CN220262996U - 半薄膜货物围护***绝热支撑薄膜部件及其应用结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半薄膜货物围护***绝热支撑薄膜部件，为一设置中心孔(1)、环绕中心设置对称结构的回字形波纹皱褶(3)、板厚3‑5mm的薄膜部件；边缘为连接所述回字形波纹皱褶外层边缘的平面；所述回字形波纹皱褶(3)为内外两层；每一所述回字形波纹皱褶(3)在转折处设置过渡圆角。本发明还提供了所述半薄膜货物围护***绝热支撑薄膜部件的应用。本发明回型薄膜单元以阵列的方式定位于两个绝缘单元的交线处，使货舱主屏壁平面区域在具有柔性伸缩的基础上，具有多个刚性较大的支撑点，增强主屏壁抗动静载荷能力。该***波纹板组件少，铺设方法多，施工便捷性强，有利于降低半薄膜货物围护***建造成本。

Description

半薄膜货物围护***绝热支撑薄膜部件及其应用结构

技术领域

本发明涉及一种半薄膜货物围护***，更具体地说，涉及半薄膜液货舱系中的一个薄膜部件，以及该薄膜部件实现的整体薄膜舱设置方式。

背景技术

目前，常用的船用货物围护***舱型主要为薄膜型和独立型，薄膜型货物围护***通过焊接和粘连完全依附于船体内壳上，不具备自持力，绝缘***将来自货舱内含物产生的静压力和动压力传递至船体内壳，船体内壳保持液货舱的完成性。并且主屏壁通常由厚度不超过10mm的不锈钢或者殷瓦钢波纹板构成，重量较轻，并在货物围护***应力集中部位采用带有肋的波纹板及安装加强楔块，如专利CN1307384，CN102588732，CN107850265专利所述。独立型货物围护***通过基座安装于船体内壳上，具有自持力。主屏壁通常采用9％镍钢或铝合金制成，厚度通常在30-60mm，能够承受静压和动压负载以及热应力变化。

但由于薄膜型货物围护***紧密贴附于船体结构，货物围护***与船体同期建造，整体建造周期长。并且由于波纹板构柔性较强刚性较弱，考虑到船舶航行过程中储舱自由液面晃荡产生的抨击问题，波纹板会塌陷而失效，目前运输舱充装率通常被限定在小于10％H或高于70％H，并且需根据流体运动分析结果分区调整加强形式和锲型块布置，不但约束了船东的运载方式还增加了设计复杂程度。对于独立型货物围护***其具有检修空间，并且与船体分开建造，但因主屏壁需具有足够强度，大大增加了***重量及费用。

根据IGC CODE《国际散装运输液化气体船舶构造和设备规则》，半薄膜液货舱系指装载工况下非自身支持的液货舱，由一层薄膜组成，该薄膜的大部分是由相邻船体结构通过绝热层所支持，设计蒸汽压力通常应不超过0.025MPa。但目前国内外对于半薄膜舱型的设计技术并不完善，实船应用有限，仍具有广阔的开发前景。

发明内容

本发明提供了一种一体式半薄膜货物围护***绝热支撑的薄膜部件，用于实现半薄膜液货舱系，该薄膜部件采用增厚的不锈钢或者殷瓦钢制成，整体呈矩形，特殊过渡区域采用与船体结构和围护***相匹配的不规则形状，其具有回型波纹结构，通过铆钉或粘接锚固于一体式绝热支撑基座，并在四周重叠区域通过搭接焊与周边波纹板密封连接，形成以绝热支撑薄膜部件为中心的应力变形。本薄膜部件具有较强的刚性和相对的柔性，不但能够吸收因温度变化引起的膨胀和收缩，而且增强主屏壁抵抗静压及动压负载的能力。同时，回型结构设计可有效避免Technigaz型波纹板扭结点应力集中问题，提高绝热支撑结构部件的支撑能力。该薄膜部件横向与纵向波纹波高相同、结构对称，受力分布均匀减小应力集中，抗疲劳破坏能力增加且容易制造。

为了达到上述目的，本发明提供了一种半薄膜货物围护***绝热支撑薄膜部件，为一设置中心孔、环绕中心设置对称结构的回字形波纹皱褶、板厚3-5mm的薄膜部件；边缘为连接所述回字形波纹皱褶外层边缘的平面；所述回字形波纹皱褶为内外两层；每一所述回字形波纹皱褶在转折处设置过渡圆角。

优选方式下，连接外层所述回字形波纹皱褶边缘的平面板厚小于中心所述3-5mm的板厚，从而构成台阶。

优选方式下，内外两层所述回字形波纹皱褶具有相同截面形状。具体说，所述回字形波纹皱褶的横截面为半圆形或横向直径小于纵向直径的椭圆形，且左右表面曲线相同。

优选方式下，内外两层所述回字形波纹皱褶的过渡圆角完全一致。

本发明还提供了上述半薄膜货物围护***绝热支撑薄膜部件的应用，包括以点阵方式通过螺栓或者粘连固定在货舱内壳结构表面上的强结构节点；将所述回型薄膜部件通过中心孔穿设螺栓固定于所述强结构节点上；所述回型薄膜部件与Technigaz型波纹薄膜部件通过搭接焊或粘连形成半薄膜货物围护***的主屏壁，所述强结构节点由玻璃钢、碳纤维构成，实现绝热支撑；所述货舱内壳与所述主屏壁之间设置有绝热层。

优选方式下，Technigaz型波纹薄膜部件通过封板通过搭接焊或粘连于所述回型薄膜部件的台阶处。

优选方式下，所述回型薄膜部件实现的主屏壁采用L型铺装，或者采用一字型铺装。

优选方式下，所述回型薄膜部件的中心点位于拼接波纹板纵向波纹中心线与横向波纹中心线的交叉处。

本发明有益效果在于：

1、回型薄膜部件结构对称，具有更好的结构稳定性，纵向与横向皱褶具有相同截面形状，可通过冲压一次成型，降低制造工艺复杂程度，更易制造，改善加工过程中过多残余应力的现象。

2、回型薄膜部件可改善Technigaz型波纹板扭结点应力集中问题，在受到相同压力和温度变化负荷时，与Technigaz型波纹板相比，薄膜部件皱褶处应力分布均匀，且相较Technigaz型波纹薄膜部件最大处应力减小89％及最大处位移减小82.57％。回型皱褶设计增强了半薄膜货物围护***绝热支撑结构主屏壁层的刚性，能够承受更为严苛的静压和动压负载以及热应力变化，提高绝热支撑结构部件的支撑能力及使用寿命。

3、回型薄膜部件定位于拼接波纹板大波纹中心线M与小波纹中心线N的交叉处，该定位使回型波纹截断中心线M和N的数目最少，有利于保持半薄膜货物围护***主屏壁层整体的柔韧性。

4、利用本发明薄膜部件实现的半薄膜液货舱系，通过局部受力支撑整体受力，能够有效解决船舶航行过程中储舱自由液面晃荡产生的抨击问题，避免波纹板塌陷，扩大运输舱充装的适用范围，实现自由装载。

附图说明

图1是回型波纹薄膜部件三维立体图；

图2是回型波纹薄膜部件正视剖面图；

图3是回型波纹薄膜部件有限元网格的示意图；

图4是Technigaz型波纹薄膜部件有限元网格的示意图；

图5是回型波纹薄膜部件位移情况；

图6是Technigaz型波纹薄膜部件位移情况；

图7是回型波纹薄膜部件应力情况；

图8是Technigaz型波纹薄膜部件应力情况；

图9是回型波纹薄膜部件与拼接波纹板对接成型后的薄膜单元；

图10是绝热支撑结构的薄膜部件与封板叠置对接；

图11是回型波纹薄膜部件与拼接波纹板对接后的薄膜单元三维立体图；

图12是平面区域主屏壁波纹板组件；

图13是薄膜单元位于一字型铺装绝缘单元的交线处布置图；

图14是是薄膜单元位于L形铺装绝缘单元的交线处布置图。

具体实施方式

如图1、2所示，本发明一种半薄膜货物围护***绝热支撑薄膜部件，为一设置中心孔1、环绕中心设置对称结构的回字形波纹皱褶3、板厚3-5mm的薄膜部件；边缘为连接所述回字形波纹皱褶外层边缘的平面；所述回字形波纹皱褶3为内外两层；每一所述回字形波纹皱褶3在转折处设置过渡圆角。

所述连接外层回字形波纹皱褶边缘的平面板厚小于中心所述3-5mm的板厚，从而构成台阶2。内外两层所述回字形波纹皱褶具有相同截面形状。所述回字形波纹皱褶3的横截面为半圆形或横向直径小于纵向直径的椭圆形，且左右表面曲线相同。内外两层所述回字形波纹皱褶的过渡圆角完全一致。

如图9～12所示，以上所述半薄膜货物围护***绝热支撑薄膜部件的应用，包括以点阵方式通过螺栓或者粘连固定在货舱内壳结构表面上的强结构节点；所述回型薄膜部件通过中心孔1穿设螺栓固定于所述强结构节点上；所述回型薄膜部件与Technigaz型波纹薄膜部件4通过搭接焊或粘连形成半薄膜货物围护***的主屏壁，所述强结构节点由玻璃钢、碳纤维构成，实现绝热支撑；所述货舱内壳与所述主屏壁之间设置有绝热层。优选方式下，Technigaz型波纹薄膜部件4通过封板6通过搭接焊或粘连于所述回型薄膜部件的台阶2处。

本发明应用于半薄膜货物围护***绝热支撑结构的薄膜部件，该薄膜部件成矩形，其中心设置有锚固螺栓孔，并通过焊接或粘接形式将铆钉与货物围护***薄膜部件密封。同时，该薄膜部件具有对称结构的回字形波纹皱褶，内外两层回型波纹皱褶具有相同截面形状，以及相同的过渡圆角R，横截面可以是半圆形或横向直径小于纵向直径的椭圆形且左右表面曲线相同，不仅用于承受由热载荷引起的循环疲劳载荷，还能用于吸收由围护***内部液体产生的压力载荷，并将吸收的载荷转移到绝缘层，防止薄膜部件破坏。本薄膜部件由不锈钢或者殷瓦钢波纹板压制成型，在中心波纹区域板厚3-5mm，增强波纹板刚性。如图4周环绕台阶，用于与拼接波纹板或封板叠置，叠置区域采用常规的搭接焊或粘连工艺，以保证主屏壁层的密封性。

本绝热支撑结构的薄膜部件不仅要克服Technigaz型波纹板的弊端，也需要通过分析薄膜部件的应力-位移来验证新模型的最优配置，因薄膜部件结构很难以理论方式分析呈现约束行为。因此，通过有限元分析的方法进行验证。薄膜部件受到由储罐内部液体施加的分布均匀且垂直于薄膜部件表面的压力，以及因环境温度变化而产生的热应力。通过有限元分析软件分别对回型波纹薄膜部件以及Technigaz型波纹进行有限元网格划分如图。表中示出用于有限元分析薄膜部件的材料属性。

如位移与应力图所示(图3～8)，根据有限元分析结果表明，在同等边界条件下，本回型薄膜部件表现出更优异的性能，回字形薄膜部件皱褶处变形量小，变形最大处处于平面区域51.5mm，以及具有较低的应力集中，最大处为21Mpa，而Technigaz型波纹薄膜部件在扭结点处出现最大应力191Mpa和位移294.7mm，回字形薄膜部件的应力及位移均小于Technigaz型波纹薄膜部件。本回型薄膜部件其结构稳定，可增强半薄膜货物围护***绝热支撑结构主屏壁层的刚性，承受更为严苛的静压和动压负载以及热应力变化，并提高使用寿命。

本薄膜部件在实施过程中，首先与四周拼接波纹板对接形成回型薄膜单元如图9所示，回型薄膜单元整体呈矩形，其中心点位于拼接波纹板大波纹中心线M与小波纹中心线N的交叉处，该定位使回型薄膜部件截断拼接波纹板中心线M和N的数目最少，最大限度的保持拼接波纹板波纹的连续性，有利于保持半薄膜货物围护***主屏壁层整体的柔韧性；再具体的说，回型波纹板穿插在GTT波纹板之间，现在的定位，是只截断1个横波和1个纵波，这样截断数目少，有利于保持原有波纹板的连续性，有利于整体主屏壁的柔性。

其次，回型薄膜单元与另外两种常规Technigaz型波纹薄膜部件(如图12)通过搭接焊或粘连形成半薄膜货物围护***的完整主屏壁，根据绝热支撑结构的布置如图12、13所示，波纹板组件如图12，可采用L型铺装(图14)或一字型铺装(图13)等，回型薄膜单元以阵列的方式定位于两个绝缘单元的交线处，使货舱主屏壁平面区域在具有柔性伸缩的基础上，具有多个刚性较大的支撑点，增强主屏壁抗动静载荷能力。该***波纹板组件少，铺设方法多，施工便捷性强，有利于降低半薄膜货物围护***建造成本。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种半薄膜货物围护***绝热支撑薄膜部件，其特征在于，为一设置中心孔(1)、环绕中心设置对称结构的回字形波纹皱褶(3)、板厚3-5mm的薄膜部件；边缘为连接所述回字形波纹皱褶外层边缘的平面；

所述回字形波纹皱褶(3)为内外两层；每一所述回字形波纹皱褶(3)在转折处设置过渡圆角。

2.根据权利要求1所述半薄膜货物围护***绝热支撑薄膜部件，其特征在于，连接外层所述回字形波纹皱褶(3)边缘的平面板厚小于中心所述3-5mm的板厚，从而构成台阶(2)。

3.根据权利要求1所述半薄膜货物围护***绝热支撑薄膜部件，其特征在于，内外两层所述回字形波纹皱褶具有相同截面形状。

4.根据权利要求3所述半薄膜货物围护***绝热支撑薄膜部件，其特征在于，所述回字形波纹皱褶(3)的横截面为半圆形或横向直径小于纵向直径的椭圆形，且左右表面曲线相同。

5.根据权利要求1所述半薄膜货物围护***绝热支撑薄膜部件，其特征在于，内外两层所述回字形波纹皱褶的过渡圆角完全一致。

6.一种以上任一权利要求所述半薄膜货物围护***绝热支撑薄膜部件的应用结构，其特征在于，包括以点阵方式通过螺栓或者粘连固定在货舱内壳结构表面上的强结构节点；所述回型薄膜部件通过中心孔(1)穿设螺栓固定于所述强结构节点上；

所述回型薄膜部件与Technigaz型波纹薄膜部件(4)通过搭接焊或粘连形成半薄膜货物围护***的主屏壁；

所述强结构节点由玻璃钢、碳纤维构成，实现绝热支撑；

所述货舱内壳与所述主屏壁之间设置有绝热层。

7.根据权利要求6所述半薄膜货物围护***绝热支撑薄膜部件的应用结构，其特征在于，Technigaz型波纹薄膜部件(4)通过封板(6)通过搭接焊或粘连于所述回型薄膜部件的台阶(2)处。

8.根据权利要求6所述半薄膜货物围护***绝热支撑薄膜部件的应用结构，其特征在于，所述回型薄膜部件实现的主屏壁采用L型铺装。

9.根据权利要求6所述半薄膜货物围护***绝热支撑薄膜部件的应用结构，其特征在于，所述回型薄膜部件实现的主屏壁采用一字型铺装。

10.根据权利要求6所述半薄膜货物围护***绝热支撑薄膜部件的应用结构，其特征在于，所述回型薄膜部件的中心点位于拼接波纹板纵向波纹中心线与横向波纹中心线的交叉处。