CN104854391B - X形梁结构和具有x形梁结构的压力罐 - Google Patents

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Abstract

所提供的是一种X形梁结构，其包括多个梁和多个十字交叉部，所述多个梁在X轴方向、Y轴方向和Z轴方向上延伸并形成网格图案，X轴梁、Y轴梁和Z轴梁在所述多个十字交叉部处彼此相会合，其中，在X形梁结构中，每个梁的横截面具有成直角的X形的几何形状，并且梁交叉部形成有一个连续梁，并且两个其他的接合梁附接并焊接到连续梁上。

Description

X形梁结构和具有X形梁结构的压力罐
技术领域
本发明涉及一种压力罐，并且具体地，涉及一种具有梁网格结构的压力罐，梁网格结构能够通过使棱柱形的压力罐中包括X形梁的网格结构及其加固构件而经受住由高压气体产生的压力并且能够通过制成棱柱形状来提高空间效率和材料消耗率。
背景技术
为了容置高压流体，已经开发出了不同形状的压力罐，并且已经提交了许多压力罐专利。
图1示出了根据相关技术的压力罐，其中，图1a为球状压力罐，图1b为圆筒状压力罐，图1c为叶状压力罐，并且图1d为格状压力罐。
罐的效率由容积效率和材料消耗率确定。
【等式1】
上面的等式1可以得到容积效率。在上面的等式1中，ξ表示容积效率，V罐表示罐的容积，并且V棱柱表示完全环绕罐的最小的矩形平行六面体箱形体积的容积。
ξ的值越大，罐的容积效率越大，这意味着更好地利用罐占用的实际空间。
【等式2】
上面的等式2表示材料消耗率。在上面的等式2中，η表示材料消耗率，V材料表示用来制造罐的材料的体积，V存储表示能够填充在罐中的流体的量。
η的值越小，构造相同容积的罐的材料的量越小，这意味着更好地提高了罐的效率。
表1
【表1】
上面的表1表示根据相关技术的罐的容积效率和材料消耗率。应当注意的是，圆筒状、叶状和格状罐的材料率并不包括端部封罩，使得实际的材料比率将稍微高于表中示出的材料比率。
如从上面的表1能够理解到的，格状罐具有最有效的容积效率，并且圆筒状罐、叶状罐和格状罐具有大致相似的材料消耗率。
应当注意的是，叶状罐通过将两个或更多个圆筒状罐结合并重叠而制成，叶状罐具有跨越在相交线之间的内壁并且通常用双重弯曲的端部壳体来封盖端部。这种设计相当复杂且难以制造，并且罐壁上发生显著的弯曲。由于格状罐并不需要为大容量罐增大板厚度，因此格状罐具有高的容积效率并且是有效的；可以仅增大格的数目。然而，由于相当复杂的形状，格状罐不易制造；此外，端部封盖问题尤其是个挑战。
在所有涉及弯曲壳体的罐，即球状罐、圆筒状罐、叶状罐和格状罐的情况下，即使并非不可能，设计外部壁的完整的双重屏障也是非常困难的。
【引用列表】
【专利文档】
韩国专利公开公报No.2003-0050314
发明内容
技术问题
本发明的目的是提供一种棱柱形压力罐，具体地，提供一种能够使其大小扩展成其任何尺寸并经受住内部流体的高压和温度变化的压力罐。
本发明的另一目的是提供一种具有高的容积效率的压力罐，具体地，提供一种能够防止流体从压力罐的内部泄漏的压力罐。
本发明的又一目的是提供一种能够减少由于流体以及施加至罐壁的分布力而产生的晃荡现象的压力罐。
问题的解决方案
一个总体方面，X形梁结构包括多个梁和多个十字交叉部，所述多个梁在X轴方向、Y轴方向和Z轴方向上延伸并形成网格形状，X轴梁、Y轴梁和Z轴梁在所述多个十字交叉部130处彼此相会合，其中，每个梁的横截面具有成直角的X形状，并且十字部130设置有连续梁110和附接梁120，其中，一个梁连续形成并且梁120焊接至连续梁110。
X轴梁可以与定位在同一平面上并与该X轴梁相邻的X轴梁间隔开相同的距离，Y轴梁可以与定位在同一平面上并与该Y轴梁相邻的Y轴梁间隔开相同的距离，并且Z轴梁可以与定位在同一平面上并与该Z轴梁相邻的Z轴梁间隔开相同的距离。
附接梁120可以具有形成在其端部处的呈有角的形状的突出部121，并且突出部121的中央部分可以设置有切口122，切口122与连续梁110的横截面形状一致。
十字交叉部130可以形成为使得切口122与连续梁110接触的部分以及突出部121与相邻的突出部121接触的部分具有从内侧朝向外侧变小的横截面面积。其原因是适应依据焊接进行的梁的接合。
十字交叉部130的端部表面可以焊接至交叉部支架141和142。
另一总体方面，具有上述X形梁结构100的压力罐还包括罐本体200，罐本体200具有容置在其中的高压流体并制成棱柱形状，其中，X形梁结构100设置在罐本体200中并从罐本体200的一个侧壁到达另一个相对的侧壁并且有规律地和正交地设置。
梁结构开口211可以以与X形梁结构100的横截面相同的形状设置在罐本体200的罐壁210与X形梁结构100接触的位置处，并且X形梁结构100可以通过插入穿过梁结构开口211而延伸至壁的外侧。
罐壁210的外表面可以设置有呈正交图案的加强构件220，并且梁结构100可以在插入穿过罐壁210和加强构件220之后焊接至加强构件220。
从罐壁210到最相邻的梁十字交叉部130的距离可以与罐的内部中的交叉点之间的距离不同。
发明的有利效果
根据X形梁结构以及具有根据本发明的X形梁结构的压力罐，压力罐形成棱柱形状，即，压力罐具有棱柱或箱状形状的外观，使得压力罐能够通过模块化而增大到其任何尺寸的大小并且能够经受住流体的高压和温度变化。
此外，罐具有高的容积效率，即，压力罐制成棱柱形状，从而使得可以有效地使用周围空间。
此外，具有网格形状的X形梁结构安装在压力罐中，从而使得可以减小由于流体与X梁网格的相互作用而引起的内部流体的晃荡现象，流体与X梁网格的相互作用有效地产生粘性湍流，湍流使内部流体自由表面处的波运动变慢。这又有效地减少内部罐壁上的波冲击。此外，X形梁结构制造成具有十字形的横截面以具有良好的挠曲强度，从而使得可以防止X形梁结构易于损坏。
附图说明
本发明的以上和其他目的、特征和优势通过结合附图给出的优选实施方式的以下描述将变得明显，在附图中：
图1为根据相关技术的压力罐的示意图；
图2为根据本发明的实施方式的X形梁结构的网格布置视图；
图3为根据本发明的实施方式的十字部的立体图；
图4为根据本发明的实施方式的十字部的分解图；
图5为示出了根据本发明的实施方式的在接合部处相会合的梁之间的焊接区域的局部立体图；
图6为示出了制造根据本发明的实施方式的X形梁结构的方法的立体图；
图7为示出了根据本发明的另一实施方式的X形梁结构的基本的局部立体图；
图8为接触根据本发明的另一实施方式的X形梁结构的加固支架的局部截面图；
图9为根据本发明的实施方式的安装在船中的压力罐的截面图；
图10为示出了将根据本发明的实施方式的X形梁结构联结至被加强的罐壁的方法的局部立体图；以及
图11为示出了将根据本发明的实施方式的X形梁结构联结至被加强的罐壁的方法的局部后视立体图。
【主要元件的详细描述】
100 X形梁结构
110 连续梁
120 附接梁
121 突出部
122 切口
130 十字交叉部
141、142 支架
200 压力罐
210 罐壁
211 梁结构开口
220 加强构件
具体实施方式
下文中，将参照附图详细地描述本发明的技术精神。
然而，附图仅为示出用于更详细地描述本发明的技术精神的示例，并且因此，本发明的技术精神并不限于附图。
将参照图2和图3描述根据本发明的实施方式的X形梁结构100的整体形状和构型。
X形梁结构100包括多个梁和多个十字交叉部130，多个梁在X轴方向、Y轴方向和Z轴方向上延伸并形成网格形状，X轴梁、Y轴梁和Z轴梁在多个十字交叉部130处彼此相会合，其中，每个梁的横截面具有成直角的X形状。
上述成直角的X形状制成十字形形状，这意味着两个平面彼此相会合时形成的角度为90°。本文中，下面描述为X形状的一切事物均具有前述形状。此外，X轴与Y轴正交，并且Z轴与X轴和Y轴正交。
X轴梁与定位在同一平面上的与其相邻的邻近X轴梁间隔开相同的距离，Y轴梁与定位在同一的平面上的与其相邻的邻近Y轴梁间隔开相同的距离，并且Z轴梁与定位在同一平面上的与其相邻的邻近Z轴梁间隔开相同的距离。
更详细地，X轴梁与相邻的X轴梁分别间隔开相同的距离，所述相邻的X轴梁定位在X-Y平面或X-Z平面上，Y轴梁与相邻的Y轴梁分别间隔开相同的距离，所述相邻的Y轴梁定位在X-Y平面或Y-Z平面上，并且Z轴梁与相邻的Z轴梁分别间隔开相同的距离，所述相邻的Z轴梁定位在X-Z平面或Y-Z平面上。
将参照图4和图5详细地描述根据本发明的十字交叉部130。
X形梁结构100制成具有X形横截面。这种形状具有若干优势，但当将连续梁与两个其他梁联接在这些梁彼此相会合的十字交叉部130处时，该形状也表现出问题。为了解决上述问题，在本发明中，将附接梁120的端部在十字交叉部130处焊接至连续形成的连续梁110。
更详细地，附接梁120具有形成在其轴向端部处的呈有角的形状的突出部121并且突出部121的中央部分设置有切口122，切口122与连续梁110的横截面形状一致。
也就是说，十字交叉部130通过将切口122焊接至连续梁110并将突出部121焊接至相邻的突出部121、通过将附接梁120的切口122焊接至连续梁110来固定；换句话说，四个附接梁120在每个交叉接合部处焊接到连续梁110上。
在这种情况下，突出部121和切口122具有从内侧朝向外侧变小的横截面面积，并且设置有能够焊接以便于对接焊的凹槽。
X形梁结构100可以制成使得当位于十字交叉部130处的相邻的十字交叉部130之间的距离设置为A时，连续梁的长度可以为2A或3A，并且附接梁120的长度可以为A、2A和3A中的一者。
此外，除了定位在罐壁内的最外侧处的轴之外，连续梁110和附接梁120的两侧均设置有突出部121。
连续梁110可以为X形梁网格结构100中的X轴梁、Y轴梁和Z轴梁中的一者。
也就是说，当连续梁110为处于X轴方向时，Y轴梁和Z轴梁为附接梁120，附接梁120的端部焊接到X轴梁上，当连续梁110处于Y轴方向时，X轴梁和Z轴梁为附接梁120，附接梁120的端部焊接到Y轴梁上，并且当连续梁110为Z轴梁时，X轴梁和Y轴梁为附接梁120，附接梁120的端部焊接到Z轴梁上。
将参照图6描述制造根据本发明的X形梁结构100的方法。
此外，X形梁结构100可以通过构建具有单个平面的结构、将附接梁120焊接至十字交叉部130并且随后使平面在平面上堆叠并焊接在一起来制成。
因此，X形梁结构100不是一次性制成的，而是通过构建单元结构并将单元结构放置并附接在其适当的位置中而制成的。还应当注意的是，X形梁结构具有极大的重复程度，这种结构的大部分将包括具有一个、两个或三个单元长度的相似梁部段。X形梁结构100还可以包括支架141，并且将参照图7描述X形梁结构100。
十字交叉部130通过焊接来彼此联接并因此具有比其他部分的强度更低的强度。因此，支架141焊接至十字交叉部130以加固十字交叉部130，从而增大十字交叉部130的强度。
支架141形成在下述部分处：在该部分处，十字交叉部130的X轴梁的与X轴平行的端部表面和十字交叉部130的Y轴梁的与Y轴平行的端部表面正交、十字交叉部130的Y轴梁的与Y轴平行的端部表面和十字交叉部130的Z轴梁的与Z轴平行的端部表面正交、以及十字交叉部130的X轴梁的与X轴平行的端部表面和十字交叉部130的Z轴梁的与Z轴平行的端部表面正交。
如图8所述，当支架141的长度延伸成用于加固时，支架141制成与支架142相似的中央形成有孔的矩形板形状并可以焊接至每个轴的端部(见图8)。
将参照图7和图11详细地描述包括根据本发明的实施方式的X形梁结构100的压力罐。
压力罐制成棱柱形状，并且X形梁结构100设置在压力罐中并与罐壁210中的每一个罐壁连接。
上述棱柱形状并不限于六面体，但是如果需要，可以设置一种具有不同形状的呈有角度的(angular)压力罐。
X形梁结构100设置在罐本体200中并从罐本体200的一个侧壁到达另一个相对的侧壁并且有规律地正交设置。
梁结构开口211以与X形梁结构100的横截面相同的形状设置在罐本体200的罐壁210与X形梁结构100交叉的位置处。此外，通过将梁结构100插入到梁结构开口211中并将X形梁与壁结构焊接在一起而使梁结构的部分突出到外侧壁中。
此外，为了增大罐壁210的强度，在罐壁210的外表面处设置有正交形状的加强构件220。
在该构型中，X形梁结构100突出到外侧的部分焊接至加强构件220和罐壁本身。
从罐壁210到最相邻的梁交叉部130的距离可以与内部的梁交叉部本身之间的距离不同。因此，根据X形梁结构100以及具有根据本发明的示例性实施方式的X形梁结构的压力罐，压力罐形成棱柱形状，即，压力罐具有棱柱形状的外观，并且具有重复的模块化结构，使得压力罐能够增大到其任何尺寸的大小并能够经受住流体的高压和温度变化。
此外，压力罐具有高的容积效率，即，压力罐制成棱柱形状，从而可以有效地使用其周围空间。这种性能在将罐放置在诸如船或近海结构之类的罐承载本体内时尤其重要。
此外，具有网格形状的X形梁结构100安装在压力罐中，从而可以减少由于罐流体产生的晃荡现象并减小施加至罐壁210的内侧的动态冲击力。
此外，X形梁结构100制造成具有十字形横截面以具有良好的抗弯刚度和抗弯强度，从而使得可以防止X形梁结构100易于损坏。

Claims (2)

1.一种压力罐，所述压力罐具有X形梁结构(100)，所述X形梁结构(100)包括多个X形梁，所述多个X形梁在X轴方向、Y轴方向和Z轴方向上延伸并在其中形成网格形状，其中，所述压力罐具有罐本体(200)，所述罐本体具有容置在所述罐本体(200)中的高压流体并且所述罐本体(200)制成棱柱形状，并且所述X形梁中的每个X形梁具有在上、下、左、右方向上竖向地形成的臂并且具有X形的横截面，
其中，所述X形梁结构包括多个十字交叉部(130)，在所述多个十字交叉部(130)处，X轴梁、Y轴梁和Z轴梁彼此相会合，每个梁的横截面具有成直角的X形状，
其中，所述十字交叉部(130)设置有连续梁(110)，附接梁(120)附接并焊接至所述连续梁(110)，
其中，仅沿与连续梁(110)相连接的方向在附接梁(120)的上方向和下方向上所形成的臂的端部处形成有呈三角形的突出部(121)，
其中，所述突出部(121)的中央部分设置有具有凹槽的切口(122)，所述连续梁(110)插入所述凹槽中，
其中，附接梁(120)的左右方向上的臂的端部、突出部(121)以及切口(122)具有从内侧朝向外侧变小的横截面面积，使得所述附接梁(120)的左右方向上的臂的端部和所述切口(122)的与所述连续梁(110)接触的部分以及所述突出部(121)与相邻的突出部(121)接触的部分形成凹槽形状，
其中，所述罐本体(200)包括罐壁(210)和位于罐壁(210)的外表面上呈正交图案的加强构件(220)，并且，
其中，梁结构开口(211)以与所述X形梁结构(100)的横截面相同的形状设置在罐壁(210)中，并且所述X形梁结构(100)的一个端部通过插入穿过所述梁结构开口(211)而延伸至所述罐壁(210)的外侧，
其中，所述X形梁结构的每个X形梁结构的臂的延伸至罐壁(210)的外部的侧部焊接并固定至加强构件(220)的端部。
2.根据权利要求1所述的压力罐，其中，所述X形梁结构(100)还包括支架(141；142)，所述支架(141；142)焊接到在十字交叉部(130)处相会合的梁的腹板上。
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