защитный кожух

Формула изобретения

1. Кожух для защиты изделия, помещаемого внутрь кожуха, причем защитный кожух включает, по меньшей мере, два элемента кожуха, выполненные с возможностью сборки с образованием кожуха, имеющего внутренний объем для помещения изделия, при этом каждый из, по меньшей мере, двух элементов кожуха включает наружную оболочку из материала, упрочненного волокнами пластика, имеющего множество слоев упрочняющих волокон в матрице из пластика, внутреннюю оболочку из упрочненного волокнами пластика, имеющего множество слоев упрочняющих волокон в матрице из пластика, наполнитель материала сердцевины низкой плотности в пространстве между наружным и внутренним элементами оболочек, средства уплотнения, расположенные на поверхности стыка между, по меньшей мере, двумя элементами кожуха, и крепежные средства для удержания вместе, по меньшей мере, двух упомянутых элементов.

2. Кожух по п. 1, в котором наружная оболочка кожуха содержит множество слоев волокнистого упрочнителя, выбираемого из группы, включающей ткань из стекловолокна, нетканый материал из стекловолокна: войлок из рубленого стекловолокна и арамидные волокна.

3. Кожух по любому из п. 1 или 2, в котором внутренняя оболочка кожуха содержит множество слоев нетканого материала из стекловолокна, имеющего матрицу из пластика.

4. Кожух по любому одному из пп. 1-3, в котором наружная оболочка также включает наружное кольцеобразное оребрение, полученное формовкой.

5. Кожух по п. 4, в котором внутренние углубления в наружном оребрении содержат присоединенные к ним металлические пластины для введения крепежных винтов.

6. Кожух по любому одному из пп. 1-5, в котором материал сердцевины низкой плотности, расположенный между внутренней и наружной оболочками, выбирают из группы, включающей пенопласт из поливинилхлорида, пенопласт из полиуретана, древесину бальзы, кору пробкового дерева.

7. Кожух по п. 6, в котором материалы пенопласта сердцевины содержат также материал наполнителя, выбираемый из группы, включающей гранулированный минерал, керамику и стекло.

8. Кожух по любому из п. 6 или 7, в котором пенопласт представляет собой синтаксический (структурированный) пенопласт высокой плотности.

9. Кожух по любому одному из пп. 1-8, кроме того, включающий опорные элементы для обеспечения удобного штабелирования и манипулирования кожухом и помещаемыми в нем цилиндрами в процессе транспортирования и хранения.

10. Кожух по любому одному из пп. 1-9, в котором имеется два элемента кожуха.

11. Кожух по любому одному из пп. 1-10, в котором торцы, по меньшей мере, двух элементов кожуха, которые составляют поверхности стыка, снабжены между ними уплотняющими элементами.

12. Кожух по п. 11, в котором поверхности стыка снабжены вспучивающимися уплотнениями.

13. Кожух по любому одному из пп. 1-12, кроме того, включающий дополнительный защитный наружный слой, содержащий полиуретановое покрытие.

14. Кожух по п. 10, в котором элементы кожуха имеют, в общем, форму полуцилиндров, а в собранном виде кожух имеет, в общем, форму цилиндра.

15. Кожух по любому одному из пп. 1-14, приспособленный для защиты баллона, содержащего гексафторид урана.

16. Кожух по п. 9, в котором опорные элементы крепятся к кожуху с помощью механических крепежных элементов.

17. Кожух по п. 9, в котором опорные элементы присоединены к кожуху.

18. Кожух по любому одному из пп. 1-17, в котором внутренняя поверхность внутренней оболочки снабжена установочными элементами из эластомера.

19. Кожух по любому одному из пп. 1-18, в котором наружная и внутренняя оболочки образуют сплошную поверхность, ограничивающую сердцевину из материала низкой плотности.

20. Кожух по п. 3, в котором внутренняя оболочка кожуха содержит также местные участки, упрочненные арамидным волокном.

21. Кожух по любому из п. 3 или 20, в котором внутренняя оболочка снабжена также упрочняющими металлическими пластинами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сменному защитному кожуху для защиты массивных и возможно опасных изделий в процессе хранения и/или перевозки. Защитный кожух пригоден для защиты массивных баллонов, содержащих газообразные вещества, а в частности, хотя не исключительно, для защиты баллонов с гексафторидом урана при перевозке.

Газообразный гексафторид урана является исходным материалом, из которого получают ядерное топливо, транспортируют по всему миру в баллонах высокого давления, которые в настоящее время защищают с помощью так называемой "суперупаковки". Существующая защитная суперупаковка содержит внутреннюю и наружную оболочки из нержавеющей стали, имеющие наполнитель из фенольной смолы или полиуретанового пенопласта в промежуточном пространстве между оболочками. В связи с опасной природой материала, подлежащего транспортировке, суперупаковка должна выдерживать жесткие испытания, утвержденные официальными документами, чтобы гарантировать ее целостность при падении с высоты, например, при манипулировании, а также должна обеспечивать тепловой барьер и водонепроницаемость для помещенного в нее баллона. Баллон диаметром 762 мм, заполненный гексафторидом урана, и описанная выше суперупаковка могут весить вплоть до 4000 кг. Суперупаковка и баллон должны выдерживать падение с высоты 9 м без повреждений баллона. Однако при некоторых проведенных недавно испытаниях произошла деформация колпака баллона, последующее повреждение его клапана, через который баллон заполняют и удаляют гексафторид урана. Это вызывает необходимость в сложном, дорогостоящем и трудном для установки защитном элементе клапана, который нужно добавить к существующей суперупаковке. Проблемы обостряются при коррозии металлических оболочек суперупаковки, которая приводит к насыщению водой находящегося внутри пенопласта, что делает суперупаковки еще более тяжелыми, а впитавшаяся вода, кроме того, повышает скорость коррозии в добавление к той, которую вызывает сама фенольная смола, тогда как упаковки должны выдерживать воздействие снаружи фактически всех климатических условий. Для дополнительного упрочнения в существующую суперупаковку добавляют больше металлических компонентов, которые снижают огнестойкость из-за увеличения теплопроводности.

Задача настоящего изобретения состоит в создании защитного кожуха, который является более легким, более долговечным и который легче ремонтировать по сравнению с известной в настоящее время суперупаковкой. Дополнительной задачей является создание защитного кожуха, в котором не требуются дополнительные компоненты для защиты клапана находящегося в нем баллона. Еще одной дополнительной задачей является создание защитного кожуха, имеющего повышенное сопротивление коррозии и атмосферному влиянию. Еще одной дополнительной задачей является создание защитного кожуха, имеющего повышенную огнестойкость.

В соответствии с настоящим изобретением разработан кожух для защиты изделия, помещаемого внутрь кожуха, причем защитный кожух включает: по меньшей мере два элемента кожуха, которые могут быть собраны с образованием кожуха, имеющего внутренний объем для помещения изделия, при этом каждый из по меньшей мере двух элементов кожуха включают: наружную оболочку из упрочненного волокнами пластика, имеющего множество слоев упрочняющих волокон в матрице из пластика; внутреннюю оболочку из упрочненного волокнами пластика, имеющего множество слоев упрочняющих волокон в матрице из пластика; наполнитель материала сердцевины низкой плотности в пространстве между наружным и внутренним элементами оболочек; средства уплотнения, расположенные на поверхности стыка между упомянутыми по меньшей мере двумя элементами кожуха; и крепежные средства для удержания вместе упомянутых по меньшей мере двух элементов.

Наполнитель материала сердцевины низкой плотности предназначен для увеличения момента сопротивления и для создания зоны разрушения в случае удара.

Предпочтительно оба элемента кожуха имеют в общем форму половины цилиндра, а кожух в собранном виде может быть в общем цилиндрической формы.

Элементы кожуха необязательно должны иметь идентичную форму или конструкцию.

Предпочтительно наружная оболочка кожуха содержит множество слоев нетканого материала из стекловолокна и необязательно из слоев арамидных волокон, имеющих матрицу из уретанакрилата, полимера на основе сложных виниловых эфиров и/или, например, из сложного полиэфира.

Предпочтительно внутренняя оболочка кожуха содержит множество слоев нетканого материала стекловолокна, имеющих матрицу, например, из сложного полиэфира или из смолы, используемой в наружной оболочке кожуха.

Однако в некоторых случаях применения могут быть использованы матрицы из других смол, таких как эпоксидные или фенольные смолы.

Нетканые материалы могут иметь укладку 0^o/90^o или 45^o/45^o или могут быть, например, смесью обоих.

В некоторых случаях применения могут быть использованы также тканые материалы, войлок из непрерывных волокон или из рубленных крученых волокон.

Слои из различных волокон могут быть расположены по-разному или, например, группами из двух слоев.

Каждая из внутренних или наружных оболочек может иметь полную толщину в диапазоне приблизительно от 2 до 25 мм.

Наружная оболочка также может иметь внешнее оребрение для увеличения прочности и жесткости элементов кожуха. Углубления у внешнего оребрения могут обеспечивать также удобную защиту для крепежных средств, используемых для соединения вместе элементов кожуха.

Материал сердцевины низкой плотности между внутренней и наружной оболочками может быть пенопластом из поливинилхлорида или из полиуретана, или на древесной основе, такой, например, как кора пробкового дерева или древесина бальзы. В случае использования пенопласта сердцевина может содержать наполнители, такие, например, как стеклянные шарики для снижения плотности пены.

Сердцевина из пенопласта на участке поверхности стыка между элементами кожуха может быть, например, синтаксическим (структурированным) пенопластом высокой плотности для увеличения прочности в этой области.

Как вариант, если необходимо, на этом участке можно использовать другой материал, такой как древесина.

Пенопласт сам может быть упрочнен различными наполнителями, такими, например, как глина, стекло или керамика. Стеклянные наполнители могут включать также материалы, экранирующие нейтронное или другое ядерное излучение.

Пенопласт может быть введен в форме жидкости и вспениваться на месте или может быть в форме листов, отверждаться при подводе тепла и соединяться с торцевыми поверхностями внутренней и наружной оболочек посредством связующего вещества. Как вариант, сердцевина из пенопласта может быть нарезана из пенопласта в форме блоков.

Толщина сердцевины из пенопласта может находиться в диапазоне приблизительно от 10 до 200 мм.

Внутренняя поверхность наружной оболочки может иметь соединенные с ней или, включенные иначе средства упрочнения, чтобы облегчить соединение элементов, например с помощью болтов, к наружной стороне кожуха. Такие средства упрочнения могут включать такие материалы, как древесина, или такие металлы, как, например, сталь. Такие компоненты могут включать опорные элементы для облегчения удобного штабелирования и манипулирования кожухом и помещенным в него цилиндром в процессе транспортирования и хранения.

Углы защитного кожуха могут также дополнительно содержать упрочняющие элементы, такие как добавочные слои волокон и смолы и/или заделанные в них металлические элементы. Однако для того чтобы обеспечить максимальную огнестойкость кожуха в соответствии с настоящим изобретением, использование металлических элементов желательно сократить до минимума.

У торцов элементов кожуха, которые обеспечивают соединения между ними, могут быть предусмотрены элементы уплотнения, чтобы предотвратить проникновение воды.

На поверхностях стыка также могут быть предусмотрены вспучивающиеся уплотнения, которые расширяются, когда подвергаются нагреву, для дополнительной защиты защищаемого изделия.

Наружная сторона кожуха в области соединения может быть снабжена, например, дополнительным защитным слоем, включающим, например, резиновое покрытие для дополнительного повышения износостойкости и сопротивления удару.

Обнаружено, что прочность защитного кожуха в соответствии с настоящим изобретением достаточна, чтобы выдержать все процедуры испытаний, например, для баллонов с гексафторидом урана, при значительно более легком полном весе, чем у существующей в настоящее время суперупаковки.

Способ изготовления может представлять собой формование посредством переноса смолы или впрыскивания смолы. Формование впрыскиванием смолы и переносом смолы (литье под давлением) представляет собой процессы, в которых смолу вводят в заполненную волокнами полость между двумя поверхностями формы.

Как вариант, способ изготовления защитных кожухов в соответствии с настоящим изобретением может представлять собой, например, обычную последовательную укладку слоев упрочняющих волокон в форму и пропитывание соответствующей смолой с последующим отверждением.

Кожухи в соответствии с настоящим изобретением можно легко ремонтировать в отличие, например, от известных суперупаковок.

Для того чтобы можно было более полно понять настоящее изобретение, будет приведено описание примеров защитных кожухов для защиты баллонов с гексафторидом урана путем иллюстрации со ссылкой только на прилагаемые чертежи, в которых:

на фиг. 1 показан вид сбоку защитного кожуха в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг.2 показано вертикальное поперечное сечение вдоль кожуха на фиг.1;

на фиг.3 показано поперечное сечение по линии 3-3 на фиг. 1;

на фиг.4 показан участок угла более подробно, чем показано на фиг.2;

на фиг. 5 показано поперечное сечение через участок, имеющий крепежные детали для соединения вместе половин кожуха;

на фиг.6 показан участок фиг.5 под углом 90^o к нему;

на фиг.7 показан вид с частичным вертикальным разрезом баллона для транспортирования и хранения гексафторида урана;

на фиг. 8 показан вид сбоку второго варианта защитного кожуха в соответствии с настоящим изобретением, на котором две половины кожуха показаны отдельно;

на фиг. 9 показан частичный вид с торца кожуха фиг.9 с двумя половинами кожуха, соединенными вместе;

на фиг.10 показано поперечное сечение кожуха на фиг. 8 вдоль вертикальной плоскости с двумя половинами, соединенными вместе;

на фиг.11 показано поперечное сечение по линии 11-11 на фиг.10;

на фиг.12 показано поперечное сечение по линии 12-12 на фиг.10 и

на фиг.13 более подробно показана деталь 13, представленная на фиг.12.

Далее при описании ссылаются на чертежи, на которых одинаковые детали обозначены общими номерами позиций. Защитный кожух в соответствии с настоящим изобретением показан, как правило, под номером 10. Кожух 10 имеет в основном цилиндрическую форму и состоит, как правило, из двух полуцилиндрических половин оболочек 12, 14 кожуха, наружные поверхности которых снабжены множеством кольцеобразных упрочняющих ребер 16; двух прямоугольных опорных элементов 20 для укладки/стабилизации, которые образованы из двух половин 22, 24; и нескольких крепежных защелок 26, расположение которых показано только на фиг. 1 и которые соединяют вместе две половины 12, 14 кожуха вдоль линии 28 стыка для образования внутреннего объема, в который помещают изделие, подлежащее защите (см. фиг. 7). На фиг.2 показано вертикальное поперечное сечение вдоль кожуха на фиг.1. Каждая половина кожуха содержит наружную оболочку 30 и внутреннюю оболочку 32, которые соединяются вместе на участке 34 линии стыка 28 посредством слоев ткани из волокон, пропитанных смолой. Каждая из оболочек 30, 32 содержит множество слоев ткани из волокон, уложенных один поверх другого и пропитанных полимерной смолой. В варианте показано, что наружная оболочка 30 содержит:

наружный отделочный слой и войлок из рубленого волокна 450;

8 слоев 0^o/90^o упрочнителя из нетканого стекловолокна, причем каждый слой перемежается с другим;

8 слоев 45^o упрочнителя из нетканого арамидного волокна;

с матрицей из полиэфирной смолы.

Внутренняя оболочка содержит:

5 слоев 0^o/90^o упрочнителя из нетканого стекловолокна, причем каждый слой перемежается с другим;

5 слоев 45^o упрочнителя из нетканого стекловолокна и матрицы из полиэфирной смолы и

войлок из рубленого волокна 450 и наружный отделочный слой.

Между наружной и внутренней оболочками находится сердцевина 40 из поливинилхлоридного пенопласта, расположенная на протяжении основной области кожуха, причем вблизи участка поверхности стыка расположена сердцевина из полиуретанового синтаксического (структурированного) пенопласта 42. К внутренней поверхности наружной оболочки 30 одного из ребер 16 жесткости присоединены металлические пластины 44, которые просверлены и снабжены резьбой для завинчивания болтов (не показаны) для присоединения там опорных элементов 22, 24. В угловых участках 46 двух половин кожуха предусмотрены дополнительные слои упрочняющих волокон 50 для упрочнения этих участков на случай удара при падении. На фиг.3 показан вид с торца и частичное поперечное сечение защитного кожуха в соответствии с настоящим изобретением, ясно показывающий опорные элементы 20, которые также представляют собой конструкцию из упрочненного волокнами пластика. Как можно видеть более подробно на фиг. 5 и 6, две половины кожуха соединяются вместе по линии стыка 28 посредством взаимосвязанных по сопряженным поверхностям деталей. По периферии обеих поверхностей стыка образована канавка 60 для размещения уплотняющего валика 62 от проникновения в кожух воды. У наружной части 64 вокруг участка стыка находится вспучивающееся уплотнение, которое расширяется в случае появления огня или избыточного тепла для защиты внутренности кожуха. Две половины кожуха фиксируются вместе эксцентриковыми крепежными деталями 70 во множестве мест расположения 26 вокруг периферии поверхности стыка, причем крепежные стержни 72 закреплены в кромке внутри отливки из упрочненной волокнами смолы. Рукоятки 74 крепежных деталей 70 устроены так, чтобы находиться ниже поверхности ребер 16 для защиты в процессе транспортировки. Более прочный синтаксический (структурированный) пенопласт 42 высокой плотности на участке поверхности стыка увеличивает жесткость и прочность.

На фиг. 7 показан вид с вертикальным разрезом баллона 100 для гексафторида урана. Баллон содержит сварную металлическую обечайку 102; замыкающую крышку 104, 106 у каждого из двух металлических колпаков 108, 110, причем колпак 108 баллона позволяет устанавливать баллон на нижний торец, а также защищает пробку 112. Колпак 110 в первую очередь защищает клапан 114, через который баллон 100 заполняют гексафторидом урана и через который его удаляют. Если клапан 114 повреждается или сбивается, то может произойти утечка содержимого баллона. При существующих защитных кожухах, как показали недавние случаи, колпак 110 может деформироваться при падении находящегося в кожухе баллона, так что колпак 110 ударяется о клапан 114, вызывая его деформацию и потенциально опасную ситуацию. Это вызывает необходимость в наличии сложного, дорогостоящего и вызывающего трудности при установке элемента защиты клапана (не показан), подлежащей установке на этих баллонах, чтобы избежать повреждения клапана, когда используют существующие суперупаковки.

На фиг.8-13 показан второй вариант защитного кожуха, который обычно обозначают позицией 200. Второй вариант защитного кожуха имеет ровную 202 наружную поверхность в отличие от оребренной наружной поверхности. Кожух 200 состоит из двух половин 204, 206. Каждая половина кожуха имеет соединяемые вместе опорные элементы 210, 212 из упрочненного волокнами пластика. Между поверхностью 202 кожуха и опорными элементами 210, 212 имеется пространство 218, например, для введения захватов вилочного подъемника (не показан). Наружная оболочка 220 и внутренняя оболочки 222 содержат множество слоев упрочняющей стеклоткани, пропитанной полимерными смолами аналогичным образом описанным выше первым вариантом. Однако в этом случае оболочки кожуха получают формовкой посредством впрыскивания смолы. В этом втором варианте торцевые части 230, 232 оболочки 220 наружного кожуха и торцевые части 236, 238 оболочки 222 внутреннего кожуха имеют более толстые сечения за счет дополнительных слоев упрочнения стекловолокном, чем в центральной части 240, 242 соответственно. Концевые торцы 250, 252 внутренней оболочки 222 имеют углубления 256, 258 для обеспечения дополнительной защиты расположенного там баллона (не показан), подобно тому, как показано на фиг. 7 внизу. Сердцевина 260 содержит пенопласт из полиуретана высокой плотности с рублеными волокнами из карбоксинитроцеллюлозы. Вокруг внутренней поверхности внутренней оболочки 222 предусмотрены кольца 270 из эластомера для размещения расположенного там баллона. Как более подробно показано на фиг.13, на участке поверхности стыка предусмотрено эластомерное уплотнение 274, вспучивающееся уплотнение 276 и резиновые амортизаторы 278 вокруг наружной поверхности 280 выступов 282, 284 элементов 204, 206 кожуха. Вдоль кромок элементов кожуха и на его концах предусмотрены защелки 290. Защелки 290 имеют эксцентриковый или резьбовой механизмы фиксации.

Защитные кожухи в соответствии с настоящим изобретением удовлетворяют всем предписанным корпусным испытаниям и не требуют использования защитных элементов для клапана, что экономит тем самым затраты и ресурсы.