CN105858584B - 低温船用单管装卸臂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低温船用单管装卸臂，所述单管装卸臂包括支撑结构、管道系统、液压驱动系统、维修平台、氮气吹扫系统、紧急脱离系统、液压分站、上绳轮、钢丝绳以及下绳轮，所述钢丝绳设置在上绳轮和下绳轮之间，所述维修平台设置在装卸臂的上部，氮气吹扫分配系统设置在装卸臂入口法兰附近，所述液压分站设置在立柱侧面。所述管道系统包括立柱管、内臂管以及外臂管，立柱管的上下两端采用轴约束保证立柱管道沿轴向伸缩自由、沿轴向转动自由；内臂管一端采用铰约束，另一端采用平面约束；外臂管一端采用铰约束，另一端采用平面约束。该方案使管道系统无论是在环境温度下还是在超低温工况下都能够保持自由伸缩，进而消除温度变形产生的内应力。

Description

低温船用单管装卸臂

技术领域

本发明涉及一种装卸臂，具体涉及一种低温船用单管装卸臂，属于LNG船用装卸设备技术领域。

背景技术

LNG船用装卸臂在码头上用于输送LNG槽船内的超低温液体，所输送的液体温度极低，导致LNG船用装卸臂上输送液体的管道收缩量很大，而支撑输送低温液体管道的结构所处的温度为环境温度，致使支撑结构与管道系统因温度差别较大产生较大的温度变形差，支撑结构因温度产生的变形远小于管道系统因温度产生的变形，即支撑结构与管道系统在LNG船用装卸臂工作时（装卸低温液体时）变形量不一致，这将导致支撑结构和管道系统内部产生巨大的内应力，考虑到输送介质的特殊性，巨大的内应力对整套设备的安全性能及可靠性能影响很大，尤其是输送介质的管道系统，所处温度极低加之有巨大的内应力管道的安全性难以保障。分析其原因是：通常 LNG船用装卸臂管道系统与支撑结构通过螺栓连接或采用外臂端部轴约束，这样对管道系统就会造成过约束，在超低温工况下管道系统因过约束无法释放过大的温度变形进而导致内部应力过大（如图2所示）。因此，迫切的需要一种新的技术方案解决上述技术问题。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种低温船用单管装卸臂，该技术方案结构简单、紧凑，当LNG船用装卸臂不接船时，整套设备都处在环境温度下（初始状态），此时可忽略整套设备因温度变形产生的应力；当LNG船用装卸臂接船时，支撑结构和管道系统的温差特别大，因温度产生的变形量差别也比较大，此时，可分别使支撑系统和管道系统处于自由伸缩的状态，这样将解决因温度变形导致的内应力过大问题；当LNG船用装卸臂工作结束恢复环境温度时，管道系统又会因温度的升高恢复至初始状态。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种低温船用单管装卸臂，其特征在于，所述单管装卸臂包括支撑结构、管道系统、液压驱动系统、维修平台、氮气吹扫系统、紧急脱离系统、液压分站、上绳轮、钢丝绳以及下绳轮，所述钢丝绳设置在上绳轮和下绳轮之间，所述支撑结构用于支撑整个单管装卸臂，所述维修平台设置在装卸臂的上部，氮气吹扫系统设置在装卸臂入口法兰附近，所述液压分站设置在立柱侧面。

作为本发明的一种改进，所述支撑结构从下往上依次包括立柱、转轴箱、支撑箱以及外臂支撑，立柱设置在转轴箱的下部。

作为本发明的一种改进，所述管道系统包括立柱管、内臂管以及外臂管，其中立柱管设置在立柱内，立柱管的上下两端采用轴约束，即具有一个转动自由度和一个平移自由度，总自由度是2，保证立柱管道沿轴向伸缩自由、沿轴向转动自由；内臂管一端采用铰约束，即只有一个转动自由度，总自由度是1，另一端采用平面约束即有一个转动自由度和两个平移自由度，总自由度是3；外臂管一端采用铰约束即只有一个转动自由度，总自由度是1，另一端采用平面约束即含有一个转动自由度和两个平移自由度，总自由度是3。

作为本发明的一种改进，所述铰约束包括筋板、肋板、连接管、、滴水盘、盖板、铰外壳、挡环、隔冷块、底板以及封板，所述连接管连接肋板，所述肋板上设置有筋板，所述滴水盘设置在连接管和盖板之间，外壳内设置有挡环、隔冷块以及封板。分布在内臂管和外臂管的端部，约束住管道在该位置的所有自由度除X方向的转动自由度，同时该铰约束具有滴水盘、隔冷块设计，最大限度降低冷能的传递。

作为本发明的一种改进，所述平面约束包括筋板、肋板、连接管、滴水盘、盖板、导向板、以及绝热垫，所述筋板设置在肋板上，连接管设置在滴水盘和盖板之间，所述导向板的外面设置有绝热板，平面约束分布在内臂管和外臂管端部，约束该位置管道的X方向平移、Y、Z方向的转动自由度，同时释放X方向的转动自由度和Y、Z方向的平动自由度，这可以使得内臂管和外臂管自由变形。该约束结构也具有隔冷设计，防止过多的管内冷能传递至支撑结构。

作为本发明的一种改进，所述轴约束包括固定板、连接板、肋板、抱箍、隔冷块以及紧固板，所述固定板、连接板、肋板均围绕管道圆弧设置，所述隔冷块设置在轴约束的内部，轴约束除释放轴向（Z向）平动自由度和转动自由度外，其余所有自由度均被约束，这样因温差引起的管道变形可沿Z向平动和转动，自由伸缩、转动，因此该约束类型被布置在立柱内管的两端，保证立柱管道伸缩自由，如图3所示。该结构直接与管道接触的结构是隔冷复合材料，隔冷复合材料的厚度依据介质温度、设备所处的气象环境、设备尺寸、隔冷材料本身的材料参数等计算确定。

相对于现有技术，本发明的优点如下，1）整个技术方案设计巧妙，结构简单紧凑，2）该技术方案通过对支撑结构与管道系统之间的约束进行合理设计，使管道系统无论是在环境温度下还是在超低温工况下都能够保持自由伸缩，进而消除温度变形产生的内应力；克服了一直困扰该行业的技术难题；3）该技术方案约束位置设计合理，避免了管道在额定装卸流量时的共振问题，确保装卸过程中的安全性。

附图说明

图1为本装卸臂整体结构示意图；

图2-1、图 2-2为现有的装卸臂接船状态示意图；

图3为本发明接船状态示意图；

图4为铰约束结构示意图；

图4-1为铰约束立体结构示意图；

图5为平面约束结构示意图；

图5-1平面约束立体结构示意图；

图6为轴约束结构示意图；

图6-1为轴约束立体结构示意图；

图中：1、立柱，2、液压分站，3、8、9液压驱动系统，4、钢丝绳，5下绳轮,6、配重板10、转轴箱，11、支撑箱，12、上绳轮，13、法兰接口，14、氮气吹扫系统，15、紧急脱离系统，17、快速接头，18、内臂管，19、平面约束，20、铰约束，23、维修平台，24、外臂限位，25、外臂管，26、轴约束，27、立柱内管，28、外臂支撑，201、筋板，202、肋板，203、连接管，204、滴水盘，205、盖板，206、铰外壳，207、挡环208、隔冷块，209、底板，

191、筋板肋板，192、肋板，193、连接管，194、滴水盘，195、盖板，196、导向板,197、绝热垫；261、固定板，262、连接板，263、肋板，264、抱箍，265、隔冷块，266、紧固板。

具体实施方式

为了加深对本发明的认识和理解，下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。

实施例1：

参见图1-图4，一种低温船用单管装卸臂，所述单管装卸臂包括支撑结构、管道系统、液压驱动系统、维修平台23、氮气吹扫系统14、紧急脱离系统15、液压分站2、上绳轮12、钢丝绳4以及下绳轮5，所述钢丝绳设置在上绳轮和下绳轮之间，所述支撑结构用于支撑整个单管装卸臂的管道系统，所述维修平台设置在装卸臂的上部，氮气吹扫系统设置在装卸臂下方，所述液压分站设置在立柱侧面。所述装卸臂上还设置有配重块6设置在支撑箱的尾部，设置在底部的法兰接口13，以及外臂前端的快速接头17；所述支撑结构从下往上依次包括立柱1、转轴箱10、支撑箱11以及外臂支撑28，立柱设置在转轴箱下部。所述管道系统包括立柱管27、内臂管18以及外臂管25，其中立柱管设置在立柱内，立柱管的上下两端采用轴约束即具有一个转动自由度和一个平移自由度，总自由度是2，如6所示，保证立柱管道沿轴向伸缩自由、沿轴向转动自由；内臂管一端采用铰约束即只有一个转动自由度，总自由度是1，如图4所示，另一端采用平面约束即有一个转动自由度和两个平移自由度，总自由度是3，如图5所示；外臂管一端采用铰约束即只有一个转动自由度，总自由度是1，如图4所示，另一端采用平面约束即含有一个转动自由度和两个平移自由度，总自由度是3，如图5所示。该技术方案巧妙的设计，确保了各工况下内、外臂管道相对支撑结构自由伸缩。

实施例2：

参见图1、图4、图4-1，作为本发明的一种改进，所述铰约束包括筋板201、肋板202、连接管203、滴水盘204、盖板205、铰外壳206、挡环207、隔冷块208、底板209以及封板210，所述连接管连接肋板，所述肋板上设置有筋板，所述滴水盘设置在连接管和盖板之间，外壳内设置有挡环、隔冷块以及封板。分布在内臂管和外臂管的端部见图3，约束住管道在该位置的所有自由度除X方向的转动自由度，如图4所示。同时该铰约束具有滴水盘、隔冷块设计，最大限度降低冷能的传递。

实施例3：

参见图1、图5、图5-1，作为本发明的一种改进，所述平面约束包括筋板191、肋板192、连接管193、滴水盘194、盖板195、导向板196、以及绝热垫197，所述筋板191设置在肋板192上，连接管193设置在滴水盘194和盖板195之间，所述导向板的外面设置有绝热板，平面约束分布在内臂管和外臂管端部，约束该位置管道的X方向平移、Y、Z方向的转动自由度，同时释放X方向的转动自由度和Y、Z方向的平动自由度，这可以使得内臂管和外臂管自由变形。如图5所示。该约束结构也具有隔冷设计，防止过多的管内冷能传递至支撑结构。

实施例4：

参见图1、图6、图6-1，作为本发明的一种改进，所述轴约束包括固定板261、连接板262、肋板263、抱箍264、隔冷块265以及紧固板266，所述固定板261、连接板262、肋板263均围绕管道圆弧设置，所述隔冷块设置在轴约束的内部，轴约束除释放轴向（Z向）平动自由度和转动自由度外，其余所有自由度均被约束，这样因温差引起的管道变形可沿Z向平动和转动，自由伸缩、转动，因此该约束类型被布置在立柱管的两端，保证立柱管道伸缩自由，如图3所示。该结构直接与管道接触的结构是隔冷复合材料，隔冷复合材料的厚度依据介质温度、设备所处的气象环境、设备尺寸、隔冷材料本身的材料参数等计算确定。

本发明还可以将实施例2、3、4所述技术特征中的至少一个与实施例1组合形成新的实施方式。

需要说明的是，上述实施例仅仅是本发明的较佳实施例，并没有用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上作出的等同替换或者替代，均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种低温船用单管装卸臂，其特征在于，所述单管装卸臂包括支撑结构、管道系统、液压驱动系统、维修平台、氮气吹扫系统、紧急脱离系统、液压分站、上绳轮、钢丝绳以及下绳轮，所述钢丝绳设置在上绳轮和下绳轮之间，所述支撑结构用于支撑整个装卸臂的管道系统，所述维修平台设置在装卸臂的上部，氮气吹扫系统设置在装卸臂入口法兰附近，所述液压分站设置在立柱侧面，所述支撑结构从下往上依次包括立柱、转轴箱、支撑箱以及外壁支撑，立柱设置在液压分站的底部，所述管道系统包括立柱管、内臂管以及外臂管，其中立柱管设置在立柱内，立柱管的上下两端采用轴约束保证立柱管道沿轴向伸缩自由、沿轴向转动自由；内臂管一端采用铰约束，另一端采用平面约束；外臂管一端采用铰约束，另一端采用平面约束。

2.根据权利要求1所述的一种低温船用单管装卸臂，其特征在于，所述铰约束包括筋板、肋板、连接管、滴水盘、盖板、铰外壳、挡环、隔冷块、底板以及封板，所述连接管连接肋板，所述肋板上设置有筋板，所述滴水盘设置在连接管和盖板之间，外壳内设置有挡环、隔冷块以及封板，铰约束分布在内臂管和外臂管的端部，约束住内臂管或外臂管在其端部位置的所有自由度除X方向的转动自由度。

3.根据权利要求2所述的一种低温船用单管装卸臂，其特征在于，所述平面约束包括筋板、肋板、连接管、滴水盘、盖板、导向板、以及绝热垫，所述筋板设置在肋板上，连接管设置在滴水盘和盖板之间，所述导向板的外面设置有绝热板，平面约束分布在内臂管和外臂管端部，约束端部位置管道的X方向平移、Y、Z方向的转动自由度，同时释放X方向的转动自由度和Y、Z方向的平动自由度，这可以使得内臂管和外臂管自由变形。

4.根据权利要求3所述的一种低温船用单管装卸臂，其特征在于，所述轴约束包括固定板、连接板、肋板、抱箍、隔冷块以及紧固板，所述固定板、连接板、肋板均围绕管道圆弧设置，所述隔冷块设置在轴约束的内部，轴约束除释放轴向即Z向平动自由度和转动自由度外，其余所有自由度均被约束。