专利名称:保护外壳的制作方法
本发明涉及一种用于在储存和/或运输过程中保护笨重而可能有害的物品的、可移动的保护外壳。该保护外壳适合于保护危险性物质的笨重容器，具体说是适合于在运输过程中保护六氟化铀，但并不仅限于此。
气态六氟化铀是生产核燃料的主要材料，它是装在高压瓶中而运往世界各地的，目前这种高压瓶是用一种“外包装(overpack)”来保护。现有的保护外包装包括不锈钢的内、外壳板，壳板之间的间隙空间中充填有酚醛树脂或聚氨酯泡沫塑料。由于所运输的材料的危险性，外包装必须经过管理机构的一套严格测试，以确保它们在运输过程中例如从高处跌落时保持完整性，并必须为所容纳的钢瓶提供隔热和水密保护。一个装满六氟化铀并具有上述外包装的30″直径钢瓶可重达4000公斤。外包装和钢瓶必须经得起从9米高处跌落而不致造成钢瓶损坏。然而，在近来的一些试验中，已发生过钢瓶裙边变形、进而造成用于充装和取用六氟化铀的钢瓶阀门损坏的情况。这就需要在已有外包装上添加复杂、昂贵、装配困难的阀门保护件。如果外包装金属壳板腐蚀，让内部泡沫塑料充满水，则问题会加剧，这会使外包装更重，而且，除了酚醛树脂本身会造成腐蚀，所吸收的水会进一步加快腐蚀速度，因为外包装实际上必须在所有气候条件下暴露在户外。为进一步加强现有的外包装，增加了更多的金属构件，但由于导热性也增加，因而也就降低了防火性能。
本发明的一个目的在于提供一种比已有外包装重量更轻、更耐用、更易于维修的保护外壳。另一目的是提供一种不需要额外的构件来保护所容纳的钢瓶的阀门的保护外壳。
还有一个目的在于提供一种耐腐蚀和抗风化能力提高的保护外壳。另一目的是提供一种防火性能提高的保护外壳。
按照本发明的一个方面，提供一种用于保护容纳于其中的物品的外壳，该保护外壳包括至少两个外壳件，它们可装配形成一外壳，该外壳具有一用以容纳物品的内部容积，所述至少两个外壳件各包括一纤维强化塑料材料的外壳板，该外壳板在一塑料基材中具有多个强化纤维层；一纤维强化塑料材料的内壳板，该内壳板在一塑料基材中具有多个强化纤维层；一位于内、外壳板件之间的空间内的低密度芯部材料的填料；设置在所述至少两个外壳件之间的接合面中的密封装置；以及将所述至少两个外壳件保持于一起的固定装置，该外壳还包括至少一个位于内壳板上的金属插入件。
该插入件可以是接合于内壳板表面的金属环的形式。该插入件是用于支承和分配容器和物品从高处跌落时所产生的力。当物品是一基本呈圆柱体形的六氟化铀容器时，如果没有该支承插入件，因冲击而由钢瓶端部施加的局部应力足以损坏外壳的内壳板。
最好，该插入件是一耐腐蚀金属，诸如不锈钢。
最好，在外壳的每个端部都有插入件。
该插入件的横截面可以基本平坦，也可以是其它任何合适形状，它们会产生变形而吸收冲击力并将该冲击力分散到纤维强化塑料上。
该插入件的俯视形状可对应于外壳的内部形状和/或对应于所容纳物品的相关部分的形状。
该插入件可覆盖内壳板的几乎所有的相关表面区域。
该插入件可包含在壳板结构内，即位于多个强化纤维层内。
按照本发明的第二个方面，提供一种用于保护容纳于其中的物品的外壳，该保护外壳包括至少两个外壳件，它们可装配形成一外壳，该外壳具有一用以容纳物品的内部容积，所述至少两个外壳件各包括一纤维强化塑料材料的外壳板，该外壳板在一塑料基材中具有多个强化纤维层；一纤维强化塑料材料的内壳板，该内壳板在一塑料基材中具有多个强化纤维层；一位于内、外壳板件之间的空间内的低密度芯部材料的填料；设置在所述至少两个外壳件之间的接合面中的密封装置；以及将所述至少两个外壳件保持于一起的固定装置，所述固定装置包括一对保持于所述至少两个外壳件的凸缘部分中的、轴向排列的套筒件，所述这对套筒件各具有一延伸入其中的、用以将所述至少两个外壳件连接于一起的锁销件。
这些凸缘部分与外壳件之间的分离线相联。
最好，沿外壳的每个朝向轴向的边缘有多个固定装置。
套筒件可具有一“大礼帽”形的横截面，其一端形成有一凸缘，该凸缘部分用于分散夹紧力，并提供一将套筒件固定于外壳件的装置。
该对套筒件中的一个可具有一基本平整的孔，而另一个相配合的套筒件可被攻丝用以接纳一带螺纹的锁销件。
该锁销件可具有一铰接的手柄件。或者，该锁销件可具有合适的驱动装置，诸如一六角头或艾伦内六角头，以便例如用一单独的工具来拧紧。
套筒件的轴向长度可用来确定外壳件的最大封闭程度或密封件的所需压缩程度。
固定装置还可具有一可压缩的弹性件，用以使一整体的拧紧手柄件始终处于需要的合适位置。
本发明的固定装置可机械地固定于外壳件，以便修理和更换损坏的固定装置。
低密度芯部材料的填料用于提高截面模量，并用于在冲击情况下提供一压碎区。
最好，有两个基本为半圆柱形的外壳件，装配成的外壳可基本呈圆柱形。
外壳件并不一定要具有相同的形状或结构。
最好，外壳板包括多个玻璃纤维无纺布层和可选择的芳族聚酰胺纤维层，这些芳族聚酰胺纤维层具有一例如尿烷丙烯酸酯、乙烯基酯树脂和/或聚酯树脂材料的基材。
最好，内壳板包括多个玻璃纤维无纺布层，它们具有一例如聚酯树脂材料或外壳板中所使用的树脂材料的基材。
不过，在某些场合，可以使用诸如环氧树脂或酚醛树脂之类的其它树脂基材。
无纺布例如可以是0°/90°或45°/45°，也可以是它们的混合物。
在某些场合，也可以使用无纺布、连续长丝或短切纤维垫。
例如，可以将不同的纤维层以交替方式或两层一组方式设置。
内、外壳板的厚度均可约在2毫米到25毫米的范围内。
外壳板还可具有外部肋条，用以提高外壳件的强度和刚度。外部肋条中的凹槽还可便于保护用来将外壳件锁固于一起的固定装置。
本发明的保护外壳还可具有确保所容纳的物品(例如六氟化铀钢瓶)仅以一个姿势装配于外壳内的特征。这种特征可以包括销钉或插头，它们确保外壳件仅可以唯一方式装配于一起，还包括内壳板的内部特征，该内部特征让物品以一单个的取向定位。
内、外壳板之间的低密度芯部材料例如可以是PVC或聚氨酯泡沫塑料，或是诸如软木或轻质木材(白塞木)之类的木质材料。在泡沫塑料的情况下，芯部材料例如可以具有诸如玻璃球之类的填料，用以降低泡沫塑料的密度。
在外壳件接合面部位的泡沫塑料芯部例如可以是一高密度空心微球泡沫塑料，用以提高该部位的强度。或者，如果需要的话，在该部位可以使用诸如木材之类的其它材料。
泡沫塑料本身例如可以用诸如粘土、玻璃或陶瓷之类的各种填料来强化。玻璃填料还可以具有中子或辐射屏蔽材料。
泡沫塑料可以液体形式导入并在原地发泡，也可以呈片状、加热弯曲并用粘结剂粘接于内、外壳板的表面。或者，泡沫塑料芯部可以由块状材料切成。
泡沫塑料芯部的厚度可以约在10毫米到200毫米的范围内。
外壳板的内表面可以粘接或以其它方式结合有加强件，以允许例如通过螺栓将构件连接于外壳的外侧。这种加强件例如可以包括木材之类的材料或钢材之类的金属。这种构件可包括托架件，用以在运输和储存过程中方便外壳和所容纳钢瓶的叠置和搬运。
保护外壳的角部也可进一步包括加强件，诸如额外的纤维层和/或埋设的金属件。然而，为了使本发明的外壳的防火能力达到最佳，最好尽可能少加金属件。
外壳件的构成接合面的表面可具有密封件，用以防止水或其它不希望有的流体进入。
接合面可以具有膨胀密封件，它们在受热时膨胀，以进一步保护所封装的物品。
接合部位的外壳的外侧例如可以具有一额外的保护层，该保护层例如包括一橡胶涂层，用以进一步提高耐磨性和抗冲击性。
外壳的部分或整个外表面可以涂覆一诸如聚氨酯之类的弹性涂层，用以进一步提高抗冲击损坏的能力以及吸收和分配应力的能力。
业已发现，本发明的保护外壳的强度足以满足例如六氟化铀钢瓶的所有试验程序，而其总重量显著低于目前所使用的外包装。
制造方法可以利用树脂传递模塑法或树脂灌注法。树脂灌注法和树脂传递模塑法(RTM)是将树脂注入两个模具表面之间的纤维填充型腔的工艺。
或者，本发明的保护外壳的制造方法例如可以利用传统的工艺，在模具中顺序叠置强化纤维层，并灌注以合适的树脂，然后使其固化。
不象已有的外包装，本发明的外壳很容易修理。而且，诸如密封件、固定装置、支承插入件等之类的易磨损部件由于是粘接或机械固定于外壳件上的，因而很容易更换。
为便于更充分地理解本发明，下面将参照附图仅以示例的方式来描述用于保护六氟化铀钢瓶的保护外壳的实例，附图中
图1是用本发明的外壳保护的一六氟化铀钢瓶的立视图；图2是本发明的保护外壳的侧视图；图3是沿图4的3-3线的轴向剖视图；图4是图2的外壳沿箭头“A”方向的简化端视图；图5是两个外壳件之间的接合面区域部分沿图2的5-5线的剖视图；图6是图3中所示的支承插入件的俯视图；图7是本发明的固定装置结构的视图，其中两个外壳件沿图4的箭头“B”方向固定于一起；图8是与图7类似的视图，只是其中外壳件被固定于一起；图9是图7和8的固定装置和部分外壳件沿图2的9-9线的剖视图；图10是图7、8和9的固定装置沿图8的箭头“C”方向的平面图；以及图11是本发明的外壳的示意图，该外壳具有使UF6钢瓶以单个取向容装的特征。
下面参见附图，其中相同的特征用相同的标号表示。
图1是一个六氟化铀钢瓶10的立视图。该钢瓶包括一焊接的金属壳12；位于每个端部的盖子14、16和两个金属裙边18、20，裙边18使钢瓶能以端部站立，并保护插塞22。裙边20主要是保护充装和抽取六氟化铀用的阀门24。如果阀门24受损或被敲掉，则钢瓶内含物可能逸出。对于现有的保护外壳，近来所发生所事件表明，裙边20在外壳中的钢瓶跌落后会发生变形，使裙边20撞击在阀门24上，造成其变形和可能的危险情况。这就要求在那些与现有技术的外包装一起使用的钢瓶上安装一复杂、昂贵、难以装配的阀门保护件(未图示)，以避免阀门受损。
本发明的保护外壳总的由标号40表示。该外壳基本呈圆柱形，它包括两个基本呈半圆柱形的外壳件42、44。下外壳件42具有两个托架件46、48，它们可将外壳40和内含物品10支承在地面上或运输车辆(未图示)上。每个外壳件具有一沿每一侧的轴向长度延伸的凸缘部分50、52，凸缘部分50、52中有多个固定装置60用来将外壳件42、44固定于一起，这将在下面更详细地描述。托架件46、48在每一侧具有硬点板64、66，这些板上可以安装诸如环68、70之类的提升装置，用于搬运外壳和内含物品。或者，可以通过将运输车(未图示)的提升叉插入形成于托架件与外壳件42之间的通孔72、74来提升和移动外壳及内含物品。图3是外壳40沿图4的3-3线的剖视图。虚线10表示所容纳的六氟化铀钢瓶。每个外壳件42、44包括一外壳板80和一内壳板82，它们在接合面区域84通过灌注以树脂的纤维布层而接合于一起。壳板80、82各包括多个彼此叠置并灌注以塑料树脂材料的纤维布层。在所示的实施例中，外壳板80包括一凝胶套和450csm；8层0°/90°玻璃纤维无纺布加强件8层±45°芳族聚酰胺无纺布加强件，它们与上述8层交替设置；具有一聚酯树脂基材。
内壳板82包括5层0°/90°玻璃纤维无纺布加强件；5层±45°玻璃纤维无纺布加强件，它们与上述5层交替设置；一聚酯树脂基材；以及450csm和凝胶套。
壳板80、82通过树脂传递模塑系统来生产。由于最佳了玻璃纤维加强件，外壳板的端部90、92和内壳板的端部94、96的横截面要厚于中部98、100。内、外壳板之间有经CNC切割的高密度聚氨酯泡沫塑料的芯部86。围绕内壳板的内周边设置弹性体的环102，用于承靠所容纳的钢瓶10。在各外壳件的轴向端部112、114均有一不锈钢材料的支承插入件接合于内壳板，并还用机械方法(在本例中是固定螺钉，未图示)固定。从图6中可以看出，支承插入件110包括两个不同形状、彼此不对称的构件130、132。每个插入件130、132具有固定板延伸部分136、138，这些延伸部分具有用于容纳将构件130、132固定于内壳板的固定螺钉的孔140、142。支承插入件110基本是平坦的，以使其能够变形并吸收例如因外壳和容器跌落所产生的冲击力，并将这些冲击力更均匀地分散到内壳板的材料上。接合面区域84具有密封件120、122，它们中的任一个或是全部可以是膨胀密封件，这在图5中看得最清楚。外壳板80的外表面在外壳件的端部上还具有一聚氨酯涂层126，但需要的话，也可以在整个外表面上涂覆该涂层。
图7到10表示本发明的固定装置的结构。从图9中可清楚地看出，固定装置60位于外壳件的凸缘部分50、52中。沿外壳件每一侧的凸缘分布有多个固定装置60。每个固定装置包括固定于一个凸缘部分的一第一套筒部分152；固定于另一凸缘部分并与第一套筒部分轴向对齐的一第二套筒部分154；以及一具有一铰接手柄158的锁销件156。第一和第二套筒部分各具有一凸缘件160、162，这些凸缘件具有螺纹孔166、168，用于接纳穿过加强板176、178而进入相关外壳凸缘部分的相对面中的一凹槽的固定螺钉170、172。第一套筒部分具有一基本平整的孔180，供锁销件156的一螺纹端182穿过。然而，第一套筒件的端部184具有少许螺纹，以在松开固定装置60时使锁销保持于第一套筒件中。锁销的螺纹部分182的长度小于第一套筒件其余的无螺纹长度。第二套筒件154具有一位于开头处的无螺纹导入部分188和一螺纹部分190，该螺纹部分用于与锁销156的螺纹部分182相接合，以通过转动铰接手柄158将外壳件42、44拉合并固定于一起，如图8中所示。设置有一弹性Belville(商标)垫圈194，以允许手柄位置的转动角度有一定的自由度，使其在完全固定时基本平行于外壳的轴线200并位于为此而设置的卡夹196中(参见图2)。
固定装置60并不一定要通过锁销和套筒件上的螺纹来固定，而可以通过诸如卡口式连接件之类的其它现有方式来进行锁合。
图11是装有UF6钢瓶10(图中仅示出其一部分)的保护外壳300的剖视示意图。外壳的下半部分302具有一插头304，该插头与外壳上半部分306中的一孔(未图示)相配合，以使上、下外壳件绕分离线308只能以一个相对取向装配。上外壳件306还具有诸个突起310，它们只允许钢瓶10以阀门24处于突起端的状态插入。例如，突起310可以模制于内壳板中，也可以固定于内壳板。插头304和接纳孔可以设置在参照图2到10所述的凸缘部分50、52上。
本发明的保护外壳可满足管理机构的所有测试，而不需要现有技术的保护外壳所使用的阀门保护件，从而可节约成本和资源。
权利要求
1.一种用于保护容纳于其中的物品的外壳，该保护外壳包括至少两个外壳件，它们可装配形成一外壳，该外壳具有一用以容纳物品的内部容积，所述至少两个外壳件各包括一纤维强化塑料材料的外壳板，该外壳板在一塑料基材中具有多个强化纤维层；一纤维强化塑料材料的内壳板，该内壳板在一塑料基材中具有多个强化纤维层；一位于内、外壳板件之间的空间内的低密度芯部材料的填料；设置在所述至少两个外壳件之间的一接合面区域中的密封装置；以及将所述至少两个外壳件保持于一起的固定装置，该外壳还包括至少一个位于内壳板上的金属插入件。
2.如权利要求
1所述的保护外壳，其特征在于，所述至少一个金属插入件分配对所述外壳的冲击所产生的力。
3.如权利要求
1或2所述的保护外壳，其特征在于，所述插入件是接合于内壳板表面的金属环的形式。
4.如前述任一项权利要求
所述的保护外壳，其特征在于，所述插入件由耐腐蚀金属制成。
5.如前述任一项权利要求
所述的保护外壳，其特征在于，所述外壳的每一端都有插入件。
6.如前述任一项权利要求
所述的保护外壳，其特征在于，所述插入件的横截面基本为平坦的。
7.如前述任一项权利要求
所述的保护外壳，其特征在于，所述插入件的俯视形状对应于外壳的内部形状和/或对应于所容纳物品的相关部分的形状。
8.如前述任一项权利要求
所述的保护外壳，其特征在于，所述插入件覆盖内壳板的几乎所有的相关表面区域。
9.如前述任一项权利要求
所述的保护外壳，其特征在于，所述插入件包含在所述多个强化纤维层内。
10.如前述任一项权利要求
所述的保护外壳，其特征在于，所述插入件机械地固定于内壳板。
11.一种用于保护容纳于其中的物品的外壳，该保护外壳包括至少两个外壳件，它们可装配形成一外壳，该外壳具有一用以容纳物品的内部容积，所述至少两个外壳件各包括一纤维强化塑料材料的外壳板，该外壳板在一塑料基材中具有多个强化纤维层；一纤维强化塑料材料的内壳板，该内壳板在一塑料基材中具有多个强化纤维层；一位于内、外壳板件之间的空间内的低密度芯部材料的填料；设置在所述至少两个外壳件之间的接合面中的密封装置；以及将所述至少两个外壳件保持于一起的固定装置，各固定装置包括一对保持于所述至少两个外壳件的凸缘部分中的、轴向排列的套筒件，所述这对套筒件各具有一延伸入其中的、用以将所述至少两个套筒件、因而也就是所述外壳件连接于一起的锁销件。
12.如权利要求
11所述的外壳，其特征在于，所述套筒件具有一“大礼帽”形的横截面，其一端形成有一凸缘。
13.如权利要求
11或12所述的外壳，其特征在于，所述套筒凸缘部分用于分散夹紧力，并提供一将套筒件固定于外壳件的装置。
14.如权利要求
11到13的任一项所述的外壳，其特征在于，所述这对套筒件中的一个具有一基本平整的孔，而另一个相配合的套筒件被攻丝用以接纳一带螺纹的锁销件。
15.如权利要求
11到14的任一项所述的外壳，其特征在于，所述锁销件具有一铰接成一体的手柄件。
16.如权利要求
11到14的任一项所述的外壳，其特征在于，所述锁销件具有合适的驱动装置，诸如一六角头或艾伦内六角头或花键形式，以便用一单独的工具来拧紧。
17.如权利要求
11到16的任一项所述的外壳，其特征在于，套筒件的轴向长度用来确定外壳件的最大封闭程度或密封件的所需压缩程度。
18.如权利要求
11到17的任一项所述的外壳，其特征在于，所述固定装置具有一可压缩的弹性件，用以使一整体的拧紧手柄件始终处于需要的合适位置。
19.如权利要求
11到18的任一项所述的外壳，其特征在于，所述固定装置机械地固定于外壳件，以便修理和更换损坏的固定装置。
20.如权利要求
1到9的任一项所述的保护外壳，其特征在于，所述插入件至少为两片。
21.如权利要求
20所述的外壳，其特征在于，所述插入件片具有不同的形状。
22.如前述任一项权利要求
所述的保护外壳，其特征在于，所述外壳件具有用以确保它们仅以一个相对取向接合于一起的装置。
23.如权利要求
22所述的保护外壳，其特征在于，所述装置包括插头和插头容纳孔。
24.如前述任一项权利要求
所述的保护外壳，其特征在于，它还包括用以确保所述物品仅以一预定取向容纳于所述保护外壳内的装置。
25.如权利要求
24所述的保护外壳，其特征在于，所述装置包括位于所述内壳板上、与位于所述物品上的部件相配合的部件。
专利摘要
描述了一种用于保护容纳于其中的物品的外壳,该保护外壳包括:至少两个外壳件,它们可装配形成一外壳,该外壳具有一用以容纳物品的内部容积,所述至少两个外壳件各包括:一纤维强化塑料材料的外壳板,该外壳板在一塑料基材中具有多个强化纤维层;一纤维强化塑料材料的内壳板,该内壳板在一塑料基材中具有多个强化纤维层;一位于内、外壳板件之间的空间内的低密度芯部材料的填料;设置在所述至少两个外壳件之间的接合面中的密封装置;以及将所述至少两个外壳件保持于一起的固定装置,该外壳还包括至少一个位于内壳板上的金属插入件。
文档编号G21F5/00GKCN1375106SQ00813002
公开日2002年10月16日 申请日期2000年9月11日
发明者J·威利茨, H·G·惠特克, G·尼科尔森, A·R·马布勒桑 申请人:英国核燃料公共有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan