CN118031099B - 一种lng储罐防液体晃荡的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LNG储罐防液体晃荡的方法及装置，包括LNG储罐罐体、引导支撑柱、浮体层、浮体层挡板、罐底挡板，从流体力学原理的角度设计防晃荡方法和结构，构建了储罐内部侧壁和顶部弧面连接、挡板、浮体层、浮体层中的导流孔四层抑制晃荡的防线，将LNG储罐内液体能够造成晃荡的动能无害化释放，从根源上抑制液体晃荡，有效防范晃荡造成的风险。
Description
技术领域
本发明涉及海上LNG储罐运输，尤其涉及一种LNG储罐防液体晃荡的方法及装置
背景技术
众所皆知常温常压下液化气的体积仅为气态天然气体积的约几百份之一，因此将天然气转化成液化天然气适合于长距离海上运输。跨海运输液化气并且将液化气传送到陆地预先设置处置点的位置成为海上采集天然气的主流方式，大量避开了海上铺设管道的巨大工程。
装配有液化天然气储罐的船舶在风浪中航行、起航加速、停泊时发生颠簸，储罐中的液化天然气会引发晃荡冲击，晃荡冲击会对储罐壁面产生强烈的拍击，可能导致储罐的结构破坏，同时晃荡冲击力产生的力矩还会造成运载储罐的轮船稳定性平衡，甚至会造成轮船的倾斜颠簸，在其他不可抗力的共同作用下，存在引发翻船大事故的安全隐患。
液舱晃荡对船舶的危害极大，此方面的课题成为海洋及船舶工程领域的重要的前沿课题，这方面的专业研究也不少，例如在液舱遭遇不同外部激励的情况下基于自适应网格加密技术(AMR)进行数值模拟，其自由面波高的计算值与理论值对比，具备较好的一致性，证明AMR方法具备较强的合理性。在液舱晃荡过程中的非线性动力学行为研究方面，也有许多学术成果。
在传统技术里应对抑制晃荡的技术中较为常见的技术为：通过采用储罐内部侧壁和底部/顶部面处理成45°倾斜的上斜削面和下斜削面的连接来减小晃荡，此法在一定程度上能减小晃荡，但储罐中的储存空间由于上斜削面和下斜削面存在而变小，其液体最大容量也随之减小。
现有技术CN116424482A 抑制LNG储罐液体晃荡的动态DBA隔板结构及其方法，公开了“一种抑制LNG储罐液体晃荡的动态DBA隔板结构及其方法，属于流体制荡技术领域，包括隔板结构本体，所述的隔板结构本体包括上下布置的翼缘板和竖直板，翼缘板的转角随液深的变化通过铰接点自动进行调节”。
现有技术CN201320222465.2一种新型船舶液舱制荡装置，公开了“制荡面板的四个角上安装有球状浮体，制荡面板的中部安装有卷绕器，卷绕器旁安装有控制器，制荡面板的下部安装有超声波探头，超声波探头通过控制器与卷绕器相连接，地令安装在液舱底部，卷绕器通过钢丝绳与地令连接在一起”。
此外抑制液体晃荡的相关技术还有：CN103038129B一种用于液体货物用货舱的减晃荡冲击装置、《多相流MPS方法数值模拟带隔板分层液体晃荡》等。
以上这些现有技术，有的采用底层隔板法抑制晃荡的效果有限，只能适用于晃荡不强烈的应用场景，有的浮层物的方法，虽然有效的减弱了容器中液体的晃荡，但晃荡的应力仍然被浮层传递到容器的一则，仍然存在倾斜等安全风险。
发明内容
为了克服技术背景中所述的技术缺陷，本发明提出了一种LNG储罐防液体晃荡的方法及装置的技术解决方案，一种LNG储罐防液体晃荡的方法及装置包括LNG储罐罐体、引导支撑柱、浮体层、浮体层挡板、罐底挡板。
所述LNG储罐罐体的内部中，侧壁垂直于底部水平面，侧壁和顶部使用弧度面衔接。
所述LNG储罐罐体的内部中的底部上安装两组罐底挡板，罐底挡板垂直于罐体内部的底部，两组挡板紧贴引导支撑柱，在水平截面上呈现相互为垂直的方位；
所述引导支撑柱设置在LNG储罐罐体俯视的中心位置，并和罐体底部、顶部固定连接。
所述浮体层为空心结构。
所述浮体层上中心位置设置引导支撑柱安装孔。
所述浮体层底面上安装两组浮体层挡板；浮体层挡板垂直于浮体层底面，两组挡板紧贴引导支撑柱安装孔，在水平截面上呈现相互为垂直的方位。
LNG储罐发生加速或急动导致状态变化时，罐体内的液体形成晃荡的动能，经过挡板阻尼作用后，在浮体层下液体浅层形成向一侧运动的动能，所述浮体层上设置均匀分布的导流孔，通过物理结构导流孔引导液体释放所述动能，液体通过内部应力的挤压进入导流孔，其动能一部分通过冲撞导流孔内壁遇到阻尼，通过浮体层传递给引导支撑柱，一部分和液体冲撞导流孔内壁后反射到导流孔内壁另一侧的应力传递浮体层形成对冲，还有一部分通过导流孔以重力加速度减速向上运动，最终和重力对冲消除，这样液体动能的内应力被无害化释放，避免剧烈晃荡。
所述浮体层可在引导支撑柱上通过浮力和重力的作用下上下移动。
进一步，优选地，所述罐底挡板的高度设定为LNG储罐最多承载液体时液体高度的21%。
进一步，优选地所述浮体层挡板的高度设定为LNG储罐最多承载液体时液体高度的9%。
所述浮体层上均匀设置的导流孔形状为圆台和圆台镜像组合起的空间结构，其在水平面截面圆直径随从底面到半高逐步变小，再随从半高到高逐步变大。
所述浮体层上均匀设置的导流孔，构成所述导流孔的材料表面进行高压喷砂处理，形成不规则的凸起和凹陷的粗糙表面。
所述浮体层的侧面为椭圆曲面。
所述浮体层挡板为空心结构。
所述浮体层和浮体层挡板组合体的综合比重小于LNG储罐所装载液体的比重。
与现有技术相比，本发明有益的技术效果有：
1、克服了传统在罐体上设置上斜削面和下斜削面的技术的偏见，取消下斜削面恢复直角，将上斜削面改为弧形面，单纯这点改善，明显加强具备防晃荡的技术效果，且增加了LNG储罐的容量。
2、使用引导支撑柱作为浮体层的基础载体，承接浮体层传递的应力，使得LNG储罐更加稳定，且引导支撑柱对LNG储罐整体结构起到有效积极的加固作用。
3、罐底挡板和浮体层挡板上下配合，对晃荡抑制起到了大于两倍的综合效果。
4、从流体力学原理的角度设计防晃荡方法和结构，构建了储罐内部侧壁和顶部弧面连接、挡板、浮体层、浮体层中的导流孔四层抑制晃荡的防线，将LNG储罐内液体晃荡的动能无害化释放，从而从根源上抑制液体晃荡，有效防范晃荡造成的风险。
附图说明
图1是一种LNG储罐防液体晃荡的方法及装置的前视剖图，图1中：1、LNG储罐罐体，2、引导支撑柱，3、浮体层， 4、浮体层挡板，5、罐底挡板。
图2是一种LNG储罐防液体晃荡的方法及装置的俯视剖图。
图3是一种LNG储罐防液体晃荡的方法及装置安装浮体层后的俯视剖图。
图4是浮体层的立体结构示意图一，图4中：4、浮体层挡板，21、浮体层侧边的椭圆曲面， 22、导流孔，23、引导支撑柱安装孔。
图5是浮体层的立体结构示意图二。
具体实施方式
为了方便理解，具体实施方式中将技术方案和附图结合陈述。
一种LNG储罐防液体晃荡的方法及装置，包括LNG储罐罐体（1）、引导支撑柱（2）、浮体层（3）、浮体层挡板（4）、罐底挡板（5）。
传统抑制晃荡的技术中，使用罐体内侧壁和底部/顶部设置倾斜45度上斜削面和下斜削面，其中侧壁和底部连接的斜面，在晃荡产生时，液体冲击其45度的斜面，液体会产生向上的动能，不利于抑制晃荡，而储罐内顶部的斜面，45度面在受到液体冲击时候，储罐壁实际承受的冲击力远大于弧面所受到的冲击，故此，进一步，优选地，所述LNG储罐罐体的内部中，侧壁垂直于底部水平面，侧壁和顶部使用弧度面衔接。
所述LNG储罐罐体的内部中的底部上安装两组罐底挡板，罐底挡板垂直于罐体内部的底部，两组挡板紧贴引导支撑柱，在水平截面上呈现相互为垂直的方位；
所述引导支撑柱设置在LNG储罐罐体俯视的中心位置，并和罐体底部、顶部固定连接。
所述浮体层为空心结构。
所述浮体层上中心位置设置引导支撑柱安装孔。
所述浮体层底面上安装两组浮体层挡板；浮体层挡板（4）垂直于浮体层底面，两组挡板紧贴引导支撑柱安装孔（23），在水平截面上呈现相互为垂直的方位；
LNG储罐发生加速或急动导致状态变化时，罐体内的液体形成晃荡的动能，经过挡板阻尼作用后，在浮体层下液体浅层形成向一侧运动的动能，所述浮体层上设置均匀分布的导流孔（22），通过物理结构导流孔（22）引导液体释放所述动能，液体通过内部应力的挤压进入导流孔，其动能一部分通过冲撞导流孔内壁遇到阻尼，通过浮体层传递给引导支撑柱，一部分和液体冲撞内壁后反射到内壁另一侧的应力传递到浮体层形成对冲，还有一部分通过导流孔以重力加速度减速向上运动，最终和重力对冲消除，这样液体动能的内应力被无害化释放，避免剧烈晃荡。
所述浮体层可在引导支撑柱上通过浮力和重力的作用下上下移动。
在对液化天然气晃荡的研究中发现，通过在LNG储罐底内部安装不同形式不同尺寸的隔板，包括水平隔板、竖直隔板、弹性隔板等，都具备抑制剧烈晃的效果，但目前还没有在设置浮层体的环境下，隔板对分层液体晃荡的抑制作用方面的研究，本发明的技术方案通过MPS 方法，即在拉格朗日***下进行计算，晃荡时流体被离散为一个个粒子，通过计算粒子运动得到流体运动。进一步计算得到粒子的位置之后，最终获得自由面的形状，并以此为不同高度隔板抑制晃荡的效果，经过试样比对确定隔板的高度。
优选地，所述罐底挡板的高度设定为LNG储罐最多承载液体时液体高度的21%。
优选地，所述浮体层挡板的高度设定为LNG储罐最多承载液体时液体高度的9%。
所述浮体层上均匀设置的导流孔形状为圆台和圆台镜像组合起的空间结构，其在水平面截面圆直径随从底面到半高逐步变小，再随从半高到高逐步变大。
所述浮体层上均匀设置的导流孔，构成所述导流孔的材料表面进行高压喷砂处理，形成不规则的凸起和凹陷的粗糙表面。
所述浮体层的侧面为椭圆曲面。
所述浮体层挡板为空心结构。
所述浮体层和浮体层挡板组合体的综合比重小于LNG储罐所装载液体的比重。
特别申明：在本说明书中所述的 “实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、要素或者特点包括在本申请概括性描述的实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述并非限定特指的是同一个实施例。也就是说，结合任一实施例描述一个具体特征、要素或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、要素或者特点被包含于本发明申请保护的权利要求范围中； 实施例是参照本发明逻辑架构及思路的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但本发明的保护范围并不局限于此，本领域技术人员在本发明技术方案框架下可以设计出很多其他的修改和实施方式，可以对技术方案的要点变换组合/或布局进行多种非本质性变型和改进，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的，可轻易想到实施的非实质性变化或替换，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。
Claims (5)
1.一种LNG储罐防液体晃荡的方法，包括LNG储罐罐体、引导支撑柱、浮体层、浮体层挡板、罐底挡板，其特征在于：
所述LNG储罐罐体的内部中，侧壁垂直于底部水平面，侧壁和顶部使用弧度面衔接；
所述LNG储罐罐体的内部中的底部上安装两组罐底挡板，罐底挡板垂直于罐体内部的底部，两组挡板紧贴引导支撑柱，在水平截面上呈现相互为垂直的方位；
所述引导支撑柱设置在LNG储罐罐体俯视的中心位置，并和罐体底部、顶部固定连接；
所述罐底挡板的高度设定为LNG储罐最多承载液体时液体高度的21%；
所述浮体层挡板的高度设定为LNG储罐最多承载液体时液体高度的9%；
所述浮体层上均匀设置的导流孔，构成所述导流孔的材料表面进行高压喷砂处理，形成不规则的凸起和凹陷的粗糙表面；
所述浮体层上均匀设置的导流孔形状为圆台和圆台镜像组合起的空间结构，其在水平面截面圆直径随从底面到半高逐步变小，再随从半高到高逐步变大；
所述浮体层上中心位置设置引导支撑柱安装孔；
所述浮体层底面上安装两组浮体层挡板；浮体层挡板垂直于浮体层底面，两组挡板紧贴引导支撑柱安装孔，在水平截面上呈现相互为垂直的方位；
LNG储罐发生加速、急动导致状态变化时，罐体内的液体形成晃荡的动能，经过挡板阻尼作用后，在浮体层下液体浅层形成向一侧运动的动能，所述浮体层上设置均匀分布的导流孔，通过物理结构导流孔均匀引导液体释放所述动能，液体通过内部应力的挤压进入导流孔，其动能一部分通过冲撞导流孔内壁遇到阻尼，通过浮体层传递给引导支撑柱，一部分和液体冲撞导流孔内壁后反射到导流孔内壁另一侧的应力传递浮体层形成对冲，还有一部分通过导流孔以重力加速度减速向上运动，最终和重力对冲消除，这样液体动能的内应力被无害化释放，避免剧烈晃荡。
2.如权利要求1所述的一种LNG储罐防液体晃荡的方法，其特征在于：所述浮体层可在引导支撑柱上通过浮力和重力的作用下上下移动。
3.如权利要求1所述的一种LNG储罐防液体晃荡的方法，其特征在于：所述浮体层的侧面为椭圆曲面。
4.如权利要求1所述的一种LNG储罐防液体晃荡的方法，其特征在于：所述浮体层挡板为空心结构。
5.如权利要求1所述的一种LNG储罐防液体晃荡的方法，其特征在于：所述浮体层和浮体层挡板组合体的综合比重小于LNG储罐所装载液体的比重。
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