專利名稱：液化氣體儲罐的內(nèi)膽封頭結(jié)構(gòu)和采用所述結(jié)構(gòu)的儲罐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是一種低溫液化氣體儲運(yùn)設(shè)備，更具體地說是涉及一種用于高真空絕熱低溫液化氣體儲罐的內(nèi)膽封頭結(jié)構(gòu)和采用了所述內(nèi)膽封頭結(jié)構(gòu)的高真空絕熱低溫液化氣體儲罐。本實(shí)用新型通過具備優(yōu)越的抗沖擊能力與隔熱能力的小間隙高真空絕熱的組合支承結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了低溫液化氣體儲運(yùn)設(shè)備在運(yùn)行過程中承受的沖擊力和承運(yùn)介質(zhì)溫度變化滿足低溫液化氣體儲運(yùn)的要求，而且低溫容器內(nèi)膽和外筒之間的真空層最薄，最終實(shí)現(xiàn)低溫液化氣體的裝載率最大。本實(shí)用新型屬于低溫工程與低溫技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
誕生于1909年的真空—粉末絕熱技術(shù)使得低溫儲罐的性能有了極大的提高。到上世紀(jì)30年代末，真空—粉末絕熱已廣泛應(yīng)用于以空氣分離和液化為代表的整個低溫領(lǐng)域。在上世紀(jì)50年代初，高真空多層絕熱出現(xiàn)了，它是低溫絕熱歷史上的一個重要發(fā)展，特別是在50年代末期，由于空間技術(shù)的發(fā)展，液氫、液氦的用量猛增，大大推動了高真空多層絕熱的研究與應(yīng)用，其中，運(yùn)輸?shù)蜏匾夯瘹怏w的罐車和罐式集裝箱就是主要的應(yīng)用產(chǎn)品。
在低溫技術(shù)領(lǐng)域，低溫液化氣體指-160℃以下以液體形式存在的氣體，例如液氧、液氮、液氬、液氫、液氦、液體甲烷及LNG等。由于這類氣體的液態(tài)體積比氣態(tài)縮小600倍左右，因此往往以液態(tài)的方式儲運(yùn)。運(yùn)輸?shù)蜏匾夯瘹怏w的設(shè)備，包括罐車和罐箱等，罐體是雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)膽和外殼之間是真空層，內(nèi)膽和外殼通過支承結(jié)構(gòu)連接，由于運(yùn)輸法規(guī)的要求，儲運(yùn)設(shè)備(罐車和罐箱等)都有最大的外形尺寸限制，在限制了最大外形尺寸的情況下，儲運(yùn)設(shè)備(罐車和罐箱等)能裝運(yùn)的介質(zhì)的有效容積就取決于真空層的厚度。
真空—粉末絕熱罐車和罐箱是目前國內(nèi)較為普遍的低溫運(yùn)輸設(shè)備，是通過在外殼和內(nèi)膽之間的真空層加珍珠巖等來實(shí)現(xiàn)隔熱，為了達(dá)到滿意的隔熱效果，真空層較為厚，通常真空層厚度在200~300毫米，因此，實(shí)際裝運(yùn)貨物的有效容積就被犧牲了；加上珍珠巖在運(yùn)輸過程中的沉積，使運(yùn)輸設(shè)備的隔熱性能受到影響。于是，高真空多層絕熱技術(shù)在運(yùn)輸設(shè)備中的應(yīng)用被推廣起來。實(shí)用新型ZL00216678.X、ZL00249960.6、ZL01272605.2就是高真空多層絕熱技術(shù)在運(yùn)輸設(shè)備中的應(yīng)用案例。
高真空多層絕熱儲運(yùn)設(shè)備(罐車和罐箱等)是在罐體內(nèi)膽的外表面纏繞隔熱材料，通過把包含多層隔熱材料的真空夾層抽高真空而形成絕熱層，真空夾層越薄，罐體裝載運(yùn)輸介質(zhì)越多；但是絕熱層越薄，連接內(nèi)膽和外殼的支承結(jié)構(gòu)越難布置，絕熱層越薄，高真空度越低，內(nèi)膽和外殼的傳熱越多，低溫液化氣體的熱量損失越大，目前多層絕熱技術(shù)，如ZL00249960.6和ZL01272605.2中，考慮到真空層中徑向支撐的布置，外殼和內(nèi)膽之間的真空層厚度也不得不在100毫米左右。內(nèi)膽和外殼的內(nèi)支承結(jié)構(gòu)既要能夠承受由于液體負(fù)荷、儲罐重量以及相應(yīng)沖擊加速度所產(chǎn)生的力，還必須盡可能減少內(nèi)支承結(jié)構(gòu)所引起的漏熱量，所以內(nèi)支承結(jié)構(gòu)是低溫儲罐設(shè)計的關(guān)鍵。已有的技術(shù)中，國內(nèi)外目前采用的低溫儲罐上內(nèi)支承結(jié)構(gòu)有1)內(nèi)膽和外殼間的絕熱墊塊結(jié)構(gòu)，但不能有效解決高真空多層絕熱間距小引起支承漏熱量大的問題和內(nèi)筒體熱脹冷縮所引起的高真空多層絕熱層破壞或間斷的問題；2)內(nèi)外封頭間不銹鋼套管結(jié)構(gòu)，制作困難、內(nèi)外封頭的間距大及抗沖擊能力差，且漏熱量比較大；3)吊拉帶結(jié)構(gòu)，不能有效解決熱脹冷縮引起的抗沖擊能力下降問題；4)實(shí)用新型ZL00216678.X的低溫容器抗強(qiáng)沖擊支承結(jié)構(gòu)，要求封頭間距大及常溫轉(zhuǎn)入低溫時接觸間隙增大，抗沖擊水平降低。
隨著我國低溫液化氣體罐式儲運(yùn)的發(fā)展，在限定的尺寸范圍內(nèi)如何有效地增大低溫液化氣體的儲存容積及提高隔熱與抗沖擊水平，是設(shè)計者們所追求的目標(biāo)。本實(shí)用新型克服了現(xiàn)有的支承設(shè)計存在的不足，使用了新的內(nèi)膽封頭結(jié)構(gòu)，以使儲罐具有隔熱層薄、隔熱性能優(yōu)越及儲液體積大等特點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本實(shí)用新型的目的在于提供一種新的用于高真空絕熱低溫液化氣體儲罐的內(nèi)膽封頭結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種采用了上述內(nèi)膽封頭結(jié)構(gòu)的高真空絕熱低溫液化氣體儲罐，本實(shí)用新型提供的內(nèi)膽封頭結(jié)構(gòu)和其中采用了所述內(nèi)膽封頭的高真空絕熱低溫液化氣體儲罐基本上克服了因現(xiàn)有技術(shù)的局限和缺點(diǎn)而導(dǎo)致的一個或多個問題。
本實(shí)用新型的其它優(yōu)點(diǎn)、目的和特征將在下面的說明中給出，對于熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其中的一部分優(yōu)點(diǎn)、目的和特征可以通過以下的分析明顯得出或是通過本實(shí)用新型的實(shí)踐而得到。通過在文字說明部分、權(quán)利要求書以及附圖中特別指出的結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)和獲得本實(shí)用新型的目的和其它優(yōu)點(diǎn)。
為了獲得到這些優(yōu)點(diǎn)和其它優(yōu)點(diǎn)并根據(jù)本實(shí)用新型的目的，作為具體的和廣義的描述，為實(shí)現(xiàn)發(fā)明的目的，本實(shí)用新型所述的用于高真空絕熱儲罐的內(nèi)膽封頭結(jié)構(gòu)包括弧形內(nèi)膽封頭和與所述內(nèi)膽封頭相連的反置小封頭。
根據(jù)以上所述的內(nèi)膽封頭結(jié)構(gòu)，其中所述反置小封頭具有一與內(nèi)膽封頭的弧面反置的弧面。
根據(jù)以上所述的內(nèi)膽封頭結(jié)構(gòu)，其中所述反置小封頭利用一過渡接筒與所述的內(nèi)膽封頭相連接。
根據(jù)以上所述的內(nèi)膽封頭結(jié)構(gòu)，其中所述過渡接筒分別與該內(nèi)膽封頭以及反置小封頭圓滑過渡連接。
根據(jù)以上所述的內(nèi)膽封頭結(jié)構(gòu)，其中所述過渡接筒為具有一加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的過渡接筒。
根據(jù)以上所述的內(nèi)膽封頭結(jié)構(gòu)，其中所述內(nèi)膽封頭內(nèi)側(cè)還設(shè)置有加強(qiáng)板。
為了獲得到這些優(yōu)點(diǎn)和其它優(yōu)點(diǎn)并根據(jù)本實(shí)用新型的目的，作為具體的和廣義的描述，為實(shí)現(xiàn)發(fā)明的另一個目的，本實(shí)用新型所述的高真空液絕熱低溫液化氣體儲罐包括罐體，所述罐體由外殼、內(nèi)膽、外殼和內(nèi)膽之間的高真空絕熱層所組成，所述的內(nèi)膽包括直筒段和封頭，其中所述的封頭包括弧形內(nèi)膽封頭和與所述內(nèi)膽封頭相連的反置小封頭。
根據(jù)以上所述的儲罐，其中所述反置小封頭具有一與內(nèi)膽封頭的弧面反置的弧面。
根據(jù)以上所述的儲罐，其中所述反置小封頭利用一過渡接筒與所述的內(nèi)膽封頭相連接。
根據(jù)以上所述的儲罐，其中所述過渡接筒分別與該內(nèi)膽封頭以及反置小封頭圓滑過渡連接。
根據(jù)以上所述的儲罐，其中所述過渡接筒為具有一加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的過渡接筒。
根據(jù)以上所述的儲罐，其中所述內(nèi)膽封頭內(nèi)側(cè)還設(shè)置有加強(qiáng)板。
本實(shí)用新型所述的高真空多層絕熱儲罐包括框架和罐體，對于罐車來講，框架指通過某種方式和罐體固定的汽車底盤；對于罐箱來講，框架指通過某種方式固定在限定尺寸范圍內(nèi)的集裝箱結(jié)構(gòu)框架。罐體由外殼、內(nèi)膽和連接外殼和內(nèi)膽的組合內(nèi)支承結(jié)構(gòu)組成，外殼和內(nèi)膽之間是高真空絕熱層。組合內(nèi)支承結(jié)構(gòu)僅設(shè)置罐體兩端的內(nèi)外封頭之間，與實(shí)用新型ZL00249960.6和ZL01272605.2所涉及的罐體相比，省缺了徑向支承，從而減少了內(nèi)膽和外殼的連接面?zhèn)鳠崦娣e，從而獲得更好的隔熱效果，同時由于省缺了徑向支承，在外殼和內(nèi)膽的高真空絕熱層可以減薄至50毫米，擴(kuò)大了內(nèi)膽有效容積，提高了裝載效率。
罐體外殼由左外封頭體、外直筒體、右外封頭體及加強(qiáng)圈構(gòu)成，與現(xiàn)有技術(shù)不同的是，外殼加強(qiáng)圈設(shè)在外殼外部，這樣使在獲得相同外殼內(nèi)徑、相同加強(qiáng)圈規(guī)格的情況下，外殼使用材料少，自重小、成本低、加強(qiáng)圈還起到保護(hù)外殼作用；內(nèi)膽由左內(nèi)封頭體、內(nèi)直筒體、右內(nèi)封頭體組成(根據(jù)附圖2示明罐體左右)，內(nèi)膽封頭和外殼封頭反方向安裝，內(nèi)膽纏繞了多層絕熱材料，內(nèi)膽和外殼通過兩端內(nèi)外封頭體間的組合內(nèi)支承結(jié)構(gòu)來連接，并承受徑向力和軸向力。由于內(nèi)膽封頭和外殼封頭反方向安裝，組合內(nèi)支承結(jié)構(gòu)可以安置在內(nèi)封頭內(nèi)，從而使內(nèi)、外封頭之間的間隙更窄，使在外殼等大的情況下，內(nèi)膽的有效裝載容積更大，這是實(shí)用新型ZL00216678.X、ZL00249960.6和ZL01272605.2所涉及的罐體都不具備的。
組合內(nèi)支承結(jié)構(gòu)主要包括左徑向支承盤、右徑向支承盤、右軸向墊塊、左軸向墊塊和支承管。左徑向支承盤設(shè)置在罐體左端，右徑向支承盤設(shè)置在罐體右端，共同承擔(dān)著內(nèi)膽及其裝載介質(zhì)所產(chǎn)生的徑向力；右軸向墊塊和左軸向墊塊均設(shè)置在罐體左端，使罐體在移動過程中，內(nèi)膽及裝載介質(zhì)產(chǎn)生的向右及向左的軸向載荷，壓迫右軸向墊塊和左軸向墊塊后，通過支承管，傳遞給外殼。通過采用有限元結(jié)構(gòu)與熱分析軟件，受控地設(shè)計出最大裝載率下能滿足受力和漏熱量要求的內(nèi)支承結(jié)構(gòu)，帶軸向支承端的封頭間隙只要滿足管子引出時結(jié)構(gòu)需要，真正實(shí)現(xiàn)了與高真空多層絕熱結(jié)構(gòu)相匹配的內(nèi)支承結(jié)構(gòu)。組合內(nèi)支承結(jié)構(gòu)中的左徑向支承盤和右徑向支承盤的外圈與內(nèi)封頭體向內(nèi)筒體延伸的不銹鋼管相接觸，有利于軸向支承塊的布置與降低軸向支承塊的漏熱量，玻璃鋼盤的內(nèi)圈與外封頭體上鋼管相接觸，使任何徑向受力水平一致，提高了該結(jié)構(gòu)受力的可靠性，而隔熱特性很好，內(nèi)膽和外殼的徑向傳熱面僅為內(nèi)支承受力面，其余的圓柱面上是輻射傳熱，完全避免了實(shí)用新型ZL00249960.6和ZL01272605.2所涉及的罐體徑向支承的漏熱量內(nèi)外封頭間的間距小，提高裝載率。選擇合適的玻璃鋼支承盤材料，通過有限元分析及試驗驗證，使內(nèi)外圈接觸間隙具有自調(diào)節(jié)能力、罐體從常溫變到低溫時，該徑向支承盤內(nèi)外圈接觸間隙變化很小，大大提高了徑向的抗沖擊能力，并利于常溫下的裝配及間隙控制。同時，該發(fā)明充分利用了該玻璃鋼材料抗壓強(qiáng)度與導(dǎo)熱系數(shù)的比值大與接觸熱阻的特性，使支承耐徑向力的能力大，而漏熱又小，解決了實(shí)用新型ZL00216678.X的低溫容器抗強(qiáng)沖擊支承結(jié)構(gòu)中冷態(tài)接觸間隙變大不利于抗沖擊的難題。通過內(nèi)封頭體向內(nèi)筒體延伸的不銹鋼管來加長軸向玻璃鋼壓塊的長度，降低軸向支承的漏熱，解決了實(shí)用新型ZL00216678.X的低溫容器抗強(qiáng)沖擊支承結(jié)構(gòu)中軸向支承漏熱量無法控制的問題，同時確保有效空間內(nèi)的最大儲液體積，圓滿地解決了內(nèi)支承受力與隔熱的矛盾。


圖1是本實(shí)用新型高真空多層絕熱低溫液化氣體儲罐示意圖，圖2是罐體及內(nèi)支承結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1中，37是框架、38是罐體；圖2中1是外殼左封頭、2是外殼左封頭加強(qiáng)板、3是內(nèi)膽左封頭、4是內(nèi)膽左封頭加強(qiáng)板、5是左過渡接筒、6是左補(bǔ)強(qiáng)板、7是左加強(qiáng)筒、8是左加強(qiáng)板、9是左玻璃鋼支承管、10是左封板、11是不銹鋼軸、12鎖緊螺帽、13是左反置小封頭、14是左徑向支承盤、15是右軸向墊塊、16左軸向墊塊、17是左徑向支承盤左固定環(huán)、18是左徑向支承盤右固定環(huán)、19是右徑向支承盤、20是右反置小封頭、21是工藝管、22是右徑向支承盤右固定環(huán)、23是右徑向支承盤左固定環(huán)、24是外殼右封頭、25是外殼右封頭加強(qiáng)板、26是內(nèi)膽右封頭、27是內(nèi)膽右封頭加強(qiáng)板、28是右過渡接筒、29是右補(bǔ)強(qiáng)板、30是右加強(qiáng)筒、31是右加強(qiáng)板、32是右支承管、33是右封板、34是內(nèi)直筒體、35是外直筒體、36是外殼加強(qiáng)圈、39是高真空絕熱層、40是多層纏繞絕熱材料。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施作進(jìn)一步描述。如圖1所示，本實(shí)用新型包括框架37和罐體38，兩者按照適當(dāng)方式焊接在一起。如圖2所示，罐體包括外殼左封頭1、外殼左封頭加強(qiáng)板2、內(nèi)膽左封頭3、內(nèi)膽左封頭加強(qiáng)板4、左過渡接筒5、左補(bǔ)強(qiáng)板6、左加強(qiáng)筒7、左加強(qiáng)板8、左支承管9、左封板10、不銹鋼軸11、鎖緊螺帽12、左反置小封頭13、左徑向支承盤14、右軸向墊塊15、左軸向墊塊16、左徑向支承盤左固定環(huán)17、左徑向支承盤右固定環(huán)18、右徑向支承盤19、右反置小封頭20、工藝管21、右徑向支承盤右固定環(huán)22、右徑向支承盤左固定環(huán)23、外殼右封頭24、外殼右封頭加強(qiáng)板25、內(nèi)膽右封頭26、內(nèi)膽右封頭加強(qiáng)板27、右過渡接筒28、右補(bǔ)強(qiáng)板29、右加強(qiáng)筒30、右加強(qiáng)板31、右支承管32、右封板33、內(nèi)直筒體34、外直筒體35、外殼加強(qiáng)圈36、高真空絕熱層39和多層纏繞絕熱材料40。外殼左封頭1、外殼左封頭加強(qiáng)板2、左補(bǔ)強(qiáng)板6、左加強(qiáng)筒7、左加強(qiáng)板8和左支承管9相互焊接在一起形成左外封頭體；內(nèi)膽左封頭3、左過渡接筒5、內(nèi)膽左封頭加強(qiáng)板4、左反置小封頭13、左徑向支承盤右固定環(huán)18和不銹鋼軸11相互焊接在一起形成左內(nèi)封頭體；外筒體右封頭24、外筒體右封頭加強(qiáng)板25、右補(bǔ)強(qiáng)板29、右加強(qiáng)筒30、右加強(qiáng)板31和右支承管32相互焊接在一起形成右外封頭體；內(nèi)膽右封頭26、右過渡接筒28、右反置小封頭20、水平安裝工藝管21、右徑向支承盤左固定環(huán)23和內(nèi)膽右封頭加強(qiáng)板27相互焊接在一起形成右內(nèi)封頭體。右外封頭體和外直筒段35焊接而成外筒體組合段；左內(nèi)封頭體、右內(nèi)封頭體和內(nèi)直筒段34相互焊接在一起形成內(nèi)膽。內(nèi)膽外表面纏繞多層絕熱材料40。把右徑向支承盤19放入內(nèi)膽內(nèi)，再放入右徑向支承盤右固定環(huán)22，用專用工裝壓緊右徑向支承盤右固定環(huán)22的內(nèi)圈，右徑向支承盤右固定環(huán)22與內(nèi)膽上右過渡接筒28角焊接，外筒體組合段套入右徑向支承盤19內(nèi)；把左徑向支承盤14放入內(nèi)膽內(nèi)，再放入左徑向支承盤左固定環(huán)17，用專用工裝壓緊左徑向支承盤左固定環(huán)17的內(nèi)圈，左徑向支承盤左固定環(huán)17與內(nèi)膽上左過渡接筒5角焊接，把右軸向墊塊15放入內(nèi)膽不銹鋼支承軸11上，最后把左外封頭體套入左徑向支承盤14內(nèi)，左外封頭體上左封頭1與外筒體組合段焊接；左軸向墊塊16放入左支承管9內(nèi)，用鎖緊螺帽12旋緊到內(nèi)膽不銹鋼支承軸11上來壓緊左軸向墊塊16與右軸向墊塊15，鎖緊螺帽12與不銹鋼支承軸11角焊接實(shí)現(xiàn)組合支承的安裝。最后左封板10與左補(bǔ)強(qiáng)板6角焊接與右補(bǔ)強(qiáng)板29與右封板33角焊接，形成罐體。外殼和內(nèi)膽之間抽高真空形成高真空絕熱層39。外殼加強(qiáng)圈36焊在外殼外表面。
權(quán)利要求1.一種高真空絕熱低溫液化氣體儲罐的內(nèi)膽封頭結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括弧形內(nèi)膽封頭和與所述內(nèi)膽封頭相連的反置小封頭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)膽封頭結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述反置小封頭具有一與內(nèi)膽封頭的弧面反置的弧面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)膽封頭結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述反置小封頭利用一過渡接筒與所述的內(nèi)膽封頭相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的內(nèi)膽封頭結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述過渡接筒分別與該內(nèi)膽封頭以及反置小封頭圓滑過渡連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的內(nèi)膽封頭結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述過渡接筒為具有一加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的過渡接筒。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的內(nèi)膽封頭結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述內(nèi)膽封頭內(nèi)側(cè)還設(shè)置有加強(qiáng)板。
7.一種高真空液絕熱低溫液化氣體儲罐，包括框架和罐體，所述罐體由外殼、內(nèi)膽、外殼和內(nèi)膽之間的高真空絕熱層所組成，所述的內(nèi)膽包括直筒段和封頭，其特征在于，所述的封頭包括弧形內(nèi)膽封頭和與所述內(nèi)膽封頭相連的反置小封頭。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的儲罐，其特征在于，所述反置小封頭具有一與內(nèi)膽封頭的弧面反置的弧面。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的儲罐，其特征在于，所述反置小封頭利用一過渡接筒與所述的內(nèi)膽封頭相連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的儲罐，其特征在于，所述過渡接筒分別與該內(nèi)膽封頭以及反置小封頭圓滑過渡連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的儲罐，其特征在于，所述過渡接筒為具有一加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的過渡接筒。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的儲罐，其特征在于，所述內(nèi)膽封頭內(nèi)側(cè)還設(shè)置有加強(qiáng)板。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種液化氣體儲罐的內(nèi)膽封頭結(jié)構(gòu)和采用所述結(jié)構(gòu)的儲罐，所述的儲罐是一種高真空多層絕熱低溫液化氣體儲罐，其包括框架和罐體，罐體由外殼、內(nèi)膽和連接外殼與內(nèi)膽的組合支承結(jié)構(gòu)組成，組合支承結(jié)構(gòu)僅設(shè)置在罐體兩端的內(nèi)外封頭之間，就能承受徑向載荷和軸向載荷，內(nèi)膽和外殼的傳熱面積小，支承結(jié)構(gòu)承載力大，內(nèi)膽有效裝載容積大。
文檔編號F17C3/08GK2702154SQ20042000396
公開日2005年5月25日 申請日期2004年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月15日
發(fā)明者姚春榮, 孫洪利, 陳曉春, 汪榮順 申請人:中國國際海運(yùn)集裝箱(集團(tuán))股份有限公司