TWI245678B - Mechanically welded structure with stress-relieving slit and liquefied gas transport ship equipped with such a structure - Google Patents

Description

1245678 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明一般係有關於金屬構造工業。 更明確而言，根據一第一觀點，本發 接構造，該銲接構造具有一第一扁平且關機械銲 件，嗲亓杜卢 扁干且缚的金屬構造元 ^ 件在一平面中延伸’並在其-側上藉由一筆直邊 緣加以界定、以及-第二金屬構造元件 ^直邊 構=件之筆直邊緣’或是鲜接於—中間元件上，該： ^件㈣筆直邊緣連接，且插於該第—與第 二’該旦第二構造元件在筆直邊緣之至少'點施加二牛 里該力里分解成為至少一個纟垂直 中延伸的分力。 聿直邊緣之该平面 :類之構造在先前技藝中係為人所熟知，且係 類型之金屬構造中。 汁有 之=構造尤其係用於液化氣運輸船(熟知為甲烧運輪船) 【先前技術> 一甲院運輸船係劃分成一些胞體（cell)，各個胞體包含— 個供液化氣專用艙。各個搶間具有用以容納氣體之主要與 次要薄膜’該等薄膜係附裝到固定棒，該等固定棒係烊接 到胞體之外壁。一主要隔熱佈置使主要阻隔物與次要阻隔 物隔絕’且-次要隔熱佈置係使次要阻隔物與胞體之外壁 隔絕。肋材形式之加強材係銲接到該等外壁的外部表面。土 加強材、固定棒以及胞體之外壁構成一種上述類型的機

O:\88\88373.DOC 1245678 械銲接構造’且其分別對應第一構造元件、第二構造元件 以及中間元件。 這些運輸船舶的缺點在於胞體外壁上之某些固定棒的銲 接接縫會承受龐大之疲勞應力。 實際上’該等銲接接縫係承受一永久負荷，該永久負荷 係由於薄膜施加到固定棒的應力所產生。當艙間充滿液化 氣時’這些薄膜係承受非常低的溫度，且其會收縮，朝胞 體之内部拉動固定棒。 此外’船舶承受由於浪湧（swell)所引起的交替伸長以及 縱向壓縮的循環。由於這些伸長與壓縮所產生的循環應力 係增加到銲接接縫上的永久負荷。 當固定棒係位於特別堅硬的外壁位置時，某些銲接接縫 中之疲勞破壞會在船舶營運數年以後發生。尤其係當固定 棒位於接近-加強材處，且更特別係當該固定棒與加強材 ，彼此面對、位於外壁之任—側上、以及如圖i中所示的相 父方式佈置時會產生如此情況。 【發明内容 在本文中，本發明旨在補救以上所述之缺點。 為此目的，本發明之構造（或 夕W —v m於先相其給定 之U冉疋義）本貝上之特徵係在於··事實上該第—構造 具有應力4除縫隙，該縫隙平行於筆直邊緣 直 位於面對力量之施加點處。 /、 在本發明之一可行實施例中，該應力 筆直邊緣之緊鄰處。 丨糸係佈置於

O:\88\88373.DOC -8- 1245678 有利地，該應力消除縫隙在靜止時的寬度係小於2厘米 (cm) 〇 該第一構造元件較佳係具有一形狀，其以平行於筆直邊 緣的方向伸長。該第一構造元件在垂直於該方向之力量施 加點的高度具有一第一尺寸，該應力消Ί縫隙按照該方向 具有一長度，該長度係大於該第一尺寸。 例如，應力消除縫隙在兩相對尾端開成鑽在第一構造元 件中之圓形孔，這些孔所具有之直徑至少係為該應力消除 縫隙直徑的三倍。 有利地，-該第一構造元件係藉由繞著圓形孔之背襯板予 以加強。 根據一第二觀點，本發明係有關於一種液化氣運輸船， ^具有一船殼、一胞體，其藉由連接到船殼之隔艙壁加以 劃分、以及一佈置於該胞體中之液化氣貯存艙；該胞體至 少其中γ個隔艙壁係為如先前所述類型之一機械銲接構 &此)^驗壁具有一構成令間元件之壁冑、至少、一個加強 材銲接到與貯存㈣反的壁部之外部表面，並構成該第一 冓k 7L件以及一片材(諸如一加強角牽板或是一固定元 件），其鮮接到與該外部表面相反的壁部之一内部表面，此 片材構成該第二構造元件。 有利地’该第二構造元件係為—固定元件，該貯存赌具 有-液化氣容納薄m ’其附裝到此固定元件，施加到此:: 強材之力量係藉由該容納薄膜施加到^元件的庳力所產 生0

O:\88\88373.DOC 1245678 該固定元件較佳係為一固定棒，其在垂直於加強材之平 面中延伸。 例如，壁部係在垂直於船舶移動之法線方向的平面中延 伸，加強材在垂直於該壁部之平面中延伸。 [實施方式】 圖1中所示之機械銲接構造具有第一扁平且薄的金屬構 造元件10,其在平面P中延伸，此元件在一侧上係藉由筆直 邊緣15加以劃分、以及第二金屬構造元件2〇，其銲接到中 間元件2 5 ’該中間元件與此筆直邊緣1 $相連接。 中間元休25係插在第一構造元件1〇與第二構造元件2〇之 間；第二構造元件20在筆直邊緣15的至少一點15 1施加一力 量F，其分解成為至少一個在垂直於筆直邊緣15的平面p中 延伸的分力。 在圖1中’中間元件25係為一扁平金屬板，第一構造元件 10係為一肋材，其銲接到板件25之第一表面251 ;且第二構 造元件20係為另一肋材，其銲接到該板與第一表面相反之 第二表面252-。 第二構造元件20具有筆直附裝邊緣21銲接到板件25。 第一構造元件10與第二構造元件2〇係以彼此面對的方式 佈置於壁部25的兩側，並以直角相交。 力量F施加點15 1係對應第一構造元件10與第二構造元件 2〇之交點。 第一構造元件10在其中延伸之平面P本質上係垂直於板 件25。同樣地，第二構造元件2〇亦在一垂直於板件乃的平

O:\88\88373.DOC -10- 1245678 面中延伸。 根據本發明，第一構造元件10具有應力消除隙縫丨2，其 平仃於筆直邊緣15延伸，且係面對力量F施加點丨5 i。 藉著比較圖2A與2B以及圖3A與3B，能夠清楚了解到此應 力消除縫隙之優點。 圖2A顯示沒有設置應力消除縫隙時，該機械銲接構造中 對於一典型負荷狀況之應力強度。該構造係藉由等應力線 劃分成許多區域，並對於各個區域指定一表現應力強度特 徵之代碼。該代碼值能夠取為a、b、c、d、e、f或g，應力 強度係隨代-碼順序而增加。 在圖2A與2B中可以見到M立於圍、繞第一與第二構造1〇、 20之間的交叉點151之區域係指定為代碼g。 第二構造元件20之銲接接縫上的應力大體上成同心方式 逐漸降低，其強度隨著遠離施力點151而從§到&，如圖α 中所示。 圖3A與3B顯示相同負荷狀況下的應力強度，但其設置有 應力消除縫隙12。這些強度係以與圖2八及2B中相同的方式 加以編碼。 如圖3A中所示，應力消除縫隙12係由於力量F之影響而張 開。此縫隙係藉由鄰近與遠端縱向邊緣i22、123加以劃定， 該等邊緣係平行於筆直邊緣15，且係分別距此筆直邊緣15 較近與較遠。遠端邊緣123本質上係維持筆直，另一方面 鄰近邊緣122由於變形而與遠端邊緣123分開。 如圖1中所示，應力消除縫隙12係以此一方式加以佈置，

O:\88\88373.DOC 1245678 以致於使交叉點151面對縫隙12之中央點。此中央點係位於 該縫隙的兩相反縱向尾端12 1之間的中央。 如圖3 A中所示，鄰近邊緣122在應力消除縫隙12之中央係 與遠端邊緣123大為分開（以筆直邊緣丨5之方向），且在节縫 隙12之兩縱向邊緣121則幾乎不會與遠端邊緣123分開。 位於交叉點151之區域中的應力係大為降低，此區域所指 定之應力強度代碼僅為c。 如先前所述，第二構造元件20之銲接接縫上的應力大體 上成同心方式逐漸降低，其強度隨著遠離施力點151而從C 到a，如圖3 B中所示。 應力消除縫隙12具有大為降低位於此銲接接縫處之應力 的效果。 應力消除縫隙12較佳係佈置於緊鄰筆直邊緣15之處。其 確切位置係藉由該領域之專家按照該構造之不同元件的幾 何特徵與材料之函數加以選定。 此遠擇係依照兩個對立需求而定。 一方面，該縫隙必須足夠接近筆直邊緣15，以致於使鄰 近:緣122能夠輕易變形。另一方面，縫隙與筆直邊緣必須 不能太接近’以致於#第—構造元件附之該隙縫切斷 時’不會損壞到位於板件25上之第—構造元件1()的鲜接接 縫。 若有需要，能夠使該縫隙沿著板件25，如圖8八與8(：：中所 不。在此案例中，該縫隙係切割於第一構造元件1〇之筆直 邊緣15中，其遠端邊緣123係屬於第一構造元件1〇，且其鄰

O:\88\88373.DOC -12- 1245678 :σ此佈置容許鄰近邊緣122具有 近邊緣12 2則屬於板件2 5 最大的變形量。 在後者之案例中 …消除縫隙12無法在將第一構造元 件Η)銲接到板件25以後於現場進行切割。相反地，該縫隙 係在工廠切割於筆直邊緣丨5中 裝於板件25之上。 且接者將第一構造元件安 另外’應力消除縫隙12在靜止時（也就是說沒有施加力量 F時）具有一小於2厘米的橫向寬度。 此寬度基本上係藉由用以製造該縫隙之工具加以訂定。 該寬度必須不能太大，以致於不會改變第一構造元件1〇之 慣性。 如果該縫隙運作時基本上承受張力（也就是說力傾向 使鄰近邊緣122與遠端邊緣123分開），則該縫隙之寬度較佳 係為1毫米。 如果該縫隙運作時承受張力與壓力（也就是說力量F傾向 使鄰近邊緣122與遠端邊緣123分開或是使其接近在一起， 依照狀況而定），則該縫隙具有5〜2〇毫米之寬度。此一縫隙 係顯不於圖8A之中。 如圖1中所示，第一構造元件10在交叉點151之位置具有 一垂直於筆直邊緣15方向的第一尺寸，該應力消除縫隙具 有之縱向長度係大於該第一尺寸。 如此特徵容許鄰近邊緣122具有足夠的撓性。 應力消除縫隙12在其兩相對尾端121開成鑽在第一構造 元件10中之圓形孔13。這些孔13具有一直徑，該直裎較佳

O:\88\88373.DOC -13- 1245678 至少係為應力消除缝隙12之寬度的三倍。 之直 對於寬度為5毫米之一縫隙而言，開孔13具有3〇毫米 徑。 〆、 這些開孔之中心係佈置成與應力消除縫隙12對齊。 在應力消除縫隙係靠著板件25佈置的案例中，圓形孔^ 係以與筆直邊緣1 5相反之方向偏心。 在此案例中該等縫隙係藉由形狀為一圓形之一弧（從遠 端邊緣123開始，且延伸超過約24〇度）的邊緣加以劃分，並 藉由一直線邊緣加長到板件25，此直線邊緣係垂直於板件 25。開孔13-因而係開在板件25之該側上，如圖8八與叱中所 示。 這些開孔使該縫隙能夠降低施加在應力消除縫隙12之尾 端121處的應力。若沒有應力消除縫隙，則這些應力會變得 非常大，且最後在這些尾端可能會有高度的撕裂風險。 當縫隙12之鄰近與遠端邊緣122與123分開時，圍繞開孔 13之應力仍然很高。為了增加此區域之強纟，第_構造元 件ίο係藉由顯示於圖4與圖5中之背襯板14圍繞圓形開孔13 予以加強。 这些鋼5衣形式之板件每件係銲接到第一構造元件1 〇。對 於直徑為30¾米之一開孔13而言，各個環件具有約7〇毫米 的直徑’且具有一中央開孔，其直徑與開孔13相同，並與 其對齊。 此類型之機械銲接構造能夠自然地應用於甲烷運輸船型 之液化氣運輸船。 O:\88\88373.DOC -14 - 1245678 此一船舶係顯示於圖7之中，且具有船殼3〇，其係以船舶 之正常行進方向延伸、胞體40，其係藉由連接到船殼川之 隔艙壁50加以劃分、以及液化氣貯存艙6〇，其係佈置於胞 體40之中。 胞體40之兩個隔艙壁係為上述類型的機械銲接構造。 這些隔艙壁50各具有壁部51，其構成中間元件乃、至少 一個加強材52，其銲接到與貯存艙6〇相反之壁部的外部表 面511，並構成第一構造元件1〇、以及至少一個片材（諸如 一加強角牽板或是固定元件），其銲接到與外部表面5ΐι相 反之壁部5l·的内部表面512 ’此片材構成第二構造元件2〇。 在圖7所示之實施例中，各個壁部51具有兩個構成固定元 件之第二元件20 ’包含兩個液化氣容納薄膜Η之貯存艙⑼ 係附裝到這些固^件，加強材52係承受藉由容納薄⑽ 施加到該等固定元件之應力所產生的力量。 這些固定元件係為在垂直於加強材52之平面中延伸的固 定棒62。 壁部51在-垂直於船舶正常前進方向的平面中延伸，加 強材52則在垂直於壁部51之一平面中延伸。 此處係再次發現圖！中所示之元件完全相㈣佈置方式。 :強材52具有兩個應力消除縫隙12，其面對固定棒以加 以佈置。 =之：他構造能夠具有上述機械銲接構造的特徵。 第一範例係顯示於圖4之中 人 ^ Ψ 且對應位於橫向隔艙壁 〇1、縱向隔鈿壁5〇1之間的一备宏_ 角洛，14些隔艙壁係為與相對

O:\88\88373.DOC -15- 1245678 於圖7所說明之隔搶壁5〇同型的隔艙壁。 其銲接 橫向隔艙壁50t具有橫向壁5U與橫向加強材 到橫向壁51t之一外部表面。 5樣也、縱向隔搶壁5〇1具有縱肖壁5 j i與縱向加強 521，其銲接到縱向壁511之一外部表面。 杈向壁川在―垂直於船舶正常移動方向的平面中 伸，縱向壁511則在平行於船舶正常移動方向的平面 伸。其個別之内部表面512形成—直角，並具有—共有邊緣。 縱向加強材521以及橫向加強材似在垂直⑨橫向壁5㈣ 縱向壁511的相同平面中延伸。 ” 固疋托架54係銲接於藉由兩個内部表面512所形成的角 落之中二此托架係用以將艙間6〇之容納薄膜61附裝於胞體 此托架係為L縣架，並具有平行於橫向壁川延伸之第 -翼板(limb)541、以及平行於縱向壁511延伸之第 542。這些翼板係加以連接，且彼此垂直。 、板 其指向縱向壁5 〇 1 該托架在兩翼板之結合點具有一肘部 與橫向壁50t之共有邊緣。 第-與第二翼板541、542各係藉由兩個固定點⑷加 裝，該等固定點分料㈣橫向壁51t與縱向壁5ΐι之内部表 面0 第-翼板5 4 i之固定點5 4 3係沿著銲接到橫向壁川之橫 向加強材52t的邊緣佈置。 八 同樣地，第二翼板542之固定點543係沿著銲接到縱向壁

O:\88\88373.DOC -16- 1245678 511之縱向加強材521的邊緣佈置。 在橫向加強材52t中延伸之廄士、古 甲之應力消除縫隙12面對第一翼 板541的固定點543，且使苴鉈豹职生丨、丄 、 便/、此夠限制這些固定點543之銲接 處的應力。 丧 如圖4中所示， 縫隙12的尾端121 面對缝隙12的中心 最接近縱向壁之固定點543係佈置成面對 且距縱向壁最遠之固定點543係佈置成 一第二範例係顯示於圖5之中，其係有關一種對於圖7所 說明之隔驗壁5G類型的隔艙壁。銲接到壁部51之内部表面 5【2的片材係為角牵板53支撐樑55。樑55能夠用以附裝薄膜 61或疋其他元件’其應力必須加以消除。 角牽板53具有直角之一般形狀，其具有支樓邊緣531以及 形成一直角之附裝邊緣532。支撐邊緣531係銲接到樑”， 且附裝邊緣5 3 2係鲜接到壁部5 1之内部表面$ 12。 附裝邊緣532沿著銲接到壁部5丨之加強材52的邊緣延 伸，應力消除縫隙12係位於加強材52之中，且面對角牵板 53之附裝邊緣532。 縫隙12之中心係佈置成面對距樑55最遠的附裝邊緣μ] 之尾端。 一最後範例係顯示於圖6之中，其對應一位於兩個隔艙壁 (其類型係為對於圖7所說明之隔艙壁50)之間的角落。此構 ie非#類似於圖4之構造，唯一不同之處係在於固定托架μ 係藉由加強角牽板5 3所取代，且橫向加強材5 21平行於縱向 壁5 11延伸，且並非如圖4中所示般與其相垂直。 O:\88\88373.DOC -17- 1245678 角牽板53具有一銲接到橫向壁5it之内部表面512的第一 邊緣、以及一銲接到縱向壁511之内部表面512的第二邊緣。 汶第邊緣與杈向加強材52t相交。應力消除縫隙丨2係位 於此加強材之中，且係以一種方式加以佈置，以致於使該 第一邊緣與此縫隙12相交於其中心處。 因此，可以見到的是，上述類型之機械銲接構造係尤其 相當適用於液化器運輸船，但其亦能夠用於任何類型之金 屬構造中。 “ 人軏例基本上已經對於船舶隔艙壁加以說明，該等隔 艙壁係垂I於船舶正常移動之方向，但本發明之機械鲜接 構造能夠用以構造成朝向不同方向的隔艙壁。 一中間元件(諸如-壁部)能夠插入該第-與第二構造元 件之間，但該等第—構造元件亦能夠直接互相鲜接。 本發明之應力消除縫隙使其能約降低不同構造元件中的 應力’並從而使其能夠降低對於這些元件的尺寸需求。 由此能夠達到節省材料與成本之效果。 告it^接接縫上之應力降低，故這些銲接接縫之調整控 制亦犯夠更為簡易。 ，構成本發明之構造的不同元件典 但是亦能夠使用其他材料，而不脫 最後，應〉主意到的是 型上係由碳鋼所製造， 離本發明之範脅。 【圖式簡單說明】 之說明（以指示 顯現，其中： 务明之其他特徵與優點將由以下 且非限定之方w ^ . 心万式），亚參考所附圖式而

O:\88\88373.DOC -18- 1245678 一機械焊接構造之第一實施例的一 圖1係為根據本發明， 斜視圖； 圖2A係為一 _ 時，其 ’、、、v、圖1之構造在沒有設置應力消除隙縫 丁二下方四分之-部分對於-典型負載狀況的應力強度 之:式^圖2B係為第二構造元件中之應力的放大俯視圖·， "係為等同於圖2A之圖式，唯其構造設置一應力消除 ' ^圖扣係為第二構造元件中之應力的放大俯視圖； 圖4係為根據本發明，一氣體運輸船之機械銲接構造的第 一範例的一斜視圖； 圖5係為根據本發明，一氣體運輸船之機械銲接構造的第 二範例的一斜視圖； 圖6係為根據本發明，一氣體運輸船之機械銲接構造的第 三範例的一立體圖； 圖7係為根據本發明之一船舶的概略圖；及 圖8A到8C係為藉由圖1中之箭號谓所界定的平面中之剖 面圖’其代表應力消除縫隙之變化形式的三種實施例。 【圖式代表符號說明】 F 力量 P 平面 a 應力強度代碼 b 應力強度代碼 c 應力強度代碼 d 應力強度代碼 e 應力強度代碼 O:\88\88373.DOC -19- 應力強度代碼 應力強度代碼 第一構造元件 應力消除缝隙 圓形孔/開孔 筆直邊緣 第二構造元件 筆直附裝邊緣 中間元件/板件 -船殼 胞體 隔艙壁 壁部 橫向壁 縱向壁 加強材 橫向加強材 角牽板 固定托架 支撐樑 液化氣貯存艙 液化氣容納薄膜 固定棒 尾端 -20- 1245678 122 鄰近邊緣 123 遠端邊緣 151 施力點/交叉點 251 第一表面 252 第二表面 511 外部表面 512 内部表面 531 支撐邊緣 532 附裝邊緣 541 -第一翼板 542 第二翼板 543 固定點 O:\88\88373.DOC - 21

Claims (1)

1. 爲今货28111號專利申請案 科請專利範_換本(94年w「―—1::¾ 拾、申請專利範圍： 1 · 一種機械銲接構造，該機械銲接構造具有第一扁平且薄 的金屬構造元件（10)，其在一平面中延伸，並在一側上 藉由筆直邊緣（15)加以劃分、以及第二金屬構造元件 (20)，其銲接到第一構造元件（1〇)之筆直邊緣，或是 銲接到中間元件（25)，該中間元件連接到此筆直邊緣 (15)，且插入於第一與第二構造元件（1〇、2〇)之間；第 二構造元件（20)在筆直邊緣〇5)之至少一點（15丨）施加一 力量，此力量分解成為至少一個在該垂直於筆直邊緣（15) 之平面中延伸的分力，其特徵在於該第一構造元件（1〇) 具有平行於筆直邊緣（15)延伸之應力消除縫隙（12)，且 縫隙之位置係面對該力量施加點。 2·如申請專利範圍第丨項之構造，其中，該應力消除縫隙 (12)係佈置於緊鄰筆直邊緣（1 $)之處。 3·如申請專利範圍第2項之構造，其中，該應力消除縫隙 (12)在靜止時其寬度係小於2厘米。 4·如申請專利範圍第1、2或3項之構造，其中，該第一構 造元件（10)之形狀係以平行於筆直邊緣（15)的方向延 長，第一構造元件（10)在垂直於該方向之方向的力量施 加點（151)處具有一第一尺寸；應力消除縫隙〇2)沿著爷 方向具有一長度，其大於該第一尺寸。 5 ·如申請專利範圍第1、2或3項之構造，其中，該應力、、肖 除縫隙（12)在兩相反尾端（121)成為鑽在構造元件（1〇)中 之圓形孔（13)，這些開孔具有之直徑至少係為應力消除 88373-940H7.doc 1245678 縫隙（12)寬度的三倍。 6·如申請專利範圍第5項之構造，其中，該第一構造元件 (10)係藉著以背襯板（14)圍繞圓形孔（13)予以加強。 7·種液化氣運輸船，該船舶具有船殼（30)、胞體（4〇)， 其藉由連接到船殼（30)之隔艙壁（5〇)加以劃分、以及佈 置於胞體（40)中之液化氣貯存搶（6〇);胞體之至少一個 隔艙壁（50)係為如申請專利範圍第丨項到第6項中任一項 的機械銲接構造，此隔艙壁具有構成中間元件（25)之壁 部（51)、至少一個加強材（52)銲接到壁部ο!)與貯存艙 (6〇)相反之外部表面（川），並構成第-構造元件⑽、 以及一片材，諸如加強角牽板（53)或是固定元件、 62)，其銲接到壁部（51)與外部表面（5ΐι)相反的内部表面 (512)，此片材構成第二構造元件（2〇)。 8. 如申請專利範圍第7項之船舶，其申，該第二構造元件 ⑽係為Μ元件（54、62);貯存搶⑽)具有液化氣容納 溥膜（61)附裝到此固定元件（54、62)，施加到加強材⑻ 之力量係藉由容納薄膜（61)施加到固定元件（54、62)之 應力而產生。 9. 如申請專利範圍第8項之船舶’其中，該固定元件係為 在-垂直於加強材(52)之平面中延伸的固定棒(62)。 10. 如申請專利範圍第7、8或9項的船舶，其中，該壁部（51) 係在-垂直於該船舶正常移動方向之平面中延伸，加強 材（52)則係在一垂直於壁部（51)之平面中延伸。 88373-940117.doc -2 ·