DE102006043476A1

DE102006043476A1 - Vorrichtung zur Reduzierung von thermischen Spannungen durch den Einsatz von Kompensatoren aus biegeweichem, hochflexiblen Material

Info

Publication number: DE102006043476A1
Application number: DE200610043476
Authority: DE
Inventors: Jens Pehlke; Katinka Wolgast; Volker Fiebig; Michael Klamp; Miroslav Denev; Keno Dirks
Original assignee: Aker MTW Werft GmbH
Current assignee: Wadan Yards MTW GmbH
Priority date: 2006-09-15
Filing date: 2006-09-15
Publication date: 2008-04-03
Anticipated expiration: 2026-09-16
Also published as: DE102006043476B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kompensation von thermischen Spannungen in Barriereschichten in Isoliersystemen von Tanks für den Transport und die Lagerung von tiefkalten Medien, wie zum Beispiel verflüssigte Gase. Die Kompensation erfolgt dadurch, dass in den zwischen oder auf den Isolierschichten (5) befindlichen Barriereschichten (2) in Abständen Unterbrechungen (2a) angeordnet werden, welche mit einem hochflexiblen Material dem Kompensator (1) verschlossen werden, der wiederum an den Überlappungsflächen (4) mit den Barriereschichten (2) verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kompensator zur spannungsreduzierten Kompensation in Membranschichten bei thermischen Belastungen, z.B. für den Einsatz in Isoliersystemen für den Transport und die Lagerung von tiefkalten Medien, welcher aus biegeweichem, hochflexiblem Material besteht.
Eine Gruppe von Tanksystemen für den Transport und die Lagerung von tiefkalt verflüssigten Medien wird als Membrantank bezeichnet. Die thermische Isolierung erfolgt im Tank durch zwei übereinander angeordnete Schichten aus Isoliermaterial. Zwei sogenannte Barrieren (Membranschichten) dienen der Gewährleistung der Dichtigkeit.
Für die Aufnahme von mechanischen Spannungen aufgrund temperaturbedingter Längenänderungen des Barrierematerials werden verschiedene konstruktive Maßnahmen eingesetzt.
Die Patentschrift DE 199 31 705 („In die Tragstruktur eines Schiffs integrierter dichter und thermisch isolierender Tank mit verbesserter Isoliersperre") beschreibt einen Membrantank, der aus einer äußeren tragenden Struktur besteht, die mit Isolier- und Barriereschichten innen ausgekleidet wird. Die metallische Barriereschicht wird über eine mechanische Verbindung elastisch an die Isolierschicht angebunden, wobei das Barrierematerial aus metallischen Bahnen besteht, die auf die Isolierpaneele aufgetragen, dort befestigt und untereinander verschweißt werden. Die Barriereschichten werden dabei aus einem Material mit besonders geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten, hergestellt.
Aus der Offenlegungsschrift DE 26 48 211 („Isolierter Behälter für kryogene Flüssigkeiten") ist ein System bekannt, das die separate Installation von Schichten umgeht. In diesem System sind die Bestandteile des Isolier- und Barriereschichtaufbaus in Verbundplatten, die aus einem mit Isoliermaterial gefüllten Gehäuse bestehen, integriert. Die thermischen Spannungen in der primären und der sekundären Barriereschicht sollen durch eine Expansions-Kontraktions-Nut aufgenommen werden.
In der Offenlegungsschrift DE 102 28 469 A1 „Dichter und thermisch isolierender Tank mit schrägen Längskanten" wird um die Kontinuität der sekundären Sperrschicht herzustellen auf den Umfangsrändern benachbarter Tafeln ein Band aus einer biegsamen Bahn bestehend angeordnet. Dies wird an den Umfangsrändern aufgeklebt, so dass die Fuge zwischen den Tafeln verschlossen wird.
Bei den beschriebenen Systemen werden die thermischen Kontraktionen durch konventionelle Lösungen kompensiert.
Aufgabe der Erfindung ist es, thermisch induzierte Kontraktion und daraus resultierende Spannungen im Barrierematerial zu reduzieren.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass in den Barriereschichten in Abständen, welche in erster Linie durch den Ausdehnungskoeffizienten des Barrierewerkstoffes vorgegeben werden, Unterbrechungen in Längs- und Querrichtung oder in Längs- oder Querrichtung angeordnet werden, welche mit einem hochflexiblen Material, dem Kompensator verschlossen werden.
Das hochflexible Material muss in seinen Abmessungen breiter sein als die Unterbrechung der Barriereschicht, wobei die genaue Breite des hochflexiblen Materials durch die zu kompensierende Längenänderung des Barrierewerkstoffes vorgegebenen wird.
Die beiden Materialien, das des Kompensators und das der Barriere, werden vorzugsweise durch Verkleben gasdicht miteinander verbunden.
Werden die Unterbrechungen in Längsrichtung und in Querrichtung angeordnet entstehen Kreuzungspunkte. Die Länge der Streifen aus dem hochflexiblen Material ist gleich dem Abstand zwischen den Mittelpunkten zweier angrenzender Kreuzungspunkte zuzüglich einer Nahtzugabe. Dort wo die flexiblen Materialien überlappen werden diese gasdicht miteinander verbunden, z.B. durch Kleben einer Überlappverbindung oder durch Verschweißen.
Zur Erhöhung der Gasdichtigkeit kann an den Kreuzungspunkten eine weitere Lage des hochflexiblen Materials aufgebracht werden, welches in seiner Größen den kompletten Kreuzungsbereich überlappt und mit der angrenzenden ursprünglichen Barriereschicht und den Kompensatoren verbunden werden kann, z.B. durch Verkleben.
Die Erfindung wird anhand des im folgenden abgebildeten Beispiels näher erläutert.
1: schematisch Darstellung eines Kompensators, angeordnet auf streifenförmigen Unterbrechungen in der Barriereschicht. Darunter liegt die Isolierschicht.
2: schematische Darstellung eines Kompensators in Längsrichtung und eines Kompensators in Querrichtung und eines Kreuzungspunktes der Kompensatoren.
3: schematische Darstellung von Kompensatoren mit einem Kreuzungspunkt, über dem eine zusätzliche Schicht, die auch die Barriereschicht der benachbarten Paneele überlappt, angeordnet ist.
4: schematische Darstellung einer Verbindung zwischen dem Kompensator und der Barriereschicht der benachbarten Paneele. In der Barriereschicht ist eine U-förmige Einkerbung, in die der Kompensator eingefügt ist. An der Verbindungsstelle des Kompensators mit der Barriere ist der Kompensator an Ober- und Unterseite mit Gewebe ausgestattet.
5: Schematische Darstellung der Verbindung zwischen dem Kompensator und der benachbarten Barriereschicht. Es ist die Schweißnaht zu erkennen, mit dem der Kompensator mit den Verbindungsteilen verbunden ist.
1 zeigt einen Kompensator (1) aus hochflexiblem Material der über den streifenförmigen Unterbrechungen (2a) in einer Barriereschichten (2) angeordnet ist. Die streifenförmigen Kompensatoren, (1) aus hochflexiblem Material, überlappen die benachbarte Barriere (2) mit den Überlappungsflächen (4) so, wie es für eine feste Verbindung erforderlich ist. Der Kompensator (1) und die benachbarten Barriereschichten (2) werden an den Überlappungsflächen (4) miteinander verbunden. Die Barriereschicht ist auf einer Isolierschicht (5) angeordnet. In 2 ist ein längs- und ein querverlaufender Kompensator (1) aus hochflexiblem Material mit einem Kreuzungspunkt (1a) dargestellt. Am Kreuzungspunkt (1a) treffen die längs- und querverlaufenden Kompensatoren (1) aus hochflexiblem Material zusammen und überlappen sich. Die Länge der Kompensatoren (1) aus dem hochflexiblen Material ist gleich dem Abstand zwischen den Mittelpunkten zweier angrenzender Kreuzungspunkte (1a) zuzüglich einer Nahtzugabe. Dort wo die flexiblen Kompensatoren (1) sich an den Kreuzungspunkten (1a) überlappen, werden diese miteinander verbunden, z.B. durch Kleben einer Überlappverbindung oder durch Verschweißen.
In 3 ist der in 2 abgebildete und beschriebene Kreuzungspunkt (1a) zwischen den Kompensatoren (1) aus hochflexiblem Material dargestellt. Zur Verbesserung der Gasdichtigkeit an diesem Punkt kann an den Kreuzungspunkten (1a) eine weitere Lage (1b) des hochflexiblen Materials aufgebracht sein, welche in ihrer Größe deutlich den kompletten Kreuzungsbereich (1a) überlappt und durch Verkleben mit der angrenzenden Barriereschicht (2) verbunden wird. In 4 ist eine weitere Verbindung der Barriereschicht (2) mit dem Kompensator (1) durch Einschlitzen der Barriereschicht (2) dargestellt. Hierfür ist in den vertikalen Rand der Barriereschicht eine U-förmige Kerbe (2b) eingebracht. Die Abstände der Schenkel der U- förmigen Kerbe (2b) gleichen der Dicke des Kompensators (1). An der Stelle des Kompensators (1), der in die U-förmige Einkerbung (2b) eingefügt wird werden diese an der Ober- und Unterseite mit Gewebe (6) ausgestattet.
In 5 ist eine Verbindung der Barriereschichten (2) mit den Kompensatoren (1) durch zusätzliche Teile (1c) aus Kompensatoren-Materials dargestellt. Hierfür wird in den vertikalen Rand der Barriereschicht (2) eine U-förmige Kerbe (2b) eingebracht. Die Abstände der Schenkel des U-förmigen Kerbe (2b) gleichen der Dicke der zusätzlichen Teile (1c) aus Kompensatorenmaterial. An der Stelle, an der der zusätzliche Teil (1c) aus Kompensatorenmaterial in die U-förmige Einkerbung (2b) eingefügt wird, wird dieser an der Ober- und Unterseite mit Gewebe (6) ausgestattet. Die zusätzlichen Teile (1c) aus Kompensatorenmaterial sind mittels eines speziellen Schweißverfahrens, dem Kunststoffschweißen mit dem Kompensator (1) verbunden.

1: Kompensatoren
1a: Kreuzungspunkt
1b: Lage des hochflexiblen Materials
1c: einlaminierte Teile
2: Barriereschichten
2a: Unterbrechungen
2b: U-förmiger Einschnitt
4: Überlappungsflächen
5: Isolierschichten
6: Klebeflächen

Claims

Vorrichtung zur spannungsarmen Kompensation thermisch bedingter Längenänderungen von Barriereschichten in Tanks zur Lagerung und zum Transport von tiefkalten Medien, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb einer Barriereschicht (2) bestimmte Bereiche als Kompensator (1) aus flexiblem, biegeweichem Material ausgeführt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dort wo ein Kompensator (1) angeordnet ist, die Barriereschicht (2) unter dem Kompensator (1) durchgehende Unterbrechungen (2a) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschichten (5) nicht mit den Kompensatoren (1) verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensator (1) aus hochflexiblem Material über die benachbarten Barriereschichten (2) als Überlappungsfläche (4) hinaus geht und ausreichend breit ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass sich an Kreuzungspunkten (1a) die Kompensatoren (1) überlappen.
Vorrichtung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet das die Kompensatoren (1) an den Kreuzungspunkten (1a) miteinander verbunden werden.
Vorrichtung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass über den Kreuzungspunkten (1a) zur Erhöhung der Gasdichtigkeit, vorzugsweise eine zusätzlich Schicht (1b) des hochflexiblen Kompensatorenmaterials angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Schicht (1b) größer als die Fläche der darunter liegenden Kompensatoren (1) auf dem Kreuzungspunkt (1a) ist und diesen überdeckt.
Vorrichtung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Schicht (1b) mit dem benachbarten Barrierematerial (2) sowie den Kompensatoren (1) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensator (1) in die Barriereschicht (2) einlaminiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass die Barriereschicht (2) eine Einkerbung (2b) am Rand der Barriereschicht (2) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensator (1) aus mehreren Teilen (1b) besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Teile (1c) an bestimmten Stellen an denen sie mit der Barriere (2) verbunden werden, z.B. an der Ober- und Unterseite, mit einem Gewebe (6) ausgestattet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Teile (1c) des Kompensators (1), welche an bestimmten Stellen mit Gewebe (6) ausgestattet sind in den Einkerbungen (2b) in der Barriereschicht (2) einlaminiert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass die einlaminierten Teile (1c) mit dem Kompensator (1), vorzugsweise stoffschlüssig verbunden sind.