Концевая часть мягкого герметичного контейнера для жидкости и способ ее изготовления

Концевая часть мягкого герметичного контейнера для жидкости и способ ее изготовления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область применения изобретения.

Изобретение относится к мягкому герметичному контейнеру для жидкости (иногда называемому в дальнейшем "МГКЖ"), предназначенному для транспортировки и хранения большого объема жидкости, в частности жидкости, плотность которой меньше плотности соленой воды, в особенности пресной воды, а также к способу изготовления этого контейнера.

Предпосылки изобретения

Из уровня техники известно использование мягких контейнеров для хранения и транспортировки грузов, в особенности жидких. Хорошо известно также использование контейнеров для транспортировки жидкостей в воде, в частности в соленой воде.

Если груз представляет собой жидкость или псевдоожиженное твердое вещество, плотность которого меньше плотности соленой воды, то нет необходимости использовать наливные баржи, танкеры или герметичные контейнеры, конструкция которых является жесткой. Напротив, можно использовать мягкие герметичные резервуары, буксируемые из одного места в другое способом буксировки или толкания. Такие мягкие контейнеры имеют очевидные преимущества над жесткими контейнерами. Кроме того, при соответствующей конструкции мягкие контейнеры после удаления из них груза можно скатывать или складывать и убирать на хранение на время обратного рейса.

В мире есть много районов, испытывающих острую нужду в пресной воде. Поэтому пресная вода является таким товаром, что сбор полярного льда и айсбергов быстро становится крупным бизнесом. Однако, не зависимо от места добычи пресной воды, экономичность ее транспортировки до места назначения имеет важное значение.

К примеру, в настоящее время фирма, занимающаяся сбором полярного льда, для транспортировки пресной воды намерена использовать танкеры вместимостью 150000 тонн. Очевидно, что транспортировка включает в себя не только затраты на использование указанного транспортного средства, но и дополнительные расходы на обратный порожний рейс для приема на борт нового груза. Мягкие герметичные контейнеры после опорожнения можно сложить и хранить на буксире, доставляющем их к месту разгрузки, уменьшая таким образом указанные расходы.

Тем не менее, даже при наличии такого преимущества экономика предъявляет требования, согласно которым объем перевозимого в мягком контейнере груза должен быть достаточным для того, чтобы оправдать расходы на транспортировку. Поэтому ведутся конструкторские разработки мягких контейнеров все больших и больших размеров. Однако технические проблемы, касающиеся таких контейнеров, продолжают существовать, несмотря на то, что их разработка ведется уже не один год. Усовершенствования, относящиеся к мягким герметичным контейнерам или баржам, изложены в патентах США №№2997973, 2998973, 3001501, 3056373 и 3167103. Мягкие контейнеры предназначены в основном для транспортировки или хранения жидкостей или псевдоожиженных твердых веществ, удельный вес которых меньше удельного веса морской воды.

Плотность морской воды в сравнении с плотностью указанных жидкостей или псевдоожиженных твердых веществ отражает тот факт, что такой груз обеспечивает мягкой транспортировочной оболочке положительную плавучесть, когда эту оболочку, частично или целиком заполненную, помещают в морскую воду и буксируют. Указанная плавучесть груза обеспечивает плавучесть самого резервуара и облегчает доставку самого этого груза из одного морского порта в другой.

В патенте США №2997973 описан контейнер, который включает закрытый рукав из мягкого материала, такого, например, как ткань, пропитанная натуральным или синтетическим каучуком, и который имеет обтекаемый нос, приспособленный для присоединения к буксировочному средству, и по меньшей мере одну трубу, сообщающуюся с внутренним пространством контейнера с обеспечением его заполнения и опорожнения. Плавучесть обеспечивается жидким содержимым контейнера, а форма самого этого контейнера зависит от степени его заполнения. В указанном патенте сделано предположение о возможности изготовления мягкой транспортировочной оболочки из единого куска ткани, сотканного в виде рукава. Однако объяснение того, как это можно было бы выполнить при рукаве такого размера, не приводится. Очевидно, что при подобной конструкции придется столкнуться с проблемой, связанной со швами. В коммерческих мягких транспортировочных оболочках, как правило, имеются швы, так как сами эти оболочки обычно изготавливаются посредством сшивания или соединения каким-то другим способом кусков водонепроницаемого материала, что описано, например, в патенте США №3779196. Однако известно, что швы являются причиной выхода оболочки из строя, когда указанная оболочка периодически подвергается большим нагрузкам. Понятно, что выхода из строя из-за повреждения швов можно избежать в бесшовной конструкции. Но в силу того, что конструкция со швами является альтернативой простой текстильной ткани и обладает определенными преимуществами по сравнению с ней, особенно в отношении удобства изготовления, то было бы желательно иметь возможность изготовления такого рукава со швами, который не подвержен выходу из строя в зонах швов.

В этом отношении, в настоящую патентную заявку посредством ссылки включено описание патента США №5360656, озаглавленного "Прессованный нетканый материал и способ его изготовления" ("Press Felt and Method of Manufacture"), выданного 1 ноября 1994 года и полностью переуступленного. В указанном патенте описан основной материал из прессованного нетканого материала, получаемый из намотанных по спирали полос текстильного материала.

Длина основного материала будет определяться длиной каждого витка спирали полосы текстильного материала, а его ширина - числом витков спирали.

Соединение краев нетканого материала, имеющего или не имеющего в своем составе плавкие волокна, можно выполнить посредством сшивания, расплавления и сварки, например посредством ультразвуковой сварки, как описано в патенте США №5713399, озаглавленном "Соединение смежных полос одежды бумагоделательной машины с помощью ультразвуковой сварки" ("Ultrasonic Seaming of Abutting Strips for Paper Machine Clothing"), выданном 3 февраля 1998 года и полностью переуступленном. Описание указанного патента включено в настоящую патентную заявку посредством ссылки.

Хотя указанный патент относится к изготовлению основного материала для прессованного нетканого материала, описанная в нем технология может найти свое применение и в изготовлении достаточно прочного рукава для транспортировочного резервуара. В то время как при изготовлении основного материала для прессованного нетканого материала желателен плавный переход между полосами текстильного материала, данное условие плавности перехода не является особенно важным при изготовлении транспортировочного резервуара, и в этом случае можно использовать различные способы соединения полос (их перекрывание и последующее сшивание, склеивание, скрепление скобками и т.д.). Можно использовать и другие способы соединения, что должно быть понятно специалисту в данной области.

При всем том, что создание бесшовного мягкого контейнера является желательным, как уже упоминалось при описании известного уровня техники, существуют определенные трудности, связанные со средствами для создания такой конструкции. Как уже отмечалось, до настоящего времени большие мягкие контейнеры обычно изготавливались из небольших секций, которые сшивались или склеивались друг с другом. Эти секции должны быть водонепроницаемыми. Если первоначально их изготавливали из материала, не являющегося водонепроницаемым, то до соединения друг с другом их можно было легко снабдить водонепроницаемым покрытием. Указанное покрытие могло наноситься обычными способами, например распылением или погружением.

Еще одна проблема заключается в том, каким образом герметизировать конец контейнера, особенно в том случае, когда этот конец должен иметь конусную форму. Концевые части могут быть выполнены отдельно и затем присоединены к трубчатой конструкции (примеры чего представлены в вышеупомянутых заявках вместе с соответствующими ссылками). Может также возникнуть необходимость в вариантах, в которых концевые части выполнены из самой трубчатой конструкции и при этом имеют требуемую форму (т.е. конусную или какую-либо другую). Пример такого варианта представлен в патенте США №2997973, выданном 29 августа 1961 года на имя Hawthorne, где описана плиссировка концов текстильного материала, которые затем проклеивают и/или прошивают для придания им желательной формы.

Таким образом, существует потребность в МГКЖ, который предназначен для транспортировки больших объемов жидкости и применение которого решило бы вышеупомянутые проблемы, присущие подобной конструкции и той среде, где она эксплуатируется.

Сущность изобретения

Итак, главной целью изобретения является создание сравнительно большого МГКЖ из текстильного материала, который предназначен для транспортировки груза, включающего, в частности, пресную воду, и который имеет средства герметизации концов, выполненной необходимым способом.

Еще одной целью изобретения является создание средств герметизации концов такого МГКЖ путем придания им конусной формы.

Еще одной целью изобретения является создание средств герметизации концов указанного МГКЖ с обеспечением эффективного распределения действующей на этот МГКЖ нагрузки.

Эти, а также другие цели и преимущества достигнуты посредством выполнения настоящего изобретения, в котором для изготовления МГКЖ предлагается использовать тканый, намотанный по спирали или выполненный из секций рукав длиной не менее 300 футов (90 метров) и диаметром не менее 40 футов (12 метров). Столь большую конструкцию можно изготовить на станках, на которых изготавливается одежда для бумагоделательных машин. Концы рукава, называемые иногда носом и хвостом или носом и кормой, можно герметизировать разными способами. Концевые части могут быть прикреплены к намотанному по спирали рукаву или, в другом случае, образованы из самого рукава. Данное изобретение ориентировано на определенную конструкцию концевых частей. Однако в намотанном по спирали рукаве, имеющем большую постоянную окружность длиной от 130 до 245 футов или более (от 39,6 до 74,7 м или более), длину окружности необходимо уменьшать до подходящего размера, чтобы обеспечить возможность крепления к рукаву концевой крышки или элемента для буксировки. Поступая таким образом, целесообразно сужать концевую часть рукава подобно конусу или носу корабля, сохраняя при этом монолитность его конструкции.

После уменьшения длины окружности конца рукава МГКЖ до подходящей величины к нему прикрепляют концевое запорное устройство. В этой связи следует отметить, что концевое запорное устройство содержит две взаимодействующие части, имеющие согласованные конические или криволинейные поверхности, между которыми зажимается текстильный материал. Кроме средств герметизации конца МГКЖ, указанное устройство содержит средства сопряжения, такие как проточные каналы для жидкости, предназначенные для загрузки и выгрузки груза, и соединительное устройство, также предназначенное для загрузки и выгрузки. В состав этого устройства также может входить зацеп для буксирования.

Краткое описание чертежей

Описание настоящего изобретения, выполнение которого позволит достичь указанных целей и преимуществ, приведено ниже со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:

фиг.1 изображает общий вид известного цилиндрического МГКЖ с заостренным носом.

Фиг.2 изображает общий вид МГКЖ, выполненного цилиндрическим и имеющего плоскую носовую часть или нос.

Фиг.3 изображает продольный разрез предложенного концевого запорного устройства.

Фиг.4 изображает в аксонометрии часть предложенного МГКЖ, снабженного показанным на фиг.3 устройством.

Подробное описание предпочтительного варианта выполнения

Предложенный МГКЖ 10 в целом должен изготавливаться из водогазонепроницаемого рукава, выполненного из текстильного материала. В то время как форма указанного рукава или трубчатой конструкции 12 может быть разной, рукав, общий вид которого показан на фиг.1, является цилиндрическим, имеет на всем своем протяжении по существу одинаковый диаметр (или периметр) и герметизирован на обоих концах 14 и 16. Соответствующие концы 14 и 16 могут быть заделаны любыми подходящими способами. Однако ниже показано, что данное изобретение предполагает использование только специального способа. Готовая водогазонепроницаемая конструкция также должна быть достаточно мягкой, чтобы ее можно было сложить или свернуть для транспортировки и хранения.

При проектировании МГКЖ, способных выдерживать прикладываемую к ним нагрузку, нужно учитывать некоторые факторы. В этой связи отметим, что в заявке на патент США №09/832739, поданной 11 апреля 2001 г., озаглавленной "Flexible Fluid Containment Vessel" ("Мягкий герметичный контейнер для жидкости") и находящейся на рассмотрении одновременно с настоящей заявкой, такие факторы представлены подробно, вместе с описанием возможных материалов для ткани, его конструкции, возможных покрытий и способов нанесения покрытий для придания непроницаемости текстильному материалу, а также вместе с описанием других свойств, которые могут быть необходимы для МГКЖ. Учитывая вышесказанное, нет необходимости повторно обсуждать перечисленные факторы в данной заявке, поэтому в ней лишь приводится ссылка на упомянутую заявку.

Также настоящее устройство можно применять в изготовленном путем намотки по спирали МГКЖ, который описан в заявке на патент США №09/908877, поданной 18 июня 2001 г., озаглавленной "Spiral Formed Flexible Fluid Containment Vessel" ("Мягкий герметичный контейнер для жидкости, изготовленный путем намотки по спирали") и находящейся на рассмотрении одновременно с настоящей заявкой.

Кроме того, дается ссылка на заявку на патент США №09/921617, поданную 3 августа 2001 г., озаглавленную "End Portions for a Flexible Fluid Containment Vessel" ("Концевые части мягкого герметичного контейнера для жидкости") и относящуюся к возможной конструкции концевых частей МГКЖ, в отношении которых настоящее изобретение на страницах описания раскрывает конкретную конфигурацию. Дополнительные структуры текстильного материала, помимо его возможных покрытий, описаны в заявке на патент США №09/923936 от 7 августа 2001 г., озаглавленной "Coating for a Flexible Fluid Containment Vessel and a Method of Making the Same" ("Покрытие для гибкого герметичного контейнера, предназначенного для жидкости, и способ его выполнения").

В то время как в указанных заявках описаны различные действия, необходимые для создания МГКЖ, настоящая заявка направлена на создание средства, предназначенного для закрывания носовой и/или кормовой части этого МГКЖ. Настоящее изобретение предполагает использование конической конструкции, с тем чтобы уменьшить длину окружности до подходящего размера путем выполнения складок или другим способом, как описано в заявке №09/921617.

МГКЖ 10 содержит рукав 12 и концевые части, в целом обозначенные номером 14 для носовой части и 16 для кормовой части (на фиг.4 не показаны). Показанная конструкция позволяет преобразовывать рукав 12 в коническую носовую часть 14 и/или коническую кормовую часть 16. Уменьшать диаметр конца рукава 12 можно путем выполнения складок, путем сгибания или другим описанным в заявке 09/921617 способом. Например, как показано на фиг.4, по окружности рукава 12 можно создавать складки 18, обеспечивающие схождение конца рукава 12 на конус с уменьшением длины его окружности.

Принимая во внимание вышесказанное, обратимся к конструкции концевого запорного устройства 30, которое можно использовать для закрывания одного или двух концов МГКЖ. Устройство 30 содержит две взаимодействующие части, а именно - переднюю (или внешнюю) часть 32 и заднюю (или внутреннюю) часть 34. Текстильный материал 20, образующий трубчатую конструкцию МГКЖ 10, в зоне носа (и/или кормы) собирают в складки, что проиллюстрировано на фиг.4 на примере складок 18. Часть 34 находится внутри МГКЖ 10 и имеет круглую форму. Она содержит сплошное уплотнительное кольцо 36, установленное на звездообразном опорном элементе 38. Элемент 38 имеет несколько спиц или лопастей 40, соединяющих кольцо 36 с осевой ступицей 42. Лопасти 40 позволяют жидкости проходить через часть 34 во время заполнения и опорожнения МГКЖ. В предпочтительном случае часть 34 изготовлена из не взаимодействующего с грузом материала, при этом она по своей структуре может являться высокопрочным металлом (например, нержавеющей сталью) или армированным композиционным материалом и быть выполнена в виде единой детали.

На своем торце кольцо 36 имеет коническую или криволинейную часть 44. Эта криволинейная часть 44 предназначена для прижатия материала 20 к части 32. В связи с этим часть 32 имеет круглую часть 46 для размещения кольца. Часть 46 имеет кольцевую криволинейную или скошенную поверхность 48, предназначенную для согласованного сопряжения с криволинейной частью 44 кольца 36. По центру части 32 расположен элемент 50 для размещения зажимного винта. В этой связи отметим, что имеющийся зажимной винт 52 проходит через ступицу 42 и осевое отверстие в элементе 50. На резьбовую часть 54 винта 52 надета гайка 56, которую навинчивают после размещения материала 20 между частью 44 и поверхностью 48.

После уменьшения длины окружности концевой части до соответствующего значения путем выполнения на трубчатой части МГКЖ соответствующих складок, а также путем герметизации или проклеивания этих складок, на указанной части устанавливают зажимное устройство 30. Часть 44 и поверхность 48 образуют согласующиеся конические поверхности, между которыми зажимается текстильный материал. При затягивании винта 52 между двумя сторонами текстильного материала создается уплотнение, способное выдерживать существенную разницу давлений и предотвращать выход жидкости (например, из внутреннего пространства 58 на наружную сторону 60 МГКЖ). При необходимости, для обеспечения герметичности в этой области можно использовать уплотнитель. Коническая геометрическая форма создает в текстильном материале более высокую сжимающую нагрузку по сравнению с той, которая могла бы создаваться простой плоской пластиной при такой же осевой нагрузке, при этом она имеет тенденцию к самоцентровке в нагруженном состоянии.

Криволинейная часть 44 кольца 36 проходит в сторону более высокого давления, действующего на текстильный материал, (т.е. во внутреннее пространство 58), так что возрастающее давление жидкости приводит к увеличению герметизирующей силы между текстильным материалом и поверхностью 48. Криволинейные части являются расходящимися и придают переходному участку плавную форму, в результате чего концентрация напряжений в текстильном материале уменьшается и повышается его долговечность.

Заметим, что для ряда условий нагрузки и движения местные изменения формы, обеспечивающей плотность соединения, можно уменьшать также путем использования закруглений для снятия нагрузки в несжимаемой зоне устройства 30.

Требуемое усилие зажима создается за счет приложения простой прямолинейной нагрузки посредством элемента передачи нагрузки или зажимного винта 52. Можно также использовать другие типы приспособлений, например пружинный зажим с пневматическим или гидравлическим освобождением зажатия, или расположенное вдоль оси запирающее приспособление, или другие средства, пригодные для этой цели.

Поскольку часть 32 также должна находиться в контакте с грузом, ее, как и другие компоненты или поверхности, находящиеся в контакте с грузом, необходимо выполнять из не взаимодействующего с грузом материала, который, как сказано выше, может представлять собой высокопрочный металл (т.е. нержавеющую сталь) или армированный композиционный материал. Часть 32 имеет ряд каналов 62 для потока жидкости. Они могут быть образованы лопастями (не показаны), которыми элемент 50 присоединен к части 46. Кроме того, часть 32 имеет трубчатый выступ 64, внутреннее пространство которого проточно сообщается с каналами 62. Этому выступу 64 может быть придана форма, обеспечивающая герметичное подсоединение к устройству наполнения или опорожнения. К выступу 64 герметично прикреплено закрывающее приспособление 66, которое можно открывать для осуществления налива или слива груза. На крышке 66 или в других местах зажимного устройства 30 может быть закреплен зацеп 68 для буксирования, предназначенный для крепления буксировочного троса. Следует иметь ввиду, что указанный зацеп изображен исключительно в иллюстративных целях, и для специалистов данного уровня техники очевидны другие подходящие варианты его размещения и формы.

Рассмотренное зажимное устройство имеет очевидные свойственные ему преимущества. Они включают способность увеличивать давление на текстильный материал путем затягивания элемента передачи нагрузки, чтобы при необходимости можно было увеличивать усилие зажима. Кроме того, вследствие относительно плавных изменений формы поверхностей, между которыми обеспечивается зажатие, уменьшена концентрация действующих на текстильный материал напряжений. В случае необходимости в состав устройства можно легко включить обычное оборудование для герметизации и сцепления. Помимо этого, зажимающие поверхности могут быть видоизменены в зависимости от различных применений. Например, они могут быть очень пологими при наличии у текстильного материала плоских поверхностей и более крутыми в случае больших сжимающих нагрузок или если упругость материи является существенным фактором. Также специалисту данного уровня техники понятно, что зажимающее устройство может быть выполнено так, что действующее на устройство буксировочное усилие может добавляться к создаваемому усилию зажима.

Хотя в данной заявке подробно описан предпочтительный вариант выполнения настоящего изобретения, его объем этим вариантом не ограничивается. Указанный объем определен в приложенной формуле изобретения.

1. Мягкий герметичный контейнер для жидкости, предназначенный для транспортировки и/или хранения груза, включающего жидкость или псевдоожиженный материал, и содержащий удлиненную мягкую трубчатую конструкцию из текстильного материала, имеющую внутреннюю и внешнюю зоны, первую окружность, передний конец и задний конец, средство обеспечения непроницаемости трубчатой конструкции, средство заполнения грузом контейнера и его опорожнения, при этом по меньшей мере один конец, передний или задний, выполнен с образованием отверстия, имеющего вторую окружность, меньшую по периметру, чем первая окружность, и зажимное устройство для закрытия указанного отверстия, имеющее приемную часть, в которую указанный конец вставлен между двумя взаимодействующими поверхностями, и для прикрепления зажимного устройства к указанному концу последний зажат между указанными взаимодействующими поверхностями путем приложения усилия зажима, в котором указанное зажимное приспособление содержит кольцевую часть и поверхность для размещения кольца, которые образуют две указанные взаимодействующие поверхности, причем указанная кольцевая часть содержит расширенный проходящий в радиальном направлении элемент, который выполнен криволинейным и проходит в наружном направлении и в котором поверхность для размещения кольца имеет криволинейную поверхность, которая является взаимодополняющей для поверхности проходящего в радиальном направлении элемента.

2. Контейнер по п.1, в котором кольцевая часть содержит удерживаемую на ней ступицу, расположенную аксиально, при этом поверхность для размещения кольца имеет аксиально расположенный элемент, соосный со ступицей, и приспособление для передачи нагрузки, присоединенное между ступицей и аксиальным элементом для создания между ними нагрузки с обеспечением усилия зажима.

3. Контейнер по п.2, в котором приспособление для передачи нагрузки является регулируемым для регулирования величины усилия зажима.

4. Контейнер по п.2, в котором кольцевая часть и поверхность для размещения кольца имеют отверстия, обеспечивающие прохождение жидкости внутрь трубчатой конструкции и из нее.

5. Контейнер по п.4, в котором кольцевая часть расположена в его внутренней зоне, а поверхность для размещения кольца расположена на его внешней зоне и имеет средства перекрытия потока жидкости в трубчатую конструкцию и из нее.

6. Контейнер по п.1, в котором зажимное устройство содержит средства присоединения к нему буксировочного троса.

7. Контейнер по п.5, в котором зажимное устройство содержит средства присоединения к нему буксировочного троса.

8. Контейнер по п.1, в котором зажимное устройство выполнено из металла или армированного композиционного материала.

9. Контейнер по п.5, в котором зажимное устройство выполнено из металла или армированного композиционного материала.

10. Контейнер по п.1, в котором зажимное устройство расположено на переднем конце и на заднем конце.

11. Контейнер по п.2, в котором зажимное устройство расположено на переднем конце и на заднем конце.