[发明专利]一种基于锥壳的固定内支撑及具有其的低温容器

说明书

本发明公开了一种基于锥壳的固定内支撑及具有其的低温容器，属于低温容器技术领域。固定内支撑由两个锥壳件组成，锥壳件由一个锥壳、一个加强环和一块厚板连接而成，锥壳的小端由厚板封闭，厚板上设有通气孔，锥壳的大端与加强环连接；所述两个锥壳件的厚板固定连接在一起，两个锥壳件的大端分别连接外容器和内容器。本发明采用薄壁锥壳结构，占用空间小，尤其适用于小型低温容器，在保证结构强度的同时能够明显减小低温容器的结构漏热，尤其是，避免了不同材料的热膨胀系数差异带来的配合间隙和热应力问题，具有较高的工作可靠性。

技术领域

本发明涉及一种用于低温液化气体储罐的锥壳式固定内支撑，用于连接低温液化气体储罐内容器和外容器，属于低温容器技术领域。

背景技术

甲烷、氧、氮、氢、氦等气体经过液化，液态体积远远小于气态体积，因此，从储能密度来看，低温液态储运是一种十分理想的方式。

为了减少漏热和低温液态介质的蒸发损失，低温液化气体储罐通常采用内容器和外容器组成的双层结构，内外容器之间是真空夹层，使用高真空多层绝热方式，内外容器通过内支撑结构连接。内支撑结构既要能承受液体重量、储罐重量以及相应的惯性载荷，还必须尽可能减少本身产生的漏热，所以内支撑设计是低温储罐结构设计的核心。

内支撑结构分为轴向内支撑和径向内支撑两大类。径向内支撑位于内外容器的筒体之间，包括绝热垫块、吊杆和吊链等形式，一般用于LNG、液氧、液氮储罐；轴向内支撑位于内外容器的封头之间，在对绝热性能要求高的液氢、液氦储罐中，一般只使用轴向内支撑。

通常，低温液化气体储罐的轴向内支撑由一个固定内支撑和一个滑动内支撑组成，共同承担来自内容器及介质的重力载荷和惯性载荷。相对来说，固定内支撑承载更高，它不仅要承担来自内容器及介质的垂直载荷和侧向载荷，还要单独承担来自内容器的轴向载荷。

低温液化气体储罐的轴向固定内支撑结构有以下三类：

(1)基于玻璃钢绝热的固定支撑。以专利ZL00216678.X为例，如附图1所示，固定内支撑由金属构件和玻璃钢构件组成，绝热主要依赖于玻璃钢材料本身较低的热传导系数。该支撑的缺点是：玻璃钢热膨胀系数明显大于金属，且各项异性，在低温下易产生配合间隙或热应力。

(2)基于金属叠片的固定支撑。以美国NBS公司用于液氢航空运输的840L液氢杜瓦车为例，如附图2所示，固定内支撑完全由金属构件制成，绝热主要依赖于金属叠片绝热支撑。金属叠片绝热支撑由大量的极薄金属叠片复合而成，利用金属叠片之间的接触热阻，形成与玻璃钢相当的隔热能力，而强度几乎不受影响，且不存在热膨胀系数不一致的问题。该支撑的缺点是：金属叠片制作难度和成本较高，不适合推广普及场合。

(3)基于同心套管的固定支撑。以专利ZL201810336146.1为例，如附图3所示，固定内支撑由直径不同的多根薄壁金属管同心套合而成，绝热主要依赖于多个薄壁金属件形成的热桥。该支撑的缺点是：套管为细长形，承载能力弱，变形大，易形成热短路。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于锥壳的固定内支撑及具有其的低温容器，内支撑通过薄壁锥壳结构来控制漏热，结构简单，且避免了不同材料间热膨胀系数不同带来的配合间隙和热应力问题。

一种基于锥壳的固定内支撑，该固定内支撑由两个薄壁锥壳件组成，所述薄壁锥壳件由一个锥壳、一个加强环和一块厚板连接而成，锥壳的小端由厚板封闭，厚板上设有通气孔，锥壳的大端与加强环连接；所述两个薄壁锥壳件的厚板固定连接在一起，两个薄壁锥壳件的大端分别连接外容器和内容器。

进一步地，所述锥壳顶角的取值范围为5°～90°。

进一步地，所述两个薄壁锥壳件的相邻厚板之间为固定连接，可采用焊接、紧固连接、凹凸表面嵌入配合等多种方式进行连接。

进一步地，所述锥壳件的厚板之间可增设辅助结构。