СУДНО С ТАНКАМИ ДЛЯ ПЕРЕВОЗКИ ЖИДКОСТЕЙ, ОСНАЩЕННЫМИ КОМПЕНСАТОРАМИ ДЕФОРМАЦИЙ
SHIP WITH FLUID TANKS EQUIPPED WITH STRAIN COMPENSATORS

Изобретение относится к судну с одним или более танком для перевозки жидкостей, которые установлены в корпусе судна для перевозки жидких веществ.
В настоящее время перевозку жидких веществ, таких как химические вещества, нефть и продукты сельского хозяйства, осуществляют, в основном, в танкерах, которые оснащены прямоугольными грузовыми танками, выполненными за одно целое с судном, т.е. в так называемых танкерах для перевозки мелких партий различных грузов. Грузовые танки являются частью конструкции судна, при этом стенки танков образованы корпусом судна, установленными в нем профилированными поперечными переборками и продольными переборками, а также палубой судна.
Недостатком здесь являются трещины, которые могут возникать в стенках танков за счет деформаций судна в штормовых условиях и из-за разности температур. Вышеупомянутые деформации вызывают высокие концентрации механических напряжений в танках, в частности в угловых точках, что может привести к образованию трещин. Если это происходит, то между двумя соседними танками может образоваться проем, результатом появления которого может стать нежелательное смешение хранимых продуктов. В современных технических требованиях на многие изделия уже оговорено, что соседние танки не должны быть наполнены разными продуктами, и это предусмотрено для того, чтобы предотвратить риск перекрестного загрязнения и избежать опасной ситуации. Ввиду того, что в танках можно перевозить разные продукты, приходится тщательно очищать танки после доставки, чтобы гарантировать, что перевозимый впоследствии продукт не будет загрязнен. Но очистка танков является делом трудным. В частности, потому, что стенкам придана частично профилированная конструкция, чтобы сделать их достаточно жесткими, и потому, что они имеют угловые точки. Это означает, что для очистки танков необходимо относительно большое количество промывочной воды, а это дорого и нежелательно с точки зрения защиты окружающей среды, потому что промывочную воду иногда приходится утилизировать как отходы химических веществ. Кроме того, незначительная степень загрязнения, сохраняющаяся в танке, не всегда может быть обнаружена путем профилактической проверки, в результате чего может быть причинен ущерб продуктам, перевозимым впоследствии. Ввиду того, что танки трудно изолировать друг от друга, в хранимых продуктах могут возникать повышенные разности температур. Чтобы поддерживать требуемую температуру в танке, приходится также осуществлять нагрев до более высокой температуры. Более высокие температуры могут вызывать ухудшение качества продукта.
Недавно в данной области техники проведен поиск альтернатив, результатом которого стала одна идея, заключающаяся в размещении нескольких цилиндрических танков для хранения в корпусе судна, см., например, US-6167827 или DE-U-93.09.433.
Судно согласно ограничительной части независимого пункта 1 формулы изобретения известно из NL-C-1011836. В этой публикации описано судно с цилиндрическим танком для перевозки, размещенным в корпусе судна. В этом случае днище танка опирается на корпус судна и соединено с цилиндрической окружной стенкой танка. Между нижней стороной окружной стенки танка и корпусом судна предусмотрены пружинные средства. Эти пружинные средства служат для ограничения перемещения окружной стенки танка вверх и вниз. Это означает, что груз в танке для перевозки опирается через днище танка непосредственно на корпус судна, а окружная стенка танка может совершать небольшое перемещение относительно корпуса судна в пределах, определяемых пружинными средствами.
Недостатком здесь является то, что приходится придавать окружной стенке танка относительно толстостенную конструкцию. Кроме того, недостаток заключается в том, что необходима относительно тяжелая крыша танка. В результате этого общий вес танка для перевозки оказывается относительно большим. Возможности увеличения танков ограничены, а пружинные средства ломки и требуют ухода. Палубные трапы для танка приходится делать гибкими.
Целью настоящего изобретения является создание судна с одним или более танком для перевозки жидкостей, размещенным в корпусе судна, с обеспечением, по меньшей мере, частичного устранения вышеупомянутых недостатков, или создания полезной альтернативы. В частности, цель настоящего изобретения заключается в обеспечении значительной экономии материала танков для перевозки жидкостей, которые приходится размещать на судне, при этом танки для перевозки должны быть прочными и нечувствительными к перемещениям, совершаемым тяжелым судном, и деформациям, которым оно подвергается. Более конкретно, целью является создание как можно больших танков и обеспечение простой конструкции, требующей незначительного технического обслуживания или вообще не требующей его.
Указанная цель достигается в соответствии с настоящим изобретением судном с одним или более танком для перевозки жидкостей, согласно независимому пункту 1 формулы изобретения и установленным в корпусе судна. Каждый танк для перевозки содержит крышу танка и днище танка, которые опираются на нижнюю палубу корпуса судна или выполнены за одно целое с ней. Окружная стенка танка, проходящая между упомянутыми двумя частями, имеет, в частности, по существу, цилиндрическую конструкцию, но может иметь и любую другую форму, например овальную, квадратную, многодольчатую с перегородками или многоугольную. Окружная стенка танка соединена своим нижним концом с первым компенсатором деформаций, который, в свою очередь, соединен непосредственно или косвенно с нижней палубой корпуса судна. Кроме того, окружная стенка танка соединена своим верхним концом со вторым компенсатором деформаций, который, в свою очередь, соединен непосредственно или косвенно с верхней палубой корпуса судна. Таким образом, окружная стенка танка подвешена посредством своего верхнего и нижнего концов на верхнем и нижнем компенсаторах деформаций между верхней и нижней палубами корпуса судна. Компенсаторы деформаций выполнены деформируемыми таким образом, что деформации, например, в результате деформаций корпуса судна, можно компенсировать соответствующей деформацией компенсаторов, не вызывая при этом деформацию окружной стенки танка или приложение к ней чрезмерной нагрузки в процессе эксплуатации. Нижний компенсатор деформаций проходит в окружном направлении по всей окружности окружной стенки танка, образует часть стенки танка и образует непрерывное уплотнение между окружной стенкой танка и днищем танка.
Согласно изобретению одна из основных функций компенсаторов деформаций заключается в уменьшении осевых механических напряжений в окружной стенке танка. Уменьшение осевых механических напряжений в окружной стенке танка снижает вероятность смятия окружной стенки танка. Осевую жесткость компенсаторов деформаций можно выбрать таким образом, что потребность во внесении дополнительной жесткости в окружную стенку танка с целью предотвращения осевого смятия преимущественно исключается. Вследствие этого необходимую толщину стенки для окружной стенки танка можно с выгодой поддерживать малой. Необходимая толщина стенки теперь будет определяться, по существу, внутренним давлением хранимой жидкости, осевыми механическими напряжениями смятия, возникающими в результате действия изгибающих моментов, напряжениями сдвига и технологичностью.
Горизонтальные нагрузки будут передаваться на судно на нижней стороне и верхней стороне окружной стенки танка через компенсаторы деформаций, по существу, посредством усилий сдвига. Этого можно достичь за счет относительно большой жесткости компенсаторов деформаций в окружном направлении окружной стенки танка. Таким образом, компенсаторы деформаций как бы фиксируют окружную стенку танка в окружном направлении. Можно даже выполнять компенсаторы деформаций имеющими, по существу, жесткую конструкцию в вышеупомянутом окружном направлении, и тогда они окажутся пригодными для передачи горизонтальных нагрузок на судно и для удержания окружной стенки танка в требуемом положении.
Согласно изобретению окружная стенка танка может сохранять свою форму и не сминаться. Силы, обуславливаемые ускорениями и прикладываемые к жидкому веществу, хранимому в танке, будут приводить к относительно малым силам реакций на верхней и нижней сторонах танка для перевозки. Максимальный момент в результате этой «игры сил» теперь возникает, по существу, на половине высоты танка. Этот максимальный момент также относительно мал. Механические напряжения равномерно распределены по окружной стенке танка, при этом максимальные осевые механические напряжения возникают в положении, находящемся, по существу, на половине высоты окружной стенки танка, а максимальные механические напряжения сдвига возникают в положении соединения с компенсаторами деформаций. Следовательно, минимальную толщину окружной стенки танка можно с выгодой поддерживать малой. Можно даже придать окружной стенке танка как бы мембранообразную форму, в частности, если упомянутая стенка является цилиндрической.
На жесткости компенсаторов деформаций в осевом направлении и окружном направлении может влиять изменение формы и толщины стенок компенсаторов деформаций.
Благодаря тому, что горизонтальные силы, действующие на танк для перевозки, передаются на судно, как на нижней стороне, так и на верхней стороне, обеспечивается равномерная нагрузка на судно. Никакие дополнительные опорные конструкции на половине высоты корпуса судна не требуются. Палубные трапы для загрузки и разгрузки не обязательно должны быть гибко соединенным с танком. Оказывается возможной изоляция тонкой стенки танка, что обеспечивает экономию энергии и высокое качество продуктов после перевозки. Срок службы танка для перевозки будет большим, а сам танк для перевозки, по существу, не потребует технического обслуживания. Снизится риск образования трещин в стенке танка при столкновении. Компенсаторы деформаций и стенка танка смогут компенсировать часть деформации в результате столкновения. И, наконец, компенсаторы деформаций также пригодны для компенсации расширения или сжатия стенки танка, возникающего в зависимости от температуры груза.
Благодаря тому, что окружная стенка танка является как бы подвешенной между двумя пружинами (компенсаторами деформаций), окружная стенка танка будет немного оседать под действием силы тяжести. Степень осадки или перемещения определяется в данном случае пружинной жесткостью компенсаторов деформаций в осевом направлении и массой окружной стенки танка. Ограничение пружинной жесткости компенсаторов деформаций в направлении вверх вызовет значительную осадку окружной стенки танка после размещения между компенсаторами деформаций, приводя к сжатию или растяжению компенсаторов деформаций. Предпочтительные варианты осуществления этой осадки или перемещения описаны в зависимых пунктах 2-7 формулы изобретения.
В предпочтительном варианте осуществления компенсаторы деформаций выполнены имеющими в окружном направлении окружной стенки танка жесткость, которая больше или равна трети жесткости эталонной стенки, являющейся прямой на всем своем протяжении, выполненной из того же материала и имеющей такую же кривую толщины стенки, как окружная стенка с компенсаторами деформаций.
В другом предпочтительном варианте осуществления компенсаторы деформаций выполнены в осевом направлении окружной стенки танка таким образом, что отношение пружинных жесткостей в осевом направлении эталонной стенки, являющейся прямой на всем своем протяжении, выполненной из того же материала и имеющей такую же кривую толщины стенки, как окружная стенка с компенсаторами деформаций, и окружной стенки с компенсаторами деформаций больше 2.
Предпочтительно должны удовлетворяться оба вышеупомянутых условия для пружинной жесткости. Таким образом, окружная стенка танка подвешена между двумя компенсаторами деформаций на корпусе судна.
Крыша судна может представлять собой неотъемлемую часть верхней палубы корпуса судна.
Вместе с тем, если днище танка и/или крыша танка выполнены раздельно, то они воспринимают деформации корпуса судна без чрезмерного сопротивления, а толщину днища танка и крыши танка можно с выгодой поддерживать малой. Все это вместе делает возможным достижение значительной экономии материала.
В частности, верхний компенсатор деформаций также проходит, по существу, по всей окружности окружной стенки танка. Это непрерывное соединение гарантирует предотвращение локальных концентраций механических напряжений.
В частности, верхний компенсатор деформаций также образует часть стенки танка и заключен в положении перехода между окружной стенкой танка и крышей танка. Этот компенсатор деформаций образует непрерывное уплотнительное соединение между упомянутой окружной стенкой и упомянутой крышей танка.
Для обеспечения опоры окружной стенки танка в осевом направлении и/или частичной компенсации давления жидкости могут быть предусмотрены отдельные деформируемые опорные элементы. Тогда компенсаторы деформаций будут выполнены с возможностью свободного (иными словами - без чрезмерного сопротивления) перемещения в осевом направлении. Вместе с тем, можно также сделать компенсаторы деформаций жесткими в осевом направлении танка, вследствие чего два компенсатора деформаций совместно смогут обеспечить частичную или даже полную опору окружной стенке танка. В последнем случае окружная стенка танка, в конечном счете, оказывается как бы подвешенной между компенсаторами деформаций, и при этом исключается необходимость в дополнительных опорных элементах.
Компенсаторы деформаций предпочтительно являются жесткими, по меньшей мере, в окружном направлении танка для перевозки. Этого можно достичь за счет подходящих пропорций между формой, толщиной стенки, прочностью и жесткостью в различных направлениях компенсаторов деформаций. Поскольку компенсаторы деформаций являются жесткими в окружном направлении, иными словами - поддерживающими свою форму в окружном направлении, они удерживают на месте окружную стенку танка.
Другие предпочтительные варианты осуществления судна описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.
Изобретение также относится к танку для перевозки, предназначенному для судна, согласно изобретению, к способу размещения такого танка для перевозки на судне, а также к применению такого судна.
Далее изобретение будет пояснено более подробно со ссылками на чертежи, на которых:
Фиг.1 представляет собой схематичный частичный вид в поперечном сечении варианта выполнения цилиндрического танка для перевозки согласно изобретению, размещенного в корпусе судна;
Фиг.2 представляет собой схематичный частичный вид в поперечном сечении судна с размещенным в нем танком для перевозки в одном его варианте;
Фиг.3 представляет собой несколько вариантов выполнения компенсаторов деформаций, которые можно применить;
Фиг.4 представляет собой вид спереди варианта, показанного на фиг.2;
Фиг.5 представляет собой вариант, показанный на фиг.4, в деформированном состоянии;
Фиг.6 представляет собой схематичный вид в поперечном сечении согласно фиг.4;
Фиг.7 представляет собой местное сечение в перспективе корпуса судна с размещенными в нем несколькими танками для перевозки согласно фиг.4;
Фиг.8-14 представляют собой варианты согласно фиг.6;
Фиг.15 представляет собой вариант с наклонным днищем танка;
Фиг.16-18 представляют собой варианты с верхним компенсатором деформаций, выполненным полностью или частично снаружи стенки танка;
Фиг.19 и 20 представляют собой варианты с дополнительной юбочной конструкцией;
Фиг.21 схематично представляет собой вариант согласно фиг.6 с указанными на чертеже параметрами.
На фиг.1 танк для перевозки в общем обозначен ссылочной позицией 1. Танк 1 для перевозки содержит днище 2 танка, цилиндрическую окружную стенку 3 танка и крышу 4 танка. Днище 2 танка имеет плоскую конструкцию, с нанесенным изолирующим слоем 6, и соединено с нижней палубой 7 корпуса судна, который более подробно не показан. Крыша 4 танка соединена с верхней палубой 9 корпуса судна, с нанесенным изолирующим слоем 8. Окружная стенка 3 танка частично опирается на днище через деформируемые опорные средства 12. Опорные средства 12 введены в контакт на нижней части окружной стенки 3 танка. В стенке танка заключены компенсаторы 15, 16 деформаций. Компенсаторы 15, 16 деформаций выполнены в данном случае в виде профилей квадрантной формы (формы, подобной четверти круга) в поперечном сечении и проходят между днищем 2 танка или крышей 4 танка и окружной стенкой 3 танка соответственно. Компенсаторы 15, 16 деформаций проходят вокруг всего танка 1 и имеют конструкцию, жесткую в окружном направлении танка 1. Кроме того, компенсаторы 15, 16 выполнены деформируемыми в радиальном и окружном направлении танка 1 таким образом, что под влиянием деформаций верхней палубы относительно нижней палубы эти компенсаторы деформаций могут принимать разную форму. В показанном варианте осуществления это означает, что профили квадрантной формы могут расширяться или выпучиваться. За счет достаточно точного выбора размеров компенсаторов 15, 16 деформаций можно гарантировать, что упомянутые компенсаторы деформаций полностью компенсируют ожидаемые деформации корпуса судна. Это означает, что появляется возможность с выгодой компенсировать деформации корпуса судна соответствующими деформациями компенсаторов 15, 16 деформаций, не вызывая при этом приложение значительной силы к окружной стенке 3 танка и/или ее деформацию в процессе эксплуатации. Вследствие этого окружная стенка 3 танка может иметь тонкостенную конструкцию, не допускающую смятия и образования трещин.
Днище 2 танка и крыша 4 танка предпочтительно имеют тонкостенную конструкцию, так что они легко смогут следовать деформациям или перемещениям нижней и верхней палуб 7, 9.
Опорные средства 12 обеспечивают опору в осевом направлении окружной стенки 3 танка.
Компенсаторы деформаций, как и другие части стенки танка, могут быть выполнены из стали, в частности нержавеющей стали, например, Duplex 2205, или нержавеющей стали 304. Также можно использовать, в частности, пластик, армированный волокном.
При установке компенсаторы деформаций могут быть предпочтительно соединены в условиях предварительного натяжения, например, посредством сварки, с другими частями стенки танка. Это может привести к выгодной нагрузке на компенсаторы деформаций. Можно также обеспечить предварительное натяжение и ограничение перемещения пружин в опорных средствах.
Днище танка, крышу танка и окружную стенку танка, если они выполнены, например, из обычной стали или нержавеющей стали, можно выполнить имеющими общую толщину менее 25 мм, в частности, имеющими толщину приблизительно 5-15 мм. Толщина компенсаторов деформаций может составлять приблизительно 5-15 мм. Это будет зависеть, в частности, от отношения высота/диаметр и от материала. В частности, благодаря такой тонкостенной конструкции стенок танка можно достичь экономии материала танков для перевозки согласно изобретению.
На фиг.2 показано судно 20 с танком 21 для перевозки, размещенным в корпусе упомянутого судна. На нижней стороне танк 21 соединен посредством днища 22 танка с днищем корпуса судна. На верхней стороне танка крыша 23 танка 21 свешивается с верхней палубы 24 корпуса судна. Стенка танка также представляет собой цилиндрическую окружную стенку 25 танка. В стенке танка заключены компенсаторы 26 деформаций, выполненные в данном случае в виде сильфонных компенсаторов деформаций с двумя гофрами, проходящими в осевом направлении. Гофры проходят с каждой стороны от воображаемой плоскости, проходящей через окружную стенку 25 танка. Это обеспечивает преимущество, заключающееся в том, что компенсатор деформаций располагается симметрично относительно окружной стенки 25 танка, так что в положении, где находится компенсатор деформаций, не возникает результирующая сила, обусловленная давлением жидкости и направленная вниз. Отдельные опорные элементы здесь не показаны.
Множество других вариантов выполнения компенсаторов деформаций показаны на фиг.3. В случае каждого из этих вариантов конструктор может поступить в соответствии со своим желанием обеспечить взаимную координацию толщины стенки и выбора материала (прочности и модуля упругости). Пять вариантов в нижней части чертежа снабжены средствами для поглощения сил давления со стороны груза, которые прикладываются к компенсатору деформаций. Эти средства в данном случае образованы сжимаемыми опорными элементами, расположенными на наружной поверхности компенсатора деформаций. Примерами в данном случае являются полимерные опорные блоки, изолирующий материал с ограниченной сжимаемостью, пакеты с жидкостью, и т.д. В результате этого компенсатор деформаций можно сделать тоньше, так что он сможет компенсировать еще большие деформации.
На фиг.3 также показан вариант, в котором компенсаторы деформаций образованы стеночными частями окружной стенки танка или днища танка или крыши танка, которые соединяются друг с другом, по существу, под прямыми углами. При необходимости, в месте соединения может быть предусмотрено небольшое закругление. Деформации корпуса судна можно также компенсировать, в частности, за счет выполнения стеночной части компенсатора деформаций около соединения с днищем танка или крышей танка таким образом, что упомянутая стеночная часть сможет совершать небольшое перемещение вверх и вниз, например, за счет того, что ее делают тонкостенной в этом месте. Около соединения могут быть также предусмотрены пружинные средства, которые, в частности, могут быть предварительно натянуты, а в частности, могут работать в осевом направлении танка.
На фиг.4-6 показано, что окружная стенка 40 танка подвешена непосредственно с помощью двух компенсаторов 41, 42 деформаций на верхней палубе 43 и нижней палубе 44 корпуса 45 судна. Днище танка и крыша танка в данном случае являются неотъемлемыми частями нижней палубы 44 и верхней палубы 43 соответственно. Оба компенсатора 41, 42 деформаций имеют сильфонную конструкцию, проходящую в окружном направлении вдоль всей окружной стенки 40 танка и образуют непрерывное уплотнительное соединение между окружной стенкой 40 танка и днищем танка и крышей танка соответственно. Окружная стенка 40 танка в данном случае имеет цилиндрическую конструкцию. На фиг.5 ясно видно, что если происходит деформация корпуса 45 судна, которая в этом случае представляет собой совокупность скручивания и изгиба нижней палубы, стенок и верней палубы упомянутого судна, то эта деформация полностью компенсируется компенсаторами 41, 42 деформаций. Упомянутые компенсаторы деформаций локально сжимаются или расширяются в осевом направлении, другими словами, параллельно центральной линии 47 окружной стенки 40 танка. За счет этого окружная стенка 40 танка подвергается воздействию незначительной избыточной нагрузки или вообще не испытывает ее воздействие, вследствие чего она может сохранять свою исходную форму.
На фиг.7 показаны несколько танков 70 для перевозки, установленных согласно изобретению в корпусе 71 судна. Танки 70 имеют разные размеры и поэтому можно использовать их для того, чтобы целиком заполнить свободное пространство в корпусе 71 судна. Кроме того, танки 70 расположены так, что их окружные стенки отстоят друг от друга и от корпуса судна. Можно ясно увидеть, что компенсаторы 72 деформаций проходят вокруг всего танка и образуют неотъемлемую часть стенки танка.
На последующих чертежах идентичные и сходные элементы, по возможности, обозначены одинаковыми ссылочными позициями.
На фиг.8 показан вариант согласно фиг.6, в котором днище 80 танка и крыша 81 танка выполнены в виде отдельных частей. Они обе опираются на нижнюю и верхнюю палубы 44 и 43 соответственно. Компенсаторы 41, 42 деформаций постоянно соединены с днищем 80 танка и крышей 81 танка соответственно и/или с нижней и верхней палубами 44 и 43 соответственно.
На фиг.9 показан вариант согласно фиг.8, в котором днище 80 танка опирается на малосжимаемый слой 90, например слой пробкового дерева или слой многослойной структуры, на нижней палубе 44. Нижний компенсатор 42 деформаций соединен и с днищем 80 танка, и с нижней палубой 44. Крыша 81 танка поддерживается на верхней палубе 43 посредством профилей 91. Верхний компенсатор 41 деформаций соединен в данном случае и с крышей 81 танка, и с верхней палубой 43.
На фиг.10 показан вариант согласно фиг.9, в котором днище 80 танка теперь опирается на нижнюю палубу 44 через профили 100, а крыша танка соединена через посредство малосжимаемого слоя 101 с верхней палубой 43.
На фиг.11 показан вариант, в котором днище 80 танка, а также крыша 81 танка поддерживаются сжимаемым слоем 110. Компенсаторы 111 деформаций в данном случае образованы сдвоенными полукруговыми деформируемыми профилями.
На фиг.12 показан вариант, в котором окружная стенка 120 танка подвешена между верхним и нижним полукруговыми деформируемыми профилями 121. Кроме того, за одно целое с окружной стенкой 120 танка выполнены еще и дополнительные компенсаторы 122 деформаций. Упомянутые компенсаторы деформаций имеют в данном случае такую же форму, как и деформируемые профили 121.
На фиг.13 показан вариант, в котором верхний и нижний компенсаторы 130 деформаций представляют собой полукруговые части 131 профиля, которые переходят в прямые части 132 профиля в направлении верхней и нижней палубы соответственно.
На фиг.14 показан вариант, в котором вся окружная стенка 140 танка выполнена из взаимосвязанных частей сильфонного профиля. Верхняя и нижняя части профиля в данном случае образуют компенсаторы 141, 142 деформаций, между которыми подвешена окружная стенка 140 танка.
На фиг.15 показан вариант согласно фиг.10, в котором днище 150 танка, которое проходит под наклоном вниз к своему центру, опирается посредством профилей 151 на нижнюю палубу 44. Днище 150 танка в данном случае имеет угол наклона, например 5 градусов, относительно нижней палубы 44. Преимущество этого варианта заключается в том, что танк проще опорожнять и чистить.
На фиг.16 показан вариант согласно фиг.9, в котором жесткая крыша 160 танка поддерживается на окружной стенке 40 танка. Окружная стенка 40 танка и крыша 160 танка свешиваются через компенсатор 161 деформаций с верхней палубы 43. Таким образом, компенсатор 161 деформаций не является частью стенки танка, которая должна ограничивать жидкость в танке. Кроме того, предусмотрены один или более отдельных опорных элементов 162, посредством которых можно ограничить перемещение окружной стенки 40 танка вверх. Это перемещение вверх может происходить, например, в результате действия давления жидкости на крышу 160 танка.
На фиг.17 показан вариант согласно фиг.16, в котором крыша танка образована куполообразной крышей 170, опирающейся непосредственно на окружную стенку 40 танка. Нижний компенсатор 170 деформаций образован квадрантным профилем. Опорные элементы 162 здесь отсутствуют. Однако нижний конец окружной стенки танка соединен с опорными элементами 172. Эти опорные элементы 172 предпочтительно содержат пружины растяжения и сжатия для предотвращения сжатия компенсатора 171 деформаций в результате давления жидкости на него и для уменьшения до минимума перемещения окружной стенки 40 танка вверх и вниз в результате давления жидкости на крышу 170 танка.
На фиг.18 показан вариант, в котором крыша 81 танка свешивается с верхней палубы 43 посредством профилей 180. Окружная стенка 40 танка подвешена между нижним компенсатором 171 деформаций и верхним компенсатором 181 деформаций. Верхний компенсатор 181 деформаций частично выполнен за одно целое со стенкой танка и частично выходит за ее пределы между танком и верхней палубой 43. Эта выполненная за одно целое часть содержит квадрантный деформируемый профиль 183 и горизонтальную часть 184. Часть, выходящая за пределы стенки танка, содержит полукруглый деформируемый профиль 185. Опорный элемент 172 в данном случае выполнен с полимерными блоками или непрерывным полимерным соединением 186.
На фиг.19 показан вариант, в котором каждый из компенсаторов 190, 191 деформаций содержит сдвоенную полукруглую деформируемую часть 192, 193 профиля и часть 194, 195 прямой стенки, которые совместно образуют часть стенки танка. Кроме того, предусмотрены юбочные стенки 196, 197, причем упомянутые юбочные стенки на одной стороне соединены с компенсаторами 190, 191 деформаций, а на другой стороне прикреплены к нижней и верхней палубе соответственно, так что можно компенсировать расширение в радиальном наплавлении стенки танка в результате разностей температур. Это необходимо в данном случае потому, что днище танка и крыша танка опираются в осевом направлении на профили 198, 199, которые могут скользить в горизонтальном направлении относительно нижней палубы и верхней палубы. Точно так же нижняя и верхняя стороны компенсаторов 190, 191 деформаций соответственно соединены не неподвижно, а с возможностью скольжения с нижней и верхней палубами соответственно. В горизонтальном направлении танк в этом варианте осуществления поддерживается только посредством юбочных стенок 196, 197. Юбочные стенки 196, 197 предпочтительно проходят по всей окружности танка.
На фиг.20 показан вариант, в котором юбочные стенки 201, 202 выполнены таким образом, что они могут компенсировать деформации в радиальном и осевом направлении, а также могут служить стенке танка опорами в осевом направлении. Если выбор параметров жесткости сделан надлежащим образом, то дополнительные опорные средства не потребуются. В окружном направлении юбочные стенки 201, 202 также выполнены относительно жесткими, так что они смогут удержать танк на месте. Компенсаторы деформаций также образованы в данном случае квадрантными профилями 203, 204, встроенными в стенку танка. Как и на фиг.19, днище танка и крыша танка и в данном случае опираются на нижнюю и верхнюю палубы соответственно с возможностью скольжения в горизонтальном направлении.
В нижеследующем количественном примере, приводимом со ссылками на фиг.21, предполагается наличие цилиндрического танка из нержавеющей стали со следующими параметрами:
Высота танка
h=7000 мм
Радиус танка
r=5000 мм
Толщина стенки танкаокружной стенки танка
t<sub>w</sub>=5 мм
Плотность нержавеющей стали
ρ<sub>нержавеющей стали</sub>=7950 кг/мм<sup>3</sup>
Модуль упругости нержавеющей стали
Е=200000 Н/мм<sup>2</sup>
Ускорение свободного падения
g=9,81 м/с<sup>2</sup>
Допустимое натяжение нержавеющей стали
σ<sub>toe</sub> = 240 Н/мм<sup>2</sup>
Два компенсатора деформаций имеют одинаковую форму и следующие размеры:
Высота компенсатора деформаций
h<sub>op</sub>=1000 мм
Ширина компенсатора деформаций
b<sub>op</sub>=100 мм
Толщина стенки компенсатора деформаций
t<sub>op</sub>=4 мм
Высота окружной стенки танка
h<sub>tw</sub>=5000 мм
Посредством расчета методом конечных элементов определили нижеследующие характеристики одного компенсатора деформаций:
Деформационная способность
D<sub>Pmax</sub>=12,1 мм
Осевая жесткость
С<sub>р</sub>=1,22 Н/мм/мм
Теоретическая осадка стенки танка в положении на половине высоты независимо от жесткости самой стенки танка выражается следующим образом:
Осадка =
где:
tw
G - вес окружной стенки танка в ньютонах на миллиметр длины окружности;
p
C - жесткость одного компенсатора деформаций в Н/мм/мм.
tw
w
tw
нержавеющей стали
G=t·h·ρ·g=0,005·5·7950·9,81=1950 Н/мм =
=1,95 Н/мм.
Осадка ===0,80 мм.
Минимальная осадка стенки танка в соответствии с формулой из пункта 2 формулы изобретения должна составлять
= 0,05 мм.
Следовательно, стенка танка оседает на расстояние, которое более чем в 15 раз превышает минимальное значение, согласно пункту 2 формулы изобретения.
Поскольку компенсаторы деформаций имеют одинаковую жесткость в осевом направлении, эти компенсаторы деформаций компенсируют одинаковую деформацию, когда происходит перемещение верхней палубы относительно нижней палубы. Тогда деформационная способность стенки в целом независимо от деформационной способности окружной стенки танка составляет:
=2·12,1=24,2 мм.
Тогда окружная стенка танка вместе с компенсаторами деформаций согласно пункту 5 формулы изобретения будет способна выдержать перемещение верхней палубы относительно нижней палубы, составляющее, по меньшей мере: Y·h/1000=1·7000/1000=7 мм. Следовательно, окружная стенка танка вместе с компенсаторами деформаций способна компенсировать деформацию, которая, по меньшей мере, в 3,4 раза превышает минимальное значение, согласно пункту 5 формулы изобретения.
Ниже проводится сравнение осевой жесткости окружной стенки танка вместе с компенсаторами деформаций с осевой жесткостью эталонной стенки. Упомянутая эталонная стенка:
является прямой на всем своем протяжении;
выполнена из того же материала, что и окружная стенка танка и компенсаторы деформаций;
имеет такую же кривую толщины стенки, что и окружная стенка танка и компенсаторы деформаций.
В общем, можно сказать, что осевую жесткость эталонной стенки в общем случае можно определить следующим образом:
где:
w
2
C - жесткость эталонной стенки в осевом направлении, выраженная в ньютонах на миллиметр сжатия на миллиметр длины окружности [Н/мм];
N - краевая нагрузка, выраженная в ньютонах на миллиметр длины окружности [Н/мм];
w
δ - сжатие эталонной стенки при конкретной краевой нагрузке, выраженное в миллиметрах [мм].
Если окружная стенка танка и деформируемые профили выполнены из одного и того же материала и все имеют одинаковую и равномерную толщину стенки, то жесткость эталонной стенки равна:
где:
w
2
C - жесткость эталонной стенки в осевом направлении [Н/мм];
2
Е - модуль упругости [Н/мм];
w
t - толщина (равнотолщинной) эталонной стенки [мм];
w
h - высота эталонной стенки [мм], равная высоте танка.
Если окружная стенка танка и деформируемые профили имеют разные толщины стенок и выполнены из разных материалов, то в связи с вычислением осевой жесткости эталонной стенки можно воспользоваться следующей формулой:
Эталонная стенка в этом случае разделена на N цилиндрических стеночных частей, каждая из которых имеет свою собственную толщину стенки, собственную высоту и собственный модуль упругости. Это означает, что можно определить жесткость эталонной стенки в соответствии с упомянутым количественным примером следующим образом.
=133 Н/мм/мм.
Жесткость окружной стенки танка с компенсаторами деформаций определяется следующим образом:
Жесткость можно вычислить следующим образом:
=0,61 Н/мм/мм.
Это делает отношение между осевой пружинной жесткостью эталонной стенки и осевой пружинной жесткостью окружной стенки танка с компенсаторами деформаций следующим:
Минимальная величина этого отношения согласно пункту 8 формулы изобретения больше или равна 2, так что отношение жесткостей в этом примере будет более чем в сто раз больше.
Согласно пункту 16 формулы изобретения жесткость, по меньшей мере, одного из компенсаторов деформаций меньше или равна 20 Н/мм/мм. Жесткость двух компенсаторов деформаций в этом случае составляет 1,22 Н/мм/мм и, следовательно, меньше, чем 20.
Согласно пункту 19 формулы изобретения толщина стенки, которую имеет окружная стенка танка, должна быть меньше, чем Х. Для определения Х применимо следующее выражение:
Х=max[23,6 и 10]=23,6 мм.
Толщина стенки, которую имеет окружная стенка танка, составляет 5 мм и, следовательно, меньше, чем 23,6 мм.
В зависимости от материала, выбранного для компенсаторов деформаций, в зависимости от того, образуют ли они неотъемлемую часть стенки танка, и в зависимости от перевозимого груза, на упомянутые компенсаторы можно дополнительно нанести покрытие или облицовку, стойкое или стойкую к воздействию химических веществ, например слой нержавеющей стали.
Возможны многие варианты, отличающиеся от показанных примеров. В частности, различные особенности, показанные на чертежах, можно также объединить друг с другом. Днищу танка или крыше танка можно придать неплоскую форму, например куполообразную или коническую. Другие варианты также являются возможными для компенсаторов деформаций, при условии, что они также будут удовлетворять ряду требований к деформируемости в осевом и окружном направлениях соответственно и тем самым с выгодой разгрузить окружную стенку танка. Опорные элементы также можно выполнить регулируемыми, например, выполнить в форме множества гидравлических цилиндропоршневых систем, распределенных по окружности. В частности, в данном случае могут быть предусмотрены измерительные датчики для управления опорными элементами в зависимости от текущего измеренного значения.
Танки для перевозки согласно настоящему изобретению предназначены для перевозки жидкостей, в частности, жидкостей, подлежащих перевозке при давлении окружающей среды. Танк для перевозки выполнен с возможностью, в частности, хранения внутри него жидкого вещества под избыточным давлением максимум 1 бар над уровнем жидкости.
Компенсаторы деформаций могут состоять из нескольких слоев, и в этом случае множество слоев, в частности, не соединены друг с другом и поэтому могут перемещаться друг относительно друга. Это обеспечивает компенсаторам деформаций большую гибкость.
Таким образом, изобретение обеспечивает очень выгодную конструкцию танка для перевозки и его опору в корпусе судна, что обеспечивает возможность значительной экономии на материале, поскольку окружная стенка танка подвешена между верхней и нижней палубой, в сочетании с применением компенсаторов деформаций на нижней и верхней стороне окружной стенки танка. В результате этого затраты на изготовление и перевозку будут соответственно низкими, а высокий уровень безопасности и надежности перевозки будет гарантирован даже в случае столкновения. Эти танки для перевозки удобно сооружать в заводских условиях, после чего их можно соединить в некотором уединенном месте или где-либо еще с корпусом судна. Изоляционные средства, если они есть, могут быть предусмотрены снаружи танков. Танки можно легко чистить, а очистку даже можно автоматизировать.