CN101553686A - 货物集装箱 - Google Patents

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CN101553686A CNA2007800381228A CN200780038122A CN101553686A CN 101553686 A CN101553686 A CN 101553686A CN A2007800381228 A CNA2007800381228 A CN A2007800381228A CN 200780038122 A CN200780038122 A CN 200780038122A CN 101553686 A CN101553686 A CN 101553686A
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T·M·拉梅尔
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/01—Applications for fluid transport or storage
    • F17C2270/0165—Applications for fluid transport or storage on the road
    • F17C2270/0168—Applications for fluid transport or storage on the road by vehicles
    • F17C2270/0171—Trucks

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  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

一种以设计压力P运输加压流体的货物集装箱，包括罐且安装于ISO架内。罐包括由具有极限抗拉强度SU的材料制成的容器。该容器具有带有内半径RI和厚度Ts的圆柱状壳，该厚度Ts比现有技术货物集装箱的厚度更小，且大致等于：(Pw*Ri)/((Su/Xa)－(Xb*P))。这种容器符合ASME锅炉和压力容器规程第2部分第VIII节。在装填加压流体之前或之后，货物集装箱可安装到运输车辆上，并被运输到远处。

Description

货物集装箱
[0001]本实用新型专利申请要求在2006年10月13日提交的序号为60/829,418的美国临时专利申请的优先权，该临时专利申请作为参考在此并入。
技术领域
[0002]本发明总体上涉及用于加压流体的货物集装箱，通常称为罐状集装箱。
背景技术
[0003]传统地，货物集装箱被认为是一种具有1m3(35.3ft3)或更大的内部容积的运输设备。货物集装箱可重复使用，且特定地设计为利于按一种或多种运输方式来运输货物，而无中间再装载。货物集装箱可以配备有允许便于装卸的装置，例如其从一种运输方式转到另一种运输方式。
[0004]ISO集装箱是在其制造的时候符合相关现有ISO集装箱标准的货物集装箱。ISO是国际标准化组织，但不是强制要求符合其标准。国际标准ISO 668(第5版)和ISO 1496-3(第4版)作为参考在此并入。
[0005]本申请尤其涉及用于运输加压材料(例如包括氯、无水氨和碳氟化合物的压力液化气)的货物集装箱。像这些流体以在100至500psi之间的最大允许工作压力在罐状集装箱内运输。上限值500psi并不是理论极限值，而是规定值，且如果并当相关规定允许更高的压力时，申请人期望建造承受这种更高工作压力的货物集装箱。
[0006]在装填加压材料之前或之后，用于运输加压材料(例如压力液化气)的货物集装箱(包括本发明实施例的货物集装箱)可安装到运输车辆(例如卡车、船或有轨电车)上，并然后被运输到远处。在大多数国家，货物集装箱必须由特定国家政府任命的主管当局(或其指定人员)批准使用。例如，在美国，这种货物集装箱必须由运输部(D.O.T.)批准。而且在大多数国家，主管当局全部或部分地采用公认压力容器规程。例如，美国D.O.T.已经在使用一些附加限制的情况下采用美国机械工程师协会(ASME)锅炉和压力容器规程。
[0007]在过去，已经根据公认压力容器规程设计并建造用于处于压力下的流体的这种货物集装箱的罐，在美国是覆盖非燃式压力容器的ASME锅炉和压力容器规程第1部分第VIII节。该部分的全部内容作为参考在此并入。当在温度和压力的正常环境条件下使用这些罐来容纳并运输流体时，壳的最小厚度T.由下述等式确定：
Ts＝(Pdesign*Ri)/((E*SDIV.1)-0.6*Pdesign))，其中
Pdesign＝罐的内部设计压力；
Ri＝罐壳的内半径；
SDIV.1＝关于最大允许应力的抗拉强度因数；和
E＝接头效率。
[0008]接头效率E具有从0至1的值，取决于熔接接头射线照相术的程度。当所有的熔接接头都完全被照X光时，E的值为1并基本退出该等式。(在第2部分中，所有熔接接头都要求完全被照X光，因此该因素在此等式中不出现。)
[0009]这些现有技术的货物集装箱已经满足多个国家中涉及批准货物集装箱的主管当局，包括通常被视为在工业领域中具有最严格批准要求的美国运输部。同样，值得注意的是，ASME锅炉和压力容器规程并不是永久的标准而是不时在改变。
[0010]根据ASME锅炉和压力容器规程第1部分第VIII节制成的罐状集装箱(具有大约4500U.S.W.G(美制水加仑)容量和在335至400psi之间的设计压力)具有在约17,000lbs至20,000lbs之间的自重。这意味着当装填至容量且放置在卡车上用于在公路上运输时，罐状集装箱容易导致卡车超出这种公路规定的重量限制值。在这点上也许最大限制性的国家是日本，其中罐状集装箱不能超出53,000lbs。由于这种负载限制值，取决于被运输流体的密度，许多罐状集装箱仅部分地装填，且这使得其效率低下。
发明内容
[0011]一种运输加压流体的货物集装箱，也称为罐状集装箱，包括罐(或壳)和包围该罐的框架(或架)。罐可包含多种管道或配件，所述管道或配件设计用于容纳装载的货物并允许罐被装填或清空。罐可由圆柱状壳和两个头部形成，一个头部封闭圆柱状壳的一个端部。壳的尺寸包括外半径Ro和内半径Ri，外半径Ro和内半径Ri之间的差值限定壳的厚度Ts。
[0012]罐状集装箱的壳和头部可由满足公认压力容器规程要求或由主管当局批准的材料制成。在美国罐状集装箱的壳和头部典型地由高强度钢例如具有极限抗拉强度(Su)为81,000psi的SA612N制成。
[0013]用于加压流体的ISO货物集装箱框架包括罐基座、端部结构和可能未示出的用于容纳流体的其它承载元件。框架用于传递在货物集装箱作为整体提升、装卸、紧固和运输中出现的静态和动态力。框架可包括形成其基部结构、端部结构和侧部结构的八个角配件(四个顶角配件和四个底角配件)、轨道、柱和撑杆，并可满足ISO 1496-3第5.1-5.5节的要求。在本申请的环境中，术语“ISO架”指的是满足这些节中的框架要求的框架。
[0014]取决于集装箱的预计用途，用于加压流体的ISO货物集装箱还包括某些附加部件。例如，如果加压流体是温度敏感性的和/或如果运输出现在温度极限环境(即，热或冷的环境温度)中时，货物集装箱可包括遮光罩、衬垫、外套(覆层)、隔离层和气流隔板等。
[0015]本发明的实施例提供一种新式ISO货物集装箱，其具有导致货物集装箱自重降低的罐设计。在优选的实施例中，本发明提供以通常在100psi至500psi之间的压力P运输流体的货物集装箱。该货物集装箱可包括罐和ISO结构。罐可由具有大致81,000psi的极限抗拉强度(Su)的壳和头部制成。圆柱状容器的壳可具有下式给出的厚度Ts：
Ts＝(Pw*Ri)/((Su/Xa)-(Xb*Pw))，其中：
Pw＝罐的内部设计压力；
Ri＝罐壳的内半径；
Xa＝与最大允许应力有关的标量因数；
Xb＝与内部设计压力有关的标量因数；
Su＝极限抗拉强度；和
其中Xa大于1.5。更具体地，Xa可在1.5至3.0之间的范围内。在一个实施例中，Xa是大致2.5。标量因数Xb可在0至1之间的范围内。更具体地，Xb是0.5。然而，在另一实施例中可以想到Xb可在1至5之间。应当注意，壳可以(正或负)+/-6％的典型制造公差制成上述厚度。
[0016]根据本发明实施例的货物集装箱已经满足美国运输部的要求。因而，在装填加压材料之前或之后，根据本发明实施例的货物集装箱可安装到运输车辆(例如卡车或有轨电车)上，并然后被运输到远处。根据本发明实施例的货物集装箱具有与可比的现有技术货物集装箱相比低约2000lbs的自重，其中它们均具有大约4500U.S.W.G.的容量和在335至365psi之间的设计压力。
[0017]本发明的实施例提供在后文完全描述并在权利要求中具体指出的这些和其它特征，后文的描述和附图详细地阐述本发明的描述性实施例，然而，这仅表示可以采用本发明原理的多种方法中的一种。
附图说明
[0018]图1是根据本发明的货物集装箱的侧视图。
[0019]图2是图1中货物集装箱的俯视图。
[0020]图3是图1中货物集装箱的端视图。
[0021]图4是安装在运输车辆上的图1中货物集装箱的示意图。
具体实施方式
[0022]在图1至图3中示出了用于运输加压流体的货物集装箱10，所述加压流体具有至少100psi而不超过500psi的工作(或设计)压力Pw。如将在下文更详细阐述的，当与现有技术的货物集装箱相比时，货物集装箱10具有使得集装箱自重降低的新式罐设计。尽管前述内容描述了具有在100psi至500psi之间的工作压力，但是可以想到，本发明实施例的货物集装箱可具有在50psi至750psi之间范围内的工作压力。
[0023]货物集装箱10可包括罐12和架14。罐12可包括大体圆柱状的壳24和附接于壳24远端上的两个头部26。壳24的尺寸可由外半径Ro和内半径Ri限定，外半径Ro和内半径Ri之间的差值得到壳厚度Ts。
[0024]头部26可包括椭圆端部部分30和平直凸缘32，该平直凸缘32从椭圆端部部分32的外围延伸至圆柱状壳24的各轴向端部。附接头部26可焊接到壳24上。壳24和头部26均可由高强度钢例如SA612N制成，对于所包含的厚度，极限抗拉强度Su约为81,000psi。然而可使用具有抗拉强度在60,000psi至100,000psi的更常用范围内的其它材料。更具体地，可使用具有抗拉强度在70,000psi至90,000psi范围内的材料来建造货物集装箱10。
[0025]架14可用于传递在货物集装箱作为整体提升、装卸、紧固和运输中出现的静态和动态力。架14包括柱52、轨道54、撑杆56、裙部支承构件58和可能未示出的用于容纳货物的其它承载元件。架14的这些部件在八个角配件60处接合以便形成其基部结构、端部结构和侧部结构。架12可完全或仅部分地满足ISO 1496-3第5.1-5.5节的要求。根据本发明的实施例可想到可能满足ISO 1496-3第5.1-5.5节要求的其它结构。
[0026]裙部支承构件58提供在架14与罐12之间的连接。裙部支承构件58是壳24的圆柱状延伸部。裙部支承构件焊接到撑杆62上，如图3所示，撑杆62在货物集装箱10各个端部的柱52与轨道54之间延伸。
[0027]货物集装箱10还可包括某些附加部件，例如从加压流体对温度敏感性的角度和/或如果将出现在极限温度环境下运输时如果需要的遮光罩72(见图1和图2)。货物集装箱10还可包括内部隔板74，以便限制当载有货物集装箱的车辆停止或启动时的冲击。
[0028]罐12可根据覆盖非燃式压力容器的ASME锅炉和压力容器规程第2部分第VIII节而制造。该部分中的全部内容作为参考在此并入。在一个实施例中，壳24的最小厚度Ts大致是：
Ts＝(Pw*Ri)/((Su/Xa)-(Xb*Pw))，其中
Pw＝罐的内部设计压力；
Ri＝罐壳的内半径；
Xa＝与最大允许应力有关的标量因数；
Xb＝与内部设计压力有关的标量因数；
Su＝极限抗拉强度；和
其中Xa大体上在大于1.5的范围内。更具体地，Xa可在1.5至3.0之间的范围内。在一个实施例中，Xa是大致2.5。标量Xb可在0至1之间的范围内。在一个实施例中，Xb是大致0.5。
[0029]可进行计算以便确定在三个不同设计压力(335，400和455psig)和大约69,900psi的极限抗拉强度时壳的最小厚度。选择的压力代表处于压力下的流体的货物集装箱的三个不同常用设计压力，而抗拉强度代表典型的集装箱材料。为了相比较，标量因数Xb值假定为0.5。罐12中壳的重量减少大于25％的量，而头部的重量从根据ASME规程第1部分第VIII节制成的同样罐中减少6％。
[0030]现在可以认识到，本发明提供具有导致货物集装箱自重降低的罐设计的新式货物集装箱。尽管已经关于某些优选实施例描述了本发明，但是本领域技术人员在阅读并理解本申请后可想到等效或显而易见的可选方案。本发明包括所有这些变化和变型，且仅由所附权利要求的范围所限定。
[0031]在此已经参考优选的实施例描述本发明。显然，他人在阅读并理解本说明后可想到变型和变化。打算包括所有这些变型和可选方案，只要其落入所附权利要求或其等效物的范围内。

Claims (20)

1.一种以设计压力Pw存储加压物质的罐，包括：
壳，所述壳具有壁厚Ts、内半径Rinternal和抗拉强度Su；
附接到该壳上的一个或多个头罩；和，
其中该壁厚Ts由下列等式限定：
Ts＝(Pw*Ri)/((Su/Xa)-(Xb*Pw))，
其中Xa是大于1.5的标量。
2.根据权利要求1所述的罐，其中标量Xa在1.5至3之间的范围内。
3.根据权利要求1所述的罐，其中标量Xa大致等于2.5。
4.根据权利要求1所述的罐，其中设计压力Pdesign在50至750psi之间的范围内。
5.根据权利要求1所述的罐，其中设计压力Pdesign在150至550psi之间的范围内。
6.根据权利要求1所述的罐，其中Xb是小于1的标量。
7.根据权利要求6所述的罐，其中Xb大致等于0.5。
8.根据权利要求1所述的罐，其中Su在60,000psi至100,000psi之间的范围内。
9.根据权利要求1所述的罐，其中Su在80,000psi至90,000psi之间的范围内。
10.根据权利要求1所述的罐，还包括：
允许相关加压物质输入和输出该罐的一个或多个阀。
11.一种以设计压力Pw将加压物质运输到远处的货物集装箱，所述货物集装箱包括：
架，所述架用于传递在将货物集装箱作为整体运输中出现的静态和动态力；和，
接收于该架内的罐，其中该罐包括：
壳，所述壳具有壁厚Ts、内半径Rinternal和抗拉强度Su；
附接到该壳上的一个或多个头罩；和，
其中该壁厚Ts由下列等式限定：
Ts＝(Pw*Ri)/((Su/Xa)-(Xb*Pw))
其中Xa是大于1.5的标量。
12.根据权利要求11所述的货物集装箱，其中标量Xa在1.5至3之间的范围内。
13.根据权利要求11所述的货物集装箱，其中标量Xa大致等于2.5。
14.根据权利要求11所述的货物集装箱，其中设计压力Pdesign在50至750之间的范围内。
15.根据权利要求11所述的货物集装箱，其中设计压力Pdesign在150至550之间的范围内。
16.根据权利要求11所述的货物集装箱，其中Xb是小于1的标量。
17.根据权利要求16所述的货物集装箱，其中Xb大致等于0.5。
18.根据权利要求11所述的货物集装箱，其中Su在60,000psi至100,000psi之间的范围内。
19.根据权利要求11所述的货物集装箱，其中Su在80,000psi至90,000psi之间的范围内。
20.根据权利要求11所述的货物集装箱，还包括：
允许相关加压物质输入和输出该货物集装箱的一个或多个阀。
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