具有柵格結(jié)構(gòu)的棱柱形壓力罐的制作方法
【專利摘要】所提供的是一種具有柵格結(jié)構(gòu)的壓力罐，該壓力罐包括：罐體，該罐體在其中容置有高壓流體并且被制造成具有棱柱形形狀；和分格結(jié)構(gòu)，該分格結(jié)構(gòu)被放置在棱柱形的罐體中，被制造成呈柵格的形式，從該罐體的一個(gè)側(cè)壁到達(dá)其面對(duì)所述一個(gè)側(cè)壁的另一側(cè)壁，并且有規(guī)律地正交地布置。
【專利說(shuō)明】具有柵格結(jié)構(gòu)的棱柱形壓力罐
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種壓力罐，并且特別是涉及一種具有棱柱型內(nèi)部承載結(jié)構(gòu)的壓力罐，其中，該壓力罐被制造成大體上是六面體形的，并且其中，通過(guò)與該柵格結(jié)構(gòu)相一致的加強(qiáng)構(gòu)件針對(duì)側(cè)向壓力加強(qiáng)圍合的罐壁以耐受由內(nèi)部流體施加的壓力，并且圍合的罐壁被制造成大體上是棱柱體形的，以增加與周圍空間有關(guān)的容積效率。
【背景技術(shù)】
[0002]通常，具有相當(dāng)大的內(nèi)部壓力的壓力容器和壓力罐被設(shè)計(jì)成具有完整的球體的形狀或具有雙重的彎曲的端部殼體的圓柱體的形狀。在這種罐中承載內(nèi)部壓力的主要方式通過(guò)彎曲的罐壁上的薄膜應(yīng)力來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于罐壁中的彎曲應(yīng)力降低了對(duì)于給定壁厚的承載效率，因此，優(yōu)選地避免在罐壁中出現(xiàn)彎曲應(yīng)力。由薄膜型罐提供的典型特性是罐壁應(yīng)力，并且因此壁厚也與曲率半徑及內(nèi)部壓力自身成比例地增大，而薄膜應(yīng)力與壁厚成反比。出于實(shí)踐的原因，例如在實(shí)踐中出于焊接的原因，對(duì)于鋼制罐，必須將壁厚限制于幾厘米。這意味著當(dāng)內(nèi)部設(shè)計(jì)壓力很大時(shí)薄膜型外殼不能被制造得非常大。利用這種壓力容器的另一方面是這種罐不能被制造成在一個(gè)完整罐中具有另一個(gè)完整罐的完整的雙重阻隔罐，由此超過(guò)了所需材料的數(shù)量的兩倍。
[0003]本發(fā)明把可維持相當(dāng)大的壓力并將溫度維持在恰好低于環(huán)境溫度的罐作為目標(biāo)。低溫罐用于例如在陸地上、艦載和近海設(shè)施上存儲(chǔ)液化天然氣(LNG)。這種LNG罐的示例是用于陸地存儲(chǔ)的圓柱體形的鋼筋鋼雙重阻隔罐和用于LNG的艦載運(yùn)輸?shù)碾p重阻隔薄膜和局部雙重阻隔球形罐。這種罐并不適用于相當(dāng)大的內(nèi)部壓力并且通常在大氣壓下使用。在當(dāng)前關(guān)注潛在環(huán)境優(yōu)勢(shì)的情況下，通過(guò)將天然氣用作遠(yuǎn)洋船舶上的艦載燃料，明顯對(duì)容量為1000到8000m3的大型燃料罐具有需要，該大型燃料罐可在溫度降至_163°C且內(nèi)部壓力高達(dá)15巴(bar)的情況下操作。這些目的不能利用在上文中提及的這些類型的罐來(lái)實(shí)現(xiàn)，而本發(fā)明可以滿足這些要求以及在尺寸、壓力和熱多功能性方面遇到的更為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。此外，當(dāng)前的壓力容器概念可在泄漏抑制方面制造雙重阻隔件及雙重全壓力阻隔件。使罐在外側(cè)上是絕熱的也是容易的。圖1是示出了根據(jù)相關(guān)技術(shù)的壓力罐，圖1A是球形的壓力罐，圖1B是圓柱形的壓力罐，圖1C是葉型的壓力罐，并且圖1D是分格型的壓力罐。
[0004]可通過(guò)容積效率和材料比率來(lái)表征罐的總效率。
[0005][等式1]
[0006]
【權(quán)利要求】
1.一種具有柵格結(jié)構(gòu)的壓力罐，包括: 罐體50，所述罐體50在其中容置有高壓流體并且被制造成具有棱柱形的形狀；和 分格結(jié)構(gòu)1000，所述分格結(jié)構(gòu)1000被放置在所述罐體50中，被制造成呈柵格的形式，從所述罐體50的一個(gè)側(cè)壁到達(dá)所述罐體50的面對(duì)所述一個(gè)側(cè)壁的另一側(cè)壁，并且有規(guī)律地正交地布置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力罐，其中，所述分格結(jié)構(gòu)1000包括表面柵格結(jié)構(gòu)100，所述表面柵格結(jié)構(gòu)100被制造成呈平坦的分格壁120彼此相交以耐受壓力載荷的形狀，所述平坦的分格壁120設(shè)置有多個(gè)孔(未示出)以使流體在分格間自由地移動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力罐，其中，所述分格結(jié)構(gòu)1000包括梁結(jié)構(gòu)200，所述梁結(jié)構(gòu)200從所述罐體50的一個(gè)側(cè)壁到達(dá)所述罐體的面對(duì)所述一個(gè)側(cè)壁的另一側(cè)壁，并且有規(guī)律地正交地布置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓力罐，其中，所述梁結(jié)構(gòu)200被制造成分支型梁結(jié)構(gòu)220、230,240,250 和 290， 所述梁結(jié)構(gòu)200包括在三維正交坐標(biāo)系(X、Y、和Z)結(jié)構(gòu)中延伸的梁。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓力罐，其中，所述梁結(jié)構(gòu)220的每個(gè)梁都具有矩形橫截面。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓力罐，其中，所述梁結(jié)構(gòu)290的每個(gè)梁都具有X形橫截面。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓力罐，其中，所述梁結(jié)構(gòu)230的每個(gè)梁都具有圓形橫截面，并且Z軸梁結(jié)構(gòu)233的橫截面的直徑大于X軸梁結(jié)構(gòu)231和Y軸梁結(jié)構(gòu)232的橫截面的直徑。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓力罐，其中，所述梁結(jié)構(gòu)240包括組合的梁結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)241，所述組合的梁結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)241被制造成呈基于原點(diǎn)的分支型中空形狀，所述組合的梁結(jié)構(gòu)240通過(guò)將梁242插入并焊接到所述組合的梁結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)241中而形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓力罐，其中，所述梁結(jié)構(gòu)200是偏置梁結(jié)構(gòu)250，所述偏置梁結(jié)構(gòu)250被制成為處于內(nèi)部節(jié)點(diǎn)214處的偏置結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓力罐，其中，所述罐體50包括接觸所述梁結(jié)構(gòu)200的內(nèi)壁20和設(shè)置于與所述內(nèi)壁相距預(yù)定距離處的外壁30。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的壓力罐，其中，所述梁結(jié)構(gòu)200被形成為使得從所述梁結(jié)構(gòu)200接觸所述內(nèi)壁20的內(nèi)側(cè)的部分到相交部分214的長(zhǎng)度比內(nèi)部柵格單元長(zhǎng)度長(zhǎng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的壓力罐，還包括:多個(gè)被焊接到所述梁結(jié)構(gòu)200與所述內(nèi)壁20的內(nèi)側(cè)的相交部分中的梁-壁支架22 ;和多個(gè)被焊接到所述梁的相交部分中的梁-梁支架24。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的壓力罐，其中`，多個(gè)具有板形形狀的桁梁40被放置在所述內(nèi)壁20與所述外壁30之間，所述桁梁40接觸所述內(nèi)壁20的外側(cè)以與所述梁-壁支架22接觸所述內(nèi)壁20的部分相對(duì)應(yīng)，并且所述桁梁40的其它側(cè)部接觸所述外壁30的內(nèi)側(cè)。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的壓力罐，其中，多個(gè)所述桁梁40被放置在所述內(nèi)壁20與所述外壁30之間，所述桁梁40的頂部表面接觸所述內(nèi)壁20的外側(cè)以與壁加強(qiáng)構(gòu)件21接觸所述內(nèi)壁20的部分相對(duì)應(yīng)，并且所述桁梁40的凸緣41被焊接至多個(gè)所述外壁30。
15.根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓力罐，其中，所述梁結(jié)構(gòu)200包括多個(gè)H型梁結(jié)構(gòu)260，所述H型梁結(jié)構(gòu)260從所述罐體的一個(gè)側(cè)壁到達(dá)所述罐體的面對(duì)所述一個(gè)側(cè)壁的另一側(cè)壁，有規(guī)律地正交地布置，并具有I型或H型截面。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的壓力罐，其中，所述H型梁結(jié)構(gòu)260的端部設(shè)置有外壁蓋板270以形成所述壓力罐的所述外壁30，并且所述H型梁結(jié)構(gòu)260的具有接觸所述外壁30的側(cè)部部分的中央部分261豎直地延伸以形成所述壓力罐10的所述內(nèi)壁20，所述內(nèi)壁20和所述外壁30由具有抗壓性能且適用于可應(yīng)用的操作溫度的材料制成。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力罐，其中，所述分格結(jié)構(gòu)100包括梁表面結(jié)構(gòu)300，所述梁表面結(jié)構(gòu)300具有平坦的分格壁320和分格梁330，所述平坦的分格壁320從所述罐體50的一個(gè)側(cè)壁到達(dá)所述罐體50的面對(duì)所述一個(gè)側(cè)壁的另一側(cè)壁并且有規(guī)律地正交地布置以彼此相交，所述分格梁330設(shè)置于所述分格壁320彼此相交的位置處。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的壓力罐，其中，所述分格壁320設(shè)置有四邊形的分格壁孔324，所述分格壁孔324的拐角是圓形的。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的壓力罐，還包括:表面加強(qiáng)構(gòu)件23，所述表面加強(qiáng)構(gòu)件23接觸所述分格壁320的頂部表面或底部表面并且被有規(guī)律地正交地布置于所述分格壁孔324的邊界表面處以彼此相交，并且所述表面加強(qiáng)構(gòu)件23被制造成具有帶有凸緣的桁梁。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的壓力罐，其中，所述分格梁330被制造成分支型分格梁334、335、和336，所述分支型分格梁334、335、和336包括在三維正交坐標(biāo)系(X、Y、和Z)結(jié)構(gòu)中延伸的梁。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的壓力罐，其中，所述分格梁330被制造成 圓形分格梁334，每一個(gè)圓形分格梁334都具有圓形截面； 菱形分格梁335，每一個(gè)菱形 分格梁335都具有菱形截面并且所述菱形分格梁335的拐角接觸所述分格壁320 ;或者 X型分格梁336，每一個(gè)X型分格梁336都具有‘X’型橫截面6并且所述X型分格梁336的側(cè)部部分接觸所述分格壁320。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力罐，其中，所述罐體50包括接觸所述分格結(jié)構(gòu)1000的內(nèi)壁20和設(shè)置于與所述內(nèi)壁20相距預(yù)定距離處的外壁30。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的壓力罐，其中，所述內(nèi)壁20的內(nèi)側(cè)、所述內(nèi)壁20的外側(cè)、所述外壁30的內(nèi)側(cè)、和所述外壁30的外側(cè)中的至少一個(gè)設(shè)置有呈柵格形式的壁加強(qiáng)構(gòu)件21，所述壁加強(qiáng)構(gòu)件21被制造成帶有凸緣的桁梁并且所述壁加強(qiáng)構(gòu)件21具有結(jié)合至所述內(nèi)壁20或所述外壁30的上表面。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的壓力罐，其中，多個(gè)具有板形形狀的桁梁40被放置在所述內(nèi)壁20與所述外壁30之間，所述桁梁40接觸所述內(nèi)壁20的外側(cè)以與所述分格結(jié)構(gòu)100接觸所述內(nèi)壁20的部分相對(duì)應(yīng)，并且所述桁梁40的其它側(cè)部接觸所述外壁30的內(nèi)側(cè)。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的壓力罐，其中，多個(gè)具有凸緣的桁梁40被放置在所述內(nèi)壁20與所述外壁30之間，所述桁梁40的頂部表面接觸所述內(nèi)壁20的外側(cè)以與所述分格結(jié)構(gòu)100接觸所述內(nèi)壁20的部分相對(duì)應(yīng)，并且所述桁梁40的凸緣41被焊接至多個(gè)所述外壁30。
26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的壓力罐，還包括:氣體傳感器，所述氣體傳感器感測(cè)處于所述內(nèi)壁20與所述外壁30之間的氣體。
27.根據(jù)權(quán)利要求22所述的壓力罐，其中，所述壓力罐通過(guò)預(yù)先制造下列結(jié)構(gòu)而被制成，所述結(jié)構(gòu)具有所述內(nèi)壁20和所述外壁30中的一個(gè)壁表面或所述內(nèi)壁20和所述外壁30的多個(gè)壁表面的組合。
28.根據(jù)權(quán)利要求22所述的壓力罐，其中，所述壓力罐在結(jié)構(gòu)方面是被加強(qiáng)的并且通過(guò)在所述內(nèi)壁20與所述外壁30之間填充混凝土或隔熱材料而具有改良的隔熱性能。
29.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力罐，其中，所述分格結(jié)構(gòu)1000利用具有重復(fù)結(jié)構(gòu)的零件被預(yù)先制造成至少兩個(gè)部件，并且所述分格結(jié)構(gòu)1000隨后于構(gòu)建位置處被彼此組合在一起。
30.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力罐，其中，所述分格結(jié)構(gòu)1000在壁附近具有比其它單元長(zhǎng)的柵格單兀。
31.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力罐，其中，所述罐體50被制造成拐角被筆直地斜切的罐體51或拐角被彎曲地斜切的`罐體52。
【文檔編號(hào)】F17C1/02GK103492783SQ201280020433
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2012年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月25日
【發(fā)明者】張大俊, 帕爾·G·貝甘 申請(qǐng)人:韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院