DE102004047551A1

DE102004047551A1 - Dichte Wandstruktur und Tank mit einer derartigen Wand

Info

Publication number: DE102004047551A1
Application number: DE102004047551A
Authority: DE
Inventors: Jacues Dhellemmes
Original assignee: Gaztransport et Technigaz SA
Current assignee: Gaztransport et Technigaz SA
Priority date: 2003-10-16
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2005-05-19
Anticipated expiration: 2024-10-01
Also published as: RU2282101C2; KR100638985B1; PL205898B1; ES2274670A1; DK176702B1; DE102004047551B4; ITTO20040656A1; TW200521023A; HRP20040928B1; US7540395B2; JP4898108B2; FI124555B; DK200401583A; US20050082297A1; CN1614295A; FI20041209A0; JP2010185576A; KR20050036820A; RU2004130367A; CN1307384C

Abstract

Die Erfindung schafft eine dichte Wandstruktur mit mindestens einer dichten Platte (10), die mit mindestens einer ersten Reihe von Wellen und einer zweiten Reihe von Wellen (6) gewellt ausgebildet ist, wobei die Wellen zur Innenseite eines Tanks aufragen, wobei sie mindestens eine Verstärkungsrippe (11) aufweist, die an wenigstens einer Welle einer der Reihen von Wellen in einem Bereich zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kreuzungen (8) mit den Wellen der anderen Reihe von Wellen ausgebildet ist, wobei jede Rippe (11) im wesentlichen konvex ist und örtlich an mindestens einer Seitenfläche (6b) der sie tragenden Welle ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine dichte Wandstruktur, die insbesondere der Innenverkleidung eines in eine Tragstruktur integrierten dichten und thermisch isolierenden Tanks dient, sowie den mit dieser Struktur versehenen Tank.

Insbesondere aus den Europäischen Patenten 248 721 und 573 327 ist eine dichte Wandstruktur für die Innenverkleidung eines in eine Tragstruktur integrierten dichten und thermisch isolierenden Tanks C, der in der 1 der beigefügten Zeichnungen dargestellt ist, bekannt, welcher zwei aufeinanderfolgende Dichtungssperrschichten aufweist, nämlich eine primäre 1, die in Kontakt mit dem im durch die dichte Wandstruktur gebildeten Tank enthaltenen Produkt steht, und eine sekundäre 2, die zwischen der primären Schicht 1 und der Tragstruktur 13 angeordnet ist, wobei die beiden Dichtungssperrschichten sich mit zwei thermisch isolierenden Sperrschichten, der primären Isoliersperrschicht 3 und der sekundären Isoliersperrschicht 4, abwechseln.

Die Französischen Patente 1 376 525 und 1 379 651 beschreiben eine in der 3 dargestellte dichte Wandstruktur, welche gewellte dichte Platten 10 aufweist, wobei auf deren Innenseite eine erste Reihe von Wellen 5, die als längsgerichtet bezeichnet werden, und eine zweite Reihe von Wellen 6, die als quergerichtet bezeichnet werden, vorgesehen ist, deren jeweilige Richtungen zueinander senkrecht verlaufen, wobei die erste Reihe von Wellen 5 eine geringere Höhe aufweist als die zweite Reihe von Wellen 6, so daß die Wellen der ersten Reihe von Wellen 5 an der Kreuzung 8 mit den Wellen der zweiten Reihe von Wellen 6 unterbrochen sind, während die Wellen der zweiten Reihe von Wellen 6 durchgehend sind. An den Kreuzungen 8 zwischen Wellen der ersten Reihe von Wellen 5 und der zweiten Reihe von Wellen 6 weist der Scheitel 6a der quergerichteten Welle 6 zwei konkave Wellen 7a und 7b auf, deren konkave Form in Richtung der Innenseite gerichtet ist, und welche zu beiden Seiten der längsgerichteten Welle 5 angeordnet sind. Die quergerichtete Welle 6 weist ferner an jeder Kreuzung eine seitliche Vertiefung 9 auf, in welche die längsgerichtete Welle 5 von beiden Seiten der quergerichteten Welle her eindringt.

Diese Wandstruktur ist gut geeignet, dem hydrostatischen Druck zu widerstehen, der auf die Innenverkleidung von Tanks mit großer Kapazität, beispielsweise in der Größenordnung von 138000 m³, aufgebracht wird. Bei Tanks mit größerem Fassungsvermögen oder bei einer Teilbefüllung von herkömmlichen Schiffen, beispielsweise in der Größenordnung von 138000 m³, kann jedoch der von dem im Tank enthaltenen Produkt, beispielsweise Flüssiggas, aufgebrachte hydrostatische Druck erhebliche plastische Verformungen der Wellen und insbesondere ein Zusammendrücken der Seitenflächen der Wellen der zweiten Reihe von Wellen im Abstand von den Kreuzungen zwischen den Wellen der zweiten Reihe von Wellen und den Wellen der ersten Reihe von Wellen bewirken. Bei derartigen in die Tragstruktur eines Schiffs integrierten Tanks können die Dünungsbewegungen des Flüssiggases gegen die Seitenwände des Tanks während des Transports ferner derartige Stöße dynamischen Drucks erzeugen, daß die Wellen ebenfalls erheblichen plastischen Verformungen ausgesetzt sind. Darüber hinaus können derartige Verformungen zu einer Verschlechterung der mechanischen Festigkeit der Platten führen, welche erheblichen thermischen Kontraktionen ausgesetzt sind, beispielsweise wenn sie flüssiges Methan aufnehmen, und schaden somit der Dichtigkeit der Platten insbesondere in den Schweißzonen 12 an der Verbindung zwischen den verschiedenen Platten der dichten Wand (siehe 2).

Eine Lösung kann in der Erhöhung der Dicke der Platten bestehen, jedoch kann diese Erhöhung der Dicke außer einer erheblichen Erhöhung der Kosten eine Versteifung der Wellen bewirken und wäre somit der Flexibilität der Platten abträglich, welche erforderlich ist, um deren thermische Kontraktion ohne Zerstörung der Dichtigkeit zu ermöglichen.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine neuartige dichte Wandstruktur zu schaffen, welche die genannten Nachteile überwindet und es ermöglicht, daß die Wellen der Platten höheren Drücken widerstehen können.

Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung eine dichte Wandstruktur, die insbesondere für die Innenverkleidung eines in eine Tragstruktur integrierten dichten und thermisch isolierenden Tanks bestimmt ist, des Typs mit mindestens einer dichten Platte, deren Innenseite für den Kontakt mit einem Fluid vorgesehen ist, wobei die Platte mit mindestens einer ersten Reihe von Wellen und einer zweiten Reihe von Wellen gewellt ausgebildet ist, deren jeweilige Richtungen einander schneiden, wobei die Wellen von der Innenseite aufragen, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens eine Verstärkungsrippe aufweist, die an wenigstens einer Welle einer der Reihen von Wellen in einem Bereich zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kreuzungen mit den Wellen der anderen Reihe von Wellen ausgebildet ist, wobei jede Rippe im wesentlichen konvex ist und die konvexe Form von der Innenseite oder von der gegenüberliegenden Außenseite absteht, wobei die Rippe örtlich an mindestens einer Seitenfläche der sie tragenden Welle ausgebildet ist.

Vorteilhafterweise weist die erste Reihe von Wellen eine geringere Höhe auf als die zweite Reihe von Wellen, so daß die Wellen der ersten Reihe von Wellen an ihren Kreuzungen mit den Wellen der zweiten Reihe von Wellen unterbrochen sind, welche durchgehend sind, und an den Kreuzungen zwischen den Wellen der ersten Reihe von Wellen und den Wellen der zweiten Reihe von Wellen weist der Scheitel der Welle der zweiten Reihe zwei konkave Wellungen auf, deren konkave Form der Innenseite zugewandt ist, und welche auf beiden Seiten der Welle der ersten Reihe angeordnet sind.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung sind die Rippen mindestens an bestimmten Wellen der zweiten Reihe von Wellen ausgebildet.

Nach einer ersten Variante erstreckt sich jede Rippe durchgehend von einer Seitenfläche der sie tragenden Welle über deren Scheitel zur anderen Seitenfläche.

Nach einer zweiten Variante erstreckt sich jede Rippe lediglich über eine Seitenfläche der sie tragenden Welle mit Abstand von deren Scheitel und den Basen der Welle.

Vorteilhafterweise befindet sich jede Rippe im wesentlichen in der Mitte zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kreuzungen.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung ist die Rippe bzw. sind die Rippen auf dem selben Bereich einer Welle in bezug auf eine zur Richtung der Welle senkrechten und im wesentlichen in der Mitte zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kreuzungen liegenden Ebene symmetrisch.

Vorzugsweise ist die Rippe oder sind die Rippen in bezug auf eine durch den Scheitel der sie tragenden Welle und senkrecht zur Ebene der Platte verlaufende Ebene symmetrisch.

Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist die Dicke der Platte an jeder Rippe gleich oder geringfügig kleiner als die Dicke der übrigen Platte.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Innenradius der Rippe an den Seitenflächen der Welle im wesentlichen gleich demjenigen des Scheitels der sie tragenden Welle.

Vorteilhafterweise beträgt das Verhältnis der Höhe der Rippe zur Höhe der sie tragenden Welle zwischen 10 % und 25 %.

Vorzugsweise hat jede Rippe eine Richtung, die sich im wesentlichen in einer zur Richtung der sie tragenden Welle senkrechten Ebene erstreckt.

Die Erfindung betrifft ebenfalls einen dichten und thermisch isolierenden Tank, der in eine Tragstruktur, insbesondere eines Schiffs, integriert ist, wobei der Tank zwei aufeinanderfolgende Dichtungssperrschichten aufweist, eine primäre Schicht, die in Kontakt mit dem im Tank enthaltenen Produkt steht, und eine sekundäre Schicht, die zwischen der primären Sperrschicht und der Tragstruktur angeordnet ist, wobei die beiden Dichtungssperrschichten mit zwei thermisch isolierenden Sperrschichten abwechseln, dadurch gekennzeichnet, daß die primäre Dichtungssperrschicht mindestens teilweise aus der zuvor definierten Wandstruktur gebildet ist.

Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung sind Platten der Wandstruktur in Höhe der oberen Zone des Tanks angeordnet.

Ein besseres Verständnis der Erfindung und eine Erkenntnis über andere Aufgaben, Details, Merkmale und Vorteile derselben ergeben sich deutlicher aus der nachfolgenden detaillierten erläuternden Beschreibung mehrerer als lediglich illustrative und nicht einschränkende Beispiele angeführter Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die zugehörigen schematischen Zeichnungen.
Die Figuren zeigen:
1 eine quergeschnittene und perspektivische schematische Teilansicht des Inneren eines klassischen Tanks, auf den die vorliegende Erfindung Anwendung finden kann;
2 eine vergrößerte Teilansicht im Querschnitt entlang der Linie II-II der 1 in Höhe der Schnittkante zwischen einer transversalen Trennwand und einer Bodenwand der Doppelhülle;
3 eine perspektivische Draufsicht auf eine herkömmliche dichte Platte;
4 eine perspektivische und vergrößerte Teilansicht einer Platte nach einem ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wandstruktur;
5 einen Schnitt entlang der Linie V-V der 4;
6 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI der 4;
7A eine perspektivische Teilansicht einer herkömmlichen Platte zur Darstellung der Streckung einer einem hohen hydrostatischen Druck ausgesetzten Welle;
7B eine perspektivische Teilansicht einer erfindungsgemäßen Platte zur Darstellung der Streckung einer einem hohen hydrostatischen Druck ausgesetzten Welle;
8A eine perspektivische Teilansicht einer herkömmlichen Platte zur Darstellung der Stauchung einer einem hohen hydrostatischen Druck ausgesetzten Welle;
8B eine perspektivische Teilansicht einer erfindungsgemäßen Platte zur Darstellung der Stauchung einer einem hohen hydrostatischen Druck ausgesetzten Welle;
9 eine Darstellung analog zu 4, jedoch ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigend;
10 einen Schnitt entlang der Linie X-X der 9;
11 eine Darstellung analog zu 4, jedoch ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigend;
12 einen Schnitt entlang der Linie XII-XII der 11; und
13 eine vergrößerte und perspektivische Teilansicht der Unterseite der Platte von 11.
In der nachfolgenden detaillierten Figurenbeschreibung wird auf die quergerichteten Wellen 6 als die Wellen der zweiten Reihe von Wellen Bezug genommen, da ihre Richtung T zur Längsrichtung des Schiffs senkrecht verläuft. Gleichermaßen werden die längsgerichteten Wellen 5 als die Wellen der ersten Reihe von Wellen bezeichnet, da ihre Richtung L parallel zur Längsrichtung des Schiffs verläuft.
Die Erfindung ist jedoch auch auf längsgerichtete Wellen 5, die aus Wellen der ersten Reihe gebildet sind, anwendbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Der Ausdruck "im wesentlichen konvex", der zur Charakterisierung der Form der Welle oder der Rippen verwendet wird, bedeutet, daß der größte Teil konvex ist, jedoch Teile der Oberfläche der Welle oder der Rippen konkav oder anders ausgebildet sein können, wie beispielsweise die Verbindungshohlkehlen zwischen der Oberfläche der Platte und den Seitenflächen der Welle oder der Rippen und die Basiszonen der Welle oder der Rippen.
Aus der 1 ist ersichtlich, daß der gegenwärtige Tank C eines Schiffs klassischerweise einen oktogonalen Querschnitt haben kann, wobei der Tank C in eine Tragstruktur 13 integriert ist, die insbesondere eine Bodenwand 13a, eine Deckenwand 13c, Seitenwände 13d und zwei quer verlaufende Trennwände 13b aufweist, von denen eine nicht dargestellt ist.
2 zeigt den detaillierten Aufbau des dichten und thermisch isolierenden Tanks C für den Transport eines Kältegases und insbesondere von flüssigem Methan, wobei dessen Hauptelemente im folgenden beschrieben werden.
Die primäre Dichtungssperrschicht 1 besteht aus einer dichten Wandstruktur mit mehreren gewellten dichten Platten 10, deren Innenseite für den Kontakt mit dem Fluid vorgesehen ist.
Die dichten Platten 10 sind dünne Metallelemente aus rostfreiem Stahl- oder Aluminiumblech und sind miteinander an den genannten Überlappungsrandzonen 12 verschweißt. Die Schweißung ist vom Typ der Überlappungsschweißung, die beispielsweise im Französischen Patent 1 387 955 im Detail beschrieben ist.
Die längsgerichteten Wellen 5 und die quergerichteten Wellen 6, die in Richtung der Innenseite des Tanks C vorstehen, ermöglichen eine gute Flexibilität der Wandstruktur, so daß sie sich unter den Auswirkungen der Beanspruchungen, insbesondere der durch die thermische Kontraktion und die vorgenannten hydrostatischen und dynamischen Drücke erzeugten Beanspruchungen, verformen kann.
Die primären 3 und die sekundären Isoliersperrschichten 4 sind aus Platten gebildet, die in ihrer Gesamtheit mit P bezeichnet sind. Eine Platte P hat im wesentlichen die Form eines rechtwinkligen Quaders; sie besteht aus einer ersten Sperrholzplatte 16a, auf der eine erste Schicht thermischen Isoliermaterials 4b angeordnet ist, welche wiederum von einem Gewebe 2a überlagert ist, welches aus einem dreischichtigen Material (Triplex) gebildet ist: die beiden Außenschichten sind Glasfaserschichten und die Mittelschicht ist eine dünne Metallfolie; auf dieses Gewebe 2a ist eine zweite Schicht thermischen Isoliermaterials 4c geklebt, die ihrerseits eine zweite Sperrholzplatte 14a trägt.
Die zweite Untereinheit (4b und 16a), welche die sekundäre Isoliersperrschicht 4 bildet, hat eine größere Dicke als die erste Untereinheit (4c und 14a), welche die primäre Isoliersperrschicht 3 bildet.
Die thermisch isolierenden Schichten (4b und 4c) bestehen aus einem dichten thermisch isolierenden Material, insbesondere aus einem Kunststoff- oder Syn thetikschaum mit geschlossenen Zellen auf Polyurethan- oder Polyvinylchlorid-Basis.
Die beschriebene Platte P kann vorgefertigt werden, um eine Einheit zu bilden, deren verschiedene Teile in der genannten Anordnung aufeinander geklebt sind; diese Einheit bildet somit die primäre und die sekundäre Isoliersperrschicht 3 und 4. Die Platten P werden an der Tragstruktur 13 mittels an sich bekannter Einrichtungen vom Typ eines Bolzens 19 befestigt, die an eine Wand 13a, 13b, 13c oder 13d der Tragstruktur 13 angeschweißt werden und sich durch entsprechende Löcher der ersten Sperrholzplatte 16a erstrecken.
Die Bolzen 19 sind gegenüber Ausnehmungen 20 angeordnet, welche durch die Schichten 4b im Abstand von den Zwischenräumen 17 zwischen den zweiten Untereinheiten (4b und 16a) der Platten P ausgebildet sind. Diese Ausnehmungen 20 sind mit einem isolierenden Füllmaterial 21 gefüllt.
Ferner kann in die Zwischenräume 17, welche die zweiten Untereinheiten (4b und 16a) zweier benachbarter Platten P voneinander trennen, ein thermisch isolierendes Material 18 angeordnet werden, das beispielsweise aus einer U-förmig gebogenen Schaumbahn besteht und in einen Zwischenraum 17 hineingepreßt ist. Auf diese Weise ist die Kontinuität der sekundären Isoliersperrschicht 4 wieder hergestellt. Ein biegsames Band 2b wird auf den Umfangsrand 15 zwischen den Schichten 4b und 4c einer Platte P geklebt und erstreckt sich bis zum Umfangsrand der benachbarten Platte P. Das biegsame Band 20 besteht aus einem Verbundmaterial aus drei Schichten (Triplex).
Das Triplex-Gewebe 2a, welches die Untereinheit (4b und 16b) bedeckt und das biegsame Band 2b bilden die sekundäre Dichtungssperrschicht 2.
Zwischen den ersten Untereinheiten (4c und 14a) zweier benachbarter Platten P sind isolierende Füllstücke 3a, die jeweils aus einem thermischen Isoliermaterial 3b und einer Sperrholzplatte 14b bestehen, auf den Bändern 2b angeordnet. Die Abmessungen der Füllstücke 3a sind derart, daß ihre Platte 14b nach dem Anordnen des Füllstücks die Kontinuität zwischen den Platten 14a der benachbarten Platten P gewährleistet.
Die Gesamtheit der Platten (14a und 14b) bildet eine innere Verteilungsschicht 14 und die Gesamtheit der Platten 16a bildet eine äußere Verteilungsschicht 16. Die innere und die äußere Verteilungsschicht 14 und 16 ermöglichen eine ungefähr gleichmäßige Verteilung der mit der Verformung der primären Dichtungssperrschicht 1 einhergehenden Kräfte über die Isolierschichten 3 und 4. In den Platten 14a und den thermisch isolierenden Schichten 4c sind mehrere Schlitze 19 vorgesehen, die sich quer zur Länge des Schiffs erstrecken. Das Vorhandensein der Schlitze hat den Zweck, zu verhindern, daß die primäre Isoliersperrschicht 3 beim Abkühlen des Tanks unkontrolliert reißt.
Der hier beschriebene allgemeine Aufbau des Tanks C und derjenige des durch die Stoßstelle zwischen einer transversalen Trennwand 13b und der Bodenwand 13a der Doppelhülle gebildeten Winkels des Tanks C sind im Französischen Patent 2781557 näher beschrieben.
Im folgenden wird der Aufbau der die primäre Dichtungssperrschicht 1 bildenden Wand näher beschrieben.
Aus 3 ist ersichtlich, daß jede der längsgerichteten und der quergerichteten Wellen 5 und 6 jeweils einen Scheitel 5a, 6a, Seitenflächen 5b, 6b und eine Basis 5c, 6c aufweist. Sie haben ferner ein semielliptisches Profil. Darüber hinaus ist erkennbar, daß die Wellungen 7a und 7b ebenfalls ein semielliptisches oder ein dreieckiges Profil aufweisen.
4 zeigt eine quergerichtete Welle 6 im Bereich zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kreuzungen 8, wobei jedoch die Kreuzungen 8 zur Vereinfachung der Figur nicht dargestellt sind.
Nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in den 4 bis 6 dargestellt ist, ist auf der quergerichteten Welle 6 in der Mitte zwischen den Kreuzungen 8 eine Verstärkungsrippe 11 vorgesehen, da in diesem Bereich der Welle 6 die Seitenflächen 6b am meisten dazu neigen, sich unter der Belastung durch hohe hydrostatische und dynamische Drücke zu verformen.
Ferner können, je nach dem Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kreuzungen 8, eine oder mehrere Rippen 11 auf einer quergerichteten Welle 6 im Bereich zwischen diesen aufeinanderfolgenden Kreuzungen 8 vorgesehen sein.
Die Rippe ist, wie zuvor definiert, im wesentlichen konvex, wobei die konvexe Form von der Innenseite der Platte 10 aufragt.
Die konvexe Form der Rippen 11 wird beispielsweise durch Tiefziehen gebildet.
In den 4 bis 6 ist erkennbar, daß sich jede Rippe 11 durchgehend von einer Seitenfläche 6b der Welle 6 über den Scheitel 6a zur anderen Seitenfläche 6b erstreckt. Die Höhe der Rippe ist somit über den gesamten Bereich 11b zwischen der Basis 11c und dem Scheitel 11a der Rippe 11 im wesentlichen konstant und nimmt in der Nähe der Basis 11c der Rippe 11 ab, um sich in die ebene Fläche der Platte 10 fortzusetzen. Vorteilhafterweise beträgt diese Höhe ungefähr 5 mm.
6 zeigt, daß die Rippe an ihrem Scheitel 11a zwei unterschiedliche Krümmungsradien aufweist: R1, den Krümmungsradius der Verbindungshohlkehle zwischen dem Scheitel 6a der quergerichteten Welle 6 und dem Scheitel 11a der Rippe 11, und R2, den Innenkrümmungsradius der Rippe 11 an deren Scheitel 11a. Die Krümmungsmittelpunkte dieser Radien R1 und R2 befinden sich auf beiden Seiten der Platte 10. Eine Vergrößerung von R1 ermöglicht eine Minimierung der Konzentration der Belastungen der Rippe 11 und eine Vergrößerung von R2 hat eine Erhöhung der Festigkeit der Rippe 11 zur Folge. Die Krümmungsradien R1 und R2 liegen beispielsweise in der Größenordnung von 20 mm bzw. 5 mm.
Die längsgerichteten Wellen 5 weisen zwischen dem Scheitel 5a und der Fläche der Platte 10 beispielsweise eine Höhe, die ungefähr gleich 36 mm ist, und einen Abstand zwischen den beiden Basen 5c der selben Welle 5 auf, der in der Größenordnung von 53 mm liegt. Die quergerichteten Wellen 6 weisen zwischen ihrem Scheitel 6a und der Fläche der Platte 10 eine Höhe in der Größenordnung von 54,5 mm und einen Abstand zwischen den beiden Basen 6c der selben Welle 6 von ungefähr 77 mm auf. Da die Fläche der Seitenflächen 5b der längsgerichteten Wellen 5 kleiner las die der Seitenflächen 6b der quergerichteten Wellen 6 ist und der hydrostatische Druck senkrecht zur Oberfläche der Platte 10 wirkt, sind die längsgerichteten Wellen 5 gegen diesen Druck widerstandsfähiger. Es ist jedoch möglich, auch Rippen an den längsgerichteten Wellen 5 vorzusehen.
Es ist ferner möglich, Rippen mit dreieckigem Profil an den längsgerichteten Wellen 5 oder den quergerichteten Wellen 6 vorzusehen.
Die Wirksamkeit des Widerstands gegen hohe Drücke, die durch die Verstärkungsrippen 11 geschaffen ist, konnte durch verschiedene Simulationen demonstriert werden, welche durch Berechnungen mit finiten Elementen ausgeführt wurden.
Diese Simulationen wurden mit einer quergerichteten Welle 6 durchgeführt, deren Abmessungen vorab definiert wurden.
Die ersten Erkenntnisse aus den Ergebnissen dieser Simulationen betreffen die Streckung der Platte 10 an den Seitenflächen 6b zweier quergerichteter Wellen 6, die einem hohen hydrostatischen Druck ausgesetzt sind, wobei eine keine Verstärkungsrippe 11 (7A) und die andere eine Verstärkungsrippe aufweist (7B). Die Streckung ist das Verhältnis der Fläche eines verformten Bereichs eines Teils der Welle 6 (Scheitel 6a, Seitenfläche 6b oder Basis 6c) unter Druck zur Fläche des selben Bereichs ohne Druck.
Der in 7B dargestellte Wellenbereich ist der zwischen der durch den Scheitel 6a der quergerichteten Welle 6 verlaufenden vertikalen Mittelebene, der Mittelebene durch die Basis 5a der längsgerichteten Welle 5, welche eine Kreuzung 8 mit der quergerichteten Welle 6 bildet, und der durch den Scheitel 11a und der Basis 11c der Rippe 11 verlaufenden vertikalen Ebene befindliche Bereich (d.h., das vordere linke Viertel in 4).
Der in der 7A dargestellte Bereich der Welle 6 ist der selbe Bereich wie in der 7B dargestellt, mit der Ausnahme, daß es sich um eine Welle ohne Rippe handelt, d.h. um den Bereich zwischen der durch den Scheitel 6a der quergerichteten Welle 6 verlaufenden vertikalen Mittelebene, der zu der Welle 6 vertikalen Ebene, die durch die Basis 5a der mit der quergerichteten Welle 6 eine Kreuzung 8 bildenden längsgerichteten Welle 5 verläuft, und der vertikalen Ebene, die in der Mitte zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kreuzungen 8 verläuft.
Die keine Verstärkungsrippe 11 aufweisende quergerichtete Welle 6 wird einem Druck von 7,07 bar (7A) ausgesetzt, während die eine Verstärkungsrippe 11 aufweisende quergerichtete Welle 6 einem Druck ausgesetzt wird, der geringfügig über 7,50 bar liegt (7B).
Die quergerichtete Welle 6 ohne Verstärkungsrippe 11 zeigt eine erhebliche Streckung im Abstand von der Kreuzung 8 (die Kreuzung 8 ist eine relativ starre Zone der Platte, die weniger anfällig für eine Verformung unter hohem hydrostatischen Druck ist).
Die Streckung befindet sich in drei getrennten Bereichen 36, 37 und 38 der quergerichteten Welle 6. Ein erster Bereich 36, der sich am Scheitel 6a der quergerichteten Welle 6 im Abstand von der Kreuzung 8 befindet, weist Streckungszonen 22 und 23 auf, die durch strichpunktierte und gestrichelte Linien begrenzt sind, und eine Streckung von 1,43 bis 2% bzw. mehr als 2% aufweisen. Der Bereich 36 weist ferner eine maximale Streckung von ungefähr 4,69% auf. Ein zweiter Bereich 37, der sich an der Seitenfläche 6b der querge richteten Welle 6 im Abstand von der Kreuzung 8 befindet, weist ebenfalls die genannten Zonen 22 und 23 auf. Schließlich weist der letzte Bereich 38, der sich an der Basis 6c der quergerichteten Welle 6 im Abstand von der Kreuzung 8 befindet, nur die Zone 22 auf, d.h. eine Streckung, die geringer als ungefähr 2% ist.
Diese Bereiche 36, 37 und 38 sind in der Mitte zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kreuzungen 8 konzentriert. Dies bestätigt zunähst, daß die Kreuzungen 8 die Wandstruktur verstärken, da eine wesentliche Streckung nur im Abstand von den Kreuzungen 8 zu erkennen ist. Dies bestätigt ebenfalls, daß die Wellen 6 ohne Rippen 11 im Abstand von der Kreuzung 8 eine Schwachstelle in Bezug auf Belastungen durch hohe Drücke aufweisen.
Hingegen zeigt die Welle mit Verstärkungsrippe 11 keine wesentliche Streckung ihrer Seitenflächen 6b (7B), und dies trotz eines geringfügig höheren Drucks.
Die Streckung der Welle 6 ist hier lediglich in einem Bereich 39 konzentriert. Dieser Bereich 39, der sich an dem Scheitel 6a der quergerichteten Welle 6 im Abstand von der Kreuzung 8 befindet, weist eine durch gestrichelte Linien begrenzte Streckungszone 33 mit einer Streckung von mehr als 2% auf. Sie weist ferner eine maximale Steckung von 2,37% auf.
Des weiteren weist der Bereich 39 eine Streckungszone 33, die viel kleiner als die Zone 23 der genannten Bereichen 36 und 37 ist, und eine maximale Streckung von 2,37% auf, was erheblich unter der maximalen Streckung des Bereichs 36 liegt.
Somit trägt die Rippe 11 dazu bei, die genannte Wandstruktur widerstandsfähiger gegen Druckbelastungen zu machen, indem sie eine relativ festere Zone in der Mitte zwischen den Kreuzungen 8 bildet.
Die zweite Erkenntnis aus den Ergebnissen dieser Simulationen sind die Eindrückungen der Platte 10 an den Seitenflächen 6b zweier Wellen 6, die einem hohen hydrostatischen Druck ausgesetzt sind, wobei eine Welle keine Verstärkungsrippe 11 (8A) und die andere Welle eine Verstärkungsrippe 11 (8B) aufweist. Die Eindrückung ist die Entfernung von einem Punkt eines Teils der Welle 6 (Scheitel 6a, Seitenfläche 6b oder Basis 6c), der unter Druck verformt ist, und dem selben Punkt ohne Druck.
Der in 8A dargestellte Bereich der Welle 6 ist der gleiche wie in der 7A dargestellt. Desgleichen ist der in der 8B dargestellte Bereich der Welle 6 der gleiche, der in der 7B dargestellt.
Die quergerichtete Welle 6 ohne Verstärkungsrippe 11 wird einem Druck von 7,07 bar ausgesetzt (8A), während die mit einer Verstärkungsrippe 11 versehene quergerichtete Welle 6 einem geringfügig höheren Druck von 7,50 bar (8B) ausgesetzt wird.
Die quergerichtete Welle 6 ohne Verstärkungsrippe 11 weist eine erhebliche Eindrückung im Abstand von der Kreuzung 8 auf. Die berechnete maximale Eindrückung liegt in der Größenordnung von 8,53 mm. Die Zonen 24 und 25, die durch strichpunktierte bzw. gestrichelte Linien umgrenzt sind, sind Zonen, in denen die Eindrückung zwischen 2 und 6 mm bzw. mehr als 6 mm betragen (8A).
Nach diesen zweiten Ergebnissen sind diese Zonen 24 und 25 ebenfalls in der Mitte zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kreuzungen 8 und in der Mitte der Höhe der Welle 6 konzentriert. Dies bestätigt zunächst, daß die Kreuzungen 8 die Wandstruktur versteifen, da eine wesentliche Eindrückung nur im Abstand von der Kreuzung 8 an den Seitenflächen 6b der Welle 6 zu erkennen ist. Dies bestätigt ferner, daß die quergerichteten Wellen 6 ohne Rippen 11 im Abstand von der Kreuzung 8 eine Schwachstelle in Bezug auf Belastungen durch hohe Drücke aufweisen.
Hingegen weist die quergerichtete Welle 6 mit Verstärkungsrippe 11 keine wesentliche Eindrückung ihrer Seitenflächen 6b auf (8B). Die berechnete maximale Eindrückung beträgt ungefähr 1,67 mm.
Diese beiden Erkenntnisse aus den Ergebnissen der Simulationen erbringen somit den Beweis, daß die Verstärkungsrippe 11 der Wandstruktur eine wesentliche Festigkeit gegenüber Belastungen durch hydrostatischen und dynamischen Druck im Abstand vom den Kreuzungen 8 verleiht, und daß sie somit eine konsequente Verstärkung für vorgenannte Wandstruktur bildet. Die Rolle der Verstärkungsrippe 11 ähnelt derjenigen der Kreuzungen 8 und das Vorsehen der Rippen 11 ermöglicht somit einen weiteren Abstand zwischen den Kreuzungen und somit die Herstellung von Platten 10 mit größeren Abmessungen. Wenn die Abmessungen der Platten größer sind, ist die Zahl der zu verschweißenden Platten geringer. Dies bringt eine Verkürzung der Montage der genannten Wandstruktur und somit eine Ersparnis mit sich.
Der in 9 dargestellte Bereich ist im wesentlichen der gleiche wie der in 4 dargestellte Bereich. Auch hier sind die Kreuzungen 8 zur Vereinfachung der Zeichnung nicht dargestellt.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist jedoch aus den 9 und 10 ersichtlich, daß in diesem Fall eine Rippe 111 auf jeder Seitenfläche 6b der sie tragenden Welle 6 im Abstand vom Scheitel 6a und den Basen 6c vorgesehen sein kann.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung befindet sich der Scheitel 111a der Rippe 111 unterhalb des Scheitels 6a der sie tragenden Welle 6, während sich der Scheitel 11a der Rippe 11 des vorhergehenden Ausführungsbeispiels oberhalb des Scheitels 6a der sie tragenden Welle 6 befindet. Umgekehrt befindet sich die Basis 111c der Rippe 111 oberhalb der Basis 6c, während sich die Basis 11c der Rippe 11 des vorhergehenden Ausführungsbeispiels auf der Höhe der Basis 6c befindet. Der zwischen dem Scheitel 111a und der Basis 111c der Rippe 111 befindliche Bereich 111b steht über die Seitenfläche 6b der Welle 6 vor, wie auch der Bereich 11b zwischen dem Scheitel 11a und der Basis 11c der Rippe 11.
Die genannten Krümmungsradien R1 und R2, welche die Form der Rippe auf der Fläche der Platte 10 an den Seitenteilen 111b bestimmen, können in der Größenordnung von 20 mm bzw. 9,4 mm liegen (die Krümmungsradien R1 und R2 sind für dieses Ausführungsbeispiel nicht dargestellt).
Ferner sind in diesem Fall zwei Paare von Rippen 111 in regelmäßigen Intervallen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kreuzungen 8 vorgesehen. Diese beiden Rippenpaare können vorteilhafterweise zueinander in bezug auf eine Ebene symmetrisch sein, die senkrecht zur Richtung T und in der Mitte zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kreuzungen 8 verläuft. Ferner kann ein Rippenpaar vorteilhafterweise in bezug auf eine Ebene symmetrisch sein, die zur Richtung T parallel und durch den Scheitel 6a verläuft. Selbstverständlich kann die Erfindung eine größere Zahl an Rippen vorsehen.
Bei einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in die 11 bis 13 dargestellt ist, ist ersichtlich, daß jede Rippe 211 im wesentlichen konvex sein kann, wobei die konvexe Form in Richtung der Außenseite der Platte 10 gerichtet ist. Die Rippen 211 sind genau so auf der sie tragenden Welle 6 positioniert wie die Rippen 111, d.h. paarweise auf jeder Seitenfläche 6b und im Abstand vom Scheitel 6a und den Basen 6c der Welle 6.
Bei diesem Ausführungsbeispiel haben der Scheitel 211a der Rippe 211 und die Basis 211c der Rippe 211 eine identische Position in bezug auf die Seitenflächen 6b der Welle 6 wie bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel. Der zwischen dem Scheitel 211a und der Basis 211c der Rippe 211 befindliche Bereich 211b ist jedoch in der Seitenfläche 6b der Welle 6 hohl ausgebildet.
Aus der 12 ist ersichtlich, daß die quergerichtete Welle 6 mit semielliptischem Profil drei unterschiedliche Krümmungsradien aufweist: R3, den Krümmungsradius zwischen der Verbindungshohlkehle zwischen der Platte 10 und der Seitenfläche 6b der Welle 6, R4, den Innenkrümmungsradius am Scheitel 6a und R5, den Krümmungsradius der Seitenflächen 6b der Welle 6. Die Radien R3, R4 und R5 weisen beispielsweise die Größenordnung von 8,4 mm, 9,4 mm und 65,4 mm auf. Beispielsweise weist auch die (in 12 nicht dargestellte) längsgerichtete Welle 5 die drei genannten Krümmungsradien R3, R4 und R5 auf, welche 8,4 mm, 8,4 mm und 38,4 mm betragen.
In dem in 12 gezeigten Fall beträgt die Tiefe der Rippe 211 5,06 mm. Die Rippe 211 weist Symmetrieebenen auf, die sich entlang den Linien 26 und 27 erstrecken, welche jeweils senkrecht und parallel zur Richtung T der Welle 6 verlaufen, wobei sie sich durch die Mitte der Rippe 211 erstrecken.
Bei dem in den 12 und 13 dargestellte Ausführungsbeispiel ist der Boden der Rippe 211 im wesentlichen gerade.
Ferner weisen die Rippen 211 des dritten Ausführungsbeispiels einen Festigkeit auf, die zumindest genauso groß ist, wie diejenige der Rippen 111 des zweiten Ausführungsbeispiels bei einer Tiefe der Rippe 211, die geringer als die Höhe der Rippen 111 ist. Es kann daher vorteilhaft sein, die genannte Wandstruktur mit Rippen 211 nach dem dritten Ausführungsbeispiel zu versehen. Wenn das Anbringen der Rippen 211 ein geringeres Tiefziehen als für die Rippen 111 erfordert, ist auch die durch das Tiefziehen bewirkte Verringerung der Dicke der Platte 10 an dieser Stelle geringer, so daß die Platte 10 an den Rippen 211, die gegenüber Druckbelastungen fester sind, weniger zerbrechlich ist. Die Platte 10 hat beispielsweise eine Dicke von ungefähr 1,2 mm.
Die gleiche Wandstruktur, d.h. die gleiche Platte oder die gleiche Welle kann gleichzeitig Rippen 11 und/oder 111 und/oder 211 aufweisen, und zwar an verschiedenen Reihen von Wellen 5 und 6, oder an der gleichen Reihe von Wellen 5 oder 6, oder auch an dem gleichen Bereich der Wellen 5 oder 6 zwischen zwei Kreuzungen 8, oder schließlich in der gleichen zur sie tragenden Welle 5 oder 6 senkrechten Ebene, auf den gegenüberliegenden Seitenflächen 5b und 6b der sie tragenden Welle 5 oder 6.
Nach einer anderen Variante der Erfindung weist der Boden der Rippe 211 eine Krümmung auf, die zu derjenigen der Seitenfläche 6b in bezug auf eine Ebene symmetrisch ist, welche durch die Basis 211c und den Scheitel 211a der Rippe 211 parallel zur Richtung T der Welle 6 verläuft. Das Vorsehen dieses Typs von Krümmung hat den Vorteil, daß eine Tiefe der Rippe 211 erreicht wird, die größer als diejenige der zuvor beschriebenen Rippe 111 ohne Krümmungsradius am Boden der Rippe 111 ist (bis zu 25% in bezug auf die Höhe der Welle 5 oder 6), was eine Erhöhung der Festigkeit dieser Variante von Rippe 211 zur Folge hat.
Schließlich kann ein Verfahren zur Herstellung der genannten Wandstruktur die folgenden drei Schritte aufweisen:
Der erste Schritt besteht im Bilden der Wellen der zweiten Reihe von Wellen 6 durch Biegen, wodurch der zweiten Reihe von Wellen 6 ein dreieckiges Profil verliehen wird.
Der zweite Schritt besteht in der gleichzeitigen Bildung der Wellen der ersten Reihe von Wellen 5 durch Falten und der Kreuzungen 8, wobei die Wellen der ersten Reihe von Wellen 5 durch diesen Schritt ein semielliptisches Profil erhalten können.
Der letzte Schritt besteht in der gleichzeitigen Ausbildung der Rippen 11, 111, 211 durch Tiefziehen und des semielliptischen Profils an den Wellen der zweiten Reihe von Wellen 6, wobei das Ausbilden des semielliptischen Profils der Wellen der zweiten Reihe von Wellen 6 fakultativ ist.

Claims

Dichte Wandstruktur, die insbesondere für die Innenverkleidung eines in eine Tragstruktur (13) integrierten dichten und thermisch isolierenden Tanks (C) bestimmt ist, des Typs mit mindestens einer dichten Platte (10), deren Innenseite für den Kontakt mit einem Fluid vorgesehen ist, wobei die Platte (10) mit mindestens einer ersten Reihe von Wellen (5) und einer zweiten Reihe von Wellen (6) gewellt ausgebildet ist, deren jeweilige Richtungen (L, T) einander schneiden, wobei die Wellen von der Innenseite aufragen, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens eine Verstärkungsrippe (11, 111, 211) aufweist, die an wenigstens einer Welle einer der Reihen von Wellen in einem Bereich zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kreuzungen (8) mit den Wellen der anderen Reihe von Wellen ausgebildet ist, wobei jede Rippe (11, 111, 211) im wesentlichen konvex ist und die konvexe Form von der Innenseite oder von der gegenüberliegenden Außenseite absteht, wobei die Rippe (11, 111, 211) örtlich an mindestens einer Seitenfläche (5b, 6b) der sie tragenden Welle ausgebildet ist.
Wandstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Reihe von Wellen eine geringere Höhe aufweist als die zweite Reihe von Wellen, so daß die Wellen der ersten Reihe von Wellen (5) an ihren Kreuzungen (8) mit den durchgehenden Wellen der zweiten Reihe von Wellen (6) unterbrochen sind, und daß an den Kreuzungen (8) zwischen den Wellen der ersten Reihe von Wellen (5) und den Wellen der zweiten Reihe von Wellen (6) der Scheitel (6a) der Welle der zweiten Reihe (6) zwei konkave Wellungen (7a, 7b) aufweist, deren konkave Form der Innenseite zugewandt ist, und welche auf beiden Seiten der Welle der ersten Reihe (5) angeordnet sind.
Wandstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (11, 111, 211) mindestens an bestimmten Wellen der zweiten Reihe von Wellen (6) ausgebildet sind.
Wandstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich jede Rippe (11) durchgehend von einer Seitenfläche (5b, 6b) der sie tragenden Welle (5, 6) über deren Scheitel (5a, 6a) zur anderen Seitenfläche erstreckt.
Wandstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich jede Rippe (111, 211) lediglich über eine Seitenfläche (5b, 6b) der sie tragenden Welle mit Abstand von deren Scheitel (5a, 6a) und den Basen (5c, 6c) der Welle (5, 6) erstreckt.
Wandstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich jede Rippe (11) im wesentlichen in der Mitte zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kreuzungen (8) befindet.
Wandstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippe bzw. die Rippen (11, 111, 211) auf dem selben Bereich einer Welle (5, 6) in bezug auf eine zur Richtung (L, T) der Welle (5, 6) senkrechten und im wesentlichen in der Mitte zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kreuzungen (8) liegenden Ebene symmetrisch ist bzw. sind.
Wandstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippe oder die Rippen (11) in bezug auf eine durch den Scheitel (5a, 6a) der sie tragenden Welle (5, 6) und senkrecht zur Ebene der Platte (10) verlaufende Ebene symmetrisch ist bzw. sind.
Wandstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Platte (10) an jeder Rippe (11, 111, 211) gleich oder geringfügig kleiner als die Dicke der übrigen Platte (10) ist.
Wandstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenradius (R2) der Rippe (11, 111, 211) an den Seitenflächen (5b, 6b) der Welle (5, 6) im wesentlichen gleich demjenigen (R4) des Scheitels (5a, 6a) der sie tragenden Welle (5, 6) ist.
Wandstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Höhe der Rippe (11, 111, 211) zur Höhe der sie tragenden Welle (5, 6) zwischen 10 % und 25 % beträgt.
Wandstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß jede Rippe (11, 111, 211) eine Richtung hat, die sich im wesentlichen in einer zur Richtung (L, T) der sie tragenden Welle (5, 6) senkrechten Ebene erstreckt.
Dichter und thermisch isolierender Tank (C), der in eine Tragstruktur, insbesondere eines Schiffs, integriert ist, wobei der Tank zwei aufeinanderfolgende Dichtungssperrschichten aufweist, eine primäre Schicht (1), die in Kontakt mit dem im Tank (C) enthaltenen Produkt steht, und eine sekundäre Schicht (2), die zwischen der primären Sperrschicht (1) und der Tragstruktur (13) angeordnet ist, wobei die beiden Dichtungssperrschichten (1, 2) mit zwei thermisch isolierenden Sperrschichten (3, 4) abwechseln, dadurch gekennzeichnet, daß die primäre Dichtungssperrschicht (1) mindestens teilweise aus der zuvor definierten Wandstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 12 gebildet ist.
Tank (C) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß Platten (10) der Wandstruktur in Höhe der oberen Zone des Tanks (C) angeordnet sind.