CN218209006U - 一种带耳式支座的双层液氢球罐支撑结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带耳式支座的双层液氢球罐支撑结构。它包括耳式支座(4)、内球罐支柱(6)、外球罐支柱。内球罐支柱上设有隔冷箱(5)，隔冷箱自下而上设有隔冷箱底板(501)、绝热块(506)和隔冷箱盖板。耳式支座设有耳式支座底板(403)，耳式支座底板与隔冷箱盖板之间设有减摩垫。每个耳式支座底板上设有条形孔，条形孔在耳式支座底板上表面上的沿条形孔长度方向的中心线通过内球罐竖直中心线(101)。每个隔冷箱盖板上固定有螺栓(504)，螺栓穿过减摩垫和条形孔、在耳式支座底板的上方设有螺母，条形孔可相对于螺栓水平滑动。本实用新型可用于储存液氢的双层液氢球罐。

Description

一种带耳式支座的双层液氢球罐支撑结构

技术领域

本实用新型属于液氢储罐技术领域，涉及一种带耳式支座的双层液氢球罐支撑结构。

背景技术

氢气作为一种优良的能源载体，具有高效、清洁、无污染等优势，是当前最有应用前景的清洁能源之一。氢能利用的关键技术包括氢的制取、储运及运用，其中储氢是氢能产业链中的关键环节。当前氢的运输和储存主要以高压气态氢为主；与气态氢相比，液氢具有纯度高、远距离运输成本低、加注效率高等优点。

液氢的储存需要使用具有良好绝热性能的超低温液氢储罐，根据液氢储罐的使用形式可分为固定式储罐、移动式储罐、罐式集装箱，固定式液氢储罐一般包括圆筒形储罐(立式、卧式)和球形储罐两大类。储罐的漏热蒸发损失与储罐的容积比表面积成正比，球形储罐(简称为球罐)具有最小的容积比表面积，因此相同体积下球罐的漏热蒸发面积最小、漏热蒸发损失最小。从力学角度来看，球形储罐的受力比圆筒形储罐要好，机械强度高、应力分布均匀。从几何角度来看，在相同容积和压力下，球形储罐的表面积小，所需钢材面积少。因此，球形储罐是较为理想的固定式液氢储罐。

液氢是一种极易受到外界漏热影响的介质，而球罐的支撑结构是主要的热传导部件之一，因此对于液氢球罐支撑结构的设计需要提出更高的要求。除了满足支撑可靠的要求外，还需要尽量降低支撑结构的漏热量。现有的一种双层液氢球罐，包括内球罐、外球罐，内球罐与外球罐之间为真空夹层。内球罐外表面上的耳式支座与外球罐内表面之间设有内球罐支柱，外球罐外表面设有外球罐支柱，内球罐支柱上设有绝缘部件。绝缘部件与内球罐支柱固定连接，内球罐支柱的顶部和底部分别与耳式支座和外球罐内表面固定连接。这种带耳式支座的双层液氢球罐支撑结构存在的主要问题是，在向内球罐充装液氢的过程中，由于液氢的温度很低，内球罐发生冷缩，使内球罐支柱和绝缘部件产生弯曲变形和开裂。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种带耳式支座的双层液氢球罐支撑结构，以解决现有带耳式支座的双层液氢球罐支撑结构所存在的内球罐充装液氢发生冷缩时使内球罐支柱和绝缘部件产生弯曲变形和开裂的问题。

为解决上述问题，本实用新型采用的技术方案是：一种带耳式支座的双层液氢球罐支撑结构，包括耳式支座、内球罐支柱、外球罐支柱，耳式支座固定于内球罐的外表面上，内球罐支柱上设有绝缘部件，其特征在于：绝缘部件为隔冷箱，隔冷箱自下而上设有隔冷箱底板、绝热块和隔冷箱盖板，隔冷箱底板与内球罐支柱的顶部相连，耳式支座设有耳式支座底板，耳式支座底板位于隔冷箱盖板的上方，耳式支座底板与隔冷箱盖板之间设有减摩垫，每个耳式支座底板上设有条形孔，条形孔在耳式支座底板上表面上的沿条形孔长度方向的中心线通过内球罐竖直中心线，每个隔冷箱盖板上固定有螺栓，螺栓穿过减摩垫和条形孔、在耳式支座底板的上方设有螺母，条形孔可相对于螺栓水平滑动。

采用本实用新型，具有如下的有益效果：在向内球罐充装液氢、内球罐发生冷缩时，由于条形孔可相对于螺栓水平滑动，所以耳式支座底板可在减摩垫上滑动。因而，耳式支座可随着内球罐的冷缩而自由移动，不受隔冷箱和内球罐支柱的约束。所以，耳式支座、隔冷箱和内球罐支柱以及减摩垫、螺栓、螺母不会产生弯曲变形和开裂。在内球罐卸出液氢发生热胀时，也不存在上述的问题。

本实用新型支撑结构的性能可靠、结构简单、漏热量少，可用于储存液氢的双层液氢球罐。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。附图和具体实施方式并不限制本实用新型要求保护的范围。

附图说明

图1是本实用新型带耳式支座的双层液氢球罐支撑结构以及采用该支撑结构的双层液氢球罐的示意图。

图2是图1中右面所示本实用新型带耳式支座的双层液氢球罐支撑结构中的耳式支座、隔冷箱、减摩垫、螺栓、螺母、条形孔以及一部分内球罐支柱和内球罐的详细结构放大示意图。

图3是图2中的A—A剖视图。

图4是图2所示部件的俯视图。

图5是图2所示隔冷箱盖板的俯视图。

图1至图5中，相同附图标记表示相同的技术特征。附图标记表示：1—内球罐；101—内球罐竖直中心线；2—外球罐；3—真空夹层；4—耳式支座；401—耳式支座盖板；402—耳式支座筋板；403—耳式支座底板；404—弹性毡；405—条形孔；406—条形孔405在耳式支座底板403上表面上的沿条形孔405长度方向的中心线；5—隔冷箱；501—隔冷箱底板；502—隔冷箱侧板；503—隔冷箱盖板；504—螺栓；5051—第一螺母；5052—第二螺母；506—绝热块；6—内球罐支柱；601—垫板；7—外球罐上支柱；701—外球罐U形托板；8—外球罐下支柱；9—拉杆；10—外球罐下支柱底板；11—减摩垫。

具体实施方式

参见图1、图2、图3和图4，本实用新型带耳式支座的双层液氢球罐支撑结构(简称为支撑结构)，包括耳式支座4、内球罐支柱6、外球罐支柱。耳式支座4的材料与内球罐1的材料相同，固定于内球罐1的外表面上(耳式支座4正切于内球罐1的赤道面)。内球罐支柱6上设有隔冷箱5，隔冷箱5自下而上设有隔冷箱底板501、绝热块506和隔冷箱盖板503，隔冷箱底板501与内球罐支柱6的顶部相连。内球罐支柱6的底部固定有与外球罐2的内表面轮廓相匹配的垫板601，垫板601固定连接于外球罐2的内表面上，内球罐支柱6和垫板601的材料与外球罐2的材料相同。使用垫板601可以进一步提高外球罐2的承载能力，确保外球罐2不会因承受内球罐支柱6的局部载荷而失效。

参见图1，本实用新型所述的双层液氢球罐包括内球罐1、外球罐2，液氢(一般为-252.8℃)储存在内球罐1中。内球罐1与外球罐2之间为真空夹层3，真空夹层3内一般填充有绝热材料(图略)。在绝热材料填充完毕后对真空夹层3抽真空，使真空夹层3的压力一般为5～10Pa(绝对压力)。绝热材料一般为热传导系数较小的材料，如泡沫、粉末、纤维等。绝热材料在绝对压力为5～10Pa条件下的热传导系数较常压条件下的热传导系数更低，可降低真空夹层3的热传导性能、提升双层液氢球罐的保冷效果。

耳式支座4设有耳式支座底板403，耳式支座底板403位于隔冷箱盖板503的上方，耳式支座底板403与隔冷箱盖板503之间设有减摩垫11。每个耳式支座底板403上设有一个条形孔405，条形孔405在耳式支座底板403上表面上的沿条形孔405长度方向的中心线406通过内球罐竖直中心线101。内球罐竖直中心线101为通过内球罐1球心O的竖直直线，它始终与通过外球罐2球心的竖直直线同轴。每个隔冷箱盖板503上竖直固定有一根螺栓504，螺栓504穿过减摩垫11和条形孔405、在耳式支座底板403的上方设有螺母，条形孔405可相对于螺栓504水平滑动。条形孔405例如可以是长圆孔。

本实用新型附图所示的耳式支座4，在耳式支座底板403的上方设有耳式支座盖板401。耳式支座盖板401和耳式支座底板403的两侧分别设有耳式支座筋板402，耳式支座筋板402的顶部和底部分别与耳式支座盖板401和耳式支座底板403相连。耳式支座底板403、耳式支座盖板401和耳式支座筋板402的一端与内球罐1的外表面相连。耳式支座底板403、耳式支座盖板401和减摩垫11水平设置，耳式支座筋板402竖直设置。使用减摩垫11可降低耳式支座底板403与隔冷箱盖板503之间的摩擦力。

本实用新型的优选方案是，螺栓504上所设的螺母为第一螺母5051和第二螺母5052，第二螺母5052位于第一螺母5051的上方。第一螺母5051与耳式支座底板403松动接触，第二螺母5052锁紧第一螺母5051。可以将第一螺母5051拧紧后(压紧耳式支座底板403)，再往回松1～2扣螺纹，来实现第一螺母5051与耳式支座底板403的松动接触，之后再用第二螺母5052锁紧第一螺母5051。

在一个隔冷箱5中，可以围绕绝热块506设有隔冷箱侧板502，隔冷箱侧板502的顶部和底部分别与隔冷箱盖板503和隔冷箱底板501相连。隔冷箱底板501、隔冷箱盖板503和隔冷箱侧板502组成绝热块506放置槽。本实用新型附图所示的隔冷箱5，包括隔冷箱底板501、绝热块506、隔冷箱盖板503和隔冷箱侧板502。隔冷箱盖板503和隔冷箱底板501均水平设置，一般是长圆形(图5示出隔冷箱盖板503为长圆形)，隔冷箱侧板502竖直设置。绝热块506要求同时具备良好的绝热性能和抗压能力，材料一般是玻璃钢等，横截面形状一般是长圆形。本实用新型各部件之间的连接或固定方式，除说明的以外，一般均为焊接。各部件的材料，除说明的以外，均为本领域常用的各种金属材料。

参见图2、图3和图4，本实用新型可以在耳式支座盖板401和耳式支座筋板402裸露的外表面和耳式支座底板403裸露的竖直侧面包裹一层弹性毡404，以有效地降低耳式支座4的热传导性能，提高双层液氢球罐的保冷性能。弹性毡404的材料一般为玻璃纤维等。

参见图2和图4，内球罐1未充装液氢时，条形孔405位于离内球罐竖直中心线101较远的位置。内球罐1充装液氢后发生冷缩，耳式支座4随内球罐1移动，条形孔405位于离内球罐竖直中心线101较近的位置(图略)。内球罐1卸出液氢后发生热胀，耳式支座4随内球罐1移动，条形孔405又回到图2和图4所示的位置。所以当内球罐1充装液氢发生冷缩时或卸出液氢发生热胀时，条形孔405可相对于螺栓504来回水平滑动，在此过程中螺栓504的位置不变。本实用新型使用上述的条形孔405和螺栓504，可以限制耳式支座底板403的移动范围。条形孔405的长度L、螺栓504的直径和位置，根据内球罐1充装液氢后的冷缩量并加上适当的裕量而确定。

条形孔405相对于螺栓504水平滑动时，耳式支座底板403也在减摩垫11上滑动。为利于滑动，减摩垫11应选用摩擦系数较低的材料(例如聚四氟乙烯)。

图1所示的本实用新型支撑结构，外球罐支柱包括外球罐上支柱7和外球罐下支柱8，外球罐上支柱7的底部与外球罐下支柱8的顶部焊接连接。外球罐上支柱7与外球罐2的外表面相切(外球罐上支柱7正切于外球罐2的赤道面)并相连，外球罐下支柱8的底部通过外球罐下支柱底板10和地脚螺栓与双层液氢球罐的混凝土基础固定连接。外球罐上支柱7与外球罐2外表面连接处的下方设有外球罐U形托板701，外球罐U形托板701与外球罐2的外表面和外球罐上支柱7焊接连接。外球罐U形托板701是现有的球罐所使用的部件。综合考虑承载能力和经济性，外球罐上支柱7的材料通常与外球罐2的材料相同(例如低合金钢)，外球罐下支柱8的材料一般为普通碳钢。

相邻的外球罐下支柱8之间最好设有拉杆9，以增加外球罐下支柱8的支撑性能的可靠性。

内球罐支柱6、外球罐上支柱7和外球罐下支柱8通常均为横截面呈圆形的直管，竖直设置。外球罐上支柱7的顶部通常设有盖板。

一组耳式支座4、内球罐支柱6、隔冷箱5以及螺栓504、螺母、减摩垫11、弹性毡404和垫板601组成一个内球罐支柱组件，内球罐支柱组件用于支撑内球罐1。一组外球罐上支柱7、外球罐下支柱8、外球罐U形托板701和外球罐下支柱底板10组成一个外球罐支柱组件，外球罐支柱组件用于将整个双层液氢球罐支撑于双层液氢球罐基础上。外球罐支柱组件一般设置8～16个，沿着外球罐2的赤道圆周均匀分布。内球罐支柱组件一般设置8～16个，沿着内球罐1的赤道圆周均匀分布，并且每个内球罐支柱组件对应于两个相邻的外球罐支柱组件的正中间布置。

本实用新型通过使用隔冷箱5和弹性毡404，可以很好地降低内球罐支柱组件的漏热量，减少液氢的蒸发损耗。

可以理解，本实用新型是通过一些具体实施方式进行描述的。本领域技术人员知悉，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以对这些具体实施方式进行各种改变或等效替换，以适应具体的情况。因此，本实用新型不受所公开的具体实施方式的限制。所有落入本申请权利要求范围内的改变或等效替换，都属于本实用新型保护的范围。

Claims (7)

1.一种带耳式支座的双层液氢球罐支撑结构，包括耳式支座(4)、内球罐支柱(6)、外球罐支柱，耳式支座(4)固定于内球罐(1)的外表面上，内球罐支柱(6)上设有绝缘部件，其特征在于：绝缘部件为隔冷箱(5)，隔冷箱(5)自下而上设有隔冷箱底板(501)、绝热块(506)和隔冷箱盖板(503)，隔冷箱底板(501)与内球罐支柱(6)的顶部相连，耳式支座(4)设有耳式支座底板(403)，耳式支座底板(403)位于隔冷箱盖板(503)的上方，耳式支座底板(403)与隔冷箱盖板(503)之间设有减摩垫(11)，每个耳式支座底板(403)上设有条形孔(405)，条形孔(405)在耳式支座底板(403)上表面上的沿条形孔(405)长度方向的中心线(406)通过内球罐竖直中心线(101)，每个隔冷箱盖板(503)上固定有螺栓(504)，螺栓(504)穿过减摩垫(11)和条形孔(405)、在耳式支座底板(403)的上方设有螺母，条形孔(405)可相对于螺栓(504)水平滑动。

2.根据权利要求1所述带耳式支座的双层液氢球罐支撑结构，其特征在于：耳式支座底板(403)的上方设有耳式支座盖板(401)，耳式支座盖板(401)和耳式支座底板(403)的两侧分别设有耳式支座筋板(402)，耳式支座筋板(402)的顶部和底部分别与耳式支座盖板(401)和耳式支座底板(403)相连。

3.根据权利要求1或2所述带耳式支座的双层液氢球罐支撑结构，其特征在于：螺栓(504)上所设的螺母为第一螺母(5051)和第二螺母(5052)，第一螺母(5051)与耳式支座底板(403)松动接触，第二螺母(5052)锁紧第一螺母(5051)。

4.根据权利要求1或2所述带耳式支座的双层液氢球罐支撑结构，其特征在于：在一个隔冷箱(5)中，围绕绝热块(506)设有隔冷箱侧板(502)，隔冷箱侧板(502)的顶部和底部分别与隔冷箱盖板(503)和隔冷箱底板(501)相连。

5.根据权利要求2所述带耳式支座的双层液氢球罐支撑结构，其特征在于：耳式支座盖板(401)和耳式支座筋板(402)裸露的外表面和耳式支座底板(403)裸露的竖直侧面包裹有一层弹性毡(404)，弹性毡(404)的材料为玻璃纤维。

6.根据权利要求1或2所述带耳式支座的双层液氢球罐支撑结构，其特征在于：外球罐支柱包括外球罐上支柱(7)和外球罐下支柱(8)，外球罐上支柱(7)的底部与外球罐下支柱(8)的顶部相连，外球罐上支柱(7)与外球罐(2)的外表面相连。

7.根据权利要求6所述带耳式支座的双层液氢球罐支撑结构，其特征在于：相邻的外球罐下支柱(8)之间设有拉杆(9)。

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