CN111220649A

CN111220649A - 一种保温特性测量试验装置

Info

Publication number: CN111220649A
Application number: CN202010161974.3A
Authority: CN
Inventors: 林焰; 蒋晓宁; 李铁骊
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2020-03-10
Filing date: 2020-03-10
Publication date: 2020-06-02
Also published as: US11262322B2; US20210285903A1

Abstract

一种保温特性测量试验装置，其属于船舶与海洋工程、清洁能源应用工程领域。该试验装置包括罐体、保温层、框架、支座和数据采集机构，罐体外表面铺设保温层，并在支座支撑下放置在框架内，数据采集机构用于试验过程中的数据信息采集和分析。采用耐腐蚀、抗低温的高强度不锈钢焊接制作的相贯容器，具有在耐压条件下的容器装载量最大化特征。加注阀和安全阀配置提高作业安全性。多层保温材料和多膜层交替铺设，节约了试验成本。保温层阶梯搭接方式具有阻断气隙通道功能，提高整体保温效果。采用组合支架结构形式既提高了结构强度，又进一步减低了热传导率。采用左右对称布置温度感应片，确保了保温层内温度梯度数据测量的正确性和可靠性。

Description

一种保温特性测量试验装置

技术领域

本发明涉及一种保温特性测量试验装置，其属于船舶与海洋工程、清洁能源应用工程领域。

背景技术

随着海底矿藏资源开发、清洁燃料能源的存储和运输需求，急需探索超低温液态货物储运方式和容器结构形式，特别是具有耐腐蚀、抗低温的耐压大容量容器，及其高效保温层结构特性等设计制造技术成为该工程领域的关键核心。为了更好掌握该核心技术，需要进行大量相关试验测试和工程验证，因此需要研发一种专用试验装置，本发明装置就是针对上述问题而提出的一种保温特性测量试验装置。

发明内容

为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供一种保温特性测量试验装置。该试验装置应包括罐体、保温层和数据采集等机构，用于探索超低温液态货物储运方式和容器结构形式，特别是具有耐腐蚀、抗低温的耐压大容量容器及其高效保温层结构等设计制造技术。

本发明采用的技术方案是：一种保温特性测量试验装置，它包括罐体、保温层、框架、支座和数据采集机构，所述罐体放置在支座上，支座设置在框架的内部；所述罐体是由两端采用球面形封堵的上罐体、左下罐体和右下罐体相贯焊接的罐体容器，加注管、泄压管和测压管连通上罐体的顶部, 保温层设置在罐体（1）的外表面；

所述保温层包含内保温层、外保温层、底膜层、内膜层和外膜层，底膜层喷涂在罐体的外表面，内保温层铺设在底膜层上，内膜层设置在内保温层的外侧，外保温层铺设在内膜层上，外保温层的外侧设置外膜层；

所述框架是矩形顶框和矩形底框通过四根垂向角钢焊接构成的矩形框架，矩形底框上设置纵向工字型钢，矩形底框的底部设置底垫板，矩形底框四角的底部放置千斤顶，梯子悬挂在框架上；

所述支座包含梯形支座和过渡支座，过渡支座放置在横向工字型钢上，过渡支座和横向工字型钢的接触面采用高粗糙度面，梯形支座放置在过渡支座上，罐体放置在梯形支座上；

所述数据采集机构的电脑设置在桌子上，上集线器、摄像仪、压力仪、温度仪设置在框架的顶部，下集线器设置在地面上，称重器放置在框架的底部下方，温度感应片设置在底膜层和内膜层中，压力仪、温度仪、温度感应片连接上集线器，称重器连接下集线器，上集线器连接下集线器，下集线器连接电脑（50），压力仪连接测压管。

所述内保温层和外保温层采用阶梯搭接方式铺设，阶梯搭接的缝隙填充填缝剂，内保温层采用多层材料铺设，外保温层采用抗冲击材料，内膜层采用薄膜材料，外膜层采用具有隔潮功能的篷布，围挡设置在保温层的顶部，加注阀、泄压阀、安全阀、加注管、泄压管和测压管设置在围挡内。

所述矩形顶框由两块横向顶钢板和两块纵向折边顶钢板焊接构成，矩形底框由两根平行的纵向工字型钢和两根横向立板焊接构成，横向工字型钢设置在两根平行纵向工字型钢之间，垂向角钢上设置螺栓孔，可拆卸的钢化透明玻璃板通过螺栓孔固定在框架的四个立面上。

所述梯形支座采用高级硬木块集成胶结制成，过渡支座采用木材或特种硬塑料制成，过渡支座由支座面板和支座底板通过支撑立板连接构成。

本发明的有益效果是：这种保温特性测量试验装置由罐体、保温层、框架、支座和数据采集机构等组成，罐体外表面铺设保温层，并在支座支撑下放置在框架内，数据采集机构用于试验过程中的数据信息采集和分析。采用耐腐蚀、抗低温的高强度不锈钢焊接制作的相贯容器，其横断面具有某种等腰梯形包络下的最大横断面积，这种形状的容器具有在耐压条件下的容器装载量最大化特征。加注阀具有调节液体加注流量功能，在危险应急情况下，安全阀能够紧急关闭加注管，确保罐体使用安全性。在罐体外能够进行不同介质的多层保温材料和多膜层交替铺设，方便于从外向内逐层剥离保温层后持续进行试验，节约试验成本。保温层阶梯搭接方式具有阻断气隙通道功能，提高保温层整体保温效果。采用高级硬木块集成胶结制作，且具有低导热、高强度和耐腐蚀特性的梯形支座，以及过渡支座配合使用，这种组合支架结构形式既提高了结构强度，又进一步减低了热传导率。采用左右对称布置保温层内温度感应片，确保了保温层内温度梯度数据测量的正确性。采用上下集线器和穿线管连接的布线方式，结构简洁、维护方便。温度感应片及其数据引线都具有抗低温、耐腐蚀和自屏蔽功能，提高了试验数据采集的可靠性。

附图说明

图1 是一种保温特性测量试验装置的立体图。

图2是图1中罐体的立体图。

图3是图1中罐体的正视图。

图4是图1中罐体的右视图。

图5是图1中罐体的俯视图。

图6是图1中罐体的仰视图。

图7是图1中保温层的正剖视图。

图8是图1中保温层的侧剖视图。

图9是图7中M的局部放大图。

图10是图8中N的局部放大图。

图11是图1中L的局部放大图。

图12是图1中I的局部放大图。

图13是图1中H的局部放大图。

图14是图1中J的局部放大图。

图中：1、罐体，2、保温层，3、框架，4、支座，5、数据采集机构，10、上罐体，11、左下罐体，12、右下罐体，13、加注阀，14、泄压阀，15、安全阀，16、加注管，17、泄压管，18、测压管，20、内保温层，21、外保温层，22、阶梯搭接，22a、填缝剂，23、底膜层，24、内膜层，25、外膜层，26、围挡，30、横向顶钢板，30a、纵向折边顶钢板，31、横向工字型钢，31a、纵向工字型钢，32、横向立板，33、垂向角钢，33a、螺栓孔，34、梯子，35、底垫板，36、千斤顶，37、钢化透明玻璃板，40、梯形支座，41、过渡支座，41a、支座面板，41b、支座底板，41c、支撑立板，50、电脑，50a、上集线器，50b、下集线器，50c、穿线管，50d、桌子，51、称重器，51a、重量信号线，52、摄像仪，52a、视频天线，53、压力仪，53a、压力信号线，54、温度仪，54a、温度信号线，55、温度感应片，55a、L组信号线，55b、R组信号线。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的结构做进一步描述。

如图1、2、7所示，这种保温特性测量试验装置由罐体1、保温层2、框架3、支座4和数据采集机构5等组成。罐体1外表面铺设保温层2，并在支座4支撑下放置在框架3内，数据采集机构5用于试验过程中的数据信息采集和分析。

如图2、6所示，罐体1由上罐体10、左下罐体11、右下罐体12、加注阀13、泄压阀14、安全阀15、加注管16、泄压管17和测压管18等构件组成，这些构件均采用耐腐蚀、抗低温的高强度不锈钢焊接制作。单个罐体均呈圆柱形桶身，其两端采用球面形封堵的基本容器形状。上罐体10、左下罐体11和右下罐体12都是上述基本容器形状，并相贯、焊接组合成一种特殊形状的罐体容器，其横断面具有某种等腰梯形包络下的最大横断面积，因此这种形状的容器具有在耐压条件下的容器装载量最大化特征。如图11所示，加注管16、泄压管17和测压管18垂直穿透上罐体10顶部，穿透处采用双面焊接。加注阀13、和安全阀15连接在加注管16上，在加注低温液态流体过程中，使用加注阀13调节液体加注流量；在危险应急响应时，使用安全阀15紧急关闭加注管16。泄压阀14连接在泄压管17上，用于调节罐体容器内外压力差。在试验准备过程中，可以根据实际需要，采用专用软管加长连接加注管16和泄压管17。

如图7、8所示，保温层2由内保温层20、外保温层21、阶梯搭接22、填缝剂22a、底膜层23、内膜层24、外膜层25和围挡26等构件组成。在罐体1外表面均匀喷涂底膜层23，用于罐体1表面防腐蚀。内保温层20和外保温层21均采用阶梯搭接22方式铺设连接，阶梯搭接22缝隙间填充了填缝剂22a（如图9、10所示），阶梯搭接22方式除了具有连接保温层功能外，还提供了较好的阻断气隙通道功能，提高保温层保温效果。同一层的保温层厚度一致、材质相同，不同层的保温层可以采用不同特性的保温材料，内保温层20可以由多层组成，外保温层21可以采用抗冲击材料铺设。在保温特性试验过程中，需要从外向内逐层剥离保温层后再继续进行测量，因此在保温层之间铺设内膜层24，内膜层24采用薄膜材质，可以避免保温层之间粘连，同时保护温度感应片55（如图9、10所示）。外膜层25采用具有隔潮功能的篷布铺设。底膜层23、内膜层24和外膜层25均具有阻断气隙通道功能。如图14所示，围挡26设置在保温层顶部，用于保护加注阀13、泄压阀14、安全阀15、加注管16、泄压管17和测压管18等构件。

如图1、11、12所示，框架3由横向顶钢板30、纵向折边顶钢板30a、横向工字型钢31、纵向工字型钢31a、横向立板32、垂向角钢33、螺栓孔33a、梯子34、底垫板35、千斤顶36和钢化透明玻璃板37等构件组成。两块横向顶钢板30和两块纵向折边顶钢板30a对称焊接成矩形顶框，在两根平行纵向工字型钢31a之间焊接两根横向工字型钢31，在两根平行纵向工字型钢31a两端各焊接横向立板32，钢质底垫板35焊接在纵向工字型钢31a和横向立板32下面（如图12所示），形成具有集液功能的底框。在顶框和底框之间采用四根垂向角钢33焊接，形成矩形框架3撬式结构。上述构件均采用耐腐蚀特性的高强度不锈钢材质。上述构件采用折边钢（如图11所示）、角钢和工字钢型材（如图12所示），保障了框架3结构的稳定性。可移动式的梯子34悬挂在框架3周边，用于试验操作人员在框架3顶部工作。在非测量工况时候，四个千斤顶36作用在纵向工字型钢31a的四个底角，支撑起框架3以及其中的支座4、罐体1和保温层2等机构。在测量工况时候，移去四个千斤顶36，纵向工字型钢31坐落在称重器51上面。在框架3的四个立面，可以根据需要安装可拆卸式钢化透明玻璃板37，在垂向角钢33上预留了螺栓孔，用于固定钢化透明玻璃板37。

如图1、13所示，支座4由两个梯形支座40和两个过渡支座41组成，梯形支座40放置在过渡支座41上面，因热胀冷缩原理，它们之间允许有少量滑移。包裹了保温层2的罐体1放置在两个梯形支座40上端，并保持良好的接触面。两个过渡支座41分别坐落在横向工字型钢31上，它们之间的接触面采用麻面（高粗糙度）处理，具有足够大的摩擦力系数，防止相对滑移。梯形支座40采用高级硬木块集成胶结制作，具有低导热、高强度和耐腐蚀特点。过渡支座41由支座面板41a和支座底板41b，以及中间的若干支撑立板41c等构件连接制作，这种结构形式既提高了结构强度又进一步减低了热传导率，其材质采用优质木材或特种硬塑料制作，同样具有低导热、高强度和耐腐蚀特点。

如图1、7、8、9、10所示，数据采集机构5由电脑50、上集线器50a、下集线器50b、穿线管50c、桌子50d、称重器51、重量信号线51a、摄像仪52、视频天线52a、压力仪53、压力信号线53a、温度仪54、温度信号线54a、温度感应片55、L组信号线55a、R组信号线55b等构件组成。电脑50放置在桌子50d上，在试验开始前，它对所有测量设备进行标定；在试验测试过程中，它对数据进行分析和存储；在试验结束后，它对试验数据进行备份并给出试验报告书。在保温特性试验测量中，有重量、温度、压力数值，以及视频信号需要实时采集记录，并由电脑50软件对数据进行处理、分析。无线信号直接传输到电脑50，有线信号通过上集线器50a和下集线器50b汇总后传输给电脑50。上集线器50a放置在框架3顶部位置，并靠近上部测量点位置；下集线器50b放置在地面上，并靠近电脑50位置；它们之间采用穿线管50c连接，各信号线之间采用自屏蔽技术，这样的布线方式结构简单、维护方便。下集线器50b集合全部有线信号后，传输给电脑50。摄像仪52安放在框架3顶部位置，拍摄试验过程影像信息，并通过摄像仪52自带的视频天线52a传送到电脑50。称重器51稳定地放置在框架3下方的地面上，当框架3坐落在称重器51上时，重量信息通过重量信号线51a连接传输到下集线器50b。压力仪53放置在框架3顶部，它采用测压管18探测罐体1内的压力，并把压力数值通过压力信号线53a传输到上集线器50a。温度仪54也放置在框架3顶部，它测量环境温度，并把环境温度数值通过温度信号线54a传输到上集线器50a。除了测量环境温度外，还要测量保温层2内的温度变化梯度，它采用多个温度感应片55采集温度数据。温度感应片55预先埋设在罐体1中横断面（如图8所示）的保温层2的底膜层23和内膜层24中（如图9、10所示），其数据引线通过阶梯搭接22缝隙逐步汇总到L组信号线55a或R组信号线55b。为了保证保温层2内温度梯度数据测量可靠，在保温层2内温度感应片55均采用左右对称布置（如图7所示），布置在左半边的温度感应片55的数据引线汇总到L组信号线55a，布置在右半边的温度感应片55的数据引线汇总到R组信号线55b，L组信号线55a和R组信号线55b分别连接上集线器50a，实现数据传输。在保温层2内的温度感应片55及其数据引线都具有抗低温、耐腐蚀和自屏蔽功能。

Claims

1.一种保温特性测量试验装置，它包括罐体（1）、保温层（2）、框架（3）、支座（4）和数据采集机构（5），其特征在于，所述罐体（1）放置在支座（4）上，支座（4）设置在框架（3）的内部；所述罐体（1）是由两端采用球面形封堵的上罐体（10）、左下罐体（11）和右下罐体（12）相贯焊接的罐体容器，加注管（16）、泄压管（17）和测压管（18）连通上罐体（10）的顶部, 保温层（2）设置在罐体（1）的外表面；

所述保温层（2）包含内保温层（20）、外保温层（21）、底膜层（23）、内膜层（24）和外膜层（25），底膜层（23）喷涂在罐体（1）的外表面，内保温层（20）铺设在底膜层（23）上，内膜层（24）设置在内保温层（20）的外侧，外保温层（21）铺设在内膜层（24）上，外保温层（21）的外侧设置外膜层（25）；

所述框架（3）是矩形顶框和矩形底框通过四根垂向角钢（33）焊接构成的矩形框架，矩形底框上设置纵向工字型钢（31a），矩形底框的底部设置底垫板（35），矩形底框四角的底部放置千斤顶（36），梯子（34）悬挂在框架（3）上；

所述支座（4）包含梯形支座（40）和过渡支座（41），过渡支座（41）放置在横向工字型钢（31）上，过渡支座（41）和横向工字型钢（31）的接触面采用高粗糙度面，梯形支座（40）放置在过渡支座（41）上，罐体（1）放置在梯形支座（40）上；

所述数据采集机构（5）的电脑（50）设置在桌子（50d）上，上集线器（50a）、摄像仪（52）、压力仪（53）、温度仪（54）设置在框架（3）的顶部，下集线器（50b）设置在地面上，称重器（51）放置在框架（3）的底部下方，温度感应片（55）设置在底膜层（23）和内膜层（24）中，压力仪（53）、温度仪（54）、温度感应片（55）连接上集线器（50a），称重器（51）连接下集线器（50b），上集线器（50a）连接下集线器（50b），下集线器（50b）连接电脑（50），压力仪（53）连接测压管（18）。

2.根据权利要求1所述的一种保温特性测量试验装置，其特征在于，所述内保温层（20）和外保温层（21）采用阶梯搭接（22）方式铺设，阶梯搭接（22）的缝隙填充填缝剂（22a），内保温层（20）采用多层材料铺设，外保温层（21）采用抗冲击材料，内膜层（24）采用薄膜材料，外膜层（25）采用具有隔潮功能的篷布，围挡（26）设置在保温层（3）的顶部，加注阀（13）、泄压阀（14）、安全阀（15）、加注管（16）、泄压管（17）和测压管（18）设置在围挡（26）内。

3.根据权利要求1所述的一种保温特性测量试验装置，其特征在于，所述矩形顶框由两块横向顶钢板（30）和两块纵向折边顶钢板（30a）焊接构成，矩形底框由两根平行的纵向工字型钢（31a）和两根横向立板（32）焊接构成，横向工字型钢（31）设置在两根平行纵向工字型钢（31a）之间，垂向角钢（33）上设置螺栓孔，可拆卸的钢化透明玻璃板（37）通过螺栓孔固定在框架（3）的四个立面上。

4.根据权利要求1所述的一种保温特性测量试验装置，其特征在于，所述梯形支座（40）采用高级硬木块集成胶结制成，过渡支座（41）采用木材或特种硬塑料制成，过渡支座（41）由支座面板（41a）和支座底板（41b）通过支撑立板（41c）连接构成。