专利名称：高真空绝热低温液化气体储罐的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种低温液化气体储运设备，更具体地说是涉及高真空绝热低温液化气储罐，其可以是适于高效地运输低温液化气体的罐车或罐式集装箱。本发明通过具备优越的抗冲击能力与隔热能力的小间隙高真空多层绝热内支承结构，实现了低温液化气体储运设备在运行过程中承受的冲击力和承运介质温度变化满足低温液化气体储运的要求，而且低温容器内胆和外筒之间的真空层最薄，最终实现低温液化气体的装载率最大。本发明属于低温工程与低温
背景技术：
诞生于1909年的真空-粉末绝热技术使得低温储罐的性能有了极大的提高。到上世纪30年代末，真空-粉末绝热已广泛应用于以空气分离和液化为代表的整个低温领域。在上世纪50年代初，高真空多层绝热出现了，它是低温绝热历史上的一个重要发展，特别是在50年代末期，由于空间技术的发展，液氢、液氦的用量猛增，大大推动了高真空多层绝热的研究与应用，其中，运输低温液化气体的罐车和罐式集装箱就是主要的应用产品。
在低温技术领域，低温液化气体指-160℃以下以液体形式存在的气体，例如液氧、液氮、液氩、液氢、液氦、液体甲烷及LNG等。由于这类气体的液态体积比气态缩小600倍左右，因此往往以液态的方式储运。运输低温液化气体的设备，包括罐车和罐箱等，罐体是双层结构，内胆和外壳之间是真空层，内胆和外壳通过支承结构连接，由于运输法规的要求，储运设备(罐车和罐箱等)都有最大的外形尺寸限制，在限制了最大外形尺寸的情况下，储运设备(罐车和罐箱等)能装运的介质的有效容积就取决于真空层的厚度。
真空-粉末绝热罐车和罐箱是目前国内较为普遍的低温运输设备，是通过在外壳和内胆之间的真空层加珍珠岩等来实现隔热，为了达到满意的隔热效果，真空层较为厚，通常真空层厚度在200~300毫米，因此，实际装运货物的有效容积就被牺牲了；加上珍珠岩在运输过程中的沉积，使运输设备的隔热性能受到影响。于是，高真空多层绝热技术在运输设备中的应用被推广起来。实用新型ZL00216678.X、ZL00249960.6、ZL01272605.2就是高真空多层绝热技术在运输设备中的应用案例。
高真空多层绝热储运设备(罐车和罐箱等)是在罐体内胆的外表面缠绕隔热材料，通过把包含多层隔热材料的真空夹层抽高真空而形成绝热层，真空夹层越薄，罐体装载运输介质越多；但是绝热层越薄，连接内胆和外壳的支承结构越难布置，绝热层越薄，高真空度越低，内胆和外壳的传热越多，低温液化气体的热量损失越大，目前多层绝热技术，如ZL00249960.6和ZL01272605.2中，考虑到真空层中径向支撑的布置，外壳和内胆之间的真空层厚度也不得不在100毫米左右。内胆和外壳的内支承结构既要能够承受由于液体负荷、储罐重量以及相应冲击加速度所产生的力，还必须尽可能减少内支承结构所引起的漏热量，所以内支承结构是低温储罐设计的关键。已有的技术中，国内外目前采用的低温储罐上内支承结构有1)内胆和外壳间的绝热垫块结构，但不能有效解决高真空多层绝热间距小引起支承漏热量大的问题和内筒体热胀冷缩所引起的高真空多层绝热层破坏或间断的问题；2)内外封头间不锈钢套管结构，制作困难、内外封头的间距大及抗冲击能力差，且漏热量比较大；3)吊拉带结构，不能有效解决热胀冷缩引起的抗冲击能力下降问题；4)实用新型ZL00216678.X的低温容器抗强冲击支承结构，要求封头间距大及常温转入低温时接触间隙增大，抗冲击水平降低。
随着我国低温液化气体罐式储运的发展，在限定的尺寸范围内如何有效地增大低温液化气体的储存容积及提高隔热与抗冲击水平，是设计者们所追求的目标。本发明克服了现有的支承设计存在的不足，其特点是隔热层薄、隔热性能优越及储液体积大。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种高真空绝热低温液化气体储罐，其中在罐体端部的外壳封头和内胆封头之间采用了能够同时承受径向力和轴向力的组合支承结构，组合支承结构由适当的玻璃钢或类似材料加工而成，本发明提供的高真空绝热低温液化气体储罐基本上克服了因现有技术的局限和缺点而导致的一个或多个问题。
本发明的其它优点、目的和特征将在下面的说明中给出，对于熟悉本领域的技术人员来说，其中的一部分优点、目的和特征可以通过以下的分析明显得出或是通过本发明的实践而得到。通过在文字说明部分、权利要求书以及附图中特别指出的结构，可以实现和获得本发明的目的和其它优点。
为了获得到这些优点和其它优点并根据本发明的目的，作为具体的和广义的描述为实现发明的目的，本发明所述的高真空绝热储罐包括框架和罐体，所述罐体由外壳、内胆、外壳和内胆之间的高真空绝热层以及连接外壳与内胆的支承结构所组成，所述的外壳和内胆包括直筒段和封头，其中所述的支承结构为设置在罐体端部的外壳封头和内胆封头之间的承受径向力和轴向力的组合支承结构。
本发明所述的储罐包括框架和罐体。对于罐车来讲，框架指通过某种方式和罐体固定的汽车底盘；对于罐箱来讲，框架指通过某种方式固定在限定尺寸范围内的集装箱结构框架。
在本发明所述的储罐中，由于其中采用的组合支承结构仅设置在罐体两端的内外封头之间，与实用新型ZL00249960.6和ZL01272605.2所涉及的罐体相比，省缺了径向支承，从而减少了内胆和外壳的连接面传热面积，从而获得更好的隔热效果，同时由于省缺了在直筒段的径向支承，在外壳和内胆的高真空绝热层可以减薄至50毫米，扩大了内胆有效容积，提高了装载效率。
根据本发明所述的储罐，其中所述的内胆封头呈中心内凹状形成反置小封头，所述小封头的弧面与所述外壳的封头弧面反向。
本发明所述的储罐的罐体外壳包括左外封头体、外直筒体、右外封头体及加强圈，与现有技术不同的是，外壳加强圈设在外壳外部，这样使在获得相同外壳内径、相同加强圈规格的情况下，外壳使用材料少，自重小、成本低、加强圈还起到保护外壳作用；内胆由左内封头体、内直筒体、右内封头体组成(根据附图2示明罐体左右)，内胆封头和外壳封头反方向安装，内胆缠绕了多层绝热材料，内胆和外壳通过两端内外封头体间的组合支承结构来连接，并承受径向力和轴向力。由于内胆封头和外壳封头反方向安装，组合支承结构可以安置在内封头内，从而使内、外封头之间的间隙更窄，使在外壳等大的情况下，内胆的有效装载容积更大，这是实用新型ZL00216678.X、ZL00249960.6和ZL01272605.2所涉及的罐体都不具备的。
根据本发明所述的储罐，其中所述的支承结构设置有一支承盘，其与所述的反置小封头相接触；另外还设有两个固定环，用于保持所述的支承盘，所述的固定环分布在所述支承盘的两侧，所述的支承盘与反置小封头之间设有可自动调节的接触间隙。
根据本发明所述的储罐，其中还包括一设置在外壳封头和内胆封头之间并穿过所述支承盘的中心孔的轴向支承装置，所述的轴向支承装置包括一支承管，与所述的外壳封头内侧相固定，支承管内壁设置有一突起部；一支承轴，与所述的反置小封头相固定，穿过所述的突起部伸入所述的支承管中；一锁紧件，设置在所述支承轴的端部；其可以是一锁紧螺帽或类似的部件，以及第一垫块，其锁定在所述锁紧件与突起部之间和第二垫块，其锁定在所述反置小封头与该支承管的突起部之间，所述支承结构中用于传递轴向载荷的支承端的内胆封头与外壳封头的间距取决于输排液体与气体的管子液封及热胀冷缩补偿所需的间距，例如，该间距可以为约300毫米。另外，为了提高支承管的支承强度还可以使所述支承管的端部为一具有加强结构的端部。
根据本发明所述的储罐，其中还包括一固定在外壳封头内的加强筒，所述的加强筒设置在支承管的外部，在所述加强筒和支承管之间还可以设置有一加强板。为了便于内胆的安装，在内胆的一个反置小封头上设置有与所述支承管相配合的水平工艺管，在所述外壳和内胆封头内还设置有加强板。
组合支承结构主要包括左径向支承盘、右径向支承盘、右轴向垫块(上文中所称的第二垫块)、左轴向垫块(上文中所称的第一垫块)和支承管。左径向支承盘设置在罐体左端，右径向支承盘设置在罐体右端，共同承担着内胆及其装载介质所产生的径向力；右轴向垫块和左轴向垫块均设置在罐体左端，使罐体在移动过程中，内胆及装载介质产生的向右及向左的轴向载荷，压迫右轴向垫块和左轴向垫块后，通过支承管，传递给外壳。通过采用有限元结构与热分析软件，受控地设计出最大装载率下能满足受力和漏热量要求的内支承结构，带轴向支承端的封头间隙只要满足管子引出时结构需要，真正实现了与高真空多层绝热结构相匹配的内支承结构。组合支承结构中的左径向支承盘和右径向支承盘的外圈与内封头体向内筒体延伸的不锈钢管相接触，有利于轴向支承块的布置与降低轴向支承块的漏热量，玻璃钢盘的内圈与外封头体上钢管相接触，使任何径向受力水平一致，提高了该结构受力的可靠性，而隔热特性很好，内胆和外壳的径向传热面仅为内支承受力面，其余的圆柱面上是辐射传热，完全避免了实用新型ZL00249960.6和ZL01272605.2所涉及的罐体径向支承的漏热量内外封头间的间距小，提高装载率。选择合适的玻璃钢支承盘材料，通过有限元分析及试验验证，使内外圈接触间隙具有自调节能力、罐体从常温变到低温时，该径向支承盘内外圈接触间隙变化很小，大大提高了径向的抗冲击能力，并利于常温下的装配及间隙控制。同时，该发明充分利用了该玻璃钢材料抗压强度与导热系数的比值大与接触热阻的特性，使支承耐径向力的能力大，而漏热又小，解决了实用新型ZL00216678.X的低温容器抗强冲击支承结构中冷态接触间隙变大不利于抗冲击的难题。通过内封头体向内筒体延伸的不锈钢管来加长轴向玻璃钢压块的长度，降低轴向支承的漏热，解决了实用新型ZL00216678.X的低温容器抗强冲击支承结构中轴向支承漏热量无法控制的问题，同时确保有效空间内的最大储液体积，圆满地解决了内支承受力与隔热的矛盾。
图1是本发明高真空多层绝热低温液化气体储罐示意图；图2是罐体及内支承结构示意图。
图1中，37是框架、38是罐体；图2中1是外壳左封头、2是外壳左封头加强板、3是内胆左封头、4是内胆左封头加强板、5是左过渡接筒、6是左补强板、7是左加强筒、8是左加强板、9是左玻璃钢支承管、10是左封板、11是支承轴，其可以是不锈钢轴、12是锁紧件，其可以是螺帽、13是左反置小封头、14是左径向支承盘、15是第二垫块、16第一垫块、17是左径向支承盘左固定环、18是左径向支承盘右固定环、19是右径向支承盘、20是右反置小封头、21是工艺管、22是右径向支承盘右固定环、23是右径向支承盘左固定环、24是外壳右封头、25是外壳右封头加强板、26是内胆右封头、27是内胆右封头加强板、28是右过渡接筒、29是右补强板、30是右加强筒、31是右加强板、32是右支承管、33是右封板、34是内直筒体、35是外直筒体、36是外壳加强圈、39是高真空绝热层、40是多层缠绕绝热材料。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的具体实施作进一步描述。如图1所示，本发明包括框架37和罐体38，两者按照适当方式焊接在一起。如图2所示，罐体包括外壳左封头1、外壳左封头加强板2、内胆左封头3、内胆左封头加强板4、左过渡接筒5、左补强板6、左加强筒7、左加强板8、左支承管9、左封板10、不锈钢轴11、锁紧螺帽12、左反置小封头13、左径向支承盘14、第二垫块15、第一垫块16、左径向支承盘左固定环17、左径向支承盘右固定环18、右径向支承盘19、右反置小封头20、工艺管21、右径向支承盘右固定环22、右径向支承盘左固定环23、外壳右封头24、外壳右封头加强板25、内胆右封头26、内胆右封头加强板27、右过渡接筒28、右补强板29、右加强筒30、右加强板31、右支承管32、右封板33、内直筒体34、外直筒体35、外壳加强圈36、高真空绝热层39和多层缠绕绝热材料40。
外壳左封头1、外壳左封头加强板2、左补强板6、左加强筒7、左加强板8和左支承管9相互焊接在一起形成左外封头体。
内胆左封头3、左过渡接筒5、内胆左封头加强板4、左反置小封头13、左径向支承盘右固定环18和不锈钢轴11相互焊接在一起形成左内封头体。
外壳右封头24、外壳右封头加强板25、右补强板29、右加强筒30、右加强板31和右支承管32相互焊接在一起形成右外封头体。
内胆右封头26、右过渡接筒28、右反置小封头20、水平安装工艺管21、右径向支承盘左固定环23和内胆右封头加强板27相互焊接在一起形成右内封头体。
右外封头体24和外直筒段35焊接而成外筒体组合段。左内封头体、右内封头体和内直筒段34相互焊接在一起形成内胆。内胆外表面缠绕多层绝热材料40。在安装过程中，首先，把右径向支承盘19放入内胆内，再放入右径向支承盘右固定环22，用专用工装压紧右径向支承盘右固定环22的内圈，右径向支承盘右固定环22与内胆上右过渡接筒28角焊接，外筒体组合段套入右径向支承盘19内。其次，把左径向支承盘14放入内胆内，再放入左径向支承盘左固定环17，用专用工装压紧左径向支承盘左固定环17的内圈，左径向支承盘左固定环17与内胆上左过渡接筒5角焊接，把第二垫块15放入内胆不锈钢支承轴11上，最后把左外封头体套入左径向支承盘14内，左外封头体上左封头1与外筒体组合段焊接。第一垫块16放入左支承管9内，用锁紧螺帽12旋紧到内胆不锈钢支承轴11上来压紧第一垫块16与第二垫块15，锁紧螺帽12与不锈钢支承轴11角焊接实现组合支承的安装。最后，左封板10与左补强板6角焊接与右补强板29与右封板33角焊接，形成罐体。外壳和内胆之间抽高真空形成高真空绝热层39。外壳加强圈36焊在外壳外表面。
当然，可以理解的是，本领域熟知的技术人员在本发明技术方案的基础上可以做出任何更改或变形，而它们均应属于本发明所附权利要求的范围。
权利要求
1.一种高真空绝热低温液化气体储罐，包括框架和罐体，所述罐体由外壳、内胆、外壳和内胆之间的高真空绝热层以及连接外壳与内胆的支承结构所组成，所述的外壳和内胆包括直筒段和封头，其特征在于所述的支承结构为仅设置在罐体端部的外壳封头和内胆封头之间的承受径向力和轴向力的组合支承结构。
2.根据权利要求1所述的储罐，其特征在于，所述储罐的外壳和内胆之间的间距不大于50毫米。
3.根据权利要求1或2所述的储罐，其特征在于，所述的内胆封头中心部向内凹陷形成反置小封头，所述小封头的弧面与所述外壳的封头弧面反向。
4.根据权利要求3所述的储罐，其特征在于，所述的支承结构设置有一支承盘，其与所述的反置小封头相接触；两个固定环，用于保持所述的支承盘，所述的固定环分布在所述支承盘的两侧，所述的支承盘与反置小封头之间设有可自动调节的接触间隙。
5.根据权利要求1、2或4的储罐，其特征在于在所述的内胆小封头和反置小封头之间设有一过渡接筒，所述的支承结构设置在所述的过渡接筒内。
6.根据权利要求4所述的储罐，其特征在于，还包括一设置在外壳封头和内胆封头之间并穿过所述支承盘的中心孔的轴向支承装置，所述的轴向支承装置包括一支承管，与所述的外壳封头内侧相固定，支承管内壁设置有一突起部；一支承轴，与所述的反置小封头相固定，穿过所述的突起部伸入所述的支承管中；一锁紧件，设置在所述支承轴的端部；以及第一垫块，锁定在所述锁紧件与突起部之间；第二垫块，锁定在所述反置小封头与该支承管的突起部之间。
7.根据权利要求6所述的储罐，其特征在于，所述支承结构中用于传递轴向载荷的支承端的内胆封头与外壳封头的间距取决于输排液体与气体的管子液封及热胀冷缩补偿所需的间距。
8.根据权利要求6所述的储罐，其特征在于，还包括一固定在外壳封头内的加强筒，所述的加强筒设置在支承管的外部。
9.根据权利要求8所述的储罐，其特征在于，在所述加强筒和支承管之间还设置有一加强板。
10.根据权利要求1所述储罐，其特征在于，其中内胆的一个反置小封头上设置有与所述支承管相配合的水平工艺管，以实现水平安装或垂直安装时的导向定位。
11.根据权利要求1所述储罐，其特征在于，所述外壳和内胆封头内还设置有加强板。
12.根据权利要求1所述储罐，其特征在于所述的组合支承结构采用受力性能好而导热系数小的玻璃钢或类似材料来承受和传递各种力和隔断热量的传递，并利用接触热阻进一步降低热的传递。
13.根据权利要求1或2所述的储罐，其特征在于，在所述外壳的外部设有加强圈。
全文摘要
本发明提供了一种高真空多层绝热低温液化气体储罐，其包括框架和罐体，罐体由外壳、内胆和连接外壳与内胆的组合支承结构组成，组合支承结构仅设置罐体两端的内外封头之间，就能承受径向载荷和轴向载荷，内胆和外壳的传热面积小，支承结构承载力大，内胆有效装载容积大。
文档编号F17C13/08GK1683816SQ20041000901
公开日2005年10月19日 申请日期2004年4月15日 优先权日2004年4月15日
发明者汪荣顺, 孙洪利, 罗永欣, 石玉美 申请人:中国国际海运集装箱(集团)股份有限公司, 上海交通大学