CN117163230A - 一种基于支撑系统的低温液货储舱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于支撑系统的低温液货储舱，包括船舱的船体内由周边框架支撑的长方体框架，四个侧面和顶面以发散方式连接出多根第一支撑滑道；第一支撑滑道通过焊接先与船体内壁固定；平行每一根第一支撑滑道，在长方体框架内部设置第二支撑滑道；第二支撑滑道与承载低温液体的薄膜舱壁相连接；每一组平行的第一支撑滑道、第二支撑滑道之间间隔设置多个绝缘支撑组件。在低温液货储舱经受温度变化和舱内液体晃荡时，本发明支撑滑道和绝缘支撑组件使低温液货储舱可以相对于船体运动。柔性舱壁、支撑滑道及绝缘支撑组件可以释放应力，承受载荷，而内部的绝缘部件避免将舱体的低温传递至船体。

Description

一种基于支撑系统的低温液货储舱

技术领域

本发明涉及船舶制造领域，更具体地说，涉及薄膜型低温液货储舱的设计。

背景技术

目前常用于船舶运输存储低温液态货物的货物围护系统主要为薄膜型和独立型，薄膜型货物围护系统通过焊接和粘连完全依附于船体内壳上，不具备自持力，绝缘系统将来自货舱内含物产生的静压力和动压力传递至船体内壳，船体内壳保持液货舱的完成性。并且主屏壁通常由厚度不超过10mm的不锈钢或者殷瓦钢波纹板构成，重量较轻。独立型货物围护系统通过基座安装于船体内壳上，具有自持力。主屏壁通常采用9％镍钢或铝合金制成，厚度通常在30-60mm，能够承受静压和动压负载以及热应力变化，绝缘材料通常包覆在主屏壁的外侧。但由于薄膜型货物围护系统紧密贴附于船体结构，货物围护系统与船体同期建造，整体建造周期长，系统的密封性很大程度取决于安装工人的操作水平。在船体内壳与舱体之间没有检修空间，所以在货舱需要大约5年进行一次空舱大修，影响船舶运行。其波纹板构柔性较强刚性较弱，考虑到船舶航行过程中货舱自由液面晃荡产生的抨击问题，波纹板会塌陷而失效，目前货舱充装率通常被限定在小于10％H或高于70％H，这也影响了船舶的运输航线。对于独立型货物围护系统尽管存在检修空间，并且与船体分开建造，但因其主屏壁需具有足够强度，所以增加了货舱舱壁厚度，以致增加整体重量及建造费用。对于13000m³的B型独立舱重量约为1100t，对于25000m³的GTT MARKⅢFLEX薄膜舱重量约为460t。

根据IGC CODE《国际散装运输液化气体船舶构造和设备规则》，半薄膜液货舱系指装载工况下非自身支持的液货舱，设计蒸汽压力通常应不超过0.025MPa。在经受室温和低温(LNG为-161摄氏度)温度变化时，半薄膜舱体材料会随之膨胀和收缩,所以半薄膜液货舱不仅需要具有刚性的强结构作为骨架支撑，还需要允许舱体与船体相对运动。

目前,对于半薄膜的开发仅有日本川崎重工在1969基于B型舱的半薄膜液货围护系统得到了实船应用，但舱体整体依靠层压木支撑，温度变化时舱体整体向舱顶收缩，舱底及舱壁与船体产生间隙，无法支撑，且舱体与船体间摩擦阻力较大且易产生应力集中，后期无实船业绩。

发明内容

为了解决以上的问题，本发明提供了一种低温液货储舱及其支撑系统，该低温液货储舱侧面及顶面由多组扇形及弧形的柔性舱壁部件组成，各柔性舱壁部件之间具有以固集端为中心扇形展开式的支撑滑道，并通过绝缘支撑组件与船体端的固定支撑滑道连接。在低温液货储舱经受温度变化和舱内液体晃荡时，支撑滑道和绝缘支撑组件使低温液货储舱可以相对于船体运动。该柔性舱壁可以释放垂直于舱体侧面及顶面的应力，承受由热载荷引起的循环疲劳载荷，支撑滑道及绝缘支撑组件又可释放沿固定中心方向上的应力，并转移舱内液体压力产生的静载荷和动载荷。绝缘支撑组件包含绝缘部件、连接件、封板、滚珠与滚柱组成的联合运动副，其不但增强了柔性舱体的结构强度，同时承载，并能适应舱壁收缩和膨胀的应力变化，减小了舱壁与船体间的运动阻力，降低磨损，延长滑动组件寿命，内部的绝缘部件避免将舱体的低温传递至船体。

为了达到上述目的，本发明提供一种基于支撑系统的低温液货储舱，包括船舱的船体内由周边框架支撑的长方体框架，四个侧面由底线中心作为固集端向上以扇形发散方式连接出多根第一支撑滑道；位于顶面以矩形中线作为固集端向外四周以发散方式连接出多根所述第一支撑滑道；

所述第一支撑滑道通过焊接先与船体内壁固定；除了所述第一支撑滑道位置，所述船体内壁包括上下表面布面绝缘材料层；

平行每一根所述第一支撑滑道，在所述长方体框架内部设置第二支撑滑道；所述第二支撑滑道通过转角处的弧形或杆状连接梁连接，形成内部的长方体结构，位于所述第二支撑滑道、所述连接梁之间设置平面或弧形金属板从而包裹住所述长方体结构；

所述第二支撑滑道与承载低温液体的薄膜舱壁相连接；每一组平行的所述第一支撑滑道、所述第二支撑滑道之间间隔设置多个绝缘支撑组件；每一所述绝缘支撑组件为分别配合所述第一支撑滑道、所述第二支撑滑道的滑块，由多个绝缘部件通过连接件连为一体；所述顶面的固集端设置气液联合穹顶。

优选方式下，所述第一支撑滑道、所述第二支撑滑道与所述绝缘支撑组件相对滑动的表面设置滚动摩擦的滚珠或滚珠。所述滚珠或滚珠通过封板封固于所述绝缘支撑组件中。

优选方式下，所述第一支撑滑道或第二支撑滑道、所述连接梁选用不锈钢、9％镍钢、高锰钢、铝合金耐低温的金属材料。

优选方式下，，实现薄膜舱的所述长方体结构下部延伸出所述船体内的长方体框架，底部坐于船体甲板之上；所述长方体结构位于下部底面和拐角处的下斜面为厚12-20mm的金属板材。所述长方体结构的顶面、侧面以及上部拐角位置选用6-10mm厚的金属板或弧形金属板材。优选方式下，对于50000m³的舱容，每块弧形板弦长为3-5m。

本发明的有益效果在于：

1、该低温液货储舱在经受温度变化和舱内液体晃荡时，支撑滑道和绝缘支撑组件使低温液货储舱可以相对于船体运动。该柔性舱壁可以释放垂直于舱体侧面、顶面二面角、三面角的应力，承受由热载荷引起的循环疲劳载荷，改善绝缘支撑组件复杂的受力状况，支撑滑道及绝缘支撑组件又可释放以固集点为中心扇形展开方向上的应力，并转移舱内液体引起的静压及动压负载。连接梁增大了二面角及三面角区域的承载能力，提高整舱的安全性。

2、低温液货储舱各舱面以固集端为收缩中心，绝缘支撑组件呈扇形展开式的布置方案，能使更好的适应低温液货储舱的膨胀收缩变化，减小各支撑点的应力集中状况，同时以固集端为中心绝缘支撑组件排布由密至疏，使载荷较大的低温液货储舱舱壁下端具有更好的支撑强度。

3、低温液货储舱支撑系统的绝缘支撑组件是由绝缘部件、连接件、封板、滚珠与滚柱组成的联合运动副，不但增强了柔性舱体的结构强度，同时承载绝热，能够满足舱内液体的自由装载。并能适应舱壁收缩和膨胀的应力变化，减小了舱壁与船体间的运动阻力，降低磨损，减少材料疲劳，延长滑动组件寿命。

4、低温液货储舱因降低板厚，所以能够克服独立型货物围护系统在重量和费用方面的缺点，同时因船体与舱体之间存在步入空间，所以为后期检查维修带来了极大的便利，克服了薄膜舱的缺点。

附图说明

图1是本发明低温液货储舱的三维视图。

图2是本发明低温液货储舱上视图。

图3是本发明低温液货储舱三维视图。

图4是本发明低温液货储舱A处局部放大图。

图5是本发明低温液货储舱船体内安装图。

图6是绝缘支撑组件三维视图。

图7是绝缘支撑组件B处剖视图。

图8是绝缘支撑组件爆炸图。

图9是船体内低温液货储舱及其支撑系统C处剖面图。

图10是舱内静压载荷分布趋势图。

具体实施方式

本发明基于支撑系统的低温液货储舱如图1所示，由低温液货储舱18、第一支撑滑道1和第二支撑滑道2，绝缘支撑组件4、绝缘材料层16组成。以图3所示的低温液货储舱为棱柱型，其包括顶面7、侧面10、下斜面13、底面19(图5)、二面角9、三面角8以及连接各面的第二支撑滑道2和连接梁11。低温液货储舱18舱体、支撑滑道、连接梁11的材料可以是不锈钢、9％镍钢、高锰钢、铝合金等耐低温的金属材料。其底面19、下斜面13为12-20mm的平面金属板材，顶面7、侧面10、二面角9、三面角8为6-10mm厚的弧形金属板材，对于50000m³的舱容，每块弧形板弦长为3-5m，弧形金属板具有一定的柔性，可以释放垂直于舱体侧面10、顶面7、二面角9、三面角8的应力，承受由热载荷引起的循环疲劳载荷，弧形金属板如图4所示。在顶面7的中心设置有气液联(组)合穹顶6，用于舱内舱外液体与气体的交换。

在顶面和侧面设置有应变收缩中心(第一固集端14、第二固集端12、第三固集端5)，固集端刚性的与船体连接。气液联合穹顶6因与舱外管系相连，所以舱顶面以气液联合穹顶为收缩点。因各储舱侧壁下端承受的载荷较大，上端载荷逐渐减小(参见舱内静压载荷分布趋势图10)，并且低温液货储舱温度降低时整体向内收缩，所以在提高舱底厚度的同时，要对侧壁下端区域相对加强，则在四个侧壁底部设置固集端，如图2所示各侧壁的固集端与穹顶固集端在船长和船宽方向在同一中心线上，第二支撑滑道2以每个面的收缩点(第一固集端14、第二固集端12、第三固集端5)为中心成扇形展开式向外发散，顶面7与侧面10之间、两侧面10之间又通过多条连接梁11连接，弧形金属板焊接于第二支撑滑道2、连接梁11之间。支撑滑道间角度应保证弧形金属板材弦长3-5m，角度过小弧形板材柔性不足，角度过大舱面承载能力不足，具体数值根据实际舱容结合有限元分析结果确定。支撑滑道为相互配合的一对滑道组成，第二支撑滑道2与半薄膜舱壁固定，第一支撑滑道1与船体固定，第一支撑滑道1和第二支撑滑道2通过绝缘支撑组件4连接，使低温液货储舱18与船体17相连，低温液货储舱18在船体17内安装视图参见图5。绝缘支撑组件4以固集端为中心在支撑滑道上等间距排布，绝缘支撑组件4数量可根据实际方案调整。支撑滑道、连接梁不但增加了低温液货储舱的整体强度，而且支撑滑道允许舱体与船体间相对滑动，释放舱体以固集点为中心扇形展开方向上的应力，并转移舱内液体压力或重量引起的载荷。

绝缘支撑组件由多组部件构成，包括用于绝热支撑的第一绝缘部件31、第二绝缘部件32、第三绝缘部件33、第四绝缘部件34，用于允许舱体与船体相对运动和减小摩擦力的滚珠28与滚柱29、滚柱30组成的联合运动副，用于将多组部件相互连接固定的连接件(第一连接件21、第二连接件22、第三连接件23、第四连接件24、第五连接件25、第六连接件26、第七连接件27、第八连接件35、第九连接件36、第十连接件37，用于将滚柱29、滚柱封闭的封板(第一封板61、第二封板62、第三封板63、第四封板64、第五封板65、第六封板66)，绝缘支撑组件4在支撑滑道上的安装状态如图6所示。在B处将支撑滑道及绝缘支撑组件剖开，剖开后正视图见图7。第一绝缘部件31、第三绝缘部件33分别通过第三连接件23、第四连接件24固定于第一支撑滑道1，第二绝缘部件32、第四绝缘部件34分别与第一绝缘部件31和第三绝缘部件33对齐，并通过第一连接件21使第一绝缘部件31、第二绝缘部件32组成一体与第一支撑滑道1突出的台阶固定，通过第二连接件22使第三绝缘部件33、第四绝缘部件34组成一体与第一支撑滑道1另一边突出的台阶固定。各个绝缘部件为隔热高强度材料，可以为层压木、含有玻璃纤维或炭纤维的复合材料等。在第二支撑滑道2设有滚柱29、滚珠28的滚动槽，各滚动件通过保持架放置于滚动槽中。绝缘部件33上设置有滚柱30的滚动槽，滚柱30通过保持架放置其中。滚柱29用于承受滑道水平方向的应力，滚柱30、滚珠28用于承受滑道垂直方向的应力，同时滚珠28也可承受带有夹角方向的应力，无论支撑滑道与绝热支撑受力工况如何，滚柱与滚珠组成联合运动副都可以在承受相应载荷的前提下，减小第一支撑滑道1、第二支撑滑道2的滑动摩擦力，释放舱体变形带来的应力。第七连接件27、第十连接件37将第二封板62、第三封板63固定于第四绝缘部件34使其中滚柱、滚珠封闭，第五连接件25、第八连接件35将第五封板65、第六封板66固定于第二绝缘部件32使其中滚柱、滚珠封闭，第六连接件26、第九连接件36将第一封板61、第四封板64固定于第一绝缘部件31和第三绝缘部件33上使其中滚柱封闭，各封板参见图8绝缘支撑组件爆炸图。

在舱底(参见5)以及顶面、侧面绝缘第一支撑滑道1之间(参见船体内低温液货储舱及其支撑系统C处剖面图9)，船体内壁铺贴有板式绝缘材料，构成绝缘材料层16，材质可为增强型聚氨酯、增强型聚氯乙烯、增强型聚苯乙烯或其他具有承载绝热特性的材料，铺贴可采用常用的粘连工艺。

安装时，侧壁第一支撑滑道1通过焊接先与船体内壁固定，再铺装底面及侧面绝缘材料，绝缘铺设完毕后吊装低温液货储舱，舱底坐落于绝缘材料上，调整对位后，安装支撑组件。带有滚柱30的第三绝缘部件33先与第一支撑滑道1通过第四连接件24固定，其次安装第一绝缘部件31，用第三连接件23固定，随后放置带有滚柱、滚珠的第四绝缘部件34和带有滚柱、滚珠的第二绝缘部件32，分别通过第二连接件22、第一连接件21固定。最后通过第五连接件25、第六连接件26、第七连接件27、第八连接件35、第九连接件36、第十连接件37，固定第一封板61、第二封板62、第三封板63、第四封板64、第五封板65、第六封板66，使支撑部件与第一支撑滑道1、第二支撑滑道2成为一体。舱体侧面与船体连接后，吊装已焊接第一支撑滑道1的船体甲板面，合拢后铺设绝缘，并如上述步骤安装支撑组件，完成整体低温液货储舱安装。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于支撑系统的低温液货储舱，其特征在于，包括船舱的船体内由周边框架支撑的长方体框架，四个侧面由底线中心作为固集端向上以扇形发散方式连接出多根第一支撑滑道(1)；位于顶面以矩形中线作为固集端向外四周以发散方式连接出多根所述第一支撑滑道(1)；

所述第一支撑滑道(1)通过焊接先与船体内壁固定；除了所述第一支撑滑道(1)位置，所述船体内壁包括上下表面布面绝缘材料层(16)；

平行每一根所述第一支撑滑道(1)，在所述长方体框架内部设置第二支撑滑道(2)；所述第二支撑滑道(2)通过转角处的弧形或杆状连接梁(11)连接，形成内部的长方体结构，位于所述第二支撑滑道(2)、所述连接梁(11)之间设置平面或弧形金属板从而包裹住所述长方体结构；

所述第二支撑滑道(2)与承载低温液体的薄膜舱壁相连接；

每一组平行的所述第一支撑滑道(1)、所述第二支撑滑道(2)之间间隔设置多个绝缘支撑组件(4)；每一所述绝缘支撑组件(4)为分别配合所述第一支撑滑道(1)、所述第二支撑滑道(2)的滑块，由多个绝缘部件通过连接件连为一体；

所述顶面的固集端设置气液联合穹顶(6)。

2.根据权利要求1所述基于支撑系统的低温液货储舱，其特征在于，所述第一支撑滑道(1)、所述第二支撑滑道(2)与所述绝缘支撑组件(4)相对滑动的表面设置滚动摩擦的滚珠或滚珠。

3.根据权利要求2所述基于支撑系统的低温液货储舱，其特征在于，所述滚珠或滚珠通过封板封固于所述绝缘支撑组件(4)中。

4.根据权利要求1所述基于支撑系统的低温液货储舱，其特征在于，所述第一支撑滑道或第二支撑滑道、所述连接梁(11)选用不锈钢、9％镍钢、高锰钢、铝合金耐低温的金属材料。

5.根据权利要求1所述基于支撑系统的低温液货储舱，其特征在于，实现薄膜舱的所述长方体结构下部延伸出所述船体内的长方体框架，底部坐于船体甲板之上；所述长方体结构位于下部底面(19)和拐角处的下斜面(13)为厚12-20mm的金属板材。

6.根据权利要求5所述基于支撑系统的低温液货储舱，其特征在于，所述长方体结构的顶面(7)、侧面(10)以及上部拐角位置选用6-10mm厚的金属板或弧形金属板材。

7.根据权利要求6所述基于支撑系统的低温液货储舱，其特征在于，对于50000m³的舱容，每块弧形板弦长为3-5m。