壓力容器和其端蓋的製作方法

2023-10-04 05:35:24 3

專利名稱：壓力容器和其端蓋的製作方法
技術領域：
本發明涉及至少一端開口的壓力容器以及其端蓋。具體地，本發明涉及為壓力驅動過濾操作所設計的圓柱形壓力容器，特別地涉及可提供滿孔通道以接受細長的圓柱形媒質濾筒的容器。更具體地，本發明還具體地涉及用於這種壓力容器的改進的端蓋結構。本發明也涉及製造此類壓力容器，尤其是為壓力驅動過濾操作、特別是採用濾筒的過濾所設計的壓力容器的方法，更具體地是涉及製造適用於側壁進出口的容器以提供通過壓力容器圓柱形側壁的流體流動連通。
背景技術：
圓柱形壓力容器有多種工業應用，並且隨著合成纖維和聚合樹脂、例如，採用多股連續的玻璃或碳纖維或長絲來增強可固化聚合樹脂複合材料、諸如聚酯樹脂、乙烯基酯樹脂、聚氨基酯樹脂、環氧樹脂和類似材料的發展，較輕型的、高強度增強塑料複合材料製成的壓力容器的一個系列已經發展起來。雖然對這些壓力容器有多種工業用途，但使主要的應用領域仍是過濾技術領域、雙向或末端過濾和交叉流過濾；為此，所採用的過濾技術大體上包括分離處理，其中採用半滲透性隔膜。所用的「濾筒」通常大體上包括過濾袋、濾芯和半滲透性膜芯子或構件。所用的「濾筒過濾」包括採用這種濾筒的過濾操作。
通常，「交叉流」過濾是與有時所稱的直接或「末端」過濾形成對比的。在交叉流過濾中，僅一部分輸入液體流過過濾媒質，其餘的輸入液體流過一隔膜或其它過濾媒質表面，並且從濾筒另一端流出；在這種設置中，壓力容器上有兩個出口，即交叉流經過其中匯集的多個分離入口和過濾或滲透出口。在直接或「末端」過濾中，整個輸入液體流經過過濾媒質，並且通常僅有單股出口流。
在最近幾十年來通常所採用的交叉流過濾工藝的實例包括(但並不僅限於這些)反滲透法(逆向滲透)、毫微滲透法和超過濾作用，所有這些方法都採用半滲透隔膜材料，並且都稱為隔膜分離工藝。在這些操作方法中，已經普遍地採用圓柱形濾筒，它們可容納在具有適當入口和出口的一管狀包圍壓力容器中。用於這種壓力容器的一個或多個端蓋都設計成有所謂的滿孔式入口；這可使外徑正好小於壓力容器內孔直徑的圓柱形濾筒或袋可滑動地塞過其一個開口。在某些情況下，這些圓柱形濾筒都包括多個由半滲透隔膜片材製成的殼層，它們螺旋狀繞在一中心滲透孔周圍以在一定容積中提供較大的隔膜表面積。
在濾筒過程操作中所用的多種現有技術壓力容器、尤其是交叉流過濾中所用的容器已經採用由玻璃纖維增強的聚合樹脂複合材料所製成的管狀殼體，並且具有插塞式端蓋，通過一傳統的O形環密封和適當的保持環，它們可與殼端部保持密封關係。已經採用的保持環包括傳統的螺紋環和卡環，以及可包括由螺釘或類似連接件適當保持成組裝形式的多個分離件的分節式環。大致在這些增強的塑料複合材料壓力容器中，所有入口和出口已經設置在成對的相對端塞中，以避免破壞固化的複合材料體的整體性。端塞本身大體上都是平的、類似板狀體。
在壓力過濾容器中安全因素也是非常重要的，因為許多此類過濾都需要較高的工作壓力。必須能向濾筒輸送高壓液體的過濾操作例子包括進行半滲透隔膜的滲透作用的那些情況，因為這種操作需要貫穿隔膜有較高的壓力差以實現有效操作。
美國專利4,739,899揭示了用於壓力容器的封蓋裝置的一實施例，這種容器可用於交叉流或其它壓力過濾設備中以提供滿孔入口。該專利揭示了一圓柱形端塞，其可滑動地安裝成容納在壓力容器光滑內孔中。另一些圓柱形端塞具有一橫截面可變的圓周中心槽以提供一傾斜底面。當安裝端蓋時，O形環位於此圓周槽最深部分，當受壓時，它沿此表面滾動到一靠近壓力容器軸向外端的一位置上，在該處，其緊密地密封在壓力容器殼體圓柱形內壁上。
美國專利4,781,830示出了用於交叉流過濾裝置的一種不同類形的端蓋裝置，其也可提供滿孔入口。在所示的結構中，有一細長的圓柱形不鏽鋼外殼，其在各端包括一大致鈴形連接器，該連接器可包括一側導管連接彎頭。一端蓋與連接器藉由一卡口式配合而相互連接以對端部開口封口，並且採用一傳統的O形環以在端蓋和連接器上的安裝表面之間形成密封。此結構需要多個專門的金屬組件，並且被認為並不特別適用於增強塑料複合材料壓力容器結構。
因此，仍需要對用於壓力過濾的壓力容器、尤其是用於濾筒過濾的纖維增強聚合樹脂容器的端蓋裝置繼續進行改進。
發明概述本發明提供了一種改進的壓力容器，包括一特別適用於纖維增強聚合樹脂製成的壓力容器或類似裝置的端蓋裝置，以提供一用於壓力驅動流體過濾、例如袋和濾筒過濾、包括交叉流隔膜過濾的滿孔入口，還包括製造這種容器的方法。結合在纖維增強聚合樹脂管狀殼體中、並且剛好處於其開口端內部位置的是一大致C形橫截面的環件，該環件包括一在其徑向內表面中的中心環槽，其內表面也是圓柱形的。環件的內圓柱形表面直徑大約等於或略大於細長壓力容器的主孔，並因而可提供一圓柱形過濾筒可滑動地插入其中或拆除的滿孔入口。壓力容器形成有一環形腔或鏜孔區，其剛好在此環件的軸向向內處並且與之相連，一窄槽設置在此腔的壁中，並緊鄰環件，其中有一矩形橫截面的軟彈性密封環。因為此密封件由一管狀殼體所攜帶，所以在設計用於封閉管狀殼體的開口端的插頭或端蓋時提供了較大餘地。具體地，其便於採用一凸緣式和盤式結構，其比傳統板狀端蓋結構更有效，故形成較薄的低成本端蓋。
壓力容器的開口端由一插頭或端蓋封閉，該插頭或端蓋具有一相稱的表面以較整齊地容納在由環件所構成的圓形區域中，並且具有外徑較小的部分，該部分伸入和/或伸過矩形橫截面的密封環的圓形內部並且較佳地使彈性環略微膨脹。端蓋上的一個肩部緊貼著密封環的軸向外表面，並且可提供一止擋部分，端蓋不能進一步插入而越過該止擋部分。端蓋和管狀殼體之間的相互配合較佳地是由一可拆除的鎖環實現的，鎖環然後配合到壓力容器環件的槽中；鎖環徑向充分地伸入通道中以將端蓋鎖定在位，從而封閉和密封壓力容器的開口端。即使在高內壓下，可防止端蓋經過鎖環向外移動。
較佳地，採用螺旋形並且較佳地包括由彈簧類材料製成的一平帶的三圈的鎖環。較佳地軸向向外延伸的直立柱設置在螺旋鎖環的外端，抓住柱可通過鎖環繞360°通道周邊連續運動而使之向外「走」，從而人工地抽出鎖環。通過設置一與端蓋外邊緣徑向向內隔開的圓形肩部，即稱為一環形切口形成在端蓋軸向向外面的周邊上。當端蓋處於其完全插入位置時，此肩部與壓力容器環件中的槽對齊，從而形成一凹槽，其深度為至少使一圈的彈簧狀鎖環由肩部完全夾在其中，因而當這一圈被限制在凹槽中時，實際上不會充分地向內徑向運動以使鎖環從環形槽中抽出。此結構可提供極佳的安全措施，可防止一個工人在壓力容器內仍有極高大氣壓力時無意中拆除鎖環，否則端蓋可能高速逸出。
另外，本發明提供了一種製造這種具有改進端蓋的纖維增強聚合樹脂壓力容器的方法，其中一增大的腔或鏜孔方便地剛好設置在端蓋的軸向向內處，此腔可便於安裝側流接頭，而不會損壞為濾筒過濾壓力容器或類似裝置所設計的滿孔入口。在此方面，將與聚合樹脂分離的適當塑料製成的犧牲插件位於一鋼芯軸或其它類似零件上，採用浸漬樹脂的玻璃纖維或其它合成長線材料(如碳纖維)的連續繩或纖維束、將管狀殼體繞於芯軸上，然後固化。此犧牲插件與環件的軸向向內表面並列，其本身可位於用於使環件定中心的薄管狀隔離件上，並且內徑略大於管狀殼體的主孔的直徑(其當然由所用的圓柱形芯軸的直徑所決定)。在將連續纖維的浸漬樹脂的繩繞在芯軸上以形成整個組件之後，進行固化以形成一強度高的剛性管狀殼體，然後從芯軸上將之分離。在也是為從固化樹脂上分離所設計的薄隔離件拆除之後，拆除犧牲插件。例如沿著一對角線它本來就是可以裂開的，或者具有易折斷的搭橋部分的其它結構以便於將其通過相鄰端部開口拆除。這種拆除較佳地可提供緊靠帶槽環件的所需窄槽和便於安裝側流接頭的較大鏜孔區域，這樣在端蓋上不再需要入口和出口。
附圖的簡述

圖1是一局部的分解立體圖，示出了包括一採用本發明多個特點的端蓋的濾筒過濾壓力容器。
圖2是當圖1所示壓力容器形成在一適當心軸上時，所製成的管狀殼件組件的截面圖。
圖3是與圖2類似的截面圖，表示管狀殼從心軸上分離後以及製造插件已經拆除後的情況。
圖4是與圖3類似的管殼截面圖，只是圖1所示端蓋安裝成密封結構，並且裝有一可選擇的側流接頭。
圖4A是圖4中由虛線圓所指出的部分放大圖。
圖5是與圖1類似的視圖，示出了包括本發明另一種實施例的、與圖3類似的壓力容器。
圖6是裝有端蓋的圖5所示管狀殼體的截面圖，部分端蓋由截面圖示出，其它部分是側面圖，並且裝有一可選擇的側面接頭。
圖7是一立體圖，示出了螺旋狀鎖環或帶的另一個實施例，其可用於圖1-4A或圖5、6的壓力容器。
圖8是圖7的螺旋狀鎖環的正視圖。
圖9是將圖7所示螺旋狀鎖環從蓋有端蓋的壓力容器上拆除時所用的手動工具的正視圖。
圖10是圖9所示工具的右視圖。
圖11是圖9和10所示工具的立體圖。
圖12是與圖4A類似的放大局部圖，示出了裝有端蓋的壓力容器的相同部分，其中在適當位置設置有圖7所示螺旋狀鎖環的另一個實施例。
圖13是圖12所示壓力容器和端蓋結構的局部截面圖，但其中工具是側視的，所插入的工具是在其轉動以開始拆除圖7所示的鎖環之前處於拆除位置上。
較佳實施例的詳細描述圖1至4所示是改進的壓力容器11，它包括分離的可拆除端蓋組件13，該端蓋組件可提供滿孔通道以使圓柱形過濾筒和類似裝置插入其中。因而，該壓力容器特別適用於壓力驅動過濾操作的任一種圓柱形濾筒，例如，由半滲透隔膜螺旋狀卷繞層結構所構成的交叉流過濾筒。該壓力容器11也特別適用於直接或末端壓力過濾處理，即採用過濾袋、過濾筒或其它等同作用的過濾媒質包裝。壓力容器11包括一細長的管狀殼體15，其具有至少一個開口端，端蓋裝置13放於其中，以使壓力容器與大氣密封，並且可保持極高大氣壓力、例如高達一千磅/平方英寸或更高的壓力以用於有效地進行分離或其它過濾操作。因為提供了這種滿孔通道，所以具有直徑略小於細長的管狀殼體15的孔的正圓形圓柱過濾筒可方便地滑動插入其中或者從其上經圖1所示開口端拉出。管狀殼體的相對端(未示)可以是圖中所示端部的簡單複製，這樣這種圓形橫截面的圓柱濾筒可從任一端插入。另外，其它端部也可具有不同類型的端蓋，或者可以簡單是一盲孔，即通過形成有平端壁或整體圓頂或本技術領域中眾所周知的類似結構而完全關閉。
管狀殼體15可由任何合適的材料製成，只要其具有可耐受壓力容器將經歷的所需極高大氣壓力的強度和穩定性。例如，管狀殼體可由適當金屬合金製成，例如不鏽鋼或其它一些耐腐蝕合金製成。其也可由工程塑料製成，這種材料可以模注或其它適當的成型，這也取決於其設計壓力。較佳地，管狀殼體15由纖維增強聚合樹脂材料製成；例如，可採用浸漬樹脂玻璃或其它合成長絲材料、如碳纖維。這些纖維可由一種合適的可固化聚合樹脂所浸漬、如聚酯、乙烯基樹脂、聚氨酯樹脂、環氧樹脂或一些可比的熱固樹脂。最好，採用本技術領域中所周知的環氧樹脂，通過將多股連續玻璃纖維繞在一芯軸17可進行管狀殼體15的製造，使玻璃纖維經過一裝有(如本技術領域所周知的)隨著時間推移和/或加熱而促使固化的一適當的硬化劑的液態環氧樹脂槽。
圖3示出了處於最終狀態的管狀殼體3，其具有基本上恆定內徑和外徑的主體段19，其壁厚均勻。管狀殼體的至少一端具有直徑略大的、整體連接到主體19上的鐘形段21；此鐘形段具有固定地嵌入其中的一環件23，該環件與端蓋裝置13互相配合。環件23較佳地由金屬合金、例如碳鋼或不鏽鋼製成，或者由具有足夠的結構強度和剛度的複合材料製成。環件具有一徑向內表面25，其是與經過主體19的圓形橫截面孔共軸的一圓柱體的一段，其表面25由一中心槽27隔斷。槽27具有一圓柱形基面29，其也與經過管狀殼體的主通道共軸，並具有一對側壁31。形成在鐘形段21內表面中的、處於緊靠環件23並軸向向內的位置上的是一窄槽33，其可為一如下文所述的密封環提供一座。
當採用一可固化聚合樹脂浸漬的連續纖維束形成管狀殼體的較佳結構時，壓力容器的管狀殼體部分的製造示出在圖2。根據壓力容器的長度，多個管狀殼體以尾接尾關係可以製造在同一根芯軸上。因為環件23的徑向內表面25具有略大於經過主體19的孔，該孔由芯軸17的外表面所確定，所以在芯軸上安裝一薄隔離件34以使環件23在靠近將成為管狀殼體的最末端處的位置上同軸定位。最好採用一個可膨脹的、低價熱塑套，其足夠長以支撐用於形成在相同芯軸上的下一個管狀殼體的一環件23，或者採用可纏繞在芯軸周圍在環件內部的熱塑材料軟片。為了提供一精密形狀的內腔，採用一管狀犧牲插件35，其具有等於芯軸17外徑的內徑，並且外表面形狀是將形成在最終管狀殼體15中的一個腔37的內表面互補。在所示實施例中，腔的形成可構成鐘形段21。
犧牲插件35較佳地由適當的熱塑材料、例如聚丙烯注塑成型，並具有聚合樹脂不粘於其上的表面特點，且較佳地製成為固化之後可較方便地拆除，以完成管狀殼體的製造。為便於拆除，例如，可設置徑向對角延伸的單個槽，該槽可伸過插件長度，這樣一個槽可以在剛好短於外表面處終止以留下一易折斷的搭橋。這種結構可使插件通過將其向內擠壓以具有一較小外徑而拆除。另外，可設置多個徑向槽或其它隔開的刻痕或切口，在表面上留下多個易折斷的搭橋，它們可使犧牲插件較容易地斷成多段、例如4或5段，這些段可單獨從相鄰開口端拉出。圖2所示的就是這樣一個靠近底部的切口36，其形成在內表面中並且在不到外表面處終止，以留下一易折斷的搭橋36a。犧牲插件35的外表面在其右端形成有一向外延伸的環形凸緣，如圖2所示，其將在緊靠環件23的鐘形段內表面上形成一窄槽33。如果需要，可將隔離件34注塑成犧牲插件35的一部分；然而，其簡單的設計是可以較佳地採用圖示的分離薄管狀隔離件。
採用目前的工藝技術利用隔離件34、環件23和犧牲插件35放置在芯軸上、將浸漬樹脂的連續纖維、如浸漬環氧樹脂的連續玻璃纖維的束繞在芯軸裝置上，產生一如圖2所示的樹脂浸漬增強材料或組件。當完成卷繞以產生出具有所需壁厚的管狀體時，進行固化，例如在約100-150°C下加熱3至6小時以將環氧樹脂固化到本技術領域中所周知的硬度。
替代將樹脂浸漬玻璃纖維直接繞到金屬芯軸17表面上的方法，可先將一薄管狀襯層(未示)配合到芯軸上，如本技術領域所周知的，該襯層將成為最終管狀殼體整體的一部分。這些襯層通常由熱塑材料製成，如聚乙烯，其較佳地具有一表面形狀，其形狀可便於粘結所用的聚合樹脂以浸漬長絲材料。
在固化和從芯軸上拆除之後，可修整端面38。通過修整可形成一光滑的端面38，並可通過從管狀殼體裝置和套34上切割來進行，以同時分離相鄰的管狀殼體。套34然後拉出，採用任何合適的工具將犧牲插件35拆除。例如，可將自攻螺釘從徑向插入插件的內表面，這樣可施加使任一易折斷的搭橋斷裂的力，或者一對這樣的自攻螺釘相對一對角裂縫插在一側壁中，這將使這些配合端擠壓在一起，有效地使一個表面在另一個上滑動以減小插件的外徑，以便其通過管狀殼體相鄰開口端拉出。所製成的管狀殼體15具有圖3所示的外形，其提供一滿孔開口，即通過開口端的通道與壓力容器主體段19細長孔直徑相等或略大。
如圖1和4所示，端蓋組件包括拱形金屬件39和一配合固定的或面板41形式的兩件式端蓋。拱形件39具有一凸形外表面43，其從呈環狀的並且具有矩形橫截面的彈性密封環45內部伸出，密封環位於並保持於環件的窄槽33中。拱形件39在其頂峰處具有一中心開口47，其在操作情況下，是與管狀殼體孔軸向中心線同心的。固定板41包括一主板部分49、一向後或向內延伸的管部分51和多個增強肋53，例如4個相互成90°增量布置的增強肋。主板部分49的外周邊整齊地配合在拱形件39內部，管狀柱51的左自由端，如圖4所示，靠在拱形件內凹面，包圍中心開口47。
帶有一彈性密封件57、並且具有外螺紋外端59的管狀連接件55伸過中心開口47和管狀柱51；當安裝一六角螺母61時，它與固定板41互連在拱形件39中，六角螺母具有與管狀連接件55前端或外端59上的外螺紋配合的內螺紋。通過擰緊螺母61，使其壓在固定板41的外表面63上，擠壓彈性密封件57，在管狀連接件55和拱形件39之間產生一不透流體的密封。管狀連接件55具有一從其軸向延伸的通道65，用於使液體中心地流過端蓋，流入或流出壓力容器內部。在此方面，連接件55可形成為有一前螺紋承接部分67，其具有標準的管螺紋以便管道連接，以及一後插座69，用於攜帶一彈性密封件和可滑動地容納一插口，該插口從過濾筒一端伸出，所有這些零件都在其中心線上對齊。
所示的拱形件39大致是扁球形的，較佳地是橢圓體的；然而，如果需要的話，也可以是半球形的。然而，如圖所示的扁球形是較佳的，並且中心開口47設置在極端。拱形件的外凸表面43在其周邊的一圓邊71處終止，圓邊在圖所示的操作結構中是在右側或軸向向外端。邊71由一圓形凸緣構成，其從外表面的其餘部分徑向向外延伸並且形成一面向內的肩部73，最好見圖4A。一圓柱形過渡帶75較佳地將邊71與外表面的主要凸形部分分開。雖然球表面可能延續到肩部73，但寬度大約與密封環45相等的圓柱形帶75是較佳的。
構件之間的相互配合是當矩形橫截面的彈性密封環45安裝在管狀殼體中的窄槽33中時，其邊緣牢固地位於槽中，並且雖然是柔軟的，但其具有足夠結構界限以克服軸向位移，這樣當兩件式端蓋組件插入時，其可保持在窄槽中的落座位置上。彈性密封環45是由合成彈性件製成的大致方形橫截面的車床切削密封件，合成彈性材料可以是二元乙丙橡膠或腈橡膠，硬度至少為70，當然其是可膨脹和擠壓的。其外徑是，其外圓柱形表面可在窄槽33中自由地轉動，其內徑是略小於件39外表面上的過渡圓柱形帶75的外徑，例如約在0.028至0.040英寸之間。由於此配合，當安裝端蓋時，凸形扁球表面43起到一引導表面的作用，它在有相對軸向運動發生時可使矩形橫截面密封環45的內表面順利地膨脹，當完成插入時，使密封環45與圓柱形過渡帶75對齊，密封件已經在帶75和窄槽33底部之間擠壓。較佳地，擠壓量在徑向約為其橫截面厚度的7％至20％，因而可在拱形件39外部和管狀殼體15內表面之間形成非常好的流體密封。在此位置，肩部73可以貼緊密封環45的側面，而起到防止端蓋進一步插入的止擋件作用。
當端蓋已經完全插入時，如圖4所示的結構，一肩部77可設置在固定板41的外表面63上，其可形成一與環件23中的中心槽27對齊的周邊切口以形成一凹槽，用於容納一鎖環79，該鎖環79可有效地配合在端蓋和管狀殼體之間以將端蓋保持在其密封方位上。本技術領域中所知的多種不同的鎖環都可採用，它們將落座在中心槽27中，並且在凹槽區中徑向向內地延伸以貼緊端蓋外表面63，因而可防止端蓋軸向向外運動，有效地將其鎖定在關閉位置。例如，可採用簡單的卡環，或者採用壓力過濾容器中現已採用的分段環。然而，較佳地，是採用如圖1所法的螺旋鎖環79，其是用彈簧類材料製成的具有矩形橫截面的平帶，在其內端和外端之間至少包括大約完整的兩圈。外端具有靠近其終端的一向上根段或柱81，這是便於拆除的較佳結構；然而，也可以是簡單是開孔或刻凹槽。柱81較佳地通過減少帶端部的寬度並且使其彎曲成90度而形成。較佳地，鎖環79具有三圈並且終止處有一柱81，該柱沿平行於管件通道的中心線的方向軸向向外延伸。鎖環可由彈簧類材料製成的帶構成，如不鏽鋼或其它合適的彈簧類金屬合金或者纖維複合材料或類似材料。
鎖環79設計成具有一與槽基部29內徑大約相等的外徑，其象彈簧那樣的特性可使其各圈相互分開，如圖1所示。因此，通過將內端插入槽27的基部29和肩部77之間形成的凹槽，可簡單地安裝鎖環79，並且使環各圈「走」過360度，直至整個鎖環落座在槽中，如圖4所示，圓柱81軸向向外向開口端延伸。可見，鎖環79基本充滿整個槽，並且當壓力容器內部受到極高大氣壓力時，在此位置可防止兩件式端蓋的向外逸出，即通過提供一徑向伸入通道的並且端蓋外表面63緊靠於其上的支撐面而實現。從圖4中可見，由肩部77所產生的環向切口的軸向深度小於槽27的軸向寬度的量約等於彈簧類材料製成的帶的一個圈的厚度，並且該切口構成該凹槽的內部徑向尺寸的一半。所以，肩部77不會妨礙鎖環79的最外部一圈的拉出，這是通過抓住柱81並使其徑向向內而實現的。而且，這種拉出可方便地使用一工具而形成，該工具具有從一手柄懸出的正圓形截面的圓柱體的本體，工具的工作端面具有一偏心孔，其將容納柱；當使工具轉動180度時，工具對於環件23內表面的凸輪作用將順利地將鎖環外端從凹槽中抽出，這樣該環然後可通過反安裝程序而人工地向外走，即通過人工地跟蹤圍繞該開口三個360度的迴轉而實現。
然而，應當了解，這種抽取只有在端蓋組件處於「非承載」位置(或如圖4所示)時才是可能的，在該位置凹槽設計可使螺旋帶的徑向偏轉經過肩部77。例如當一工人無意中企圖拆除鎖環79時，錯誤地假設壓力容器未加壓，而實際上容器內存在極高大氣壓力時，將可防止他如此操作。在端蓋上可能有一外向的軸向力，其可能將使固定板41的外表面63移向右側，這種運動只能進行到鎖環允許的程度。端蓋軸向向外運動的結果時，肩部77可能移到圖4的右側，並且當鎖環的圈被除去時，實際上使凹槽內部徑向一半的軸向深度減小，一旦環的最外圈被抽出，肩部77將在凹槽中夾住剩餘的兩圈，因而可積極地防止鎖環的進一步拉出。因此，將積極地防止工人意外地將環從加壓容器上拆除，否則將可能導致端蓋象飛彈一樣從管狀殼體的開口端射出或彈出。
總之，可見這種新穎的端蓋結構具有若干顯著的優點。
形成在管狀殼體15內表面中保持座的結構可使矩形橫截面密封環15由管狀殼體所攜帶，在如本文所述的一滿孔通道的壓力容器中，此犧牲密封環大致由可拆除的端蓋所攜帶。本發明的另一種結構具有一個顯著的優點，其可端蓋設計有較大的餘地，並且可在這種端部封閉的組件中採用更經濟的端蓋設計。在圖示的實施例中，可採用一個兩件式端蓋，其例如由1/16英寸厚的不鏽鋼製成一有凸緣的盤形件39，並且與由丙烯腈-丁乙烯-苯乙烯三元共聚物(ABS)或類似熱塑材料製成的注塑成型的加肋固定板41結合，以用於設計內壓力高到約300磅/平方英寸的4英寸的壓力容器，從而代替採用比較傳統的由9/32英寸厚金屬合金板狀端蓋。雖然不鏽鋼是較佳的，也可採用其它材料用於件39。例如，塗有防溼阻擋層或襯有熱塑膜、如聚偏二氟乙烯(PVDF)或聚乙烯製成的隔膜的碳鋼都可採用，或者件39可由纖維增強複合材料製成的板材所製成。
除了提供滿孔通道進入壓力容器和用於密封環45的一個座之外，在鐘形段21中的腔37可提供空間以便纖維增強聚合樹脂管狀殼體15的側向接頭的安裝，而不會損壞所需的滿孔入口。在所示的實施例中，在鐘形段21的側壁上鑽出或採用其它合適的方式形成一橫向開口83。如果需要的話，開口83可以簡單地攻螺紋，因為纖維增強環氧樹脂將充分地支撐一管螺紋以允許管接頭簡單地螺紋配合到該螺紋孔中。因為腔37的基本徑向深度，所以此管接頭的螺紋端可進入此區域中的管狀殼體內一段足夠的距離，以保證配合螺紋之間的牢固結合，而不會干擾過濾筒或類似構件軸向向內或向外運動。然而較佳地，採用一標準分離接頭85，其通過從管狀殼體的開口端向內到達，從內部插入通過橫向開口83，這樣它可從側壁向外伸出。接頭85可具有一端凸緣87，其可攜帶一彈性密封件89，並且通過將一傳統設計的卡環91安裝在用於這個目的的接頭的外部槽中，而可將其與密封件擠壓在內側壁上。腔37可為凸緣87和彈性密封件89提供足夠的間隙，因而可提供一極佳的方案來解決如何經濟地在一纖維增強的聚合樹脂壓力容器中提供側流流體通道這一長期未解決的問題，到目前為止此問題還沒有其它確實可行的方案。而且，此設計可在一個鐘形段中容納2個或多個接頭85，即以90度或180度間隔，它們可大大地方便這種壓力容器以平排方式互相連接。
圖5和6所示的是壓力容器95的另一個實施例，它包括與前文所述完全相同的管狀殼體15，以及一變型的端蓋組件97。大致上，該端蓋組件97採用相同矩形截面的密封環45和相同螺旋鎖環79，只是採用了一板狀插頭99和一略微不同形狀和設計的管狀連接件101。
如圖6中儘可能清楚地所示，插頭99是一圓形的較厚板，它可以是纖維增強複合材料製成的，例如玻璃纖維增強的環氧樹脂、襯有PVDF、聚乙烯或類似材料的鋁、塗有或襯有如前所述塗層的普通鋼，或者甚至可能是不鏽鋼或某些合適的耐腐蝕金屬合金。板狀插頭99的形狀是具有最大直徑的中心凸緣，其最大直徑略小於環件23的徑向內表面25的直徑。插頭99具有一外表面105，其具有一肩部107，其可提供一周邊圓切口，其可模仿前文所述的肩部77的作用，並且類似地形成一具有中心槽27的凹槽以將螺旋鎖環79保持在其中。如圖6所示，插頭的左側或軸向內表面是臺階狀的，以具有直徑略小的表面，並且提供一軸向面向內的肩部111。插頭99的臺階狀向內表面在一倒角113上終止。
插頭99具有一可以是鏜孔形成的中心通道115，並且設計成可容納伸過其中的管狀連接件101的外端。在插頭99和管狀連接件101之間的一流體密封由一彈性密封件117形成，該密封件落座在此鏜孔中，並且管狀連接件由一標準卡環119鎖到插頭99上，該卡環容納在緊接其外端段左側的連接件外表面上的一個槽中，該外端段具有陽管螺紋121。管狀連接件101的內端形成有一與上文所述插座69類似的插座123，其中有一彈性密封件或O形環，並且可容納和密封來自過濾筒端部或類似的可操作地位於管狀殼體15孔中的構件的插頭。
一旦這樣一個過濾筒(未示)放置在適當位置，插頭和管狀連接件組件99、101就軸向地插入管狀殼體15的端部，矩形橫截面的密封環45已經先插入其中。倒角表面113進入密封環內部，使其以與由上文所述的兩件式端蓋凸形橢圓表面43所實現的同樣作用方式擴大和膨脹。密封環45受到同樣的徑向擠壓，以在插頭99的外表面和管狀殼體內表面之間形成一極佳的流體密封。插頭徑向外表面上的直立、面向後的肩部111可防止插頭的進一步軸向向內運動，並以肩部107阻止此運動，該肩部形成基本上與槽27對齊的環形切口以形成如上文所述的所需凹槽。作用插頭/管狀連接件組件的軸向插入的一部分，壓力容器孔內處於可操作位置的一過濾筒端部的插頭進入管狀連接件101的左端，並且密封地容納在插座123中。
當插頭99處於此位置時，鎖環79以如上文所述的相同方式安裝，即先將內端插入局部由槽27所形的凹槽中，然後人工地向內壓到彈簧狀帶上，跟蹤三轉(360°)，其間，鎖環79的徑向外表面在環件23內圓柱表面25上滑動，直到鎖環外端最終卡到位，使環完全安裝成如圖6所示狀態。在此方位上，鎖環可提供徑向延伸的障礙物，切口107區域中的外表面105在內壓作用下緊貼其上，從而可防止插頭的軸向向外逸出，因而將端蓋鎖定在位。如上所述的凹槽尺寸同樣可防止鎖環最內的兩圈當壓力容器內部具有極高大氣壓力時被意外地拆除。一提供側向流體通道的接頭85類似地安裝在經過纖維增強聚合樹脂型壓力容器的管狀殼體的側壁鐘形段21的橫向通道中。
圖7所示的是一螺旋鎖環或帶79a的另一種實施例，其大體上與圖1和5所示的鎖環相同，只是鎖環79a外端形成有一徑向切口125(最好見圖8)以代替軸向突柱81。鎖環79a也由相同的彈簧類材料製成，如不鏽鋼，並且尺寸也相同。它以與鎖環79相同的方式安裝，並且一旦安裝成圖12所示狀態，徑向切口125就在鎖環外端內部提供一凹槽。
為了在拆除端蓋時便於拆除此環，在圖9-11中示出了一種簡單的工具131。該工具包括一管狀杆133，其具有一穿過其上端的鑽孔，並且其下底經過加工。上端的孔可容納一桿135，該杆起到一工具手柄的作用。其下端是切口的，並且彎曲成具有一尖指137，該尖指大致與管狀杆的其它部分成切向，並且由一槽分開。鎖環79a可以通過插入工具而方便地拆除，見圖13，這樣其下端可停在螺旋的中心圈的表面上，並且尖指137大致靠在鎖環外末端。手柄135的順時針轉動可使環的端部(由徑向切口弄窄)有聲響地卡人靠近尖指137的槽中。當尖指在位以及鎖環端在槽中時，大致徑向向內地拉工具可帶動環外端。一旦此端不被阻擋，環的其餘部分就人工地從凹槽向外走出，就象鎖環79中的情況一樣。
總之，可見該端蓋組件是適用於由不同結構材料製成的多種不同形狀的壓力容器的。然而，其特別的優點是可提供適用於壓力過濾的壓力容器的滿孔入口，並且尤其適用於濾筒過濾，其中將通過一開口端將一個或多個圓柱形濾筒安裝到管狀殼體的孔中。在管狀殼體的內表面上落座一個彈性密封環、最好是矩形或大致方形橫截面的環可顯著地增加端蓋的設計餘地，並且可便於有效而經濟地使用有凸緣的或盤形拱狀端蓋。不具有再進入結構的這類端蓋可以較低成本地由金屬或複合材料製成，且可根據需要方便地塗有或襯有一熱塑膜以增強化學耐腐蝕性。而且，這樣的光滑拱形橢圓表面可便於端蓋的直線向前安裝，即通過保證環形密封環45的逐漸膨脹、同時促使輕鬆地進行最終插入以及保證端蓋和管狀殼體內表面之間的緊密密封而實現。
而且，採用至少兩圈的平帶式的螺旋鎖環的總體設計可建立故障自動保險的凹槽，其可積極地防止在壓力容器中存在高內壓力時鎖環的意外拆除。而且，這種設計特別適合於結合在纖維增強聚合樹脂壓力容器中，其中，通過使用一犧牲插件，一具有精密形狀和尺寸的適當腔室可有效地形成在芯軸上的鐘形端部。此製造方法不僅可提供有效地在管狀殼體內表面中形成用於保持矩形橫截面密封環(如前文中所述的，其可提高端蓋設計自由度的優點)的一精密座的方法，而且還可在緊接端蓋內部處提供一環形空間，該空間可容納目前難以在纖維增強聚合樹脂壓力容器中所實現的側嚮導管連接件。在交叉流過濾裝置中這種側流連接件是特別有用的，例如反向滲透分離方法中，當然它們也可有利地用於其它的壓力過濾系統中。
雖然已經結合構成實施本發明的目前認為是最佳方式的某些較佳實施例中，但應當理解的是，對本技術領域的普通技術人員而言，顯然在不脫離所附權利要求書所限定的本發明的範圍內還有多種變化和修改。如前所述，當採用纖維增強聚合樹脂管狀殼體時，可提供一薄的內熱塑襯層，如現有技術那樣，它可基本上延伸過其整個長度，並且如果需要的話，該襯層可用於形成鏜孔區和窄槽33，窄槽中可落座矩形橫截面的密封件，如果需要的話，在襯層本身表面上或緊鄰其端部處可形成一窄槽。用於形成窄槽33的又一個實施例是加寬和加厚環件23，並且在一端的一鏜孔區的壁上形成這樣的一個槽。當然，如果壓力容器由金屬或適當的複合材料製成，槽27和33可在內表面上加工成；然而，由於採用規定形狀的環形插件，這種結構不會使製造成本降低。另一方面，捲成進入提供壓力容器本體的金屬管內的環形插件也應該是可行的。
雖然所示的端蓋具有多個經過其中的中心通道，以在端蓋中心線上設置流體入口或出口，一個輔助流體通道例如可設置在插頭99的偏心處。另外，任一個端蓋可製成無孔的，即沒有流體通道；如果需要的話，這樣它們在其中可用於將壓力容器的一端封閉，一通道或多個通道可有選擇地設置在靠近側向接頭的那端，如所述的位於經過鐘形端段的側壁的橫向開口中。當使用插頭式封閉端蓋時，其還可攜帶密封環45，雖然這並不是較佳的。
而且，整個發明中還可結合其它幾種端蓋結構。拱形件39可設計成具有軸向略長的密封區的作用和軸向面向外的拱形球面的作用。在此變化型式中，取代加肋固定板41的是一環形支承環，其可配合在拱形表面上，用於形成一構成用於鎖環79的一半徑向凹槽的肩部，這種拱形件的另一種形式可位於圓柱形表面上，在其上密封環可在邊緣相對側上膨脹。也可採用其它互配方式；例如，槽27可用於容納用於一次性使用的拱形端蓋端部上的軸向凸緣或邊緣部。當打算進行低壓操作時，此槽可由分開的環件或直接在其殼壁上形成。當冷成形時，此邊緣部可以捲曲或其它變形，以位於槽中(其可適當變形以便相同)，在過濾筒或類似構件使用壽命結束而拆除其時，雖然這種結構可能需要損壞拱形端蓋。
本發明的具體特徵如以下權利要求所述。
權利要求
1．一種包括至少一個分離端蓋的壓力容器，所述容器包括一大致管狀的殼體，具有至少一個開口端和一個內表面，所述殼體包括一位於構成其內表面一部分的所述開口端附近的環件，所述環件形成有在其徑向內表面中的第一環槽裝置，所述殼體具有在位於所述環件軸向向內的所述內表面上的第二槽裝置，端蓋裝置具有圓形橫截面的外周邊，它適當地基本封閉所述殼體開口端，環形的並且是矩形橫截面的彈性密封裝置設置並保持在所述第二槽裝置中，所述密封裝置用於在所述端蓋裝置和所述殼體之間形成一流體密封，以及用於使所述端蓋裝置和所述管狀殼體相互配合在所述第一槽裝置區域中的裝置，以通過將所述端蓋鎖定在關閉所述殼體的所述開口的位置中而封閉所述壓力容器。
2．如權利要求1所述的壓力容器，其特徵在於，所述相互配合裝置包括設置在所述第一槽裝置中的、並且徑向向內延伸一段足夠的距離以阻擋所述端蓋裝置軸向經過其向外運動的可拆卸的鎖環。
3．如權利要求1所述的壓力容器，其特徵在於，所述端蓋裝置具有一外徑部分，這樣其可徑向向外伸出一段足夠距離以阻擋所述端蓋裝置完全經過所述密封裝置軸向向內運動。
4．如權利要求3所述的壓力容器，其特徵在於，所述環件具有一內表面，其除了所述第一槽裝置之外是圓柱形的，並且所述端蓋裝置包括一大致拱形件，該拱形件具有一凹形內表面和一凸形外表面，所述拱形件具有一圓邊，所述圓邊可徑向向外延伸以提供面向內的肩部裝置，該肩部裝置可防止經過所述密封裝置進一步向內運動，所述拱形件設置成所述邊位於與所述互相配合裝置和所述彈性環狀密封裝置之間的一個部位上的所述環件並列位置上。
5．如權利要求4所述的壓力容器，其特徵在於，所述拱形件的所述凸形表面軸向面向內並且突出通過所述彈性密封裝置，其中所述拱形件具有一過渡圓柱形帶，所述帶位於所述肩部裝置和所述凸形外表面之間，所述過渡帶的直徑大於所述彈性密封裝置的所述內徑，這樣所述凸形外表面在其插入通過時徑向使所述彈性密封裝置膨脹。
6．如權利要求5所述的壓力容器，其特徵在於，第一槽裝置具有一圓形底面，所述相互配合裝置包括呈平彈簧狀材料製成的螺旋形的鎖環裝置，該帶尺寸大致可充滿所述第一槽裝置，並且徑向向內延伸以阻擋所述端蓋裝置軸向向外運動，並且形成具有一外端和一內端，其中所述外端具有一直立柱裝置，便於所述鎖環裝置從所述第一槽裝置中抽出，以便隨後拆除所述端蓋裝置。
7．如權利要求6所述的壓力容器，其特徵在於，所述鎖環裝置具有至少兩圈由彈簧類材料製成，所述端蓋裝置的一外表面部分形成有一環肩，其可圍繞周邊提供一環形切口，該肩部與所述第一槽裝置一起構成一凹槽，所述鎖環容納於其中，當所述壓力容器內保持極高大氣壓力時，所述凹槽可防止所述鎖環裝置意外地從所述第一槽裝置中拆出。
8．如權利要求7所述的壓力容器，其特徵在於，固定板裝置設置在所述拱形件中，所述板裝置包括一板部分，其可設置成與所述邊大致平面對齊、且軸向伸出其中，所述板部分具有形成在其外表面部分上的所述環形肩部、以軸向向外伸出所述拱形件邊緣，在該處其與所述第一槽裝置對齊以形成所述凹槽。
9．如權利要求8所述的壓力容器，其特徵在於，所述端蓋裝置包括構成一使流體從中流過的中心通道，該中心通道構成裝置包括一軸向延伸的管狀連接件和包括一形成為所述固定板裝置一整體部分的管狀柱，所述管狀連接件伸過設置在所述拱形件中的中心開口，以及伸過所述管狀柱，並且攜帶有一圓形密封件，該密封件在所述中心開口周圍對所述拱形件密封。
10．如權利要求3所述的壓力容器，其特徵在於，所述環件具有一除了所述第一槽裝置這外的圓柱形內表面，所述端蓋裝置包括大致圓形的插頭裝置，所述插頭裝置具有一帶有直徑的中心凸緣，以容納在並停留在與所述環件內表面並列的位置上，所述插頭裝置具有一直徑略小的位於所述中心凸緣軸向向內位置上的臺階狀端部，較小直徑端可滑動地容納在與所述凸緣密封的所述彈性密封件內部，以起到肩部裝置的作用以防止所述插頭裝置完全經過所述彈性密封件軸向向內運動，所述相互配合裝置包括容納在所述第一槽裝置中的鎖環裝置。
11．一種包括至少一個端蓋的壓力容器，所述容器包括一大致管狀殼體，具有至少一個開口端和其中形成有第一個環形槽的內表面，端蓋裝置，具有圓形的外周邊，其可用於基本上封閉所述殼體的所述開口端，以及呈螺旋帶形的可拆卸鎖環，具有至少兩圈、由平彈簧類材料製成，該帶位於所述第一槽中，並且徑向向內延伸足夠一段距離，以阻擋所述端蓋經過其軸向向外運動，所述端蓋裝置包括一外表面部分，其形成有一可在其周邊上提供一環形切口的肩部，所述肩部和所述第一槽構成一凹槽，其中容納有所述鎖環，從而所述肩部可防止在壓力容器含有極高大氣壓力時，所述螺旋鎖環從所述凹槽中被意外拆除。
12．如權利要求11所述的壓力容器，其特徵在於，所述螺旋帶的尺寸可大致充滿所述第一槽，所述帶具有一外端和一內端，所述外端具有直立柱裝置，便於所述鎖環從所述第一槽中拉出，以便隨後需要時拆除所述端蓋裝置。
13．如權利要求11所述的壓力容器，其特徵在於，所述管狀殼體形成有在所述第一槽軸向向內位置上的所述內表面上的第二槽裝置，環形的且矩形橫截面的彈性密封裝置設置在所述第二槽裝置中，所述密封裝置用於在所述端蓋裝置和所述殼體之間形成一流體密封，所述端蓋裝置具有肩部裝置，其徑向向外伸出足夠一段距離以阻擋所述端蓋軸向向內完全經過所述密封裝置的運動。
14．如權利要求13所述的壓力容器，其特徵在於，所述端蓋裝置包括一大致拱形件，其具有一凹形內表面和一凸形外表面，所述凸形外表面軸向面向內，所述拱形件具有一圓形邊，其圍繞其軸向外周邊，並且從所述凸形表面徑向向外延伸以形成所述肩部裝置，並且還具有位於所述肩部裝置和所述凸形表面之間的過渡圓柱形帶，所述拱形件設置成所述邊位於與所述鎖環和所述密封裝置之間一個部位上的所述環件並列。
15．如權利要求14所述的壓力容器，其特徵在於，所述端蓋裝置包括構成一使流體經過其中的中心通道的裝置，通道構成裝置包括一軸向延伸的管狀連接件裝置，其伸過通過在所述拱形件中的一個中心開口，並且處於與所述拱形件的密封結構中。
16．如權利要求14所述的壓力容器，其特徵在於，所述固定板裝置大致設置在所述拱形件中，所述固定板裝置包括一設置成大致與所述邊成平面對齊的板部分，所述肩部可提供形成在板部分外表面中並軸向向外伸出所述邊緣的環形切口。
17．一種製造具有一管狀殼體的大致管形壓力容器的方法，該管狀殼體具有至少一個開口端，所述開口端可用於封閉端蓋裝置相互配合以在其中提供一滿孔入口，所述方法包括提供大致圓柱形芯軸裝置以具有一近似於所述管狀殼體內表面的外表面，(a)將一環件放在所述芯軸裝置上，該環件具有一在其徑向內表面上的第一環槽，以及(b)將一特殊形狀的環狀犧牲插件放在芯軸上，相對壓力容器的最內端而言，所述插件位於所述一環件軸向向內處並且靠近所述環件，用連續纖維材料束將所述芯軸、所述環件和所述環形插件纏繞在一起，並且將所述纖維材料浸漬一種可固化的聚合樹脂以在所述芯軸裝置上形成一組件，將所述纏繞的組件固化以形成一具有至少一個開口端的強剛性管狀殼體，將所述纏繞組件從所述芯軸裝置分離，以及將所述犧牲插件從所述管狀殼體內壁上拆除，以在緊靠所述環件的軸向內部形成一定形狀的腔室。
18．如權利要求17所述的方法，其特徵在於，所述犧牲插件具有一連續的外表面，其上具有至少一個易折斷區域，其中折斷所述易折斷區域以有助於拆除所述插件。
19．如權利要求17所述的方法，其特徵在於，所述環形的且矩形橫截面的彈性密封裝置位於由所述犧牲插件在靠近所述環件的一個部位上形成的所述腔中的一座中，所述密封裝置的外直徑可使其保持在所述腔中的所述座中，其內徑可使其徑向向內伸過所述環件以與端蓋裝置密封。
20．如權利要求19所述的方法，其特徵在於，所述犧牲插件的特殊形狀是也可形成所述座的軸向向內鏜孔區域，其中形成出口裝置，其可橫向延伸通過所述腔的所述鏜孔區域中的管狀殼體側壁，接頭裝置安裝在所述出口裝置中，以提供一用於與所述密封裝置軸向向內的所述壓力容器內部流體連通的側向連接件，所述接頭裝置從所述管狀殼體內部穿過所述出口裝置，這樣一部分經過其中徑向向外伸出，一部分位於所述殼體內，所述腔的鏜孔區域的徑向深度使保持在所述管狀殼體內部的所述接頭裝置的部分不會干擾進入所述壓力容器內部的滿孔入口。
全文摘要
具有用於密封至少一個開口端的端蓋的壓力容器,用於提供進入一其內設置有一個或多個過濾筒的大致管狀殼體的滿孔入口。矩形橫截面的密封環(45)位於管狀殼體(15)中的一個槽中,並處於其內形成有一中心環形槽的圓柱形表面區域的軸向向內位置上。端蓋(39)配合在此環形表面中並且包括一肩部(73),該肩部可防止插入通過密封環(45)。端蓋可以是兩件式結構,其中具有一扁球形面向內的凸形表面的凸緣和盤狀件伸過密封環內部並且與一固定板(41)配合,該板外面周邊中具有環形切口,其與管狀殼體中的槽對齊以形成用於容納一螺旋鎖環(79)的凹槽,該鎖環上具有至少兩圈的彈簧狀帶,當容器加壓時其不會意外地被拆除。通過使用不僅會產生用於一密封環的座而且可提供容納側流連接件的空間的犧牲插件,可由纖維增強聚合樹脂有效地形成用於管狀殼體的鐘形端結構。
文檔編號B01D35/30GK1214110SQ97193223
公開日1999年4月14日 申請日期1997年3月12日 優先權日1996年3月20日
發明者C·P·達比, 道格拉斯·愛斯伯格, 戴瑞·吉爾伯特森 申請人:先進設施股份有限公司