thereof
    • F17C2203/0612—Wall structures
    • F17C2203/0614—Single wall
    • F17C2203/0621—Single wall with three layers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0602—Wall structures; Special features thereof
    • F17C2203/0612—Wall structures
    • F17C2203/0626—Multiple walls
    • F17C2203/0631—Three or more walls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0634—Materials for walls or layers thereof
    • F17C2203/0636—Metals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0634—Materials for walls or layers thereof
    • F17C2203/0658—Synthetics
    • F17C2203/0663—Synthetics in form of fibers or filaments
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0634—Materials for walls or layers thereof
    • F17C2203/0658—Synthetics
    • F17C2203/0675—Synthetics with details of composition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2209/00—Vessel construction, in particular methods of manufacturing
    • F17C2209/21—Shaping processes
    • F17C2209/2154—Winding
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/03—Mixtures
    • F17C2221/032—Hydrocarbons
    • F17C2221/033—Methane, e.g. natural gas, CNG, LNG, GNL, GNC, PLNG
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/01—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the phase
    • F17C2223/0107—Single phase
    • F17C2223/0123—Single phase gaseous, e.g. CNG, GNC
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/03—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the pressure level
    • F17C2223/036—Very high pressure (>80 bar)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2260/00—Purposes of gas storage and gas handling
    • F17C2260/01—Improving mechanical properties or manufacturing
    • F17C2260/012—Reducing weight
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/01—Applications for fluid transport or storage
    • F17C2270/0102—Applications for fluid transport or storage on or in the water
    • F17C2270/0105—Ships

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Spinning Methods And Devices For Manufacturing Artificial Fibers (AREA)

Abstract

本发明涉及压力容器，其中，通过干燥丝状外包覆提供了在预期操作压力下耐受由所含流体施加的压力所必需的强度。

Description

干燥纤维包覆的压力容器
技术领域
本发明涉及用丝状材料干燥包覆的压力容器，所述丝状材料为容器提供了强度以耐受容器中所含的压缩流体所施加的压力。
背景
燃烧石化燃料对环境的有害影响日益受到关注，并引起了对可替代能源的极大兴趣。虽然通过太阳、风、核、地热和其它能源已取得了一些进展，但非常清楚的是，可广泛使用的经济可替代能源特别对于使用高能量的应用而言是难以实现的目标。同时，预计石化燃料将在可预计的将来主导能源市场。在石化燃料中，天然气的燃烧最清洁，因此是能源生产的清楚选择。因此，在进行一项运动以尽可能的用天然气补充或取代其它石化燃料例如煤和石油，因为全世界变得更加清楚燃烧石化燃料对环境的影响。不幸的是，大多数的世界天然气气藏都存在于这个星球上偏僻且难以进入的区域。地形和地缘政治因素使可靠地和经济地从这些区域提取天然气变得极端困难。已经评估了使用管线(pipeline)和陆上运输，在某些情况下进行了尝试，但是发现在经济性和可靠性方面并非是最佳的。有趣的是，地球的大部分的偏僻天然气储存的位置较接近海洋和易于进入海洋的其它水域。因此，从这些偏僻的位置海运天然气似乎是一个显而易见的解决方案。海运天然气的问题主要在于经济性。远洋行驶的容器能够装载仅仅这么多的载货重量，而海运成本反映了这个事实，要计算的运输总重量的成本，即产品的重量加上其中运输了产品的集装箱船的重量。如果相比于装运容器的自重，产品的净重低，则每单位质量的产品的运输成本变得非常昂贵。这对于压缩流体的运输是特别正确的，常规地，在钢瓶中运输压缩流体，钢瓶相对于所含流体的重量是极重的。由于III型和IV型压力容器的出现，已经稍微改善了该问题。III型压力容器是由较薄金属内衬构成的，该较薄金属内衬卷绕有丝状复合材料包裹，这产生了具有钢容器强度的容器，并明显节约了总容器重量。IV型压力容器包括聚合内衬，类似地用丝状复合材料包裹该聚合物内衬。IV型压力容器是所有目前批准的压力容器中最轻的。使用III型和IV型容器，再加上将这些容器造得非常大的趋势－目前制造的圆柱状容器的长度为18米并且直径为2.5-3米，并考虑制造的容器的长度大于或等于30米并且直径大于或等于6米-使优化压缩流体的海洋运输的经济性迈出了一大步。
需要的是更轻的压力容器，特别是更轻的复合材料包覆型的压力容器，即现有的II型、III型和IV型容器，以及未来开发的采用复合材料包覆来为容器提供耐受压缩流体的压力所需强度的任意类型的容器。本发明提供了此类更轻的压力容器。
发明内容
因此，本发明的一个方面涉及压力容器，该压力容器包括设置在容器表面上的干燥丝状材料。
在本发明的一个方面，容器具有球形、扁球形或者环形形状。
在本发明的一个方面，容器是由强度不足以耐受容器中所含的压缩流体所施加的预期压力的金属、陶瓷或复合材料制造的。
在本发明的一个方面，干燥丝状材料设置在压力容器的整个表面上。
在本发明的一个方面，压力容器包括圆柱形中心部分以及一个或两个穹顶形端部。
在本发明的一个方面，圆柱形中心部分是由强度不足以耐受容器中所含的压缩流体所施加的预期压力的金属制造的，而穹顶形端部是由强度足以耐受压缩流体所施加的预期压力的金属或复合材料制造的。
在本发明的一个方面，干燥丝状材料仅环包覆在圆柱形中心部分上。
在本发明的一个方面，圆柱形中心部分是由强度不足以耐受容器中所含的压缩流体所施加的预期压力的金属制造的，而穹顶形端部是由类似的强度不足以耐受容器中所含的压缩流体所施加的预期压力的金属或复合材料制造的。
在本发明的一个方面，将干燥丝状材料环包覆在圆柱形中心部分上或者环包覆且等张力包覆在圆柱形中心部分上并且等张力包覆在穹顶形端部上。
在本发明的一个方面，圆柱形中心部分和穹顶形端部是由强度不足以耐受容器中所含的压缩流体所施加的预期压力的复合材料制造的。
在本发明的一个方面，将干燥丝状材料环包覆在圆柱形中心部分上或者环包覆且等张力包覆在圆柱形中心部分上并且等张力包覆在穹顶形端部上。
在本发明的一个方面，干燥丝状材料选自下组：玻璃纤丝、碳纤丝、芳香族聚酰胺纤丝和高密度聚乙烯纤丝。
在本发明的一个方面，用保护层覆盖设置在容器上的干燥丝状材料。
在本发明的一个方面，保护层包含不会可察觉地渗透或者浸渍干燥纤维材料的聚合物。
在本发明的一个方面，聚合物选自：二环戊二烯聚合物、聚氨酯脲聚合物和环氧化物聚合物。
在本发明的一个方面，聚合物设置在干燥丝状材料上，设置的厚度为2-6mm。
在本发明的一个方面，保护层选自：塑料带、布料带和金属带。
在本发明的一个方面，保护层包括金属薄片。
发明详述
附图简要说明
提供这些图片只用于说明性目的，且无意于也不应该构成以任何方式限制本发明。
图1显示了各种压力容器的等角投影。
图1A显示了球形压力容器。
图1B显示了扁球形(有时称作“近球状”)压力容器。
图1C显示了环形压力容器。
图1D显示了具有圆柱形中心部分和一个穹顶形端部的压力容器。
图1E显示了具有圆柱形中心部分和两个穹顶形端部的压力容器。
图2是圆柱形压力容器内衬的示意图。
讨论
应理解的是，对于本说明书和所附权利要求书，涉及本发明的任意方面的单数形式包括复数，反之亦然，除非另有明确说明或者从上下文毫无疑义地明确得到。例如，涉及一个“穹顶”构造成涉及一个穹顶或两个穹顶，而涉及“多个穹顶”构成成涉及一个穹顶以及两个穹顶。
本文所用的任意近似术语，例如但不限于，接近、约、约为、基本上、主要、略微等，表示通过近似术语修饰的词或短语不必须精确地是书写的值，但是可以相对该书写值发生一定程度的变化。其变化程度将取决于会产生的变化有多大，并且本领域技术人员意识到修饰的版本仍具有未被近似的术语修饰的词或短语所具有的性质、特性和能力。通常来说，但考虑到前面的讨论，本文通过近似的术语修饰的数值可相对于所列出的值变化±10％，除非另有明确说明。
特别地，当用术语“可察觉”来描述本发明的干燥丝状材料包覆被聚合保护层渗透或浸渍时，指的是如下事实：虽然聚合保护层的聚合物可能以非常轻微的程度渗透进入本发明的干燥丝状材料外包覆的表面中，但是该渗透不足以以任何可检测的方式改变干燥丝状外包覆的物理性质或者使得干燥丝状外包覆转变成复合材料外包覆。
如本文所用，“优选”、“优选地”或者“更优选”等指当提交本专利申请时它们的存在是优选的。
本文所用“流体”指的是气体、液体或者气体和液体的混合物。例如，当天然气从地下提取出来并运输到加工中心时通常是气体和液体污染物的混合物，但不限于此。出于本发明的目的，此类混合物会构成流体。
本文所用“包覆”或者“外包覆”指绕着构建体缠绕丝状材料，所述构建体可以是圆柱的、网格球顶的(geodesic)、环形的、球形的、扁球形的等，但不限于此，如图1所示。丝状材料以干燥的状态绕在构建体上，即作为干燥丝状材料。
如本文所使用，“聚合物复合材料”具有对本领域技术人员所认为的意思。简单来说，其指的是被聚合物基质材料浸渍和/或包裹的纤维或丝状材料。
用于运输压缩流体(如压缩天然气CNG)的压力容器，目前包括管理机构批准的四种类型，它们全部是具有一个或两个穹顶形端部的圆柱体：
I型：全部由金属构成，通常是铝或钢的构建体。这类容器不贵，但相对于其它类别的容器是非常重的。整个容器的强度足以耐受所含的压缩流体施加到容器上的预期压力，因此不需要任意方式的强度增强的外包覆，包括本发明的干燥丝状外包覆。I型压力容器目前占据大部分的用于通过海上以船运送压缩流体的容器，它们在海运中的应用引发了非常紧的经济限制。
II型：由具有标准厚度金属端部穹顶和较薄的金属圆柱形中心部分构成，使得只有圆柱形的部分需要强化，目前是采用复合材料外包覆。复合材料包覆通常包括由用聚合物基质浸渍的玻璃或碳纤丝构成。复合材料通常是绕着容器中部的“环包裹”的。在正常使用下，容器的一端或两端的穹顶具有足够的强度以耐受容器中所建立的压力，且没有用复合材料进行包覆。在II型压力容器中，金属内衬携带约50％的应力，复合材料携带约50％的应力，该应力由所含的压缩流体的内部压力造成。II型容器比I型容器轻，但是倾向于更贵。
III型：由金属薄内衬构成，该金属薄内衬包括了整个结构，即圆柱形中心部分和端部穹顶。因此，目前用绕着整个容器包覆的丝状复合材料对内衬进行强化。III型容器中的应力几乎全部转移至复合材料包覆的丝状材料；内衬只需耐受小部分的应力。III型容器远轻于I型和II型容器，但是同样地，通常倾向于比I型和II型容器更贵。
IV型：由聚合物、基本气密的内衬构成，其同时包括圆柱形中心部分和一个或多个穹顶，它们目前全部用丝状复合材料完全包覆。复合材料包覆提供容器的全部强度。IV型容器目前是四种批准的压力容器类型中最轻的。
如上所述，II型、III型和IV型压力容器目前需要容器内衬上的复合材料外包覆，来为它们提供所必需的强度以耐受容器中所含的压缩流体所施加的与气压力。但是，已知的是，复合材料包覆的聚合物基质对于外包覆几乎没有或者没有增加强度。因此，本发明涉及以干燥的状态设置在压力容器内衬上的干燥丝状材料，并且其在压力容器的使用寿命中基本保持干燥的状态。“基本”处于干燥的状态考虑的是当使用时，特别是海洋运输压缩流体时，通过环境水分等会使得丝状材料不经意地变潮湿。也就是说，预期设置在容器上的干燥丝状材料是干燥的，并且当容器第一次投入使用时是干燥的。
本文所用“预期压力”指的是根据如下组织所提出的标准，在正常操作条件下，容器设计并构造以耐受的压力，所述组织是例如但不限于美国机械工程师协会(ASME)、挪威船级社(DNV)、美国商务标准(ABS)以及国际标准化组织(ISO)。这些组织建立了在正常操作条件和额外的安全因素条件下，压力容器的材料必须能够耐受的应力水平。例如，ASME设定了一个标准，对于压力容器在大于或等于容器标准操作压力下必须能够耐受的应力，该标准包括5的安全因子，但不限于此。这些安全因素可能对于不同的标准设定组织是变化的。例如，取决于制造压力容器的材料，DNV要求大于或等于3.5的安全因子。
在压力容器上设置干燥丝状材料的式样和方式与在容器上设置复合材料是相同的。也就是说，对于II型压力容器，外包覆以较直接的方式围绕在容器内衬上，这被本领域技术人员称作“环包覆”，这在本文其他地方有描述。在另一方面，对于III型和IV型压力容器，为了产生具有耐受所含压缩流体所施加的预期压力所必需的强度的容器，必须以所谓“等张力包覆”的方式包覆容器，有时作为环包覆的补充或者有时作为替代，这也是本领域技术人员已知的，并且在本文其他地方更详细的描述。当整个容器被本发明的干燥丝状材料包覆时，下方金属或聚合物结构通常被称作“内衬”，如上文关于各种类型的压力容器的描述中那样。内衬提供了表面，该表面上围绕干燥丝状材料并且是与所含的压缩流体直接接触的那个表面。
出于本说明书的目的，仅仅对形成具有穹顶形端部和圆柱形中心部分的压力容器内衬进行详细描述(出于简要的目的，下文将此类容器简称为“圆柱形压力容器”)。但是本发明的干燥丝状材料包覆可同样适用于球形、扁球形(近球形)或者环形压力容器。
一旦得到圆柱形压力容器，虽然这几乎不是一个平凡的工作，但是对干燥丝状材料进行设计和施加到内衬(包括端部穹顶)是一个熟知的过程，最终结果是完全被干燥丝状材料包覆的压力容器。简单来说，对于给定直径的压力容器内衬的圆柱形部分、给定的穹顶形状、给定的穹顶极(polar)开口直径和给定的丝状材料宽度，采用已知的算法(包括但不限于，网格分析、有限元分析及其组合)可以容易地确定围绕式样。采用这些数学公式实现了导致等张力包覆容器的围绕式样设计。术语“等张力”指的是完全围绕的容器的性质，其中包覆的各条纤丝在其路径中的所有点经受恒定的压力。这在目前被认为是纤丝围绕的压力容器的最佳设计，因为在该配置中，实际上由压缩流体所施加到容器上的所有应力被等张力设置的纤丝承担。
穹顶形状可以变化，并且高考但不限于2:1椭圆体、3:1椭圆体和网格球体。特征“2:1”和“3:1”指的是椭圆形的长轴与短轴的比例。目前优选的是网格球顶穹顶形状，因为其包括能服从各种极开口直径、各种圆柱形部分直径和各种纤维宽度的数值解的旋转面。该数值解进而实现了穹顶从压力容器的直径到极开口的曲率的渐进绘制。采用上文所述的算法，曲率知识进而实现最大强度(即等张力)的纤维包覆的设计并将其应用至容器。该压力容器展现最高压力负荷和最轻总体重量的最佳组合。
如图2所示的圆柱形压力容器内衬的示意图。压力容器内衬100由圆柱形部分112、穹顶130和135以及穹顶130和135中的极开口140和145构成。应注意的是，穹顶130和135不必都包括极开口，或者如果两者都具有极开口的话，它们是相同的尺寸也是不必的。“极开口”指的是穹顶中的孔，通常是圆形形状，其周界对于容器内衬100的中心线150是径向等距的，如图2所示。将凸起部(boss)安装到一个或多个极开口，所述凸起部可以是金属或者复合材料，用干燥丝状材料围绕内衬，然后可以将本领域技术人员已知的额外硬件与凸起部相连，用于从容器投递和去除流体。
应注意的是，在本说明书中，没有确切地陈述丝状干燥材料包覆的实际厚度或量。这是因为压力容器的各个部分的厚度以及包覆的量取决于容器的预期操作压力。压力当然是预先确定的，并且超过它们会导致压力容器的灾难性事故。一旦确定了容器的最大操作压力，和确定了用于制造容器的材料(不管它们是金属、聚合物、陶瓷、复合材料或者其他等)的物理性质，确定所需的厚度以及干燥丝状材料外包覆的量就是简单的工程原理的应用。由于可以显著地改变最大操作压力，因此出于本发明的目的，不必确切地陈述任意此类具体尺度。
通常来说，任意丝状材料可用于产生本发明的晶簇状(dru)丝状材料外包覆。此类材料包括但不限于，天然(丝绸、麻、亚麻等)、金属、陶瓷、玄武岩和合成聚合物纤维和纤丝。目前优选的材料包括玻璃纤维，通常称作纤维玻璃、碳纤维、芳族聚酰胺纤维，最著名的是商品名以及超高分子量聚乙烯，例如(霍尼韦尔公司(Honeywell Corporation))和(皇家DSM N.V公司)。丝状材料可以包括，例如但不限于，单股材料、多条单丝，其可以保留为一束分开的丝或者可以机织到一起成为多丝股，或者其可以是丝状带，即截面的宽度大于其厚度的构建体。
一旦设置了丝状材料，即，围绕到压力容器的需要其的部分上，则可以认为容器对于容器的基础强度提供元件是完整的，并且可以直接投入使用。但是，设置在丝状围绕物上的保护层对于压力容器通常经受的操作环境常常是有利的。此类保护层落在本发明的范围内，并且可以包括但不限于，围绕在丝状材料缠绕上并与其毗邻的塑料带、布料带或金属带。保护涂层还可包括金属或聚合物的薄片，其以片状设置在丝状围绕物上。又在另一个实施方式中，保护层可包括作为制剂设置在丝状围绕物上的聚合物，如上所述该制剂不会可察觉地渗透进入或浸渍丝状材料。此类聚合物制剂包括但不限于，环氧化物聚合物制剂、聚酯聚合物制剂、聚酰亚胺聚合物制剂、聚氨酯脲制剂和二环戊二烯聚合物制剂。在一些实施方式中，聚合物制剂包括预聚物，即单体或低聚物，其中预聚物制剂具有如下性质，例如高粘度，其防止预聚物制剂在固化前渗透进入或者浸渍丝状材料围绕物。
包括如本文所述为容器提供强度的干燥丝状材料外包覆的压力容器可用于装纳和传输可适于此类传输的任意类型的流体，只要容器内衬(无论其是金属、陶瓷或聚合物)的选择对于所含的压缩流体是不可透过且不可渗透的。本发明的压力容器的一个目前优选的用途是用于装纳和传输天然气，通常称作“压缩天然气”或者简称为“CNG”。
可同时作为纯净气体和“原料气”，在本发明的容器中容纳和运输CNG。原料气体指的是直接来自油井且未经过加工的天然气。当然，原料气含有天然气(甲烷)本身，但是还可包含有液体，例如冷凝物、天然汽油和液化石油气。还可存在水，以及还可存在其它气体，其为气态或溶于水中，例如氮气、二氧化碳和硫化氢。它们中的部分可能其自身是反应性的，或者当溶于水中可能是反应性的，例如二氧化碳和硫化氢，当它们溶于水中时产生酸。就对上述材料和可能组成原料气的其它材料的化学耐性而言，目前优选的内衬聚合物(二环戊二烯聚合物)具有优异的性质。高密度聚乙烯也能良好地用于原料气体。基于本文所公开的内容，对于原料气体组分是不可透过的其他内衬材料是容易辨识的，具有本发明的复合材料凸起部以及任意类型的容器或容器内衬组成的压力容器都落在本发明的范围内。

Claims (18)

1.一种压力容器，其包括设置在容器表面上的干燥丝状材料。
2.如权利要求1所述的压力容器，其特征在于，所述容器具有球形、扁球形或者环形形状。
3.如权利要求1所述的压力容器，其特征在于，所述容器是由强度不足以耐受容器中所含的压缩流体所施加的预期压力的金属、陶瓷或复合材料制造的。
4.如权利要求3所述的压力容器，其特征在于，将干燥丝状材料设置在压力容器的整个表面上。
5.如权利要求1所述的压力容器，其特征在于，容器包括圆柱形中心部分以及一个或两个穹顶形端部。
6.如权利要求5所述的压力容器，其特征在于，所述圆柱形中心部分是由强度不足以耐受容器中所含的压缩流体所施加的预期压力的金属制造的，而穹顶形端部是由强度足以耐受压缩流体所施加的预期压力的金属或复合材料制造的。
7.如权利要求6所述的压力容器，其特征在于，干燥丝状材料仅环包覆在圆柱形中心部分上。
8.如权利要求5所述的压力容器，其特征在于，圆柱形中心部分是由强度不足以耐受容器中所含的压缩流体所施加的预期压力的金属制造的，而圆顶型端部是由类似的强度不足以耐受容器中所含的压缩流体所施加的预期压力的金属或复合材料制造的。
9.如权利要求8所述的压力容器，其特征在于，干燥丝状材料环包覆在圆柱形中心部分上或者环包覆且等张力包覆在圆柱形中心部分上并且等张力包覆在穹顶形端部上。
10.如权利要求5所述的压力容器，其特征在于，圆柱形中心部分和穹顶形端部是由强度不足以耐受容器中所含的压缩流体所施加的预期压力的复合材料制造的。
11.如权利要求10所述的压力容器，其特征在于，干燥丝状材料环包覆在圆柱形中心部分上或者环包覆且等张力包覆在圆柱形中心部分上并且等张力包覆在穹顶形端部上。
12.如权利要求1-11中任一项所述的压力容器，其特征在于，干燥丝状材料选自下组：玻璃纤丝、碳纤丝、芳香族聚酰胺纤丝和高密度聚乙烯纤丝。
13.如权利要求1-12中任一项所述的压力容器，其特征在于，用保护层覆盖设置在容器上的干燥丝状材料。
14.如权利要求13所述的压力容器，其特征在于，保护层包含不会可察觉地渗透或者浸渍干燥纤维材料的聚合物。
15.如权利要求14所述的压力容器其特征在于，聚合物选自：二环戊二烯聚合物、聚氨酯脲聚合物和环氧化物聚合物。
16.如权利要求15所述的压力容器，其特征在于，将聚合物设置在干燥丝状材料上，设置的厚度为2-6mm。
17.如权利要求13所述的压力容器，其特征在于，保护层选自：塑料带、布料带和金属带。
18.如权利要求13所述的压力容器，其特征在于，保护层包括金属薄片。
CN201180076340.7A 2011-12-05 2011-12-05 干燥纤维包覆的压力容器 Pending CN104254730A (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2011/071807 WO2013083171A1 (en) 2011-12-05 2011-12-05 Dry fiber wrapped pressure vessel

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104254730A true CN104254730A (zh) 2014-12-31

Family

ID=45218709

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201180076340.7A Pending CN104254730A (zh) 2011-12-05 2011-12-05 干燥纤维包覆的压力容器

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20150108145A1 (zh)
EP (1) EP2788661A1 (zh)
CN (1) CN104254730A (zh)
EA (1) EA201491136A1 (zh)
WO (1) WO2013083171A1 (zh)
ZA (1) ZA201404940B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9829153B2 (en) 2014-09-18 2017-11-28 Spencer Composites Corporation Composite pressure vessel and method of construction

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1202960A (zh) * 1995-09-23 1998-12-23 英国国防部 气体容装装置
US6334589B1 (en) * 1998-05-11 2002-01-01 Lockheed Martin Corporation Cyanate ester composites for oxygen containment
CA2464664A1 (en) * 2001-10-12 2003-04-17 Polymer & Steel Technologies Holding Company, L.L.C. Composite pressure vessel assembly and method
CN1419642A (zh) * 2000-02-04 2003-05-21 高级轻型构件集团公司 纤维增强型压力容器及其制造方法
EP1762773A1 (en) * 2005-09-09 2007-03-14 H.P.O. Helderse Project Ontwikkeling B.V. Method for producing a pressure vessel and such vessel
CN101507027A (zh) * 2006-06-23 2009-08-12 昂斯特罗姆动力公司 流体容器及与其相关的方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2243240A (en) * 1938-03-18 1941-05-27 Smith Corp A O Pressure vessel for hydrogenating hydrocarbons
US2370677A (en) * 1941-02-15 1945-03-06 Specialties Dev Corp Container for high-pressure fluids
US2744043A (en) * 1950-01-23 1956-05-01 Fels & Company Method of producing pressure containers for fluids
US3047191A (en) * 1957-11-26 1962-07-31 Hercules Powder Co Ltd Filament wound vessels and methods for forming same
US3207352A (en) * 1962-12-04 1965-09-21 Jr Theodore J Reinhart Laminated pressure vessels
US3508677A (en) * 1968-08-20 1970-04-28 Whittaker Corp Vessel for storing high-pressure gases
DE3147867C1 (de) * 1981-12-03 1983-07-07 Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8000 München Torusfoermiger Druckbehaelter aus Verbundmaterial
DE3316539C1 (de) * 1983-05-06 1984-04-05 Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8000 München Torusfoermiger Druckbehaelter aus Verbundmaterial
CA1326832C (fr) * 1987-07-21 1994-02-08 Claude Leon Hembert Reservoir de fluide et son procede de fabrication
US6953129B2 (en) * 2002-08-27 2005-10-11 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Pressure vessel with impact and fire resistant coating and method of making same

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1202960A (zh) * 1995-09-23 1998-12-23 英国国防部 气体容装装置
US6334589B1 (en) * 1998-05-11 2002-01-01 Lockheed Martin Corporation Cyanate ester composites for oxygen containment
CN1419642A (zh) * 2000-02-04 2003-05-21 高级轻型构件集团公司 纤维增强型压力容器及其制造方法
CA2464664A1 (en) * 2001-10-12 2003-04-17 Polymer & Steel Technologies Holding Company, L.L.C. Composite pressure vessel assembly and method
EP1762773A1 (en) * 2005-09-09 2007-03-14 H.P.O. Helderse Project Ontwikkeling B.V. Method for producing a pressure vessel and such vessel
CN101507027A (zh) * 2006-06-23 2009-08-12 昂斯特罗姆动力公司 流体容器及与其相关的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
和玲等: "聚合物在文物保护中的应用", 《文博》 *
林再文登: "几种纤维复合材料压力容器的性能对比研究", 《纤维复合材料》 *

Also Published As

Publication number Publication date
EA201491136A1 (ru) 2015-01-30
EP2788661A1 (en) 2014-10-15
US20150108145A1 (en) 2015-04-23
WO2013083171A1 (en) 2013-06-13
ZA201404940B (en) 2017-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10563818B1 (en) Basalt-based pressure vessel for gas storage and method for its production
AU2008299662B2 (en) Hose
WO2013083662A2 (en) Ultra-high operating pressure vessel
US10071529B2 (en) Method of fabricating a pressure vessel using a variable viscosity solventless prepolymer formulation
US9416918B2 (en) Pressure vessel with composite boss having galvanic corrosion protection
CN104254729A (zh) 单层复合物压力容器
EP2929228B1 (en) Pressure vessel with high tension winding to reduce fatigue
US20150330568A1 (en) Pressure Vessel Having Composite Boss With Weldable Metal Fitting
CN104254730A (zh) 干燥纤维包覆的压力容器
US20150136789A1 (en) Pressure vessel with composite boss
US20150102043A1 (en) Fire resistant pressure vessel
US20160265724A1 (en) Polymer composite pressure vessels using absorbent technology
CN104114930A (zh) 包括复合材料压力容器的cng储存器
WO2013083165A1 (en) Large diameter cylindrical pressure vessel
Campbell The Certification of FRP Pressure Vessels Intended for Marine CNG Transportation
Lothe et al. Pressurized Natural Gas-Next-Generation Marine Gas Transport Solution
Lothe The Knutsen OAS shipping pressurized natural gas carrier (PNG)
Campbell CNG Transportation utilizing composite pressure vessels
Economides et al. Upstream stranded raw gas management as compressed natural gas
Lothe Pressurized Natural Gas-An Efficient and Reliable CNG Solution for Offshore Gas Transportation
Economides et al. Upstream Stranded Raw Gas Management as Compressed Natural Gas (CNG)
EP2825813A2 (en) Ultra-high operating pressure vessel
KR20140114358A (ko) 복합 돔부를 구비한 타입 i 압력 용기
WO2013083163A1 (en) Pressure vessel with expandable/collapsible liner

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20141231