DE2347288C3 - Membrantank für Flüssiggas - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen in einer Stützschale aus Isoliermaterial angeordneten Membrantank für Flüssiggas, mit ebenen Wänden und komex-zylindrischen Kanteribereichen zwischen einander anschließenden Wänden sowie konvex-kugeligen Eckenbereichen, wobei der Membrantank bei Raumtemperatur mit Vorspannung eingebaut ist und dabei die freien Abmessungen des Membrantanks in den Wandbereichen bei Raumtemperatur größer sind als diejenigen der Stützschale, so daß Materialspannungen bei der Füllung mit Flüssiggas tiefer Temperatur abgebaut werden.

Die herkömmlichen Speichertanks für Flüssiggas werden im allgemeinen in zwei verschiedenen grundsätzlichen Bauarten hergestellt, nämlich in der selbsttragenden Bauart und in der Membranbauart. Bei der selbsttragenden Bauart von Speichertanks ist die Tankschale so ausgelegt, daß sie sowohl dem vorherr sehenden Hydraulikdruck ais auch dem Gasdruck standhält, die durch das gespeicherte Flüssiggas erzeugt werden. Das bedingt, daß die Tankschale in ihrer Gestaltung relativ kompliziert ist, große Mengen sehr teuren Werkstoffs benötigt und in erheblichem Umfange Schweißarbeiten voraussetzt. Hinzu kommt, daß die für Tanks dieser Art geeigneten Werkstoffe sehr schwierig zu schweißen sind, so daß die Schweißarbeiten sehr teuer werden.

Bei der Membranbauart der Speichertanks wird der Hydraulikdruck sowie der Gasdruck durch eine Stützschalenkonstruktion aufgefangen, die mit Isoliermaterial ausgekleidet ist. Daraus folgt, daß die Konstruktion des Tanks relativ schwach und einfach, d. h. die Tankwände dünn sein können. Die Herstellungskosten sind niedrig, da nur wenig teurer Werkstoff benötigt wird und Schweißarbeiten nur in geringem Umfange nötig sind.

Aus der DT-OS 18 15 242 ist es bekannt, einen Membrantank größer zu bemessen als die Stützschale, und zwar speziell derart, daß die Materialspannungen im Füllzustand abgebaut werden. Jedoch handelt es sich um einen Membrantank zylindrischer Bauart, bei dem ein kontrolliertes Ausbeulen in Form von Wellungen des Tanks auftritt, das durch eine entsprechende gewellte Formgebung von vornherein hervorgerufen wird. Dies hat den Nachteil, daß im Bereich derartiger Ausbeulungen, insbesondere in den Obergangsbereichen vom zylindrischen Mantel zu den ebenen Boden- und Deckenflächen, erhebliche Biegespannungen auftreten, so daß diese Bereiche durch Spannungsspitzen zerstört werden können.

Aus der DT-OS 21 12 007 ist ein in einer Stützschale aus Isoliermaterial angeordneter Membrantank für Flüssiggas der eingangs bezeichneten Gattung mit ebenen Wänden und konvex-zylindrischen Kantenbereichen zwischen einander anschließenden Wänden sowie konvex-kugeligen Eckenbereichen bekannt Auch bei normaler Temperatur und nicht gefülltem Zustand wird dieser Membrantank in seiner konstruierten Gestaltung gehalten, und zwar durch eine aufgebrachte Vorspannung. Danach sind bei diesem bekannten Membrantank die freien Abmessungen in den Wandbereichen bei Raumtemperatur an sich größer als diejenigen der Stüizscbale. so daß die Material-Spannungen im Füllzustand abgebaut werden. Dabei sind die kugelförmigen Eckenbereiche offensichtlich mit dem gleichen Radius wie die Kantenbereiche geometrisch fugenI'.". eingepaßt. Dadurch entsteht bei dem Einbau des Membrantanks in die .Stützschale bei Raumtemperatur der Nachteil, daß durch die allseitige Kompression des Me-nb'-antanks erhebliche und insbesondere unübersichtliche Spannungen gerade in die Eckenbereiche eingeführt werden, die unter komplizierten, dreidimensionalen Spannungszustand stehen. Dadurch können in den Eckenbereichen insbesondere in der Verlängerung der Kantenachsen scharfe Ausbiegungen mit lokalen Biegespannungsspitzen entstehen, welche die Festigkeit des Werkstoffs überschreiten komm,

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Membrantank der aus der DT-OS 21 12 007 bekannten Gattung /u schaffen, dessen Eckenbereiche von schädlichen Spannungsspitzen freigehalten sind.

Nach dem Kennzeichen des Patentanspruchs wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Radius der Eckenbertiche kleiner ist als der Radius der Kantenbereiche und daß die anschließenden ΐΊ.κ hen Wandbereiche und die kugelförmigen Eckenbereiche miteinander durch einen einer konischen oder zylindrischen Hache ähnlichen Anschlußbereich verbunden iind.

Dadurch wird erreicht, daß die Anschlußbereiche gewissermaßen als Spannungspuffer zwischen den Eckenbereichen und den restlichen Wandbereichen des Tanks, insbesondere auch den Kantenbereichen wirken, da sie Spannungen durch zulässige Verformungen abbauen können. Die aufgebrachten Kräfte wirken somit lediglich auf die zylindrischen Kartenbereiche, während die Eckenbereiche des Membrantanks im wesentlichen kräftefrei bleiben, wenn der Tank beim Einbau unter Raumtemperatur verformt wird. Überdies ist auch eine geringe Vorspannkraft beim Einbau erforderlich, da im wesentlichen nur die Kantenbereiche und die leichter verformbaren Anschlußbereiche verformt werden müssen, ohne daß die auftretenden Verformungskräfte einen hohen dreidimensionalen Spannungszustand in den konvex-kugeligen Eckenbereichen erzeugen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Tanks,

F i g. 2 eine Teildarstellung des Tanks gemäß F i g. 1 in vergrößertem Maßstab, aus der die Ausgestaltung des

kugelförmigen Eckenbereichs und eines zylindrischen £ nschlußbereichs, der im wesentlichen die Form eines Dreiecks besitzt, hervorgeht und

Fig.3 einen Schnitt längs der Linie VlIl-VIII in Fig. 1.

Die Fig. I bis 3 zeigen eine Ausführungsform der Erfindung. Bei einem erfindungsgemäßen Membrantank wird keine Zwangskraft auf den Eckenbereich ausgeübt, um diesen zu verformen, wenn der Membrantank in die Stützschale eingebaut wird. Ein konvexer zylindrischer Kantenbereich Y, in dem sich anschließende ebene Wandbereiche X treffen, besitzt einen Radius Rj und ein konvexer kugelförmiger Eckenbereich O einen Radius R\, der k'einer als /?2 ist. Der anschließende ebene Wandbereich X, die zylindrischen Kantenbereiche Y15 und der kugelförmige Eckenbereich O sind miteinander durch einen dreieckförmigen Anschlußbereich P verbunden. Die Außenabmessungen 5 (BeranJungen) des ebenen Wandbereichs X bind bei Raumtemperatur größer als der Radius des kugelförmigen Eckenbereichs O und zwar um den Betrag ö. Die Größe \on 0 wird in Abhängigkeit von den Gesamtabmcssungen und dem Material des Membrantank^ 7 festgelegt. Wenn sich beispielsweise der Membrantank T um den Wert ό, bei der Temperatur der darin gespeicherten Flüssigkeit zusammenzieht, dann wird rt so gewählt, daß es> gleich Λ, ist, um auf diese Weise im wesentlichen die Biegespannung im zylindrischen Kantenbereich Y zu eliminieren Der Abstand 1 zwischen dem Eckenscheitelpunkt 7 des Anschlußbereichs P auf der Seite des kugelförmigen Eckenbereichs O und der Ecke 8 auf der Seite des flachen Wandbereichs X wird zu / = V₂ /?i festgelegt, um die Herstellung zu erleichtern. Der Anschlußbereich P besitzt eine Fläche, die weitgehend einer konischen Fläche ähnelt und sich somit leicht abwickeln läßt. Sie verursacht folglich keine merklichen oder unzudurchlässigen Spannungen.

Wenn die Vorspann- oder Zwangskraft auf den Membrantank Taufgeprägt wird, so daß seine äußeren Abmessungen 5 auf die gestrichelt eingezeichnete Begrenzung 6 in Fig.3 verringert werden, was beim Einbau des Membrantanks in die Stüi^schale erfolgt, dann läßt sich der Membrantank von seinen äußeren Grenzen her leicht verformen, selbst wenp die Kraft nicht direkt auf Jen kugelförmigen Eckenbereich O ^j ausgeübt wird. Beim Einwirken der Kräfte auf den Membrantank 7"werden die zylindrischen Kantenbereiche V verformt, jedoch wird keine Kraft auf den kugelförmigen Eckenbereich O übertragen, da die Verformung durch die Anschlußbereiche P geschluckt wird. Mit anderen Worten, auf den kugelförmigen Eckenbereich braucht beim Einbau des Membrantanks Γ in die Stützschale oder deren Isoliermaterial keine Kraft ausgeübt zu werden. In dem Membrantank 7~wird nach dessen Einbau in die Stützschaie somit selbst bei Raumtemperatur keine hohe Biegespannung erzeugt. Wird er auf die Temperatur der darin gespeicherten Tieftsmperatur-Flüssigkeit abgekühlt, dann zieht er sich soweit zusammen, so daß praktisch keine Biegespannung erzeugt wird und er nur der Membranspannung unterliegt.

Das Isoliermaterial kleidet die Innenfläche der Stützschale so aus, daß an jeder Ecke oder Kante ein Raum entsteht. Dies bedeutet, daß die Kantenbereiche des Membrantanks sich frei in die in den Ecken oder Kanten gebildeten Räume verformen können.

Der erfindungsgemäße Membrantank weist eine Reihe wesentlicher Vorteile auf:

In dem eingebauten Membrantank entstehen praktisch keine Biegespannungen, der Membrantank unterliegt vielmehr lediglich der Membranspannung. Dadurch kann die Wandstärke des Membrantanks beträchtlich reduziert werden und Beschädigungen des Membrantanks werden vermieden. Der Membrantank besitzt bei einfacher Herstellungsweise unter niedrigen Kosten trotzdem eine ausreichende Festigkeit.

Da an jeder Ecke oder Kante der Isolierschicht, die die Innenwände der Stützschale auskleidet, freie Räume vorgesehen werden, können die nach außen erfolgenden Verformungen der zylindrischen Kantenbereiche des Membrantanks hei dessen Einbau in die Stützschale zugelassen werden. Darüber hinaus kann der Radius der zylindrischen Kantenbereiche reduziert werden.

Die durch die obige Maßnahme geschaffenen freien Räume können zur Aufnahme des Rohrleitungssystems herangezogen werden, das dem Membrantank zugeordnet ist und somit zu Wartungs- und Inspektionszwecken leicht zugänglich ist.

Die thermische Kontraktion des Membrantank*, wird durch die Anschlußbereiche mit konischer Fläche geschluckt, so daß die aufgebrachten Kräfte lediglich auf die zylindrischen Kantenbereiche wirken, die kugelförmigen Eckenbereiche des Membrantanks dagegen kräftefrei bleiben, wenn der Tank in seinen Außenabmessungen verringert werden muß, um in die Stützschale eingebaut werden zu können. Selbst wenn hierbei die Vorspannkraft aufgebracht wird, besteht bezüglich der Festigkeit des Membrantanks kein Problem, und es wird eine geringere Vorspannkraft erforderlich. Auch diese Ausführungsform des Membrantanks kann auf Grund der kugelförmigen Eckenbereiche auf einfache Weise bei niedrigen Kosten hergestellt werden.

Die Kontraktion der zylindrischen Kantenbereiche kann in die freien Ecken oder Räume an den Kanten der Isolierschicht erfolgen und der Einbau des Membrantanks in die Isolierschicht wird dadurch sehr erleichtert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   In einer Stützschale aus Isoliermaterial angeordneter Membrantank für Flüssiggas, mit ebenen Wänden und konvex-zylindrischen Kantenbereichen zwischen einander anschließenden Wänden sowie konvex-kugeligen Eckenbereichen, wobei der Membrantank bei Raumtemperatur mit Vorspannung eingebaut ist und dabei die freien Abmessungen des Membrantanks in den Wandbereichen bei Raumtemperatur größer sind als diejenigen der Stützschale, so daß Materialspannungen bei der Füllung mit Flüssiggas tiefer Temperatur abgebaut werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius (R\) der Eckenbereiche (O) kleiner ist als der Radius (R₂) air Kantenbereiche (Y) und daß die anschließenden flachen Wandbereiche (X) und die kugelförmigen Eckenbereiche miteinander durch einen einer konischen oder zylindrischen Fläche ähnlichen Ansthlußbereich (/^verbunden sind.