Резервуар для хранения и транспортирования сжиженных газов

Полезная модель относится к судостроению, касается конструкции вкладных резервуаров (танков) для транспортирования и хранения газов и жидкостей, в основном сжиженных газов, хранящихся при отрицательных температурах, размещаемых на судах-газовозах, судах для обработки, хранения и отгрузки газов и т.д.
Для транспортирования сжиженных газов на судах используют резервуары различных конструкций. Одним из типов таких резервуаров являются вкладные самонесущие резервуары плоскогранной (призматической) формы, имеющие внешнюю обшивку, подкрепленную внутренними ребрами жесткости двух направлений, а также внутренние переборки аналогичной конструкции. Резервуары изготавливают из металлов (алюминия или специальных никельсодержащих сталей, устойчивых к воздействию криогенных температур) и монтируют на их внешней стороне слой теплоизоляции для поддержания необходимой отрицательной температуры внутри резервуара и ограждения от ее воздействия окружающих конструкций судового корпуса (см., например, книгу «Суда-газовозы», В.В. Зайцев, Ю.Н. Коробанов, Ленинград, «Судостроение», 1990 г., стр. 76-87). Недостатком известных резервуаров является их большая стоимость из-за применения в их конструкции специальных металлов, а также их большая масса (может превышать 1000 т), снижающая грузоподъемность судна и затрудняющая монтаж резервуаров в корпусе судна (для установки готового резервуара требуется применение большегрузных козловых кранов, а формирование резервуара в корпусе судна из отдельных частей приведет к удлинению цикла постройки судна и увеличению его стоимости).
Устранить вышеуказанные недостатки возможно путем изготовления резервуаров из композитных материалов, совмещающих в себе функции несущих конструкций и теплоизоляции, и имеющих меньший, в сравнении с металлами, удельный вес. В то же время при использовании композитных материалов возможно сформовать резервуар, близкий по конструкции и прочности к металлическому.
Известна конструкция трехслойных панелей, состоящих из внутреннего теплоизоляционного слоя, заключенного между листами обшивки из стеклопластика, описанная в патенте РФ №2429155. Недостатком конструкции резервуара с использованием панелей подобной конструкции является необходимость приформовывания (приклеивания) к обшивке ребер жесткости, выполненных приклеиванием большого числа слоев стеклоткани или с использованием специальных угольников.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является конструкция резервуара из композитных материалов для хранения и транспортирования сжиженных газов, описанная в патенте РФ №2533874. Корпус резервуара образован из трехслойных панелей, имеющих внутренний теплоизоляционный слой и два слоя обшивок из стеклопластика, и ребер жесткости. На этих обшивках вдоль каждого края теплоизоляционного слоя выполнены фланцы, отогнутые в одну сторону и склеенные друг с другом. Между фланцами смежных панелей установлены промежуточные элементы, выполненные в виде Т-образных профилей, стенки которых склеены с фланцами обшивок и вместе с ними образуют ребра жесткости резервуара, а полки профилей склеены с обшивкой панелей со стороны, противоположной ребрам жесткости.
Недостатком конструкции резервуара является наличие микропористости в стеклопластике, образующем обшивку, контактирующую со сжиженным газом. Газ, находящийся в жидком состоянии, может проникать в микропоры, при повышении температуры расширяться и приводить к микроразрушениям обшивки и снижению долговечности резервуара.
Задачей настоящей полезной модели является разработка конструкции резервуара из композитных материалов, обладающей повышенной прочностью и долговечностью.
Техническим результатом, обеспечиваемым изобретением, за счет которого решается указанная задача, является непроницаемость внутренних поверхностей резервуара, контактирующих со сжиженным газом.
Указанный технический результат достигается в конструкции резервуара, корпус которого образован из трехслойных композитных панелей, имеющих внутренний теплоизоляционный слой и два слоя обшивок из стеклопластика, на обшивках вдоль каждого края теплоизоляционного слоя выполнены фланцы, отогнутые в одну сторону и склеенные друг с другом, между фланцами смежных панелей установлены промежуточные элементы, выполненные в виде Т-образных профилей, стенки которых склеены с фланцами обшивок и вместе с ними образуют ребра жесткости резервуара, а полки профилей склеены с обшивкой панелей со стороны, противоположной ребрам жесткости.
Кроме того, на поверхность обшивки, образующей внутреннюю сторону резервуара, уложена металлическая мембрана, повторяющая форму обшивки и имеющая отогнутые края, защемленные между склеиваемыми фланцами двух обшивок.
В частном случае на ребра жесткости могут быть установлены насадки П-образного профиля, охватывающие и соединяющие вместе фланцы обшивок и стенки промежуточных элементов.
Сущность изобретения поясняется рисунком на фиг. 1, на котором представлена конструкция резервуара в узле соединения двух панелей части стенки (переборки).
Резервуар образован внешними стенками в виде многогранника, а также внутренними переборками. Каждая стенка (переборка) имеет теплоизоляционный слой 1, изготавливаемый, например, из пенопласта и снабженный, при необходимости, армирующими элементами 2, изготавливаемыми из стеклопластика, внутреннюю обшивку 3 и внешнюю обшивку 4, изготавливаемые из стеклопластика. Теплоизоляционный слой, армирующие элементы и листы обшивки соединены между собой, как правило, склеиванием. Каждая стенка резервуара формируется (собирается) из отдельных панелей. Форма стенок обуславливается видом (типом) многогранника: квадрат для куба, прямоугольник для параллелепипеда, треугольник для икосаэдра, пятиугольник для додекаэдра. В частном случае для резервуара сферической формы стенка может быть выполнена в виде сферического сегмента. Вдоль каждой кромки теплоизоляционного слоя панели на внутренней и внешней обшивке выполнены фланцы 5, отогнутые в одном направлении и соединенные между собой склеиванием; при этом соединены приформовкой (склеиванием) фланцы двух смежных сторон панели в каждом ее углу.
На поверхность обшивки, образующей внутреннюю сторону резервуара, уложена мембрана 6, выполненная из металла, обладающего малым коэффициентом теплового расширения, например, из инвара. Мембрана повторяет форму обшивки, к которой прилегает. Мембрана необходимой формы может быть получена любым известным способом, например, штамповкой на прессе. Мембрана имеет отогнутые края, которые защемлены между фланцами двух обшивок панели. Края мембраны приклеены к обеим обшивкам в районе защемления между ними.
Между смежными панелями помещен промежуточный Т-образный элемент, имеющий полку 7 и стенку 8. Полка 7 примыкает к внешней обшивке 4, с которой соединена склеиванием, обеспечивая герметизацию соединения двух панелей. Форма стенки 7 повторяет форму внешней обшивки 4. Стенка 8 примыкает к отогнутым фланцам 5 внешней обшивки 4 двух смежных панелей, с которыми соединена склеиванием. Два фланца 5 внутренней обшивки 3 двух смежных панелей, два фланца 5 внешней обшивки 4 двух смежных панелей и стенка 8 промежуточного элемента образуют ребро жесткости резервуара. Для придания дополнительной прочности ребру жесткости на него может быть установлена насадка П-образного профиля 9 из стеклопластика, имеющая выступы 10, соединяющие концы фланцев 5 обшивки панелей и стенок промежуточных элементов 8. Насадка приклеена к мембранам 6, а также к торцам обшивок 4 и стенки 8 промежуточного элемента. При этом мембрана, за исключением мест защемления между обшивками панели, может приклеиваться к обшивке локально и выборочно, в той мере, чтобы исключить ее провисание, в особенности на потолочных и вертикальных поверхностях. Отсутствие сплошного приклеивания позволит мембране при изменении температуры внутри танка смещаться относительно обшивки, которая может иметь отличный от мембраны коэффициент теплового расширения.