CN103411126A - 一种采用弹性悬吊支承结构的低温容器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种弹性悬吊支承结构，可用于双层低温容器的内胆与外壳之间的弹性连接，由内胆笼套和多组弹簧组成，利用内胆笼套固定容器内胆，并通过弹簧连接固定到外壳上。本发明还公开了一种采用上述弹性悬吊支承结构的低温容器，用于低温液体的储存和运输，容器形状为球形或圆筒形，容器结构为双层形式，内胆外侧缠绕多层绝热材料，内胆与外壳之间具有夹层或真空夹层，采用弹性悬吊支承结构将内胆笼套连同容器内胆悬吊固定在容器外壳内。弹性悬吊支承方式能够提高容器在储运过程中的抗冲击能力，从而提高结构可靠性，另外也避免了容器内胆与外壳的直接连接或接触，可有效减少悬吊支承结构的漏热，显著提高容器绝热性能。
Description
技术领域
本发明属于新能源技术领域，涉及一种弹性悬吊支承结构，具体涉及一种用于具有夹层结构的低温容器中内胆与外壳之间的弹性悬吊支承的结构。本发明还涉及一种采用弹性悬吊支承结构的低温容器，采用弹性悬吊支承方式的容器具有较强的抗冲击能力和好的绝热性能，适于用作移动式低温容器。
背景技术
低温容器是用于储存和运输液氦、液氢、液氮、液氧、液化天然气等低温液体的常用工具，根据储运液体的蒸发温度不同而具有不同的设计工作温度，储运液氮、液氧、液化天然气等液体的低温容器工作温度通常接近-200℃，而储运液氢和液氦的容器工作温度则更低。为了保持容器内部的超低温，需要在容器壁面采用高性能的绝热措施来进行保冷，容器的绝热性能越好，透过容器壁的热量越少，容器内低温液体的蒸发损失也就约少。
目前常用的绝热方式包括：堆积绝热、高真空绝热、真空粉末（纤维）绝热、高真空多层绝热等，其中高真空多层绝热的性能最佳，广泛应用于中小型的低温容器和绝热要求高的低温装置中，如液氧、液氮的长期贮存，液氢、液氮的长期贮存及运输设备等。
高真空多层绝热简称多层绝热，是一种在真空绝热空间中缠绕包扎许多平行于冷壁的辐射屏与具有低热导率的间隔物交替层组成的高效绝热结构，其真空夹层被抽到10-2Pa以上的真空度，辐射屏材料常用铝箔、铜箔或喷铝涤纶薄膜等，间隔物材料常用玻璃纤维纸或植物纤维纸、尼龙布、涤纶膜等，使绝热层中辐射、固体导热以用残余气体热导都减少到了最低程度，绝热性能卓越，因而亦被称为“超级绝热”。
低温容器的结构设计布局，在很大程度上决定于内胆与外壳的相对固定方式。在目前常见的低温容器中，内胆相对于外壳通常采用悬挂或支承的方式，其结构计算需考虑满载时的内胆重量，移动式低温容器还要考虑运输工具或搭载平台在运动过程中产生的过载，而这些悬挂和支承结构还要承受内胆低温收缩变形，悬挂/支承结构件及连接点附近壳体容易受局部应力而破坏或疲劳破坏，对容器结构的可靠性产生影响。另外传统悬吊/支承方式中，支承结构和悬挂吊杆两端分别与低温容器的内胆与外壳相连接，属于真空夹层中最主要的接触件，其传导漏热占了低温容器总漏热的将近一半，对于容器的绝热性能起到很大的影响。为了减少悬吊/支承结构的传导漏热，需要悬吊拉杆或支承结构的长度，而低温容器内有限的空间又与之形成了矛盾。综上所述，采用高真空多层绝热的低温容器中悬吊/支承结构的设计成为解决容器结构可靠性和提高容器绝热性能的关键问题和重要方向。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种弹性悬吊支承结构（2），它可用于低温容器的内胆（4）与外壳（1）之间的弹性连接，改善容器悬吊支承的结构可靠性和绝热性能。
为解决以上技术问题，本发明的技术解决方案为：
弹性悬吊支承结构（2）由内胆笼套（21）和多组拉伸弹簧或压缩弹簧（22）组成，利用内胆笼套（21）固定内胆（4），并利用拉伸弹簧或压缩弹簧（22）连接到外壳（1）上。
所述内胆笼套（21）由金属丝或复合材料制成，为整体不可拆卸式或者双半笼组合可拆卸式。
所述拉伸弹簧或压缩弹簧（22）用于内胆笼套（4）与外壳（1）之间的弹性连接与固定，弹簧（22）与内胆笼套（4）和外壳（1）之间可采用焊接或螺接。
作为上述技术方案的实施例，弹性悬吊支承结构中弹簧的组合方式采用上部连接点拉伸弹簧、下部连接点压缩弹簧的组合，此时上部弹簧受拉，下部弹簧受压，共同承受内胆及内容物质的重力及运动载荷；或上、下部连接点都采用弹簧压缩弹簧的组合，装配时对弹簧进行预压缩，上、下部弹簧均受压，上部弹簧的压力为弹簧的预压缩产生压力，下部弹簧的压力等于内胆及内容物质的重力及运动载荷与上部弹簧压力之和。
本发明需要解决的第二个技术问题是提供一种采用弹性悬吊支承结构的低温容器，它采用弹性悬吊支承结构作为容器内胆与外壳之间的连接和固定方式，能够提高容器的结构可靠性和绝热性能。
为解决以上技术问题，本发明的技术解决方案为：
低温容器形状为球形或圆筒形，容器结构为双层形式，内胆（4）外侧缠绕多层绝热材料（3），内胆（4）与外壳（1）之间具有夹层或真空夹层（5）。采用弹性悬吊支承结构（2）将内胆笼套（21）连同容器内胆（4）悬吊固定在容器外壳（1）内。为了保证外壳的气密性，在弹性悬吊支承结构与外壳的连接点外侧焊接气密封头（6）。
所述弹性悬吊支承结构（2），其特征在于：用于低温容器内胆（4）与外壳（1）之间的连接与固定，由内胆笼套（21）和多组拉伸弹簧或压缩弹簧（22）组成。内胆笼套（21）由金属丝或复合材料制成，为整体不可拆卸式或者双半笼组合可拆卸式。内胆笼套（21）用于固定容器内胆（4）；拉伸弹簧或压缩弹簧（22）用于内胆笼套（4）与外壳（1）之间的弹性连接与固定，弹簧（22）与内胆笼套（4）和外壳（1）之间可采用焊接或螺接。
作为上述技术方案的实施例，所述采用弹性悬吊支承结构的低温容器是机载、车载或船载的低温液化燃气存储系统，用于储存液氢、液氧或液化天然气。
本发明可以达到的技术效果是：
1、低温容器的内胆与外壳之间采用弹性悬吊支承方式连接，内胆外侧缠上多层绝热材料后固定在笼套中，在通过多组弹簧将笼套连同内胆悬吊在外壳中，因此内胆与外壳不直接接触，而是间隔了多层绝热材料，与常规悬吊/支承结构相比，显著提升了绝热性能，而且在有效的夹层空间内，弹簧的螺旋形结构能够产生更长的热桥长度，也减少了通过悬吊支承件的导热。
2、在低温容器受到冲击载荷的瞬间，常规悬吊/支承结构直接承受过载，而弹性连接方式可以通过一定量的弹性变形减小悬吊支承结构和壳体连接处的局部最大应力，使得低温容器具有更强的抗冲击能力。
3、弹性连接结构具有补偿器作用，在容器内胆低温收缩产生变形时弹簧也可以通过弹性变形进行长度上的补偿，避免支承结构件发生变性产生局部较大的结构应力而导致结构破坏或加速结构疲劳。
4、由于低温容器的夹层抽高真空，容器外壳承受负压，其失稳方式为向内垮塌变形，若弹性连接结构装配时采用预压缩的方式，可使得外壳上各连接点承受内侧的多点支承，有利于其保持外形，避免结构失稳。而对于承受内压的容器内胆，外部的笼套也能起到提高结构强度的作用。
5、采用该弹性支承结构方案的结构简单、加工与安装难度小，支承结构重量轻。
6、该弹性支承结构的每组弹簧两两相对于容器中心对称，当容器内胆受运动过载从平衡位置发生偏移时，两侧弹簧分别产生一组同轴的作用力抵抗内胆的偏移，使其回到平衡位置，因此该弹性支承结构兼有弹性限位器的作用。
附图说明
图1是本发明中采用弹性悬吊支承结构的低温容器的示意图（以球形容器为例），图中标示说明如下：1为低温容器外壳，2为弹性悬吊支承结构，3为容器内胆外侧缠绕的多层绝热材料，4为容器内胆，5为容器外壳与内胆之间的真空夹层，6为容器外壳上支承结构连接点外侧的气密封头，7为容器外壳与内胆连接处的波纹补偿管。
图2是是本发明中的弹性悬吊支承结构示意图，图中标示说明如下：21为内胆笼套，22为内胆笼套与容器外壳连接用的多组弹簧，211为内胆笼套的顶部和底部支撑环，212为内胆笼套的弧形侧边条。
具体实施方式
下面列举移动式球形液氢储罐为例说明本发明的具体实施方式，然而实例仅为参考和说明之用，并非用来对本发明的应用范围加以限制。
采用本发明提供的技术方案，移动式球形液氢储罐（如图1所示）可作为车载、船载或机载液氢燃料储罐，该储罐采用高真空多层绝热技术，内胆（4）与外壳（1）材料为不锈钢，内胆与外壳之间采用弹性悬吊支承结构（2）进行连接固定。
其中内胆笼套（21）采用整体式不锈钢丝笼套（如图2所示），由顶部、底部支撑环（211）和6根沿周向均匀分布的弧形侧边条（212）焊接而成，顶部和底部支撑环（211）上各有6根不锈钢弹簧（22）与容器外壳（1）固定，该6组弹簧（22）关于球心对称，弹簧（22）直接焊接在内胆笼套（21）上，并通过螺栓连接与容器外壳（1）固定。
容器外壳上支承结构连接点的外侧各焊接一个气密封头（6），如图1所示。
Claims (2)
1.一种弹性悬吊支承结构（2），其特征在于：用于低温容器内胆（4）与外壳（1）之间的连接与固定，由内胆笼套（21）和多组拉伸弹簧或压缩弹簧（22）组成，利用内胆笼套（21）固定容器内胆（4），并利用多组拉伸弹簧或压缩弹簧（22）连接固定到外壳（1）上；
所述低温容器为双层容器,内胆（4）外侧缠绕多层绝热材料（3），内胆（4）与外壳（1）之间具有夹层或真空夹层（5）；
所述内胆笼套（21）由金属丝或复合材料制成，为整体不可拆卸式或者双半笼组合可拆卸式；
所述拉伸弹簧或压缩弹簧（22）用于内胆笼套与外壳之间的弹性连接与固定，弹簧（22）与内胆笼套（21）和外壳（1）之间可采用焊接或螺接。
2.一种采用弹性悬吊支承结构（2）的低温容器，其特征在于：用于低温液体的储存和运输，容器形状为球形或圆筒形，容器结构为双层形式，内胆（4）外侧缠绕多层绝热材料（3），内胆（4）与外壳（1）之间具有夹层或真空夹层（5）。采用弹性悬吊支承结构（2）将内胆笼套（21）连同容器内胆（4）悬吊固定在容器外壳（1）内。为了保证外壳的气密性，在弹性悬吊支承结构（2）与外壳（1）的连接点外侧焊接气密封头（6）；
所述弹性悬吊支承结构（2），其特征在于：用于低温容器内胆（4）与外壳（1）之间的连接与固定，由内胆笼套（21）和多组拉伸弹簧或压缩弹簧（22）组成。内胆笼套（21）由金属丝或复合材料制成，为整体不可拆卸式或者双半笼组合可拆卸式。内胆笼套（21）用于固定容器内胆；拉伸弹簧或压缩弹簧（22）用于内胆笼套（21）与外壳（1）之间的弹性连接与固定，弹簧（22）与内胆笼套（21）和外壳（1）之间可采用焊接或螺接。
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