МЕМБРАННЫЙ ТАНК ДЛЯ СЖИЖЕННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА Российский патент 2023 года по МПК F17C3/00 B63B11/00 B63B25/16 B63B35/44 

Изобретение относится к области судостроения и морского транспорта, а более конкретно к конструкции грузовых отсеков судов, перевозящих сжиженный природный газ (СПГ) наливом при низких температурах.

Известны суда для перевозки сжиженного газа наливом при низких температурах, в которых груз храниться в танках, изготовленных из тонких криогенных листовых металлов. (Логачев С.И. Анализ основных элементов и характеристик современных судов для перевозки сжиженного природного газа (газовозов LNG) / Морской вестник, N3 (15), 2005; Макаров В.Г. «Специальные системы судов-газовозов», Санкт-Петербург, 1997; Зайцев В.В. Коробанов Ю.Н., Суда-газовозы, Л. Судостроение, 1990; Евдокимов, Г.П. Современные суда для перевозки сжиженных нефтяных газов / Г.П.Евдокимов. - СПб.: ЦНИИМФ, 2009). Такие танки принято называть мембранными.

Мембранный танк представляет собой двойную оболочку из гофрированной криогенной стали или листового инвара или углепластика, которая через жесткую изоляцию опирается на поверхность отсека судна. Температурные деформации в оболочках гофрированных мембран компенсируются деформацией их гофров, а плоских мембран из инвара или углепластика - за счет незначительного коэффициента линейного расширения их материала.

Известна конструкция мембранного танка, у которой в качестве изоляции используется жесткий теплоизолирующий материал, в качестве которого используется жесткий пенополиуретан с удельным весом около 160 кг/м³ (Патент США 2011/0056955). Для компенсации неровностей на внутреннюю поверхность отека судна наносится мастика. Таким образом, давление от СПГ передается через мембраны, опирающиеся на фанерные листы, и жесткий теплоизолирующий материал на внутреннюю поверхность отсека корпуса судна.

Однако, конструкция данного типа мембранного танка имеет следующие недостатки:

- значительные деформации теплоизоляции необходимо компенсировать сложной конструкцией гофр первичной мембраны

- для компенсации местных напряжений в месте нанесения мастики жесткий пенополиуретан отделяется от корпуса судна дополнительным листом фанеры

- использование углепластика в качестве вторичной мембраны при повреждении первичной мембраны может привести к недопустимому проникновению СПГ в пространство отсека судна (РАЗРАБОТКА ТЕХПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БАКОВ ИЗ УГЛЕПЛАСТИКА С ПОЛИМЕРНЫМ ЛЕЙНЕРОМ ДЛЯ РАКЕТ И РАЗГОННЫХ БЛОКОВ. Вып.5. «Научно - технические разработки КБ «Салют», М., 2009 г).

Известна конструкция мембранного танка N098 МАХ (https://gtt.fr/technologies/no96-max), принятая в качестве прототипа, у которой в качестве изоляции используется минеральная вата. Давление от СПГ передается через мембраны, опирающиеся на фанерные листы, между которыми установлены деревянные стойки.

Конструкция данного типа мембранного танка имеет следующие недостатки:

- стойки вторичной мембраны опираются на дополнительный лист фанеры, что увеличивает вес изоляции

- конструкция крепления мембраны предусматривает наличие пазов в фанерных листах, которые значительно снижают несущую способность указанных фанерных листов

- конструкция отсека корпуса судна имеет соединения в виде соединяющихся под прямым углом плоскостей, что вызывает значительные локальные нагрузки на внешнюю поверхность мембранного танка из-за резкого колебания (слошинга) СПГ внутри танка.

Целью предполагаемого изобретения является упрощение технологии сборки танка в угловых соединениях, повышение надежности мембранного танка, уменьшение веса и теплопроводности танка, существенное уменьшение локальных нагрузок на стенки танка при слошинге СПГ внутри танка.

Для этого мембранный танк для сжиженного природного газа, имеющий первичную наружную и вторичную внутреннюю мембраны в виде тонких листов из криогенных металлических сплавов, находящиеся на фанерных листах, между которыми размещен термоизоляционный слой, опирающиеся на совокупность стоек из термоизоляционного материала по изобретению выполнен так, что для уменьшения веса конструкции и облегчения сборки конструкции, стойки вторичной мембраны крепятся с одной стороны привариваемыми к внутренней поверхности отсека судна металлическими элементами, с другой стороны на стойках прикреплены металлические элементы, проходящие через фанерные листы вторичной мембраны, к которым приваривается с внутренней стороны отсека вторичная мембрана, а стойки первичной мембраны располагаются по оси стоек вторичной мембраны и крепятся с одной стороны к вторичной мембране привариваемыми металлическими элементами, а с другой стороны на стойках закреплены металлические элементы, проходящие через фанерные листы первичной мембраны, к которым приваривается с внутренней стороны отсека первичная мембрана.

Для обеспечения жесткости конструкции стойки подкреплены фанерными листами, находящимися в плоскости этих стоек.

Для обеспечения компенсации тепловых деформаций, а также для технологичного формирования угловых соединений танка мембрана выполнена в виде сваренных листов из криогенной стали, на которых отштампована совокупность полусферических секторов, между которыми сформированы галтельные переходы, выполненные в виде поверхности, образованной вращением дуги, соприкасающейся с двумя соседними полусферическими секторами, ось вращения которой проходит между центрами соединяемых полусферических секторов, а в местах соединения указанных поверхностей с плоскостью мембраны, сформированы галтельные переходы, выполненные в виде поверхности, образованной перемещением дуги окружности, соприкасающейся с двумя соседними поверхностями.

Для формирования плоских участков конструкции танка мембрана выполнена в виде сваренных листов из криогенной стали, на которых отштампована совокупность полусферических секторов, которые соединены между собой половинками цилиндрических поверхностей, а в местах соединения полусферических секторов и цилиндрических поверхностей с плоскостью мембраны, а также в местах соединения цилиндрических поверхностей с полусферическими секторами сформированы галтельные переходы, выполненные в виде поверхности, образованной перемещением дуги окружности, соприкасающейся с двумя соседними поверхностями.

Для уменьшения слошинга и упрощения технологии сборки конструкции танка угловые участки отсека судна, представляющие из себя соединение двух плоскостей, выполнены в виде совокупности трех и более плоскостей, проходящих через полилинию, узловые точки которой совпадают с дугой, вписанной в угловой участок отсека.

Для повышения надежности мембранного танка при повреждении мембраны, а также уменьшения теплопроводности термоизоляционный слой выполнен в виде элементов жесткого полиуретана с удельным весом менее 160 кг/м³, которые располагаются между стойками, а щели между элементами жесткого полиуретана заполнены пенополиуретаном.

Использование стоек и мембраны из криогенной стали с совокупностью сферических секторов, соединенных галтельными переходами, а также изменение конструкции угловых участков отсека судна позволит обеспечить более простую технологию сборки в сложных угловых узлах танка, а использование указанной мембраны в качестве первичной и вторичной мембраны позволит повысить надежность танка и уменьшить стоимость изготовления танка по сравнению с использованием инвара в качестве материала мембраны.

Сущность предполагаемого изобретения поясняется рядом фигур, где на фиг. 1 приведена схема традиционного мембранного танка судна, на фиг. 2 - конструкция предлагаемого мембранного танка, на фиг. 3 - объемная геометрическая модель мембраны, на фиг. 4 - объемная геометрическая модель мембраны с половинками цилиндрических поверхностей, на фиг. 5 -схема формирования предлагаемого углового соединения мембранного танка, на фиг. 6 -объемная геометрическая модель предлагаемого углового соединения трех плоскостей.

Мембранный танк для сжиженного природного газа, содержит (фиг. 1) отсек 1 внутри которого расположен мембранный танк, имеющий первичную наружную 2 и вторичную внутреннюю 3 мембраны, опирающиеся на фанерные листы 4. Между мембранами 2 и 3, а также между внутренней поверхностью отсека 1 и вторичной мембраной 3 размещены блоки жесткого пенополиуретана 5.

Сущность изобретения видна из фиг. 2, где показан общий вид предлагаемой конструкции мембранного танка для СПГ. Конструкция мембранного танка включает следующие элементы: 1 - отсек внутри которого расположен мембранный танк, 2 - первичная наружная мембрана, 3 -вторичная внутренняя мембрана, 4 - фанерные листы, 5 - блок жесткого пенополиуретана, 6 - гайка, 7- болт с конструкцией для крепления стойки, 8 - стойка, 9 - металлическая конструкция в виде двутавра, 10 - металлическая конструкция с внутренней резьбой, 11 - монтажный диск с болтом, 12 - контактная сварка, 13 - угловая сварка, 14 - пенополиуретан, 15 - заземление конструкций в верхней части стоек, 16 - фанерный лист в плоскости стоек.

Последовательность сборки конструкции мембранного танка включает следующие шаги:

После приварки 13 к внутренней поверхности отсека 1 гайки 6 в нее устанавливается стойка 8, на одном конце которой прикреплена конструкция для крепления стойки 7, а с другой стороны к стойке прикреплена металлическая конструкция в виде двутавра 9, используемая для соединения отдельных листов фанеры 4, или металлическая конструкция с внутренней резьбой 10. Для обеспечения контактной сварки конструкции 9 и 10 присоединены к отрицательному проводу 15 сварочного аппарата. Затем между стойками 8 устанавливается на клей блоки жесткого пенополиуретана 5 и фанерные листы 16 в плоскости стоек. Далее щели между элементами жесткого полиуретана 5 заполняются пенополиуретаном 14.

Отдельные листы фанеры 4 закрепляются в конструкции 9. Затем с внутренней стороны отсека в фанеру 4 и конструкцию 10 монтируется монтажный диск 11 с гайкой. Далее с использованием контактной сварки вторичная мембрана 3 приваривается к конструкции 9 и монтажному диску 11. После приварки 13 к вторичной мембране (по оси установленной стойки 8) гайки 6 указанная последовательность сборки повторяется для формирования конструкции первичной мембраны.

Вид варианта конструкции мембраны для формирования угловых соединений мембранного танка представлена на фиг. 3. На мембране из криогенной стали отштампована совокупность полусферических секторов 17, между которыми сформированы галтельные переходы 18, выполненные в виде поверхности, образованной вращением дуги, соприкасающейся с двумя соседними полусферическим секторами, ось вращения которой проходит между центрами соединяемых полусферических секторов.

Вид варианта конструкции мембраны для формирования плоских участков мембранного танка представлена на фиг. 4. На мембране из криогенной стали отштампована совокупность полусферических секторов 17, которые соединены между собой половинками цилиндрических поверхностей 19, а в местах соединения полусферических секторов и цилиндрических поверхностей с плоскостью мембраны, а также в местах соединения цилиндрических поверхностей с полусферическими секторами сформированы галтельные переходы 20, выполненные в виде поверхности, образованной перемещением дуги окружности, соприкасающейся с двумя соседними поверхностями.

Схема формирования предлагаемого углового соединения мембранного танка представлена на фиг. 5. Суть схемы заключается в замене участков отсека судна 21, представляющие из себя соединение двух плоскостей, на соединение из трех и более плоскостей, проходящих через полилинию 22, узловые точки которой совпадают с дугой 23, вписанной в угловой участок отсека.

На фиг. 6 представлены результаты трехмерного моделирования предлагаемого углового соединения (в месте соединения трех плоскостей) в случае использования трех плоскостей для формирования углового соединения.

Изобретение относится к области судостроения и морского транспорта, а именно к конструкции грузовых отсеков судов, перевозящих сжиженный природный газ. Мембранный танк для сжиженного природного газа имеет первичную наружную и вторичную внутреннюю мембраны в виде тонких листов из криогенных металлических сплавов, находящиеся на фанерных листах, между которыми размещен термоизоляционный слой, опирающиеся на совокупность стоек из термоизоляционного материала. Стойки вторичной мембраны крепятся с одной стороны привариваемыми к внутренней поверхности отсека судна металлическими элементами, с другой стороны на стойках прикреплены металлические элементы, проходящие через фанерные листы вторичной мембраны, к которым приваривается с внутренней стороны отсека вторичная мембрана. Стойки первичной мембраны располагаются по оси стоек вторичной мембраны и крепятся с одной стороны к вторичной мембране привариваемыми металлическими элементами, а с другой стороны на стойках закреплены металлические элементы, проходящие через фанерные листы первичной мембраны, к которым приваривается с внутренней стороны отсека первичная мембрана. Достигается упрощение технологии сборки танка в угловых соединениях, повышение надежности мембранного танка, уменьшение веса и теплопроводности танка. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Мембранный танк для сжиженного природного газа, имеющий первичную наружную и вторичную внутреннюю мембраны в виде тонких листов из криогенных металлических сплавов, находящиеся на фанерных листах, между которыми размещен термоизоляционный слой, опирающиеся на совокупность стоек из термоизоляционного материала, отличающийся тем, что стойки вторичной мембраны крепятся с одной стороны привариваемыми к внутренней поверхности отсека судна металлическими элементами, с другой стороны на стойках прикреплены металлические элементы, проходящие через фанерные листы вторичной мембраны, к которым приваривается с внутренней стороны отсека вторичная мембрана, а стойки первичной мембраны располагаются по оси стоек вторичной мембраны и крепятся с одной стороны к вторичной мембране привариваемыми металлическими элементами, а с другой стороны на стойках закреплены металлические элементы, проходящие через фанерные листы первичной мембраны, к которым приваривается с внутренней стороны отсека первичная мембрана.

2. Мембранный танк по п.1, отличающийся тем, что стойки подкреплены фанерными листами, находящимися в плоскости этих стоек.

3. Мембранный танк по п.1, отличающийся тем, что для формирования угловых соединений танка мембрана выполнена в виде сваренных листов из криогенной стали, на которых отштампована совокупность полусферических секторов, между которыми сформированы галтельные переходы, выполненные в виде поверхности, образованной вращением дуги, соприкасающейся с двумя соседними полусферическими секторами, ось вращения которой проходит между центрами соединяемых полусферических секторов, а в местах соединения указанных поверхностей с плоскостью мембраны, сформированы галтельные переходы, выполненные в виде поверхности, образованной перемещением дуги окружности, соприкасающейся с двумя соседними поверхностями.

4. Мембранный танк по п.1, отличающийся тем, что для формирования плоских участков конструкции танка мембрана выполнена в виде сваренных листов из криогенной стали, на которых отштампована совокупность полусферических секторов, которые соединены между собой половинками цилиндрических поверхностей, а в местах соединения полусферических секторов и цилиндрических поверхностей с плоскостью мембраны, а также в местах соединения цилиндрических поверхностей с полусферическими секторами сформированы галтельные переходы, выполненные в виде поверхности, образованной перемещением дуги окружности, соприкасающейся с двумя соседними поверхностями.

5. Мембранный танк по п.1, отличающийся тем, что угловые участки отсека судна, представляющие из себя соединение двух плоскостей, выполнены в виде совокупности трех и более плоскостей, проходящих через полилинию, узловые точки которой совпадают с дугой, вписанной в угловой участок отсека.

6. Мембранный танк по п.1, отличающийся тем, что термоизоляционный слой выполнен в виде элементов жесткого полиуретана с удельным весом менее 160 кг/м³, которые располагаются между стойками, а щели между элементами жесткого полиуретана заполнены пенополиуретаном.