DK149405B

DK149405B - Baerekonstruktion til store, generelt cylindriske, vandrette tanke i skibe

Info

Publication number: DK149405B
Application number: DK494679AA
Authority: DK
Inventors: Harald Aarseth
Original assignee: East West Marine
Priority date: 1978-11-24
Filing date: 1979-11-21
Publication date: 1986-06-02
Also published as: US4345861A; FI793692A; JPS6238198B2; FI67519C; FR2442178A1; NO146351C; SE7909511L; FR2442178B3; JPS55106882A; NO146351B; DK494679A; NO783969L; FI67519B; GB2036280B; SE440741B; DE2946771A1; GB2036280A

Description

149405

Opfindelsen vedrører en bærekonstruktion for generelt cylindriske, vandrette tanke atibord på skibe, fortrinsvis til transport af flydende gas ved lav temperatur, og omfattende et antal støtteorganer, der hver omfatter en tankdel, 5 som er fast svejst til tanken og en skrogdel, som er forbundet med skibets skrog, hvorhos der mellem tankdel og skrogdel er anbragt termisk isolation.

På grund af tidligere, ikke meget tilfredsstillende løsninger ved understøtning af store cylin-10 driske tanke, f.eks. til transport af LNG, har cylindriske tanke ikke været meget brugt til store skibe, uanset at cylindriske tanke såvel fra et produktionssynspunkt som fra et installationssynspunkt er at foretrække f.eks. frem for sfæriske tanke, der hidtil har været den dominerende 15 type af selvstændige tanke til transport af LNG.

Cylindriske tanke har hidtil været brugt til skibe op til omkring 15000 m3 samlet lasttankvolu-men, medens skibe med sfæriske tanke til transport af LNG har været bygget på op til 130000 m3 samlet 20 lasttankvolumen.

Til understøtning af cylindriske tanke i mindre , eksisterende skibe har det været kendt at anvende sadelunderstøtninger, men tu store og meget store tanke har dette system iøjnefaldende svagheder, så-25 som: - Kompliceret kraftoverføring mellem fundament og lasttank. Der vil navnlig opstå store lokale bøjningsmomenter i tankskallen ved understøtningernes kanter, hvilket nødvendiggør stor skaltykkelse.

30 - Understøtningsfladen mellem tanken og funda mentet kan ikke beregnes med nogen stor nøjagtighed for alle mulige betingelser og repræsenterer derfor en usikker risiko for lokal overbelastning, og der kan opstå revner i tankmaterialet, hvilket således vil være 35 i modstrid med de strenge krav til nøjagtig beregning 2

U340S

af spændinger og træthedsforhold i tankmaterialet, som kræves af klassifikationsselskaberne.

Med opfindelsen tilsigtes det at tilvejebringe en bærekonstruktion af den omtalte type, som ikke 5 har de ovenfor nævnte ulemper og mangler, og som yderligere kan muliggøre anvendelsen af cylindriske tanke i skibe med et samlet lasttankvolumen af størrelsesordenen 200000-400000 m3.

Endvidere er det formålet med opfindelsen at 10 tilvejebringe en bærekonstruktion, der er således indrettet, at den er statisk bestemt, hvorved:

Fastgørelsesmomenter på grund af udbøjning af skroget, f.eks. i svær sø, vil ikke blive overført til tankene, og der vil endvidere ikke opstå bøjning 15 af tanken selv, hver af de fire understøtninger er ifølge opfindelsen forudbestemt til at optage en eller flere af de forekommende vandrette og lodrette kraftkomponenter og hindre bevægelse af tanken i forhold til 20 vedkommende kraftretning, med systemet er det muligt at absorbere relative varmemæssigt betingede bevægelser såvel af rotationsmæssig som af lineær karakter uden indførelse af fastgørelsesmomenter i understøtningerne, 25 systemet giver god varmeisolation mellem tanken og det omgivende skrog, og systemet hindrer tanken i at løftes, hvis rummet omkring tankene skulle blive fyldt med vand.

Bærekonstruktionen ifølge opfindelsen er ejen-30 dommelig ved, at hver tank er udstyret med fire støtteorganer, at tre af støtteorganernes skrogdele har forskellig horisontal bevægelighed i forhold til skroget, 149405 3 mens det fjerde støtteorgan er fast, at hver tankdel er forbundet med den tilhørende skrogdel ved hjælp af et kugleled, og at den termiske isolation er anbragt mellem de dele af kugleleddet, der tilhører henholdsvis tankde-5 len og skrogdelen.

Ved understøtning af separate tanke til flydende gasser må visse klassiske tekniske problemer tages under overvejelse og løses, nemlig: 1. Tilstrækkelig mekanisk styrke i understøt- 10 ninger til overførelse af alle eksisterende statiske og dynamiske kræfter fra lasttankene til skrogkonstruktionen.

2. Mulighed for varmeudvidelse ved understøtningen på grund af stærkt varierende temperaturvaria- 15 tioner i materialet i lasttankene, medens de omgivende skrogmaterialer stort set har samme temperatur som omgivelsernes luft og vand.

3. Understøtningssystemet må tilvejebringe isolation mellem lasttanken og den hosliggende skrogkon- 20 struktion, eftersom skrogmaterialerne fortrinsvis skal dimensioneres til den lave temperatur af den transporterede last.

4. Mindst mulig kraftoverføring til lasttankene på grund af deformationer af skroget i svær sø.

25 Fuldstændig undgåelse af denne gensidige virk ning er kun mulig i et statisk bestemt understøtningssystem.

5. Et arrangement, der hindrer, at tanken bevæger sig frit, hvis rummet omkring tanken bliver 30 fyldt med vand.

Med opfindelsen tilvejebringes der en løsning af alle disse grundlæggende problemer på en ny og effektiv måde, og samtidig tilvejebringes der en simpel 149405 4 produktion og installation af tankene.

Opfindelsen forklares nærmere i det følgende under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 skematisk viser et lodret længdesnit og 5 et planbillede af et tankskib med cylindriske tanke, fig. 2 et vandret billede af en tank understøttet ifølge opfindelsen, fig. 3 i noget større skala et snit efter linien III-III i fig. 2, 10 fig. 4 i noget større skala et snit efter li nien IV-IV i fig. 2, fig. 5 i noget større skala et snit efter linien V-V i fig. 3, fig. 6 i noget større skala et snit efter li-15 nien VI-VI i fig. 3, fig. 7 et snit efter linien VII-VII i fig. 6, fig. 8 i større skala en del af venstre understøtning i fig. 3, fig. 9 et snit efter linien IX-IX i fig. 8, 20 fig. 10 en detalje af fig. 3 i større skala, fig. 11 en detalje i fig. 4 i større skala, og fig. 12 en detalje i fig. 4 i større skala.

Tankskibet i fig. 1 er forsynet med seks vandrette, cylindriske lasttanke 2. Fem af disse har 25 .den langsgående akse orienteret på tværs, medens den langsgående akse af den sjette er orienteret i længderetningen.

Som det fremgår af fig. 2, er hver tank understøttet på et system af fire understøtninger, som er 30 betegnet A, B, C og D, og som er anbragt to og to ved modstående ender af tanken. I den viste udførelsesform er understøtningerne anbragt således, at de tilvejebringer tekniske løsninger på de fem klassiske problemer, der er anført ovenfor, og som følge af dette har 35 hver understøtning sin bestemte funktion.

5 U9405

Den karakteristiske fordeling af egenskaberne ifølge opfindelsen er angivet i de følgende tabeller.

Tabel 1

Kraftoverføring 5 Reaktionskræfter Gensidig påvirk·

Under- Fyldning af ning mellem skrog støt- Lod- Tvær Langs- lastrum med og tank på grund al ning ret gående gående havvand skrogdeformation A + + + + - 10 B + + - + C + - + + D + - - +

Tabel 2

Varmeudvidelse og isolation 15 Understøt- Varmeudvidelse Varme- ning lineært rotation isolering A — + + B + + + C + + + 20 D + + +

Fri rotation eller udtrykt på en anden måde undgåelse af fastgørelsesmomenter ved understøtningerne opnås ifølge opfindelsen for alle forekommende lastmuligheder, nemlig: 25 - Ved en ændring i tankdiameteren på grund af ændringer i tankmaterialets temperatur.

- Ved statisk og dynamisk bøjningsbelastning af tanken på grund af dennes egenvægt.

Af disse to årsager vil tankdelen af understøt-30 ningsorganet dreje sig i den sfæriske forbindelse, medens skrogdelen af understøtningen ikke vil være påvirket.

149405 6 - Ved deformation af skrogbjælkerne, f.eks. i hård sø, vil skrogdelen af understøtningen dreje sig i de sfæriske forbindelser, medens tankdelen ikke vil blive påvirket.

5 Ved undgåelse af indvirkningen mellem skrog og tank, som beskrevet i det foregående, opnås følgende meget væsentlige fordele: - Mindre risiko for revnedannelse i tanken og de alvorlige konsekvenser dette kan have, idet det er 10 muligt at gennemføre simplere og sikrere spændings-og træthedsanalyser af tankmaterialet.

- Undgåelse af væsentlige lokale forstærkninger i tanken til kompensation for yderligere belastninger.

Som det fremgår af tabellerne tilvejebringer 15 alle støttepunkterne varmeisolation mellem tanken og skibet. Endvidere muliggør alle understøtningerne rotation af tanken i forhold til fastgørelsen af understøtningerne i skibet og omvendt.

Alle understøtningerne, undtagen A, muliggør 20 lineær varmeudvidelse, men på forskellig måde, som det angives med pile ved hver af disse i fig. 2. Understøtningen B vil således kun muliggøre udvidelse på tværs af længdeaksen 3 af tanken 2. Understøtningen C muliggør bevægelse parallelt med længdeaksen af 25 tanken, medens understøtningen D muliggør bevægelser såvel på tværs som på langs længdeaksen. Når lasttanken 2 trækker sig sammen og udvider sig under afkøling, henholdsvis opvarmning, styres tanken således, at dens langsgående akse 3 udsættes for paral-30 lel forskydning, medens understøtningen A forbliver i hvile.

Alle understøtningerne kan optage lodrette kræfter.

Som det bedst fremgår af fig. 3 og 5, er tanken 35 2 forstærket ved understøtningerne ved hjælp 149405 7 af et system af ringfligplader 4 med en flangeplade 5. De rum, der således dannes, kan med fordel anvendes til at udlægge ledninger 7 for produktet, elektriske kraftledninger, skyllegasledninger etc. og til adgang 5 til bunden af tanken fra en kuppel 7, f.eks. ved hjælp af en stige 8.

Dimensionerne af dette forstærkningssystem afhænger af de forekommende ydre kræfter og eventuelle bøjningsmomenter. Størrelsen af sådanne bøjningsmo-10 menter, der bevirkes af lodrette reaktionskræfter, vil afhænge af placeringen af understøtningerne i forhold til tankperiferien. Ifølge opfindelsen er understøtningerne placeret således, at retningen 9· for den lodrette kraft generelt tangerer neutralaksen 10 af 15 forstærkningssystemet. De forekommende ydre bøjningsmomenter på grund af lodrette kræfter vil derfor blive reduceret til et minimum.

Af hensyn til eventuel krængning og rulning af skibet er understøtningssystemet indrettet til at op-20 tage tværgående kræfter. Endvidere er det således indrettet, at reaktionskræfterne og momenterne, der overføres til tankkonstruktionen, giver de mindst mulige konsekvenser med hensyn til lokal forstærkning af tankstrukturen. Med understøtningerne place-25 ret som vist er de udvendige bøjningsmomenter, som tanken udsættes for, af begrænset størrelse. Som det fremgår af fig. 2 og den foregående tabel, er understøtningerne A og B i den viste udførelsesform i stand til at optage tværgående kræfter.

30 Eftersom understøtningen A ikke skal mulig gøre lineær varmeudvidelse, er evnen til at optage tværgående kræfter fra tanken opnået simpelthen ved at svejse skrogdelen af understøtningen direkte til skrogkonstruktionen. Understøtningen B må give 35 mulighed for langsgående varmeudvidelse. Som det frem- 149405 8 går af fig. 8 og 9, opnås dette ved hjælp af et slæde-system mellem skrogdelen af understøtningen og elementer, der danner naturlige dele af skroget, og svejste elementer, som hindrer tanken i at bevæge sig 5 i en uønsket retning.

For at formindske friktionskræfterne under glidningen kan der være et smøresystem i de glidende flader, eller der kan være indskudt indsatse af materialer med en lav friktionskoefficient. Det bemærkes, at sådanne 10 glidebevægelser vil foregå under afkøling af tanken,dvs. når tankene er praktisk talt tomme, så at de forekommende friktionskræfter vil have en relativ beskeden størrelse.

På grund af skibets bevægelse i søen og even-15 tuelle slag mod dokke eller lignende er tankene forankret således, at de kan optage langsgående dynamiske kræfter. Som det fremgår af fig. 2 og tabel 1, gennemføres denne opgave af understøtningerne A og C.

For understøtningen C, som det fremgår af 20 fig. 4 og 11, opnås dette på omtrent samme måde som for understøtningen C, bortset fra at elementerne 14 er drejet 90° i et vandret plan i forhold til stillingen, der er vist i fig. 8 og 9.

Understøtningen D er vist principielt i fig.

25 12, hvoraf det fremgår, at skrogdelen af denne un derstøtning kan glide frit i forhold til skrogkonstruktionen i begge vandrette retninger.

Fri rotation eller undgåelse af fastgørelsesmomenter ved alle understøtningerne er, som tidligere 30 nævnt, ifølge opfindelsen opnået ved indførelsen af en sfærisk forbindelse mellem skrogdelen og tankdelen ved hver understøtning.

Løsninger af disse konstruktionsdele er vist i fig. 6 og 7 og er identiske for alle understøtnin-• 35 gerne, samt er ejendommelige ved en sfærisk forbin- U 9405 9 delse bestående af to koncentriske, sfæriske skaller, der er adskilt fra hinanden ved hjælp af en isolerende indsats, og ved at centrum for de sfæriske skaller ligger på de lodrette tangenter til den neutrale akse 5 for forstærkningerne.

Den øverste, sfæriske skal er svejst til de udvendige plader af tanken, og sammen med disse danner de tankdelen af understøtningen. Materialet i hele tankdelen kan fortrinsvis være det samme som for 10 den øvrige del af tanken.

Af hensyn til installationen er den sfæriske skal 15 delt i to elementer langs et centralt plan 18, og disse dele er boltet sammen ved flangen 19.

Pladerne 16 ligger i samme plan som de førnævnte 15 fligplader 4 og tjener i hovedsagen til at overføre lodrette kræfter.

Pladerne 17 ligger i samme plan som forstærkningspladerne 20 og tjener i hovedsagen til at overføre kræfter, som er parallelle med 20 den langsgående akse af tanken 2.

Den anden sfæriske skal 21 har samme centrum som den første sfæriske skal 15. Den er svejst til et konsolsystem 11, der består af plader, der er svejst sammen, og som danner skrogdelen af understøt-25 ningen.

Mellem den ydre sfæriske skal 15 og den indre sfæriske skal 21 er der en varmeisolerende indsats 22, der således afgrænses af to koncentriske, sfæriske flader og har tilstrækkelig trykmodstandsevne til 30 at modstå alle forekommende kræfter. Af hensyn til installationen er denne indsats også delt langs midterplanet 18. PTFE kan f.eks. være et sådant varmeisolerende og trykmodstandsdygtigt materiale.

Mellem den sfæriske skal 15 og indsatsen 22 35 kan der være et tyndt lag af rustfrit stål til at for-

Claims

149405 mindske varmelækage gennem understøtningssystemet. Eftersom temperaturen i den indre sfæriske skal 21 og konsolsystemet 11 vil være meget højere end i tanken 2, kan materialet i skallen 21 og systemet 5 11 være af meget mindre duktil og derfor billigere kvalitet end tanken 2. Ved anvendelse af de sfæriske forbindelser som vist i fig. 6 og 7 og beskrevet ovenfor vil systemet også i tilstrækkelig grad være i stand til at 10 optage lodrette, opadrettede kræfter, og det vil derfor hindre løftning af tanken 2, hvis rummet omkring tanken skulle blive fyldt med havvand. Roterende bevægelser eller frie vinkelændringer ved understøtningerne optages som en glidende bevægelse 15 mellem den sfæriske skal 21 og indsatsen 22. Tanken 2 og elementerne 15, 16 og 17 vil være isoleret, medens konsolsystemet 11 og de indvendige sfæriske skaller 21 ikke vil være isoleret. På denne måde vil alle "kolde" flader have kontinuer-20 lig isolation, hvilket bevirker minimal varmelækage. De varmeisolerede understøtninger giver således ringe varmelækage fra skibet til tanken og medfører endvidere minimal anvendelse af kryogeniske materialer uden for selve tanken.

25 PATENTKRAV

1. Bærekonstruktion til store, generelt cylindriske, ‘liggende tanke (2) ombord i skibe (1) til transport af flydende gasser ved lav temperatur og omfattende et antal støtteorganer, der hver omfatter en tankdel, 30 som er fastsvejst til tanken (2) og en skrogdel, som er forbundet med skibets skrog, hvorhos der mellem tankdel og skrogdel er anbragt termisk isolation (22), k e n-detegnet ved, at hver tank (2) er udstyret med fire støtteorganer (A, B, C, D), at tre af støtteorga-35 nernes (B, D, D) skrogdele har forskellig horisontal be-