CN112145954B - 一种膜式低温储罐的金属内罐的罐底结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种膜式低温储罐的金属内罐的罐底结构，罐底呈近似圆形结构，罐底由基板拼接并由异形板补齐拼接外围的缺口，所述基板为一个基础单元或若干个基础单元组成，所述基板为焊接成型或深拉成型(深冲成型)，所述基础单元由平板、平板上的纵波和横波组成，所述纵波与横波均为一面凹进一面凸出的拱形结构，所述纵波与横波之间通过曲面光滑过渡垂直交错连接在一起，并且纵波和横波均与四周的平板通过曲面光滑过渡。该膜式低温储罐的金属内罐的罐底结构，可避免热胀冷缩时应力集中，在进行制造时只需要使用少量模具，在进行组装时，可提高现场组装效率。
Description
技术领域
本发明涉及薄膜型低温储罐技术领域，用于储存如LNG、LPG、乙烯、液氮、液氧等需要低温存储的介质，具体为一种膜式低温储罐的金属内罐的罐底结构。
背景技术
天然气是自然开采出来的可燃气体，主要成分由甲烷组成。LNG是通过在常压下气态的天然气冷却至-162℃，使之凝结成液体。天然气液化后可以大大节约储运空间和成本，而且具有热值大、性能高等特点。天然气作为清洁能源越来越受到青睐，很多国家都将LNG列为首选燃料。
随着我国对天然气需求的不断增加，LNG接收站建设发展很快，在建和已投入运营的LNG接收站逐渐增多。LNG储罐是接收站的重要设备，用于储存从 LNG船接卸的LNG，因此LNG储罐的建造是接收站建设的重要工程。常见的LNG 储罐一般由混凝土外罐、绝热填充层(包括衬板、膨胀珍珠岩、弹性棉毡等) 和9％镍钢内罐组成，而新型的薄膜型储罐除混凝土外罐相同外，绝热填充层、罐底和内罐结构与传统的LNG储罐完全不同。对于薄膜型储罐的研究，国外起步较早，在上世纪六十年代就已经有了成果，并在LNG运输船及陆地储罐上得到了应用，典型的储罐有GTT的GST系统、地埋式薄膜罐系统和KC-1薄膜罐系统。到目前为止，国内尚未开始应用薄膜型LNG储罐。
GTT和IHI的金属内罐是由纵横交错的波纹构成，交错位置有叠加的复杂形状结构的纽结，GTT的纵横波纹有大小，纵波大，横波小(罐壁位置，连接罐顶与罐底方向为纵向，平行于罐顶和罐底方向为横向)，IHI的纵横波纹大小一样；KC-1为一组纵横波纹交错，交错位置波纹不相连接，交错位置是由平板相连，GTT和IHI的结构太复杂，加工非常困难，纽结位置应力易集中， KC-1的波纹较大，造成材料浪费，波纹间通过平板连接，热胀冷缩时波纹处应力易集中，且纵横波纹都是一组波，结构复杂，难于加工和检测。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种膜式低温储罐的金属内罐的罐底结构，解决了结构太复杂，加工非常困难，纽结位置应力易集中，波纹间通过平板连接，纵横波纹都是一组波的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：罐底呈近似圆形结构，罐底由基板拼接并由异形板补齐拼接外围的缺口，所述基板为一个基础单元或若干个基础单元组成，所述基板为焊接成型或深拉成型(深冲成型)，所述基础单元由平板、平板上的纵波和横波组成，所述纵波与横波均为一面凹进一面凸出的拱形结构，所述纵波与横波之间通过曲面光滑过渡垂直交错连接在一起，并且纵波和横波均与四周的平板通过曲面光滑过渡。纵波和横波是单波，由于各个部位的曲面光滑过渡，因此热胀冷缩时，都可以通过曲率的改变来抵消因温度的变化产生的形变，有效地减小了形变产生的应力集中。在进行制造时只需要使用少量模具，在进行组装时，罐底中部及罐壁均为基板相互连接，没有位置、方向性的要求，非常方便，也可以在出厂前便将多个基板焊接在一起，形成大的标准单元，不受组装场地环境的影响，提高了现场组装效率。
优选的，所述纵波与横波的形状结构相同，所述基础单元为一块金属薄板通过模具成型，然后裁切而成的具有纵横交错波纹的矩形板。纵波与横波的形状结构相同可保证基板拼装时无需挑选，随意的基板都可以相互拼接，大幅度降低了组装效率和模具成本。
优选的，所述基板为多个基础单元组成，相邻基板焊接成型方式为搭接或对接。其中，相邻基板之间采用搭接焊接在一起可保证相邻基板之间的连接强度，以保证金属内罐的抗压强度。
优选的，所述纵波和横波连接处通过过渡段过渡，所述过渡段包括大端和小端，过渡段的宽度和高度从大端到小端逐渐缩小，所述过渡段从所述纵波的一端延伸至所述横波的下缘并与横波的下缘相接，或所述过渡段从所述横波的一端延伸至所述纵波的下缘并与纵波的下缘相接。过渡段的设置可消除纵横和波纹交错连接的应力集中问题，以适应温度变化带来的金属内罐形变，保证金属内罐的稳定性和可靠性。
优选的，所述过渡段四周与纵波、横波、平板之间均通过曲面光滑过渡，金属内罐受压力作用时光滑过渡部位可以通过曲率的改变适应金属内罐受压力。
优选的，所述用于搭接焊接的基础单元边沿开设有搭接用翻折边，并且翻折边带有45度切角。其中，翻折边及切角的设置可保证基础单元之间连接的方便性和可靠性，从而保证金属内罐整体的可靠性。
优选的，还包括封头板，所述封头板的表面开设有封堵波纹的堵波，所述堵波一端开口且开口形状能与基板的纵波、横波、异形板的波纹相配，堵波的另一端与封头板本体通过曲面光滑过渡，所述罐底外圆周处未能与罐壁通过角板连接的的横波或纵波及异形板上的波纹通过封头板封堵。
本发明提供了一种膜式低温储罐的金属内罐的罐底结构。与现有的技术相比具备以下有益效果：
1、该膜式低温储罐的金属内罐的罐底结构，罐底通过四周拼接延伸的基板和组成外围的异形板焊接而成，基板为一个基础单元或若干个基础单元组成，基板的组成方式为焊接或深拉成型，基础单元由纵波、横波和平板组成，纵波与横波之间通过曲面光滑过渡，并且纵波和横波均与四周的平板通过曲面光滑过渡；罐底外围的基板分别通过角板、封头板以及位于罐底底部四周的异形板与罐壁焊接形成密闭桶状结构，加工所需模具少，基板和封头板均为统一尺寸的模具，在罐底(除了罐底边沿部分)其余部分是标准基板的自然延展铺贴，没有方向、位置、角度的区别，纵横波之间全部是采用曲面光滑过渡连接，纵横波是单波，所有波的形状、结构都是一致的，在热胀冷缩时，各个部位都可以通过曲率的改变来抵消因温度的变化产生的形变，有效地减小了形变产生的应力集中而造成局部的屈服破坏，且在进行制造时，只需使用几种模具就能完成所有薄膜板的加工；在进行组装时，罐底中部及罐壁均为基板相互连接，没有位置、方向性的要求，非常方便，也可以在出厂前便将多个基板焊接在一起，形成大的标准单元，不受组装场地环境的影响，提高现场组装效率。
2、组成罐底的基板焊接于锚固板的金属固定件上方，焊接时将多个基板焊接于锚固板的金属固定件上方，采用标准基板进行切割组合，通过角板进行波峰的连接和转向，角板无法进行波峰连接的，通过封头板进行密封，角板是通过模具直接压制成型的带有若干个波的板，波与板面是一次性压制成型的一个整体，不用焊接，密封性能好，配合封头板可以快速的将罐壁和罐底组装在一起，形成一个密闭桶状结构，提升了金属内罐的成品质量。
附图说明
图1为本发明的局部结构示意图；
图2为本发明罐底结构的俯视图；
图3为本发明基础单元结构第一种组合方式的立体示意图；
图4为本发明基础单元结构第一种组合方式的主视图；
图5为本发明基础单元结构第一种组合方式的俯视图；
图6为本发明基础单元结构第二种组合方式的俯视图；
图7为本发明基础单元结构第三种组合方式的俯视图；
图8为本发明基础单元结构第四种组合方式的俯视图；
图9为本发明基础单元结构第五种组合方式的俯视图；
图10为本发明基础单元结构第六种组合方式的俯视图；
图11为本发明基础单元结构第七种组合方式的俯视图；
图12为本发明基础单元结构第八种组合方式的俯视图；
图13为本发明由两个基础单元所组成基板结构的俯视图；
图14为本发明由三个基础单元所组成基板结构的俯视图；
图15为本发明由四个基础单元所组成基板结构的俯视图；
图16为本发明由六个基础单元所组成基板结构的俯视图；
图17为本发明角板结构的立体示意图；
图18为本发明封头板结构的立体示意图；
图19为本发明图2中A处的放大示意图；
图20为本发明图1中B处的放大示意图；
图21为本发明图1中C处的放大示意图。
图中：1、罐底；2、罐壁；11、基板；12、异形板；13、护角；14、角板；15、锚固板；16、连接波纹；21、封头板；22、封堵波纹堵波；11-1、基础单元；11-11、纵波；11-12、横波；11-13、平板；11-14、过渡段；11-14-1、大端；11-14-2、小端。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-21，本发明实施例中：一种膜式低温储罐的金属内罐结构，包括罐底1和罐壁2，罐壁2通过基板11焊接而成，罐底1呈近似圆形结构，罐底由基板11拼接并由外围的异形板12补齐拼接缺口，基板11为多个基础单元11-1组成，基板11焊接成型，基板11也可以深拉成型(深冲成型)，基础单元11-1由平板11-13和平板上的纵波11-11和横波11-12组成，纵波 11-11与横波11-12均为一面凹进一面凸出的拱形结构，纵波11-11与横波11-12之间通过曲面光滑过渡垂直交错连接在一起，并且纵波11-11和横波 11-12均与四周的平板11-13通过曲面光滑过渡；罐底1与罐壁间通过角板 14过渡并焊接形成密闭桶状结构，基板11焊接成型方式为搭接或对接，纵波 11-11与横波11-12的形状结构相同，基础单元11-1为一块金属薄板通过模具成型，然后裁切而成的具有纵横交错波纹的矩形板，罐壁2环向处的基板 11通过圆周角度对接焊接，基板11焊接成型时横波11-12与纵波11-11相连，还包括封头板21，封头板21的表面开设有封堵波纹的堵波22，堵波22一端开口且开口形状能与基板的纵波、横波、异形板的波纹相匹配，堵波的另一端与封头板本体通过曲面光滑过渡，罐壁2的顶部与封头板21焊接，罐壁顶端基板纵向波的端头通过封头板封堵。罐壁2纵向处的顶部纵波11-11与封头板21焊接，基板11的焊接方式为搭接或对接，纵波11-11与横波11-12 的形状结构相同，罐底1的表面与角板14的表面焊接，位于罐底1外围的角板14下方焊接有护角13，并且护角13通过螺栓和螺母固定在罐壁2上，护角13为高强度金属件，护角13的上方与角板14的底部焊接，角板14表面开设有两端分别与罐壁2和罐底1波纹相接的连接波纹16，角板14纵向角度整体呈90°平滑曲面形，连接波纹16与基板11表面的波纹贴合，连接波纹 16为纵向凸起波纹，罐壁2环向处的基板11通过圆周角度对接焊接，基板 11焊接时横波与纵波相连，罐底外圆周处未能与罐壁通过角板连接的的横波或纵波及异形板上的波纹通过封头板21封堵，同时，角板上裸露的波纹也通过封头板封堵。异形板12通过基板11裁切或模具直接冲压成型，角板14、封头板21和基板11均为金属波纹板，罐底1是标准单元的四周递延，没有位置和方向的限制，也没有安装起始位置和顺序的限制，产品相互通用，不需一一对应，纵横波之间全部是采用的曲面光滑过渡连接，纵横波是单波，热胀冷缩时，各个部位都可以通过曲率的改变来抵消因温度的变化产生的形变，有效地减小了形变产生的应力集中，避免了局部的屈服破坏，且在进行制造时，只需使用几种模具就能完成所有薄膜板的加工；在进行组装时，焊接方便，可以在出厂前便将多个基板11焊接在一起，不受组装场地环境的影响，解决了GTT和IHI的结构太复杂，加工非常困难，纽结位置应力易集中， KC-1的波纹大，浪费材料，波纹间通过平板连接，纵横波纹都是一组波，热胀冷缩时波纹处应力易集中，结构复杂，难于加工和检测的问题，角板14纵向角度整体呈90°平滑曲面形，角板14板面开设有与基板11表面波纹贴合的纵向凸起波纹，角板14横向角度呈曲线型，相邻角板14之间通过搭接或对接焊接，组成罐底1的基板11焊接于锚固板15的金属固定件上方，基础单元11-1有八种组合方式，角板14通过模具直接压制成型，波与板面是一次性成型的一个整体，不用焊接，密封性能好，配合封头板21可以快速的将罐壁2 和罐底1组装在一起，提升了金属内罐的成品质量，基板11的纵横波纹的波形和大小一模一样，纵横波纹之间的交接是曲线相接，没有纽结，也不是一组波，形状结构都一样，在遇冷收缩时，各个位置会均匀的形变，曲线相接，可以避免局部的应力集中，形成屈服破坏点，纵波和横波连接处通过弧形凹槽过渡，过渡更加平稳，可以保证基础单元的整体结构强度。
同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。
焊接时将多个基板11焊接于锚固板15的金属固定件上方，采用标准基板11进行切割组合，通过角板14进行波峰的连接和转向，角板14无法进行波峰连接的，通过封头板21进行密封，基板11和封头板21均为统一尺寸的模具，加工所需模具少，在罐底1(除了罐底1边沿部分)其余部分是标准基板11的自然延展铺贴，没有方向、位置、角度的区别，纵横波之间全部是采用的曲面光滑过渡连接，纵横波是单波，热胀冷缩时，各个部位都可以通过曲率的改变来抵消因温度的变化产生的形变，有效地减小了形变产生的应力集中，避免了局部的屈服破坏，且在进行制造时，只需使用几种模具就能完成所有薄膜板的加工，在进行组装时，焊接方便，可以在出厂前便将多个基板11焊接在一起，不受组装现场环境的影响，并且通过封头板21将罐壁2 基板11与罐底1基板11连接在一起，角板14是通过模具直接压制成型带有若干个波的曲面板，波与板面是一个整体，不用焊接，密封性能好，配合封头板21可以快速的将罐壁2和罐底1组装在一起，提升了金属内罐的成品质量。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种膜式低温储罐的金属内罐的罐底结构，其特征在于：罐底(1)呈近似圆形结构，罐底由基板(11)拼接并由异形板(12)补齐拼接外围的缺口，所述基板(11)为一个基础单元(11-1)或若干个基础单元(11-1)组成，所述基板(11)为焊接成型或深拉成型或深冲成型，所述基础单元(11-1)由平板(11-13)、平板上的纵波(11-11)和横波(11-12)组成，所述纵波(11-11)与横波(11-12)均为一面凹进一面凸出的拱形结构，所述纵波(11-11)与横波(11-12)之间通过曲面光滑过渡垂直交错连接在一起，并且纵波(11-11)和横波(11-12)均与四周的平板(11-13)通过曲面光滑过渡；所述纵波(11-11)和横波(11-12)连接处通过过渡段(11-14)过渡，所述过渡段(11-14)包括大端(11-14-1)和小端(11-14-2)，过渡段(11-14)的宽度和高度从大端(11-14-1)到小端(11-14-2)逐渐缩小，所述过渡段(11-14)从所述纵波(11-11)的一端延伸至所述横波(11-12)的下缘并与横波(11-12)的下缘相接，或所述过渡段(11-14)从所述横波(11-12)的一端延伸至所述纵波(11-11)的下缘并与纵波(11-11)的下缘相接；所述过渡段四周与纵波(11-11)、横波(11-12)、平板(11-13)之间均通过曲面光滑过渡。
2.根据权利要求1所述的一种膜式低温储罐的金属内罐的罐底结构，其特征在于：所述纵波(11-11)与横波(11-12)的形状结构相同，所述基础单元(11-1)为一块金属薄板通过模具成型，然后裁切而成的具有纵横交错波纹的矩形板。
3.根据权利要求1所述的一种膜式低温储罐的金属内罐的罐底结构，其特征在于：所述基板(11)为多个基础单元(11-1)组成，相邻基板(11)焊接成型方式为搭接或对接。
4.根据权利要求3所述的一种膜式低温储罐的金属内罐的罐底结构，其特征在于：所述用于搭接焊接的基础单元(11-1)边沿开设有搭接用翻折边，并且翻折边带有45度切角。
5.根据权利要求1所述的一种膜式低温储罐的金属内罐的罐底结构，其特征在于：还包括封头板(21)，所述封头板(21)的表面开设有封堵波纹的堵波(22)，所述堵波(22)一端开口且开口形状能与基板的纵波、横波、异形板的波纹相配，堵波的另一端与封头板本体通过曲面光滑过渡，所述罐底外圆周处未能与罐壁通过角板连接的横波或纵波及异形板上波纹通过封头板封堵。
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