NO322241B1

NO322241B1 - Process for designing tank, tank and method for making it

Info

Publication number: NO322241B1
Application number: NO20023288A
Authority: NO
Inventors: Pal G Bergan; Henrik O Madsen
Original assignee: Det Norske Veritas As
Priority date: 2002-07-05
Filing date: 2002-07-05
Publication date: 2006-09-04
Also published as: NO20023288D0

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangmåte for utforming av en tank for lagring av fluid under trykk, tanken og fremgangsmåte for fremstilling av tanken. The invention relates to a method for designing a tank for storing fluid under pressure, the tank and a method for manufacturing the tank.

Det er for flere bruksområder et økende behov for en mulighet til å lagre og transportere trykksatte fluider, som industrigasser, naturgass, hydrogen og metan, så vel som andre fluider. There is, for several areas of use, a growing need for an opportunity to store and transport pressurized fluids, such as industrial gases, natural gas, hydrogen and methane, as well as other fluids.

Naturgass er en relativt ren hydrokarbonenergikilde med en økende etterspørsel og som i fremtiden vil utgjøre en større del av energiforsyningen. Før transport blir naturgass som oftest behandlet og renset. I forbindelse med lagring og transport kjøles den gjerne ned til flytende form, LNG. Dette krever spesialutstyr og er relativ energikrevende. Alternativet til nedkjøling av naturgassen er å trykksette den, komprimert naturgass, CNG. Trykksetting av naturgassen krever lite spesialutstyr, men for at oppbevaring av naturgass under trykk skal være effektiv og interessant må tanken hvor gassen skal oppbevares tåle meget stort trykk. Natural gas is a relatively clean hydrocarbon energy source with increasing demand and which in the future will form a larger part of the energy supply. Before transport, natural gas is usually treated and purified. In connection with storage and transport, it is often cooled to liquid form, LNG. This requires special equipment and is relatively energy-intensive. The alternative to cooling the natural gas is to pressurize it, compressed natural gas, CNG. Pressurizing the natural gas requires little special equipment, but for the storage of natural gas under pressure to be effective and interesting, the tank where the gas is to be stored must withstand very high pressure.

Det finnes også eksempler på mange andre gasser som det er interessant å lagre og transportere i meget store mengder. Eksempelvis er hydrogen en meget ren energibærer som blir stadig mer aktuell, for eksempelvis som drivstoff i biler og andre transportmidler, gjerne i tilknytning til bruk av brenselceller. I dette tilfellet er det et behov for en tank som tåler meget store trykk for å oppnå tilfredsstillende energitetthet. There are also examples of many other gases that are interesting to store and transport in very large quantities. For example, hydrogen is a very clean energy carrier that is becoming increasingly relevant, for example as fuel in cars and other means of transport, often in connection with the use of fuel cells. In this case, there is a need for a tank that can withstand very high pressures in order to achieve satisfactory energy density.

Også innen andre bruksområder vil en tank som tåler meget høye trykk være svært interessant. I forhold til nedkjøling av gass krever komprimering av gass generelt lite spesialutstyr og er mer miljø- og energieffektivt enn nedkjøling. Also in other areas of use, a tank that can withstand very high pressures will be very interesting. In relation to cooling gas, compression of gas generally requires little special equipment and is more environmentally and energy efficient than cooling.

En tank for høye trykk vil kunne kreve store materialmengder for å kunne motstå og holde det indre trykket i tanken. Materiale med høy styrke må anvendes, eksempelvis er kompositter et interessant materiale for slike tanker. A tank for high pressures may require large amounts of material to be able to withstand and maintain the internal pressure in the tank. Materials with high strength must be used, for example composites are an interesting material for such tanks.

Den mest effektive tankformen med tanke på bruk av materialmengde er kuleformen. Sylindriske tanker med sfæriske ender er også mye brukt, slike tanker kan være mer eller mindre gunstige sett i forhold til produksjonsaspekter, kostnader, sikkerhet, krav til plass osv. The most efficient tank shape in terms of the amount of material used is the spherical shape. Cylindrical tanks with spherical ends are also widely used, such tanks can be more or less favorable in terms of production aspects, costs, safety, space requirements, etc.

Ved tanker for høye trykk, er ofte materialtykkelsen begrensende for hvor store tanker som i praksis kan tilvirkes. Typisk løses dette med å sette opp et batteri av tanker ved siden av hverandre. Dette gir ved anlegg som trenger stor lagringskapasitet svært mange tankenheter og tilsvarende stort antall fyllings- og tømmeanordninger for tankene. For kule- og sylinderformede trykktanker oppnår man en relativt dårlig volumetrisk plassutnyttelse av lagringsområdet. Kjente løsninger for tanker for lagring av fluid under trykk er eksempelvis beskrevet i US 2,341,044, US 5,704,512 og US 5,944,215. In the case of tanks for high pressures, the material thickness is often limiting for how large tanks can be manufactured in practice. Typically, this is solved by setting up a battery of tanks next to each other. This results in plants that need a large storage capacity, a large number of tank units and a correspondingly large number of filling and emptying devices for the tanks. For spherical and cylindrical pressure tanks, relatively poor volumetric space utilization of the storage area is achieved. Known solutions for tanks for storing fluid under pressure are for example described in US 2,341,044, US 5,704,512 and US 5,944,215.

En hensikt med den foreliggende oppfinnelse er å tileiebringe en tank for lagring av fluid under høye trykk, som gir mulighet for stor lagringskapasitet og et fåtall fyllings- og tømmeanordninger. Det er også en hensikt med oppfinnelsen å tilveiebringe en tank som er mer effektiv i forhold til utnyttelse av tilgjengelig plass. Det er en ytterligere hensikt å tilveiebringe en tank som også gir mulighet for produksjon av svært store tanker ved at moduler eller seksjoner som produseres enkeltvis, settes sammen. Det er også mulig å lage slike tanker i andre materialer enn metall, eksempelvis kompositter eller kombinasjoner av metall og kompositter. Det er også en hensikt å tilveiebringe en fremgangsmåte for produksjon av tanken i henhold til oppfinnelsen. One purpose of the present invention is to provide a tank for storing fluid under high pressure, which allows for a large storage capacity and a small number of filling and emptying devices. It is also a purpose of the invention to provide a tank which is more efficient in relation to the utilization of available space. It is a further purpose to provide a tank which also enables the production of very large tanks by assembling modules or sections which are produced individually. It is also possible to make such tanks in materials other than metal, for example composites or combinations of metal and composites. It is also an aim to provide a method for producing the tank according to the invention.

Hensikten er oppnådd ved de trekk ved oppfinnelsen som er angitt i de etterfølgende krav. The purpose is achieved by the features of the invention which are stated in the subsequent claims.

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for utforming av en tank for lagring av fluid under trykk. Tanken omfatter endeavslutninger og en mellomliggende cellestruktur. Cellestnikturen har et sentralt plassert midtelement og omliggende celler, hvor cellenes hulrom forløper mellom endeavslutningene. Det er i tanken anordnet trykkujevning internt i cellestnikturen, slik at alle cellene alltid har hovedsakelig det samme indre trykk. Denne trykkutjevningen skjer primært gjennom forbindelsen med det sentrale midtelementet som er hult. Alternativt kan det også lages direkte forbindelse mellom tilstøtende celler gjennom åpninger i felles cellevegg eller endeavslutningene. Tanken omfatter også i det minste et system for fylling/tømming. The invention relates to a method for designing a tank for storing fluid under pressure. The tank comprises end closures and an intermediate cell structure. The cell structure has a centrally located middle element and surrounding cells, where the cells' cavities run between the end terminations. In the tank, pressure equalization is arranged internally in the cell structure, so that all cells always have substantially the same internal pressure. This pressure equalization occurs primarily through the connection with the central middle element, which is hollow. Alternatively, a direct connection can also be made between adjacent cells through openings in the common cell wall or the end caps. The tank also includes at least a system for filling/emptying.

Cellestrukturens omliggende celler med deres mellomliggende og ytre cellevegger tilveiebringes slik at den indre spenningstilstanden for celleveggene har en hovedsakelig ideell tilstand av membrankrefter. Dette blir for den foreliggende oppfinnelsen spesielt enkelt fordi cellene i cellestnikturen har en slik form at ringspenningen, og derved ringtøyningene, i den sylindriske delen av cellene, avslutningsveggene, blir konstant og nøyaktig den samme som i de konstante radielle spenningene, og derved de radielle tøyningene, i de rette radielle veggene. Denne konstante lineære forstørrelsen i avslutningsvegger såvel som i radielle vegger medfører at det ikke oppstår bøyemomenter og skjærkrefter i overgangssonen mellom avslutningsvegger og radielle vegger. I denne sammenhengen skal det forstås at hver enkelt av de radielle veggene enten består av en vegg som har dobbelt så stor veggtykkelse som avslutningsveggene eller at de er satt sammen av to veggtykkelser med hver samme tykkelse som avslutningsveggene. Det at det ikke oppstår vesentlige momenter og skjærkrefter innebærer at det selv om tanken er designet for meget store trykk, og derved har store veggtykkelser, vil materialutnyttelsen kunne bli optimal gjennom hele cellestnikturen. The surrounding cells of the cell structure with their intermediate and outer cell walls are provided so that the internal stress state of the cell walls has a substantially ideal state of membrane forces. This is particularly easy for the present invention because the cells in the cell structure have such a shape that the ring stress, and thereby the ring strains, in the cylindrical part of the cells, the end walls, is constant and exactly the same as in the constant radial stresses, and thereby the radial strains , in the straight radial walls. This constant linear enlargement in end walls as well as in radial walls means that no bending moments and shear forces occur in the transition zone between end walls and radial walls. In this context, it should be understood that each of the radial walls either consists of a wall that has twice the wall thickness as the end walls or that they are composed of two wall thicknesses each with the same thickness as the end walls. The fact that significant moments and shear forces do not occur means that even if the tank is designed for very high pressures, and thus has large wall thicknesses, the material utilization will be optimal throughout the entire cell structure.

De radielle veggene forankrer og overfører ringkreftene i de ytre avslutningsveggene til det sentrale midtelementet. Selve forankringen eller forbindelsen mellom radielle vegger og midtstykke må derfor være av en slik utforming at de foreliggende kreftene kan opptas. Selve festeanordningen kan være sveising, bolting, mekanisk låsing eller andre former for fagmessig utforming som samsvarer med geometriske forhold, materialvalg og andre relevante faktorer. The radial walls anchor and transfer the ring forces in the outer end walls to the central middle element. The anchorage itself or the connection between the radial walls and the middle piece must therefore be of such a design that the available forces can be absorbed. The fastening device itself can be welding, bolting, mechanical locking or other forms of professional design that correspond to geometric conditions, material selection and other relevant factors.

Midtelementet er i prinsippet et tykkvegget rør. Det vil i den vanligste utførelsen ha to funksjoner, nemlig som forankringselement for de radielle veggene og som et fylle- og tappeanordning for de omliggende cellene. Geometrisk og styrkemessig utførelse må derfor være i samsvar med disse funksjonene. The middle element is in principle a thick-walled tube. In the most common design, it will have two functions, namely as an anchoring element for the radial walls and as a filling and draining device for the surrounding cells. Geometrical and strength-wise execution must therefore be in accordance with these functions.

I henhold til oppfinnelsen omfatter en tank for lagring av fluid under trykk, endeavslutninger og en mellomliggende cellestruktur, hvor cellenes hulrom forløper mellom endeavslutningene. Det er trykkutjevning internt i cellestnikturen og i det minste et system for fylling/tømming av tanken. Tanken har et midtelement med n antall celler anordnet i en omkrets rundt midtelementet. Hver celle i cellestnikturen sett i tverrsnitt dannes av to vegger som strekker seg i radiell retning ut fra midtelementet, en ytre avslutningsvegg og veggflaten mot midtelementet, og hvor avslutningsveggen er sylinderformet og buet utover, slik at cellene i cellestnikturen til sammen danner en rosettform. Antall celler n det skal være i rosettformen kan varieres avhengig av bruksbetingelser for tanken. For at cellestnikturen skal utføre sin funksjon som trykktank for fluider må den utstyres med endeavslutninger, dvs. en bunn og et lokk hvis cellestnikturen står vertikalt, som kan tåle det indre trykket i alle cellene. Disse endeavslutningene kan enten utformes som separate endeavslutninger for hver enkelt celle, inklusive midtelementet, eller utformes som et felles lokk som kontinuerlig går over alle cellene. I begge tilfeller forutsettes det at celleveggene er forbundet til endeavslutningene på en måte som styrkemessig kan overføre trykkreftene som virker på endeflatene til de radielle veggene (dette blir strekk-krefter og spenninger perpendikulært til de radielle kreftene i de radieller veggene). According to the invention, a tank for storing fluid under pressure comprises end closures and an intermediate cell structure, where the cavities of the cells extend between the end closures. There is pressure equalization internal to the cell structure and at least a system for filling/emptying the tank. The tank has a central element with n number of cells arranged in a circumference around the central element. Each cell in the cell structure seen in cross-section is formed by two walls that extend in a radial direction from the middle element, an outer end wall and the wall surface towards the middle element, and where the end wall is cylindrical and curved outwards, so that the cells in the cell structure together form a rosette shape. The number of cells n that should be in the rosette shape can be varied depending on the conditions of use for the tank. In order for the cell mesh to perform its function as a pressure tank for fluids, it must be equipped with end caps, i.e. a bottom and a lid if the cell mesh is vertical, which can withstand the internal pressure in all the cells. These end caps can either be designed as separate end caps for each individual cell, including the middle element, or designed as a common lid that continuously goes over all the cells. In both cases, it is assumed that the cell walls are connected to the end terminations in a way that, in terms of strength, can transfer the compressive forces acting on the end surfaces to the radial walls (this becomes tensile forces and stresses perpendicular to the radial forces in the radial walls).

Endeavslutningene kan utformes på forskjellige måter hvorav to beskrives her Membranløsning The end caps can be designed in different ways, two of which are described here Membrane solution

Lokkløsning Lid solution

Membranløsningen baseres på at hver celle har en krum endeavslutning der formen på endeflaten for en celle er gitt ut ifra en perfekt membranform som spenner fra endeflaten for de krumme og rette sideveggene. Denne perfekte membranformen fremkommer ved at man tenker seg en initielt flat, tynn, elastisk membran festet til endekantene som deretter tenkes "blåst opp" med et indre trykk til at den får en hensiktsmessig pilhøyde (pilhøyden er den største avstanden mellom initielt plan og deformert membran) og form. Membrankreftene vil da være bestemt ut ifra indre trykk og membrankrumning. Denne utledede membranformen brukes så som utgangsform for å lage et krumt skall som festes til endekantene til cellene. The membrane solution is based on the fact that each cell has a curved end, where the shape of the end surface for a cell is given from a perfect membrane shape that spans from the end surface for the curved and straight side walls. This perfect membrane shape is obtained by imagining an initially flat, thin, elastic membrane attached to the end edges which is then "inflated" with an internal pressure until it has an appropriate arrow height (the arrow height is the greatest distance between the initial plane and the deformed membrane ) and shape. The membrane forces will then be determined based on internal pressure and membrane curvature. This derived membrane shape is then used as a starting shape to create a curved shell that attaches to the end edges of the cells.

I praksis må membranformen bestemmes matematisk. Dette kan gjøres ved å løse analytisk og/eller numerisk den matematiske differensialligningen som gjelder for store deformasjoner av membraner. En annen måte er å finne den matematiske formen ved bruk av en ikke-lineær elementmetodeformulering med membranelementer og store forskyvninger. Også denne løsningsmetoden for å finne en perfekt membranform starter med en initielt flat membran som "blåses opp" ved gradvis å påføre et indre trykk til membranen får en hensiktsmessig pilhøyde og form. Det virkelige skallet utformes i samsvar med den forutbestemte membranformen. Tykkelsen dimensjoneres på basis av de samsvarende membrankrefter og best mulig samsvar med deformasjonene i celleveggene. Denne metoden kan kombineres med såkalt matematisk optimalisering for å oppnå den best mulige geometri fra et design og produksjonsmessig synspunkt. In practice, the membrane shape must be determined mathematically. This can be done by analytically and/or numerically solving the mathematical differential equation that applies to large deformations of membranes. Another way is to find the mathematical form using a nonlinear finite element method formulation with membrane elements and large displacements. Also, this solution method to find a perfect diaphragm shape starts with an initially flat diaphragm which is "inflated" by gradually applying an internal pressure until the diaphragm acquires an appropriate arrow height and shape. The actual shell is designed according to the predetermined membrane shape. The thickness is dimensioned on the basis of the corresponding membrane forces and the best possible agreement with the deformations in the cell walls. This method can be combined with so-called mathematical optimization to achieve the best possible geometry from a design and production point of view.

Lokkløsningen består av et plant lokk utformet for enkeltceller eller som et kontinuerlig lokk som spenner over alle celleoverflatene samtidig. I dette tilfellet vil det oppstå bøye- og skjærspenninger i lokket som det må designes for. Lokk-konstruksjonen kan utformes som en plan plate med stivere som utformes for å tåle det indre trykket. Alternativt kan platen være satt sammen av forskjellige lag ("sandwich-konstruksjon"). Det er verdt å merke seg at spennlengden for en platekonstruksjon, det vil si avstanden mellom to strekkvegger, er proporsjonal med avstanden fra senteraksen i rosett-tanken. Tilsvarende vil selve bøyemomentet i endeplaten øke kvadratisk med denne avstanden. Dette innebærer at platen ikke trenger å være like sterk nær senteraksen som ute ved ytterveggene av rosett-tanken. Det er også mulig å kombinere plateform med en krummet form i en sandwich-løsning. Videre er det mulig å eksempelvis bruke en plate i den ene enden av tanken, for eksempel kombinert med fundamentløsning, og en membranløsning i den andre enden. The lid solution consists of a flat lid designed for individual cells or as a continuous lid that spans all cell surfaces at the same time. In this case, bending and shear stresses will occur in the lid for which it must be designed. The lid construction can be designed as a flat plate with stiffeners designed to withstand the internal pressure. Alternatively, the plate can be assembled from different layers ("sandwich construction"). It is worth noting that the span length for a plate structure, that is the distance between two tensile walls, is proportional to the distance from the central axis of the rosette tank. Correspondingly, the actual bending moment in the end plate will increase squarely with this distance. This means that the plate does not need to be as strong near the center axis as outside at the outer walls of the rosette tank. It is also possible to combine a plate shape with a curved shape in a sandwich solution. Furthermore, it is possible to use, for example, a plate at one end of the tank, for example combined with a foundation solution, and a membrane solution at the other end.

Ved valg av antall celler i den rosettformede cellestnikturen gir den geometriske sammenhengen åpningsvinkelen q> for hver kile, eller celleenhet When choosing the number of cells in the rosette-shaped cell structure, the geometric relationship gives the opening angle q> for each wedge, or cell unit

På samme måte er åpningsvinkelen y/ for den sylindriske avslutningsveggen gitt ved Vinkelstørrelsene er her oppgitt både i radianer og grader. Sammenhengen mellom på den ene siden radien r for sylinderveggen og på den andre siden radien R for avstanden fra midtaksen til overgangssone radiell vegg-avslutningsvegg er gitt ved De radielle vegger og avslutningsveggen for cellene er tilveiebrakt slik at den indre spenningstilstand for disse har en ideell tilstand av membrankrefter hvor bøyekrefter er fraværende, ved at total veggtykkelse for den radielle veggen mellom to naboceller er lik det dobbelte av avslutningsveggens veggtykkelse, og hvor veggtykkelsen settes ut i fra bruksbetingelser for tanken, som indre trykk, materialvalg i tankstrukturen etc. In the same way, the opening angle y/ for the cylindrical end wall is given by The angle sizes are given here both in radians and degrees. The relationship between on the one hand the radius r for the cylinder wall and on the other hand the radius R for the distance from the central axis to the transition zone radial wall-end wall is given by The radial walls and the end wall for the cells are provided so that the internal state of stress for these has an ideal state of membrane forces where bending forces are absent, in that the total wall thickness for the radial wall between two neighboring cells is equal to twice the wall thickness of the end wall, and where the wall thickness is set out from the conditions of use for the tank, such as internal pressure, material selection in the tank structure, etc.

Endeavslutningene for tanken utgjøres av endeavslutninger utformet i samsvar med fremgangsmåten og festet til cellestnikturen. Valg av endeavslutning og innfestingsmetode for endeavslutningene til cellestnikturen vil være innen fagmannens kompetanseområde og utføres av fagmannen avhengig av bruk og plassering av tanken og tilgjengelig produksjonsutstyr. The end terminations for the tank are made up of end terminations designed in accordance with the method and attached to the cell mesh structure. The choice of end termination and attachment method for the end terminations of the cell mesh structure will be within the expert's area of competence and will be carried out by the expert depending on the use and location of the tank and available production equipment.

Oppfinnelsen angår også en fremgangsmåte for fremstilling av en slik tank, hvor cellestnikturen modulproduseres ved at det fremstilles celleenheter omfattende cellenes ytre avslutningsvegg, de radielt forløpende vegger og avslutningskonstruksjon mot midtelementet, hvor de radielt forløpende vegger har halv veggtykkelse av cellestrukturens totale radielle veggtykkelse. Disse celleenhetene plasseres ved siden av hverandre og fast gjøres til det sentrale midtelementet slik at tankens cellestruktur dannes. Det tilveiebringes trykkutjevning mellom cellene og endeavslutningene fastgjøres til cellestnikturen. Trykkutjevningen kan enten oppnås gjennom celleveggen mellom to naboceller, via midtelementet eller via endeavslutningene. Endeavslutningene for cellene i cellestnikturen kan fastgjøres til celleenheter før disse monteres sammen til en cellestruktur, eller de kan fastgjøres til cellestnikturen etter sammenfesting av celleenheten. Måten fastgjøringen av celleenhetene til midtelementet og fastgjøringen av endeavslutningene til cellestnikturen utføres på vil være innen fagmannens kompetanseområde og kan være skruing, sveising, klemforbindelser eller annet og derfor ikke videre omtalt her. Tanken kan fremstilles helt eller delvis i metall, metallegeringer eller komposittmateriale, eller kombinasjon av disse. The invention also relates to a method for producing such a tank, where the cell structure is modularly produced by producing cell units comprising the outer end wall of the cells, the radially extending walls and the end structure towards the middle element, where the radially extending walls have half the wall thickness of the cell structure's total radial wall thickness. These cell units are placed next to each other and fixed to the central middle element so that the cell structure of the tank is formed. Pressure equalization is provided between the cells and the end caps are attached to the cell mesh. The pressure equalization can either be achieved through the cell wall between two neighboring cells, via the middle element or via the end terminations. The end terminations for the cells in the cell mesh can be attached to cell units before these are assembled together into a cell structure, or they can be attached to the cell mesh after attaching the cell unit. The manner in which the attachment of the cell units to the central element and the attachment of the end terminations to the cell structure is carried out will be within the expert's area of competence and may be screwing, welding, clamp connections or other and therefore not further discussed here. The tank can be made entirely or partially in metal, metal alloys or composite material, or a combination of these.

I det videre vil oppfinnelsen forklares med et utførelseseksempel og med henvisning til tegninger hvor: In what follows, the invention will be explained with an embodiment example and with reference to drawings where:

fig. 1 viser en perspektivskisse av en tank i henhold til oppfinnelsen fig. 1 shows a perspective sketch of a tank according to the invention

fig. 2 viser en tverrsnittsskisse på tvers av en tank i henhold til oppfinnelsen, fig. 2 shows a cross-sectional sketch across a tank according to the invention,

fig. 3 viser et utsnitt av to celler i en tank i henhold til oppfinnelsen, fig. 3 shows a section of two cells in a tank according to the invention,

fig. 4 viser to celleenheter for en tank i henhold til oppfinnelsen. fig. 4 shows two cell units for a tank according to the invention.

På fig. 1 er det vist en tank 1 i henhold til oppfinnelsen, som er utformet i henhold til fremgangsmåten som angitt i krav 1. Tanken 1 omfatter to endeavslutninger 3 med en mellomliggende cellestruktur. En av endeavslutningene 3, i figuren den øvre, er utgjort av en dobbeltkrummet avslutning for hver celle i cellestrukturen og den andre endeavslutningen 3 er utgjort av en plateavslutning. Det er innen fagmannens kompetanseområde å velge fastgjøringsmetode, som eksempelvis sveising, skruing, klemforbindelser, innstøpning eller lignende, for fastgjøring av endeavslutningene 3 til cellestrukturen. Cellestrukturens hulrom forløper mellom endeavslutningene. I tanken er det trykkutjevning mellom cellene og i det minste et system for fylling/tømming av tanken, dette er ikke vist i figurene. In fig. 1 shows a tank 1 according to the invention, which is designed according to the method as stated in claim 1. The tank 1 comprises two end closures 3 with an intermediate cell structure. One of the end terminations 3, in the upper figure, is made up of a double-curved termination for each cell in the cell structure and the other end termination 3 is made up of a plate termination. It is within the specialist's area of competence to choose a fastening method, such as welding, screwing, clamp connections, embedding or the like, for fastening the end terminations 3 to the cell structure. The cell structure's cavity extends between the end terminations. In the tank there is pressure equalization between the cells and at least a system for filling/emptying the tank, this is not shown in the figures.

Fig. 2 viser cellestrukturen i tanken i tverrsnitt hovedsakelig parallelt med endeavslutningene. Tanken har et sylinderformet midtelement 5 med celler 4 anordnet i omkrets rundt midtelementet 5. Antallet n celler 4 i omkrets rundt midtelementet 5 er avhengig av bruksbetingelsene for tanken 1. Hver celle 4 i cellestrukturen sett i tverrsnitt dannes av to vegger 6 som strekker seg radielt ut fra midtelementet 5, og en ytre avslutningsvegg 7 og en del av den ytre veggflaten av midtelementet 5. De ytre avslutningsveggene 7 er buet utover slik at cellestrukturen sett i tverrsnitt totalt danner en rosettform. Fig. 2 shows the cell structure in the tank in cross-section mainly parallel to the end terminations. The tank has a cylindrical central element 5 with cells 4 arranged in a circumference around the central element 5. The number n of cells 4 in a circumference around the central element 5 depends on the conditions of use for the tank 1. Each cell 4 in the cell structure seen in cross-section is formed by two walls 6 that extend radially out from the middle element 5, and an outer end wall 7 and part of the outer wall surface of the middle element 5. The outer end walls 7 are curved outwards so that the cell structure, seen in cross-section, forms a rosette shape.

De radielle vegger 6 og avslutningsveggen 7 for cellene 4 er tilveiebrakt slik at den indre spenningstilstand for disse har en ideell tilstand av membrankrefter hvor bøyekrefter er fraværende ved at total veggtykkelse for den radielle veggen mellom to naboceller er lik det dobbelte av avslutningsveggens veggtykkelse. The radial walls 6 and the end wall 7 for the cells 4 are provided so that the internal state of stress for these has an ideal state of membrane forces where bending forces are absent in that the total wall thickness for the radial wall between two neighboring cells is equal to twice the wall thickness of the end wall.

Som angitt på fig. 3 defineres cellestrukturens celler med blant annet følgende geometriske parametere, n- antall celler i cellestrukturen, tr for veggtykkelsen av den radielle veggen 6 mellom to naboceller i cellestrukturen, ta som er veggtykkelsen for ytre avslutningsvegg 7, <p er åpningsvinkelen mellom to radielle strekkvegger, y er åpningsvinkelen for den ytre avslutningsvegg 7, R er avstad fra midtaksen fra overgangen mellom den radielle vegg 6 og avslutningsvegg 7 til ytre vegg av midtelementet, r er radien for ytre avslutningsvegg 7 og i tillegg vil lengde på de radielle vegger 6 og det sylinderformede midtelement gi geometriske parametere. As indicated in fig. 3, the cells of the cell structure are defined with, among other things, the following geometric parameters, n - number of cells in the cell structure, tr for the wall thickness of the radial wall 6 between two neighboring cells in the cell structure, ta which is the wall thickness for the outer end wall 7, <p is the opening angle between two radial stretch walls, y is the opening angle for the outer end wall 7, R is the distance from the center axis from the transition between the radial wall 6 and end wall 7 to the outer wall of the central element, r is the radius of the outer end wall 7 and, in addition, the length of the radial walls 6 and the cylindrical middle element provide geometric parameters.

I et foretrukket utførelseseksempel er det indre midtelementet 5 hult, og tømme- og fylleanordningene er plassert i midtelementet. Trykkutjevningen internt i cellestrukturen gjøres også via midtelementet. Cellenes 4 lengdeutstrekning er i utføringseksempelet i en hovedsakelig vertikal retning. In a preferred embodiment, the inner middle element 5 is hollow, and the emptying and filling devices are located in the middle element. The pressure equalization internally in the cell structure is also done via the middle element. The longitudinal extent of the cells 4 is in the design example in a mainly vertical direction.

Som vist på fig. 4 kan celleenhetene 4 som sammen med midtelementet 5 danner den rosettformede cellestrukturen, ved fremstilling av tanken fremstilles som enkeltstående celleenheter. Ved en slik fremstilling blir veggtykkelsen for de vegger som definerer en celleenhet den samme for de radielt forløpende vegger 6' og avslutningsveggen 7. Cellestrukturen, når celleenhetene settes sammen, har radielt forløpende vegger 6 som samlet er to ganger avslutningsveggens 7 veggtykkelse. As shown in fig. 4, the cell units 4 which, together with the central element 5, form the rosette-shaped cell structure, can be produced as individual cell units when manufacturing the tank. In such a production, the wall thickness for the walls that define a cell unit is the same for the radially extending walls 6' and the end wall 7. The cell structure, when the cell units are put together, has radially extending walls 6 which together are twice the wall thickness of the end wall 7.

Den rosettformede tanken kan fremstilles i metall, metallegeringer og eller komposittmateriale eller kombinasjoner av disse. Celleenhetene kan fremstilles helt eller delvis i et komposittmateriale. The rosette-shaped tank can be made of metal, metal alloys and or composite material or combinations of these. The cell units can be produced wholly or partly in a composite material.

I det ovennevnte er tanken forklart med et utførelseseksempel. Det kan tenkes en rekke variasjoner av utførelseseksempelet innenfor rammen av oppfinnelsen som definert i de etterfølgende krav. In the above, the idea is explained with an embodiment example. A number of variations of the design example are conceivable within the scope of the invention as defined in the subsequent claims.

Claims

1. Method for designing a tank for storing fluid under pressure, where the tank includes end closures and an intermediate cell structure, where the cell structure has a centrally located middle element and surrounding cells, where the cells' cavities extend between the end closures, with pressure equalization internally in the cell structure and at least a system for filling/emptying the tank, characterized by the fact that the surrounding cells with their intermediate and outer cell walls are treated as a whole and designed so that the internal state of stress for the cell walls has an essentially ideal state of membrane forces, by - geometric parameters are established which fully defines the surrounding cells in the form of the number of cells in the perimeter, wall thicknesses in the cell wall between two cells and the outer cell wall for the cells and the radius for the cylinder termination, - some primary variables are selected among these geometric parameters - based on the principle of equilibrium and deformation compatibility is established by the dependence relationship between the geometric parameters - the value of the primary variables is determined from the use values for the tank and the other geometric values are determined from the dependence relationship, - the central middle element is dimensioned from the use values for the tank, and - that at least one of the end terminations is either provided as such that the internal state of stress for the end termination walls has a state with essentially only membrane forces when defining geometric parameters for a curved end termination, choosing some primary variables among the geometric parameters and deriving the relationship between these, essentially corresponding to the cell structure, - or that at least one of the end terminations is constituted by a plate termination for one or more cells that absorb bending forces in the plate, where the plate has high bending stiffness and a membrane stiffness in a plane that is adapted to the deformation characteristic of the cell structure, • or that at least one of the end terminations is constituted of a combination of a plate termination and curved end termination.

2. A tank for storing fluid under pressure, comprising end terminations and an intermediate cell structure, where the cavities of the cells extend between the end terminations, with pressure equalization internal to the cell structure and at least a system for filling/emptying the tank, where the tank has a central element with cells arranged in a circumference around the central element that each cell in the cell structure seen in cross-section is formed by two walls that extend in a radial direction from the central element, an outer end wall and the wall surface towards the central element, and where the end wall is curved outwards, so that the cells in the cell structure together forms a rosette shape, characterized in that the overall cell structure of the tank, comprising the central element and the cells arranged in a circumference around the central element is provided so that the internal state of stress for the cell walls mainly has an internal state of stress with membrane forces and where bending forces are absent, and where the wall thickness for the radial wall between two neighboring cells is equal to twice the thickness of the end wall.

3. Tank according to requirement 2, characterized in that the inner middle element is hollow.

4. Tank according to requirement 3, characterized in that the emptying and filling devices are located in the middle element.

5. Tank according to one of the requirements 2-4, characterized in that the pressure equalization internally in the cell structure is done via the middle element.

6. Tank according to one of the requirements 2-5, characterized in that at least one of the end terminations is a plate termination for one or more cells, with high bending stiffness and with membrane stiffness in its own plane that is adapted to the deformation characteristic of the cell structure and/or that the end terminations are provided for each cell as a doubly curved shell, where the shape of the shell is derived from the geometric shape of an ideal membrane exposed to constant internal pressure, which is formed from the principle where an imaginary membrane first spans flatly over the end edges to each cell, whereupon the membrane is inflated to a doubly curved shape by applying an internal pressure so that an arrow height for the shell becomes appropriate in relation to the wall thickness of the shell under design stress and manufacturing conditions

7. Tank according to one of the requirements 2-6, characterized in that the longitudinal extent of the cells is in a mainly vertical direction.

8. Procedure for producing a tank according to one of the above requirements, characterized by that the cell structure is produced modularly by - cell units comprising the outer end wall of the cells and the radially extending walls are produced, where the radially extending walls of the cell unit have half the wall thickness of the radially extending walls of the cell structure, - the cell units are attached to the central middle element so that the cell structure of the tank is formed, - pressure equalization is provided between the cells in the cell structure and the end terminations are attached to the cell structure.

9. Procedure according to claim 8, characterized in that the cell units are produced wholly or partly in a composite material.