JP5227975B2 - タンク構造 - Google Patents

Description

本発明は、低温液化天然ガスを含む炭化水素等の流体を貯蔵及び輸送するためのタンクに関するものである。これは、船用のタンク、重力基盤構造物及び浮体海洋構造物用のタンク、並びに陸上設置用のタンクを含む。

（発明の背景）
タンクは、一般的な球形、円筒形、円錐形、及び貝殻形はもちろん角柱の形状等の多くの異なる構成で設計することができる。角柱形状の主な利点は、互いに接近して嵌り合うことによって、このようなタンクに占有される体積を最小限に抑えられることである。単純な角柱形タンクは、強度の動員のために曲げ作用に依存するので、構造的に極めて非効率的である。貝殻形は、その貝殻形の面内における直接引張を通して強度を増強する。これは、材料の量を同じままで強度をより大きく増強する働きをする。

より効率的な角柱形状設計は、内部支え（引張梁）を組み入れることである。内部荷重又は内部圧力を抑制する主要手段として引っ張りを増強することによって、このような旧来の角柱タンクは、構造的効率性において貝殻形状に匹敵できるようになる。ＷＯ２００６／００１７１１Ａ２は、このようなタンクを開示しており、参照によって本明細書に組み込まれるものとする。この公報は、請求項１の前文の基礎にもなる。

降伏を抑制するのに十分な強度を有するほかに、タンク構造は、疲労の結果としての亀裂伝播を阻止できるようにも設計しなければならない。このような構造の主な懸念は、亀裂伝播が非常に遅く進む又はひいては止めることができる母材の場所ではなく溶接の場所における亀裂伝播である。

（発明の目的）
本発明の目的は、二重障壁タンクをそれら２つの障壁間の全ての接続が局部的応力集中部をともなわない母材であるように設計し、一方の液体障壁から他方の液体障壁へと疲労亀裂が伝播しないように保証することである。

（発明の概要）
本発明の目的は、独立請求項１に定められた角柱タンクによって達成される。従属クレームには、タンクの有利な実施形態が定められている。

一連の梁セクションを継ぎ合わせてタンク壁を形成するための、より一般的な手法は、フランジ内の軸応力がゼロで尚且つせん断荷重が低いところである変曲点近くの梁間に、継ぎ部を設けることである。しかしながら、本発明では、梁セクション間の継ぎ部を内部支えの接続点に設けている。梁の継ぎ部では、梁のフランジのみが互いに接続され、ウェブは接続されない。その代わり、ウェブは滑らかな曲線状に凹んでおり、これにより、凹んだウェブの端面が丸い輪郭の開口を形成している。したがって、ウェブの端面間に溶接又はその他の接続はなく、疲労亀裂伝播を起こしやすい応力集中や大きな変化が回避される。開口に起因するせん断強度の低下は、概してウェブの面内においてタンクの内壁にあてがわれる補強ブラケットによって打ち消すことができる。これらのブラケットは、タンクの内部支えを二重壁に取り付けられるように、適切に作成することができる。

添付の図面に概略的に示されている例示的な実施形態を参照にして、本発明の更なる詳細が以下で説明される。

二重壁角柱タンクを、屋根を取り除いて示した平面図である。 図１の線II-IIに沿った断面の図である。 図１のIIIで示される部分の詳細な拡大図である。 図３の線IV-IVに沿った断面の拡大図である。 継ぎ合わされて図２の左下角に示されるような接続ピースになる前の、２つの梁セクションの端面図である。 継ぎ合わされた図５の梁セクションの端面図である。 タンクの壁とその屋根との間の角を形成する際の図６の接続ピースを概略的に示した図である。 タンクの２つの壁の間の角がどのように形成されえるかを概略的に示した図である。

（図面の詳細な説明）
図１は、外壁１と、内壁２と、タンクの対向壁同士を接続する内部支え３とを有する二重閉じ込めの平面図である。タンク壁は、Ｈ型の断面を有する水平梁セクション４を溶接して合わせることによって確立され、これらの梁セクション４は、互いに積み重ねられるとともに、隣り合う長手縁に沿って継ぎ合わされ、図１の５で示されるように、端面において他の梁セクション４又は接続ピースの端面に当接する。支え３は、継ぎ部５の場所において、対応する壁にブラケット６によって接続される。支え３は、タンク内に含まれる流体からの内部圧力を受ける際のタンク壁の膨張を大幅に低減させることがわかる。また、支えは、実際は、穴の開いた「隔壁」を形成しており、タンクが旅程上で縦横に揺れる船の積荷タンクである際のスロッシングとして知られる荷動きを低減させる。

図２は、図１のタンクの底及び側壁の一部を切り取った断面を示している。図２は、Ｈ型の梁セクション４がどのように互いに積み重ねられ、それらの平行フランジ７，８がどのように二重壁タンクの外壁１及び内壁２を形成するかを示している。梁セクションのフランジ７，８は、図４に更に明確に示されるように、水平ウェブ９によって継ぎ合わされる。支え３を内壁２に接続するブラケット６は、タンクの内側にウェブの延長を形成できるように、ウェブ９と一直線に揃えられ、それぞれの支え３からの引張荷重を、このような荷重を最もよく処理できる梁セクション４の領域に伝達する。

図３は、図１において丸で取り囲まれIIIを付された領域を拡大して示している。この平面図は、溶接１０によって外側フランジ７及び内側フランジ８において溶接され合わされた２つの梁セクション４を示している。この領域では、梁セクションのウェブ９は、滑らかで丸い輪郭を有する第１の開口１１を形成できるように凹んでいる。したがって、この継ぎ部５領域には、フランジ７，８間に伸びる溶接が存在しない。

図３は、また、梁セクション４に長手リブ１２が提供されることも示している。リブ１２は、図４で更によくわかるように、ウェブ９の延長として内側フランジ８上に位置付けられる。板６は、１３においてリブ１２に溶接され、継ぎ部５の領域の両側において十分な距離を滑らかに先細る形で伸びる。ブラケット６は、したがって、継ぎ部５領域におけるウェブ９の不連続性が継ぎ部の強度を損わないことを保証する。ブラケット６の形状は、また、支え３から繰返し荷重が伝達される際に、その自由縁において亀裂が生じないことも保証する。また、内側溶接１０の領域における亀裂の形成及び伝播を回避するために、この溶接に隣接してリブ１２及びブラケット６の中に第２の開口１４が作成される。

ブラケット６は、支え３を取り付けられる前に、リブ１２に溶接されることが好ましい。更に、もし製造の観点から好都合であれば、ブラケット６は、２つの対称パーツに分けられてよく、各対称パーツは、梁セクションが継ぎ部５で継ぎ合わされる前にそれぞれの
梁セクション４に溶接され、そのあとすぐ、支え３に取り付けられる前に互いに溶接され合わされる。支えは、例えば支えのウェブ１５の両側において、手段（不図示）によってブラケット６に取り付けられてよい。これにより、支え３とブラケット６との間の力が、主に、ブラケット６と支え３のそれぞれのフランジ１６との間の接触領域に形成される摩擦力として取り込まれることになる（図２は、支え３がＩ型の梁であることを示している）。

図３の線IV-IVに沿った拡大断面が、図４に示されている。この図は、図２に示されたタンクの左上角の拡大としても捉えることができる。

図は、２つの梁セクション４が、外側フランジ７及び内側フランジ８の隣り合う長手縁に沿って溶接１７によって継ぎ合わされることを示している。フランジ７，８間に伸びるウェブ９も、ウェブ内に形成される開口１１も認められる。内側フランジ８の内側には、対応するウェブ９の延長としてのリブ１２も、リブ１２と対応するブラケット６との間の溶接１３も見受けられる。更に、第２の開口１４も示されている。

図４は、更に、ボルトによって２つのブラケット６間に固定される支え３の端も示している。ここでは、ボルトは、その中心線のみで示されている。なお、支え３は、内側フランジ８からリブ１２の幅のおよそ５倍の距離で終結し、第２の開口１４の半径は、リブの幅におよそ等しい。したがって、この開口１４は、溶接１３内における応力集中も回避する。

図４は、高さおよそ３０メートルの実際のＬＮＧ船タンクをもとにして各種の構成パーツの相対寸法を示している。梁セクション４及び支え３の両者のフランジ、ウェブ、及びリブの厚さは１０〜１２ｍｍであり、フランジ７，８の幅は４００ｍｍであり、フランジ間の差し渡しは２７０ｍｍである。ウェブは、フランジ７，８の縁間に偏心的に位置付けられ、ウェブ９から、最も近いフランジ縁までの短い方の距離は、他方のフランジ縁までの長い方の距離のおよそ半分である。これは、積荷からの静水圧を受ける際の内壁２内の変曲点の近くに溶接１７を設けることになる。この観点からすると、フランジの偏心性は、更に大きくてもよいが、ウェブ９と溶接１７との間の短い方の距離は、ここでは、摩擦撹拌溶接によって形成されることが好ましい溶接１７を実施するのに十分な余地を提供するように、このように選択されている。

本発明の目的にしたがうと、タンクの角における応力集中及び疲労亀裂伝播を回避することも重要である。したがって、梁セクションのフランジ及びウェブが溶接され合わされる単純な合掌形の継ぎ部は十分でないと考えられる。ゆえに、本発明は、このような目的のために、特別な接続ピース、即ち梁を提案する。図５は、溶接され合わされて図６に示されるつなぎピース１９になる前の、対称配置に置かれた２つの同一の梁セクション１８を示している。パーツ１８は、押し出しアルミニウム材料で作成される。梁１９を直接押し出すのではなく、このような２つの梁を溶接して合わせる理由は、中空部分２０（ここでは直角三角形の形をしている）を有する梁を押し出すことが非常に難しいからである。三角形部分２０の短い辺からは、平行な脚２１，２２が伸びており、これらの脚間の間隔は、梁セクション４のウェブ９の幅に等しい。

図７は、つなぎピース１９がタンクの側壁と屋根２３との間の角にどのように入るかを示している。ここで、屋根は、タンクの壁の梁セクション４と同一の梁セクションによって作成される。ウェブ９は、やはり、溶接領域と反対向きに凹んでいる。

図８は、角に対する更に単純な解決策を提案している。これは、タンクの側壁間の縦の角に特に適している。これは、基本的には合掌形の継ぎ部であるが、梁セクション４のウ
ェブ９は、梁間の他の継ぎ部と同様に凹んでおり、このような凹みによって生じる弱体化は、継ぎ合わされるフランジ７，８の端面間に平板２４を設けることによって打ち消される。

本発明は、図面に示されるとともに上述されている例示的な実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲内で修正及び変更が可能であることを理解される。したがって、溶接やボルト締め以外の、例えば糊付けやリベット打ち等のその他のタンク要素継ぎ合わせ手段が用いられてもよい。更に、僅かな寸法差又は継ぎ合わされる梁セクションの端面の僅かな反りに起因する悪影響を減らすために、それらの端面間に、例えばＩ型梁セクションの形態をとるつなぎピースが挿入されてよい。このような場合は、Ｉ型梁セクションの両側において、第２の開口が溶接領域に導入されることが望ましい。

Claims (12)

1. 角柱タンクであって、外壁及び内壁（１，２）と、前記タンクに含まれる流体によって前記壁に及ぼされる力を抑制する内部水平支え（３）とを有し、前記壁（１，２）は、ウェブ（９）によって相互に接続される２つの平行フランジ（７，８）を有する水平梁セクション（４）で構成され、前記梁セクション（４）は、互いに積み重ねられ、前記フランジ（７，８）の隣り合う長手縁に沿って継ぎ合わされ、端面において他の梁セクション（４）又は接続ピース（１９，２４）の端面に当接し、
   他の梁セクション（４）又は接続ピース（１９，２４）に当接する梁セクション（４）のウェブ（９）の端面は、前記端面と前記当接先の梁セクション（４）又は接続ピース（１９，２４）との間に第１の開口（１１）を空けるように凹んでいることを特徴とするタンク。
2. 請求項１に記載のタンクであって、
   前記第１の開口（１１）は、丸い輪郭を有する、タンク。
3. 請求項１又は２に記載のタンクであって、
   少なくとも複数の前記支え（３）は、当接する梁セクション（４）間の継ぎ部（５）の場所で、前記継ぎ部（５）の両側に伸びる少なくとも１つのブラケットによって前記対応する内壁（２）に接続される、タンク。
4. 請求項３に記載のタンクであって、
   前記継ぎ部（５）に隣接して前記ブラケット（６）内に第２の開口（１４）が形成される、タンク。
5. 請求項４に記載のタンクであって、
   前記梁セクション（４）の少なくとも一部は、それらのウェブ（９）の外部延長として構成されるリブ（１２）を有し、前記ブラケット（６）は、前記リブ（１２）及び前記リブ（１２）内に伸びる前記第２の開口（１４）に接続される、タンク。
6. 請求項３，４，又は５に記載のタンクであって、
   前記支え（３）は、前記内壁（２）から一定の距離で前記少なくとも１つのブラケット
   （６）に接続され、該接続は、好ましくはプリストレストボルト（１６）を含む、タンク。
7. 請求項１，２，又は３に記載のタンクであって、
   前記梁セクション（４）の少なくとも一部のウェブ（９）は、前記梁セクションの前記フランジ（７，８）の長手縁に対して偏心的に位置付けられる、タンク。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載のタンクであって、
   Ｉ型の梁セクションが、継ぎ合わされる梁セクション（４）の端面間の接続ピースを形成する、タンク。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載のタンクであって、
   前記タンクの角は、接続される梁セクション（４）のウェブ（９）が不連続性を有することを許容しつつ力及び曲げモーメントを伝達する接続ピース（１９，２４）を含む、タンク。
10. 請求項９に記載のタンクであって、
    前記接続ピース（１９）は、直角三角形のような形状の中空部分（２０）と、前記三角形の短い辺の端から垂直に伸びる平行な脚（２１，２２）とを含む、タンク。
11. 請求項１０に記載のタンクであって、
    前記接続ピース（１９）は、前記三角形の頂点及び底辺中央において溶接され合わされる２つの対称パーツ（１８）によって形成される、タンク。
12. 請求項９に記載のタンクであって、
    梁セクション（４）は、合掌形継ぎ部の角において継ぎ合わされ、前記接続ピースは、前記梁セクション（４）のフランジ（７，８）を溶接される平板（２４）であり、前記梁セクション（４）の前記ウェブ（９）は、前記平板（２４）と反対向きに凹んでいる、タンク。

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