ОПОРНЫЙ УЗЕЛ И СИСТЕМА ДЛЯ ПОЛУИЗОЛИРОВАННЫХ РЕЗЕРВУАРОВ
SUPPORT UNIT AND SYSTEM FOR SEMI-INSULATED RESERVOIRS

Область техники
Настоящее изобретение касается систем для поддерживания боковых стенок и верхних частей полуизолированных резервуаров, используемых для хранения и транспортирования жидкостей при температурах, по существу, отличных от температур окружающей среды, включая, в частности, такие жидкости, как сжиженный природный газ, сжиженный нефтяной газ и безводный аммиак, которые можно хранить и транспортировать при температурах, по существу, ниже температуры окружающей среды. Изобретение также может быть применено к полуизолированным резервуарам для содержания жидкостей, которые хранят и транспортируют при температурах, по существу, выше температур окружающей среды.
Полуизолированные резервуары являются самоподдерживаемыми. Их боковые стенки требуют опоры со стороны окружающей опорной конструкции. Патент США 5,727,492 описывает полуизолированные резервуары, имеющие конструкцию боковых стенок в виде изогнутых пластин, хотя конструкцию из плоских пластин с относительно легкими элементами жесткости также можно использовать для полуизолированных резервуаров. В любом случае требуется окружающая опорная конструкция. Как описано в патенте США 5,727,492, опорная конструкция может включать в себя внутренний каркас двухкаркасного танкера или балочную решетку, поддерживающую резервуар, например, на складе, расположенном на суше. Боковые стороны и верхняя сторона резервуара соединены с окружающей опорной конструкцией через изолирующие опоры или опорные конструкции.
Дно резервуара обычно имеет плоскую конструкцию и опирается на несущую изоляцию, которая, в свою очередь, опирается на базовую опорную конструкцию. Дно резервуара и несущая изоляция могут быть плоскими, как в одной горизонтальной плоскости, параллельной базовой опорной конструкции, так и в нескольких наклонных плоскостях, ориентированных к базисной точке для содействия стоку. Обычно дно цистерны сжимается и расширяется вокруг указанной базисной точки, которая обычно расположена в его геометрическом центре или в другой точке, вертикально выровненной с расширительным колпаком на верхней стороне резервуара. Такую базисную точку обычно удерживают в фиксированном положении комбинацией конструктивных шпонок, прикрепленных к наружной поверхности дна резервуара. Шпонки проходят в радиальном направлении от базисной точки и сопрягаются со шпоночными пазами в несущей изоляции, обычно ориентированными по поперечным и продольным осям резервуара. С изменением температуры при наполнении и опорожнении резервуара его дно сжимается и расширяется, скользя по несущей изоляции, у которой его удерживает сила тяжести.
Температура боковых стенок и верха резервуара также значительно отклоняется от температуры окружающей опорной конструкции, в нормальных условиях равной температуре окружающей среды, при наполнении резервуара. Это термическое отклонение вызывает усадку, если резервуар используется для холодной жидкости, и имеет тенденцию подвергать резервуар значительным термическим напряжениям. Способ опоры между резервуаром и окружающей опорной конструкцией значительно влияет на уровень и распределение этих термических напряжений.
Системы изоляции обычно прикреплены непосредственно к поверхностям резервуара после полного завершения его изготовления. Изолированные опорные системы для полуизолированных резервуаров обычно присоединены непосредственно к окружающим опорным конструкциям, которые в случае установки на борту судна объединяют с продольной и поперечной конструкцией.
Опубликованная патентная заявка США №2003/0066834 А1 описывает группу опорных узлов для использования в опорной системе для полуизолированных резервуаров. Узлы являются компонентами, расположенными между стенками резервуара и окружающей опорной конструкцией. Узлы согласно заявке включают в себя три элемента или блока: первый блок, жестко связанный со стенкой резервуара, второй блок, жестко связанный с окружающей опорной конструкцией, и третий блок, промежуточный между первыми двумя. Третий блок с возможностью скольжения зацепляется с первым блоком, позволяя скользящее перемещение вдоль первой линии, параллельно плоскости стенки резервуара, и третий блок с возможностью скольжения зацепляется со вторым блоком, позволяя скользящее перемещение вдоль второй линии, перпендикулярной первой, также параллельно плоскости стенки резервуара. В сочетании два скользящих перемещения позволяют ортогональное перемещение в плоскости стенки резервуара, стенки резервуара относительно опорной конструкции. Опорная система препятствует перемещению внутрь и наружу, перпендикулярно боковым стенкам и верху резервуара.
Если рассматривать прямоугольный резервуар, имеющий четыре боковые стенки, верх и дно, следует принять во внимание, что ненапряженное температурное сжатие, происходящее от пониженных температур, заставляет каждый из этих шести элементов сжиматься в своей плоскости. В сущности, резервуар стремится стать меньше, отодвигаясь внутрь от окружающей опорной конструкции, с которой он связан опорной системой. По меньшей мере, базисные точки стенок резервуаров должны быть выровнены по неподвижному расширительному колпаку, выступающему через верх. Кроме того, стенки и верх, которые не обеспечивают собственную опору, должны иметь вертикальную опору, а стенки также должны иметь опору, перпендикулярную их соответствующим плоскостям. Опорная система, например, по опубликованной патентной заявке США 2003/0066834 А1, обеспечивает только сжатие в плоскости каждой стенки и препятствует перемещению внутрь от опорной конструкции. Некоторые опорные узлы зафиксированы против вертикального перемещения стенок и, следовательно, поддерживают стенки резервуара. Ограничение движения, перпендикулярного плоскости каждой стенки, вызывает существенные термические напряжения на кромках, где стенки резервуара стыкуются с верхом, дном или другой стенкой. Эти пересечения должны, следовательно, быть как достаточно податливыми, чтобы приспосабливаться к сжатию, так и достаточно прочными, чтобы выдерживать допустимые уровни напряжения в конструкционном материале резервуара. Податливость обычно достигается использованием кромок, имеющих, по существу, скругленные формы поперечного сечения, которые способны воспринимать значительное искажение при сжатии резервуара. Радиус кривизны должен быть достаточно большим, чтобы позволять подобное искажение, не достигая недопустимого напряжения. Толщина конструкционного материала скругленных кромок должна быть достаточно большой и прочной для предотвращения выгибания и сохранения допустимых уровней напряжения в любых температурных условиях, вызываемых полным, пустым или частично полным состоянием резервуара. Скругленные кромки малого радиуса относительно легкой конструкции не пригодны для этой цели из-за величины уровней напряжения.
Целью настоящего изобретения является создание опорного приспособления для стенок и верха полуизолированных резервуаров, обеспечивающего термически изолированную конструкционную связь между резервуаром и окружающей его опорной конструкцией, не имеющего недостатков существующих приспособлений и улучшающего эффективность изготовления и установки таких резервуаров.
Согласно изобретению создан опорный узел для соединения стенки или верха полуизолированного резервуара с окружающей опорной конструкцией, содержащий первый элемент, неподвижно присоединенный к окружающей опорной конструкции, и второй элемент, неподвижно присоединенный к стенке или верху резервуара, при этом первый и второй элементы включают в себя взаимно блокируемые комплементарные наклонные скатные поверхности, зацепляемые с возможностью скольжения, обеспечивающей перемещение второго элемента относительно первого элемента в направлении, параллельном оси наклонных поверхностей, и предотвращающей перемещение второго элемента в направлении, перпендикулярном наклонным поверхностям.
Наклонные поверхности могут быть зацеплены скользящим образом с предотвращением перемещения второго элемента относительно первого элемента в направлении, поперечном наклонным поверхностям.
Наклонные поверхности могут быть зацеплены скользящим образом с обеспечением перемещения второго элемента относительно первого элемента в направлении, поперечном наклонным поверхностям.
Второй элемент может быть жестко связан со стенкой или верхом посредством несущей изоляции. Несущая изоляция может представлять собой блок, содержащий две детали, прикрепленные друг к другу. Несущая изоляция может иметь выемку, согласованную с формой крепежной конструкции, выступающей наружу из стенки или верха резервуара. Несущая изоляция может иметь выемку, согласованную с формой крепежной конструкции, выступающей наружу из стенки или верха резервуара.
Второй элемент может быть приспособлен для прикрепления изолирующих панелей к резервуару.
Согласно изобретению создана опорная система для плоских стенок полуизолированного резервуара, обеспечивающая, по меньшей мере, одну точку термической стабильности для каждой стенки и содержащая вертикально проходящую опорную конструкцию, окружающую резервуар, и группу, включающую множество двумерных опорных узлов, разнесенных по наружной поверхности каждой стенки, соединяющих стенку с окружающей опорной конструкцией, горизонтально отстоящих, по меньшей мере, от одной точки термической стабильности и горизонтально ориентированных, причем вторые элементы отклонены от указанной, по меньшей мере, одной точки, обеспечивая, таким образом, вертикальную опору для каждой стенки и позволяя вторым элементам перемещаться перпендикулярно плоскости стенки и горизонтально в направлении наклонной поверхности, параллельно плоскости стенки, при этом каждый двумерный опорный узел предназначен для соединения стенки или верха полуизолированного резервуара с окружающей опорной конструкцией и содержит первый элемент, неподвижно присоединенный к окружающей опорной конструкции, и второй элемент, неподвижно присоединенный к стенке или верху резервуара, при этом первый и второй элементы включают в себя взаимно блокируемые комплементарные наклонные скатные поверхности, зацепляемые с возможностью скольжения, обеспечивающей перемещение второго элемента относительно первого элемента в направлении, параллельном оси наклонных поверхностей, и предотвращающей перемещение второго элемента относительно первого элемента в направлении, перпендикулярном и поперечном наклонным поверхностям.
Указанная группа опорных узлов может дополнительно включать в себя множество трехмерных опорных узлов, предназначенных для соединения стенки или верха полуизолированного резервуара с окружающей опорной конструкцией и содержащих, каждый, первый элемент, неподвижно присоединенный к окружающей опорной конструкции, и второй элемент, неподвижно присоединенный к стенке или верху резервуара, при этом первый и второй элементы включают в себя взаимно блокируемые комплементарные наклонные скатные поверхности, зацепляемые с возможностью скольжения, обеспечивающей перемещение второго элемента относительно первого элемента в направлении, параллельном оси наклонных поверхностей, и направлении, поперечном наклонным поверхностям, и предотвращающей перемещение второго элемента в направлении, перпендикулярном наклонным поверхностям.
Каждая стенка может иметь одну точку термической стабильности, не имеющую жесткой связи, соединяющей стенку резервуара с окружающей опорной конструкцией. Точка термической стабильности каждой стенки может находиться приблизительно в ее горизонтальной средней точке и вблизи ее вертикальной нижней точки, и группа опорных узлов, разнесенных по наружным поверхностям каждой стенки, включает в себя множество двухмерных опорных узлов, радиально отстоящих от точки термической стабильности и расположенных так, что они отклоняются от нее.
Опорные узлы могут быть расположены так, что их вторые элементы отклонены от линии, проходящей вертикально через, по меньшей мере, одну точку термической стабильности.
опорные узлы могут быть жестко связаны со стенками посредством несущей изоляции.
Указанные стенки могут иметь конструкцию изогнутых пластин, с горизонтально проходящими перегибами между изогнутыми пластинами, причем указанная группа состоит из опорных узлов, расположенных вдоль этих перегибов.
Опорные узлы могут быть расположены, образуя вертикальные колонны опорных узлов.
Опорная система может дополнительно содержать вертикально ориентированные конструктивные балки, каждая из которых неподвижно связана со вторым элементом, по меньшей мере, двух опорных узлов в вертикальной колонне опорных узлов.
Резервуар может иметь верх, а окружающая опорная конструкция имеет горизонтально проходящую верхнюю опорную конструкцию над верхом резервуара, и имеется группа опорных узлов, отстоящих радиально от поверхности верха и обеспечивающих точку термической стабильности, причем первые элементы опорных узлов жестко связаны с окружающей опорной конструкцией, а вторые опорные элементы связаны с верхом, причем наклонные поверхности ориентированы радиально от точки жесткой связи.
Вторые элементы могут быть жестко связаны с верхом посредством несущей изоляции.
Резервуар может включать верх, а окружающая опорная конструкция включает горизонтально проходящую верхнюю опорную конструкцию над верхом резервуара, и имеется жесткая связь для прикрепления точки верха к опорной конструкции, и опорные узлы сгруппированы по верху в виде решетки.
Опорная система может дополнительно включать в себя вертикальные шпонки и зацепляемые шпоночные пазы, связанные с двумя или более параллельными боковыми стенками и их соответствующей окружающей опорной конструкцией.
Опорная система может дополнительно включать в себя вертикальные шпонки и зацепляемые шпоночные пазы, связанные с двумя или более параллельными боковыми стенками и их соответствующей окружающей опорной конструкцией.
Опорные узлы могут быть жестко соединены со стенкой посредством несущей изоляции.
В данном описании и приложенной формуле изобретения определенные термины имеют следующие значения.
«Стенка» означает вертикально ориентированную боковую стенку полуизолированного резервуара. Стенки резервуаров выполнены в виде геометрической фигуры, например, резервуар является прямоугольным, трапецеидальным, шестигранным или цилиндрическим. Стенки таких резервуаров являются плоскими, если изготовлены из плоских пластин, или приближены к плоскости, если изготовлены из изогнутых пластин. Такие стенки упоминаются в данной заявке как «плоские». Цилиндрический резервуар имеет одну непрерывную стенку, образующую цилиндр.
«Плоскость стенки» означает главную плоскую наружную поверхность, при температуре окружающей среды, стенки с прямыми сторонами для конструкции из плоских пластин, или вертикальную плоскость, проходящую через точки перегиба, соединяющие изогнутые пластины в такой стенке.
«Плоскость верха» означает главную плоскую наружную поверхность верха резервуара при температуре окружающей среды.
«Окружающая опорная конструкция» - это конструкция, с которой опорные узлы связаны за пределами резервуара. Окружающая опорная конструкция может быть или не быть объединена с наружной удерживающей конструкцией, такой как окружающая конструкция судна. В качестве альтернативы, окружающая опорная конструкция может быть подъемной рамой, каркасом, в котором собирают резервуар. Окружающая опорная конструкция может быть снабжена вертикальными шпонками, которые зацепляются со шпоночными пазами, объединенными с указанной наружной удерживающей конструкцией, или наоборот, при опускании резервуара в его конечное положение.
«Наружная удерживающая конструкция» - это конструкция снаружи окружающей опорной конструкции, если они не являются одним и тем же. Для стенок в резервуарной установке - это обычно внутренняя продольная корпусная конструкция и поперечная корпусная конструкция переборки, включающие в себя элементы жесткости, связанные с ними, а верхом обычно является главная палуба двухкаркасного танкера. Наружной удерживающей конструкцией для стенок в береговой установке обычно является каркас взаимно пересекающихся балок, проходящих вверх от бетонного основания на земле.
«Скат» означает расположенную под углом поверхность, выступающую наружу из резервуара, которая скользящим образом зацепляется с комплементарной поверхностью, опирающейся на окружающую опорную конструкцию. Эта поверхность может быть плоской или может иметь одну степень кривизны, с осью, параллельной наклонной поверхности. Перемещение «вдоль наклонной поверхности» означает перемещение вверх или вниз по наклонной поверхности параллельно осевой центровой линии наклонной поверхности. Перемещение в направлении, поперечном наклонной поверхности, означает перемещение, параллельное наклонной поверхности, но в направлении, перпендикулярном осевой центровой линии наклонной поверхности, если эта поверхность является плоской, или параллельном хорде дуги поверхности, если поверхность является изогнутой. Перемещение вверх или вниз по наклонной поверхности может быть разбито на две перпендикулярные компоненты декартовых координат, например, компоненту по оси х и компоненту по оси у. Если наклонную поверхность поместить горизонтально на вертикальную поверхность, то одна компонента перемещения, параллельная наклонной поверхности, является горизонтальной и параллельна плоскости стенки, а другая компонента также горизонтальна, но перпендикулярна плоскости стенки, а перемещение поперек наклонной поверхности является вертикальным и параллельно плоскости стенки. Если наклон поместить вертикально на вертикальную поверхность, то одна компонента перемещения, параллельного наклонной поверхности, вертикальна и параллельна плоскости стенки или оси цилиндра, если резервуар цилиндрический, а другая компонента горизонтальна, но перпендикулярна плоскости стенки или оси цилиндра; и перемещение поперек наклонной поверхности горизонтально и параллельно плоскости стенки или касательной к цилиндрической стенке.
«Отклоненный» от точки или линии на стенке или наверху резервуара означает для опорного узла то, что элемент, связанный со стенкой или верхом резервуара, имеет наклонную поверхность, расположенную под острым углом к этой точке или линии.
«Опорный узел» означает сборочную единицу из взаимно сцепленных конструкционных компонентов или элементов, разнесенных между стенкой или верхом резервуара и окружающей опорной конструкцией, которые вместе позволяют присоединение стенки или верха к окружающей опорной конструкции.
Опорные узлы по данному изобретению позволяют стенке или верху резервуара перемещаться относительно окружающей опорной конструкции, по меньшей мере, в двух направлениях, а именно в одном направлении, перпендикулярном плоскости стенки, верха или оси цилиндра цилиндрической стенки, то есть внутрь от опорной конструкции при усадке резервуара и наружу, к опорной конструкции, при расширении резервуара; и, по меньшей мере, в одном направлении, параллельном плоскости стенки или верха или оси цилиндрической стенки, то есть к неподвижной точке или линии на плоскости стенки или к оси цилиндра при усадке стенки или верха и от такой точки при расширении резервуара. Перемещение в двух направлениях выполняют посредством «двумерного» опорного узла, который расположен под углом относительно этих двух направлений перемещения и позволяет перемещение вдоль наклонной поверхности. При усадке стенки или верха в плоскости стенки или верха, или при усадке цилиндрической стенки, наклонная поверхность, связанная со стенкой или верхом, поступательно перемещается относительно ее комплементарной поверхности, отклоняющей, таким образом, наклонную поверхность внутрь перпендикулярно плоскости стенки или верха или к оси цилиндрической стенки. При выборе правильной величины угла наклона наклонной поверхности правильное отклонение внутрь позволяет свести к минимуму напряжение в точках, которые иначе подвергались бы наивысшим термическим напряжениям. Таким образом, наклонная поверхность вблизи базисной точки, например, средней точки длины плоской стенки, будет перемещаться на более короткое расстояние в плоскости стенки и, таким образом, отклоняться на более короткое расстояние перпендикулярно плоскости, чем наклонная поверхность, расположенная дальше наружу от указанной базисной точки, таким образом, приспосабливаясь к большей величине отклонения последней при усадке резервуара. Таким способом, принудительная опора стенки или верха резервуара по направлению внутрь, от окружающей опорной конструкции, сохраняется при усадке и расширении резервуара, в то время как происходит предотвращение перемещения стенки или верха наружу, вызываемого механическими силами, такими, как бортовая качка или килевая качка судна или давление жидкого груза, при любых температурах. Расчет углов наклона наклонной поверхности является предметом разработки, основанной на термических характеристиках стенки или верха и геометрии конкретного резервуара, и лежит в рамках данной области техники. При горизонтальном размещении двумерные опорные узлы обеспечивают вертикальную опору для стенки резервуара.
Другие опорные узлы по данному изобретению дополнительно позволяют перемещение в плоскости стенки или верха, перпендикулярное первому направлению. Эти узлы, следовательно, позволяют ортогональное перемещение в плоскости стенки или верха, а также перемещение, перпендикулярное плоскости стенки или верха. Дополнительная степень свободы перемещения обеспечена «трехмерным» опорным узлом.
Опорные узлы по данному изобретению могут быть включены в группы опор между стенками или верхом резервуара и окружающей опорной конструкцией. Каждая группа для плоской стенки или верха включает в себя точку термической стабильности, которой является точка жесткой связи или точка, в которой нет температурных деформаций. Точка термической стабильности для каждой такой стенки имеет обычную высоту над дном резервуара и горизонтально по базисной точке на верху, образованной расширительным колпаком, а именно центральной точкой колпака. Каждая группа для планарной стенки включает в себя ряд опорных узлов, проходящих горизонтально от центра термической стабильности в обоих направлениях. Каждый опорный узел в данном ряду является двумерным опорным узлом, который позволяет перемещение только вдоль наклонной поверхности, и наклонный элемент жестко связан с резервуаром, при этом поверхность наклонной поверхности ориентирована горизонтально от базисной точки, то есть перемещение вверх по наклонной поверхности является перемещением от центра термической стабильности. Каждый опорный узел в данном ряду обеспечивает вертикальную опору для стенки резервуара, так как вертикальное перемещение стенки относительно опорной конструкции недопустимо. Каждая группа для цилиндрической стенки включает в себя множественные точки термической стабильности, предпочтительно расположенные внизу или вблизи низа стенки. Каждая группа для цилиндрической стенки включает в себя множество двумерных и трехмерных опорных узлов, расположенных вертикально, по схеме, по поверхности стенки, предпочтительно, вдоль последовательности вертикальных линий, разнесенных вокруг стенки.
Каждый ряд для плоской стенки или верха также включает в себя дополнительные опорные узлы по данному изобретению. Эти дополнительные узлы могут быть двумерными опорными узлами, при этом наклонные поверхности ориентированы радиально от центра термической стабильности, или трехмерными опорными узлами, при этом наклонные поверхности расположены горизонтальными рядами и ориентированы горизонтально от вертикальной линии, проходящей через точку термической стабильности. Подобные группы можно использовать для верха резервуара.
Подробности одного или нескольких вариантов осуществления изобретения изложены в приложенных чертежах и последующем описании. Другие признаки, задачи и преимущества изобретения станут очевидными из описания, чертежей и формулы изобретения.
Описание чертежей
Фиг.1 изображает вид в перспективе с пространственным разделением деталей варианта осуществления двумерного опорного узла из двух элементов согласно изобретению.
Фиг.2 - вид в перспективе варианта осуществления трехмерного опорного узла из двух элементов согласно изобретению.
Фиг.3 - вид в перспективе с пространственным разделением деталей варианта осуществления трехмерного опорного узла из трех элементов согласно изобретению.
Фиг.4 - вертикальную проекцию, на которой показан предпочтительный вариант осуществления для присоединения с взаимным зацеплением двумерного опорного узла или трехмерного опорного узла к стенке или верху резервуара и окружающей опорной конструкции, и средство закрепления установленных изоляционных панелей между фланцами, удерживающими опорные узлы относительно резервуара и снабженными фланцами втулками, прикрепленными к указанным узлам.
Фиг.5 - вид сбоку полуизолированного резервуара, окружающей опорной конструкции и первого варианта осуществления группы опорных узлов согласно изобретению.
Фиг.6 - вид сбоку полуизолированного резервуара, окружающей опорной конструкции и второго варианта осуществления группы опорных узлов согласно данному изобретению.
Фиг.7 - вид сверху полуизолированного резервуара, окружающей опорной конструкции, согласно варианту выполнения, включающей в себя радиальную группу опорных узлов для верха резервуара.
Фиг.8 - вид сверху узлов стенки предпочтительного варианта осуществления окружающей опорной конструкции, связанной с наружным элементом нескольких выровненных по одной линии опорных узлов, и вертикальные шпонки, связанные с окружающей опорной конструкцией для боковых стенок и зацепляющиеся с вертикальными шпоночными пазами, объединенными с наружной удерживающей конструкцией, такой как конструкция судна.
Фиг.9 - вертикальную проекцию еще одного варианта осуществления присоединения с взаимным зацеплением двумерного опорного узла или трехмерного опорного узла к стенке или верху резервуара и окружающей опорной конструкции.
Аналогичные ссылочные позиции на различных чертежах обозначают аналогичные элементы.
Подробное описание
Опорные системы по данному изобретению включают в себя группы опорных узлов, предпочтительно двумерных опорных узлов, распределенных по верху и каждой боковой стенке и соединяющих каждую стенку или верх с окружающей опорной конструкцией скользящим зацеплением, с тем чтобы позволить каждой точке такого зацепления элемента узла, связанного с указанной стенкой или верхом, перемещаться внутрь, перпендикулярно плоскости стенки или верха, и к центру термической стабильности в плоскости указанной стенки или верха при охлаждении резервуара, от температуры окружающей среды до температуры ниже температуры окружающей среды - для холодного резервуара, такого как резервуар со сжиженным природным газом, или от температуры нагрева до температуры окружающей среды - для горячего резервуара. Эта группа может, но необязательно, включать в себя неподвижную опору, в которой каждая стенка или верх жестко связаны с окружающей опорной конструкцией. В зависимости от компоновки группы и ориентации опорных узлов отдельные узлы имеют одну или две степени свободы, параллельные плоскости стенки или верха, чтобы позволять требуемое перемещение. По меньшей мере, некоторые из опорных узлов, которые обязательно имеют только одну такую степень свободы, обеспечивают вертикальную опору, требуемую для каждой стенки. Верхние части резервуаров чаще всего имеют точку термической стабильности, расположенную в геометрическом центре верха, где расширительный колпак входит в резервуар.
На фиг.1 изображен опорный узел 1 согласно данному изобретению. Опорный узел 1 является двумерной опорой. Она поддерживает жесткую опору между стенкой резервуара и верхом, одновременно обеспечивая возможность температурной деформации стенки относительно окружающей опорной конструкции только вдоль наклонной поверхности, которая, как объяснено ранее, включает в себя компоненту перемещения, перпендикулярную плоскости стенки или верха резервуара, и компоненту перемещения вдоль линии в плоскости стенки или верха резервуара, параллельной оси наклонной поверхности. Опорный узел 1 показан в разобранном виде. Он включает в себя первый элемент 2 и второй элемент 3, которые могут быть введены в скользящее зацепление. Один из элементов 2, 3 может быть неподвижно связан с конструкцией 7 верха или стенки резервуара, а второй из элементов 2, 3 может быть неподвижно связан с окружающей опорной конструкцией 8. Связь может быть непосредственной или через несущую изоляцию.
Элемент 2 представляет собой трехмерную удлиненную сплошную деталь Т-образной формы, в которой верхний участок 4 удлиненной Т отклонен наружу от элемента 8, как показано, или, в качестве альтернативы, от элемента 1 (не показано). Удлиненный участок 4 включает в себя наклонные поверхности 5 и 6. Элемент 3 представляет собой сплошную деталь, которая комплементарна элементу 2. Он включает в себя удлиненную, Т-образную наклонную выемку 9, которая отклонена наружу от элемента 7, как показано, или, в качестве альтернативы, от элемента 8 (не показано). Выемка 9 имеет верхнюю поверхность 10, которая входит в скользящее зацепление с поверхностью 5 элемента 2, и нижние поверхности 11, которые входят в скользящее зацепление с поверхностями 6, в соответствии с чем участок 4 может перемещаться по наклонной поверхности внутри выемки 9. Выемка 9 имеет удлиненные боковые стенки 12, которые входят в скользящее сцепление с удлиненными боковыми стенками 13 участка 4.
Элемент 3 окружает участок 4 элемента 2. Боковые стенки 12 элемента 3 препятствуют перемещению поперек наклонной поверхности. Нижние поверхности 11 взаимно зацепляются с нижними поверхностями 6, чтобы препятствовать относительному перемещению элементов 2, 3 перпендикулярно наклонной поверхности, то есть перпендикулярно плоскости стенки или верха резервуара, за исключением происходящего при скольжении вдоль наклонной поверхности.
Можно использовать другие средства для взаимного зацепления элементов 2, 3, препятствуя их разделению перпендикулярно наклонной поверхности. Предпочтительное средство взаимного зацепления, такое, как показано на фиг.1, непосредственно взаимно зацепляет элементы 2, 3. Другое подобное средство могло бы включать в себя, например, Т-образные наклонные поверхности не только для элемента 2, но также и для элемента 3, фланцы, выступающие наружу из каждого скатного элемента 4, и зацепляемые с возможностью скольжения U-образные элементы, входящие во взаимное зацепление с фланцами элемента 2 и фланцами элемента 3. Менее предпочтительное средство взаимного зацепления может быть опосредованно соединено с элементами 2, 3, например, стяжка, наклонно расположенная между конструкцией стенки или верха 7 и окружающей опорной конструкцией 8 и с возможностью поворота прикрепленная к ним для удерживания элементов 2, 3 вместе, но при необходимости поворачиваться, с тем чтобы не препятствовать перемещению вдоль наклонной поверхности элемента 3 относительно элемента 2. При установке U-образных дополнительных элементов или при установке стяжки или другого опосредованно присоединяемого дополнительного элемента, осуществляется эффективное взаимное зацепление элементов 2, 3.
Важно, чтобы стенки и верх резервуара были термически изолированы от окружающей опорной конструкции и любой другой удерживающей конструкции для предотвращения теплового потока в охлажденный резервуар или из горячего резервуара. Теплопроводящие пути сведены к минимуму или, в предпочтительных вариантах осуществления, устранены до возможного предела. С этой целью опорные узлы могут быть выполнены из изоляционного материала, такого как, например, дерево или деревянный композиционный материал. Элемент 2, 3 может быть изготовлен из изоляционного материала. Однако участки элементов 2, 3, в частности, наклонные поверхности 5, 6, 10, 11, предпочтительно могут быть металлическими, такими как алюминиевые, стальные или из нержавеющей стали. Необходимо лишь, чтобы была изоляция, блокирующая путь теплопередачи между резервуаром и окружающей опорной конструкцией. В остальном, теплопроводящие материалы можно использовать без угрозы для теплоизоляции.
На фиг.2 изображен опорный узел 21 согласно данному изобретению. Узел 21 представляет собой трехмерный опорный узел из двух элементов с взаимным зацеплением. Он имеет такую же конструкцию, что и опорный узел 1 (фиг.1), и работает также, за одним исключением, а именно, выемка 9 расширена таким образом, что удлиненные боковые стенки 22 не препятствуют, а скорее позволяют перемещение поперек наклонной поверхности до степени, при необходимости рассчитываемой конструктором, с учетом температурного сжатия и расширения резервуара. Таким образом, обеспечивают ортогональное перемещение в плоскости стенки или верха резервуара. Вариант осуществления, показанный на фиг.2, представляет собой, как заявлено, трехмерный опорный узел, состоящий из двух элементов. Перемещение поперек наклонной поверхности также может быть обеспечено посредством третьего элемента. Такой узел согласно данному изобретению показан на фиг.3. Опорный узел 31 содержит элементы 2, 3, как на фиг.1, за исключением того, что элемент 3 дополнительно включает в себя, вблизи его отстоящей от наклонной поверхности, канавки 33 и фланцы 36, которые выступают по противоположным сторонам в направлении оси наклонной поверхности. К элементу 7, как показано, или к элементу 8 (не показано), неподвижно прикреплен третий элемент 34, который включает в себя разнесенные, обращенные внутрь выступы 35, создающие поперечный паз 37 для скользящего вмещения элемента 33, включая фланцы 36. Элементу 3, таким образом, позволяют перемещаться внутри элемента 34, параллельно плоскости стенки или верха резервуара, только в направлении поперек наклонной поверхности.
Элементы 3 могут быть приспособлены для прикрепления, целиком или частично, изоляционных панелей к стенкам резервуара. Одно такое приспособление показано на фиг.4. Фиг.4 - это разрез опорного узла 41, который может быть двумерным опорным узлом, как показанный на фиг.1, или трехмерным опорным узлом, как показанный на фиг.2. Трехмерный опорный узел (фиг.3), состоящий из трех элементов, также можно заменить двумерным опорным узлом 41. Элемент 2 узла 41 прикреплен к окружающей опорной конструкции 8, например, сваркой или болтовым соединением. Область основания 42 элемента 3 имеет форму, включающую в себя фланцы 43, выступающие наружу параллельно стенке или верху 7. Наружу из стены или верха 7 резервуара выступают фиксаторы 44, которые включают в себя выступающие внутрь выступы или фланцы 45 для размещения базовых фланцев 43, в соответствии с чем элемент 3 может быть неподвижно прикреплен к стенке или верху 7. Фиксаторы 44 могут содержать, например, цельный окружающий элемент 3 для предотвращения его перемещения относительно стенки или верха 7 в любом направлении. Окружающий элемент 3 представляет собой U-образный желоб для вмещения жестких или полужестких изоляционных панелей 46. В данном варианте осуществления U-образный желоб содержит втулку 47 с фланцем, прикрепленную к элементу 3 во взаимодействии с самим элементом 3 в качестве дна и фланцев (или фланца) 43 желоба. С помощью данного средства панели 46 удерживают снаружи стенки или верх резервуара и параллельно его плоскости. Другие приспособления для закрепления изоляционных панелей с использованием элементов 3 известны в данной области техники.
На фиг.5 показан полуизолированный резервуар 51 в холодном состоянии, имеющий дно 52, обращенную вперед и выступающую назад сторону 53 и верх 54. Также с целью иллюстрации показаны кромки 55 сторон и верха, какими они были бы при температуре окружающей среды. Как показано на фиг.5, стенки 53 состыкованы друг с другом, с дном 52 и верхом 54 скругленными ребрами 56, пересечения которых являются скругленными углами. Кривая 60 представляет кривизну скругленного ребра 56 в холодном состоянии посередине длины выступающей назад стенки. Дно 52 резервуара опирается на несущую изоляцию 57. Окружающая опорная конструкция включает в себя вертикальные элементы 58, проходящие наружу от стенок 53, и горизонтальные элементы 59, проходящие наружу от верха 54. Окружающая опорная конструкция также включает в себя горизонтальные элементы, которые для ясности иллюстрации не показаны. Горизонтальными рядами, проходящими вокруг сторон 53 резервуара 51, показаны опорные узлы, соединяющие стороны 53 с вертикальными опорными элементами 58. Один ряд, в данном варианте осуществления - нижний ряд, состоит из двумерных опорных узлов 1 (фиг.1), размещенных горизонтально и отклоняющихся от вертикальной средней линии стенки, которая проходит вниз от средней точки расширительного колпака 61. В узлах 1 перекрестная штриховка означает степень, до которой элемент 2 смещен от элемента 3 из-за охлаждения резервуара. Узлы, ближайшие к средней линии стенки, имеют наименьшее смещение, а узлы, наиболее удаленные от средней линии, имеют наибольшее смещение. Ряд узлов 1, проходящий по окружности вокруг резервуара, обеспечивает вертикальную опору для каждой стенки резервуара. Знаком X представлена точка 62 термической стабильности обращенной вперед стенки 53. Это - трехмерные узлы 21 (фиг.2), также размещенные с горизонтальным наклоном от средней линии, то есть вертикальной линии, проходящей через точку термической стабильности. Дополнительно к смещению элементов 2, 3 вдоль наклонной поверхности, как показано перекрестной штриховкой, узлы 21 обеспечивают температурные деформации в направлении поперек наклонной поверхности (не показано). Над резервуаром показан ряд опорных элементов 21, соединяющих верх 54 с горизонтальными опорными элементами 59, размещенных вертикально и отклоняющихся от средней линии верха 54 через центр расширительного колпака. Смещение между элементами 2, 3 на периферии резервуара превышает их смещение вблизи линии, проходящей через точку стабильности верха, в данном случае - центр расширительного колпака 61. Опорные узлы для верха 54 резервуара могут быть сгруппированы в виде сетчатой схемы, подобной схеме, изображенной для лицевой стены 53. В этом случае опорными узлами вдоль перпендикулярных линий, проходящих через точку стабильности, будут узлы 1, проходящие, отклоняясь от этой точки. Дополнительными опорными узлами будут узлы 21, подобно устройству, показанному для обращенной вперед стенки 53.
На фиг.6 показан альтернативный вариант осуществления группы опорных узлов для стенки 53 резервуара 51 в холодном состоянии. Данный вариант осуществления, подобно варианту осуществления, показанному на фиг.5, включает в себя ряд опорных узлов 1, которые размещены горизонтально и отклоняются от точки стабильности 62. Данный вариант осуществления, кроме того, включает в себя дополнительные опорные узлы 1, ориентированные таким образом, что они отклоняются от точки стабильности 62 радиальным образом. Хотя опорные узлы 1 препятствуют перемещению поперек наклонной поверхности, радиальная ориентация, показанная на фиг.6, приводит к тому, что перемещение вдоль наклонной поверхности имеет как горизонтальную компоненту, так и вертикальную компоненту, параллельную плоскости стенки, таким образом, позволяя стенке 53 сжиматься как вертикально, так и горизонтально к точке стабильности 62. Следует отметить, что в данном варианте осуществления скругленные ребра 56 верха 51 резервуара в основном однородны, и в середине длины стенок нет выраженной кривизны 60, как в варианте осуществления, показанном на фиг.5. Вместо этого в данном варианте осуществления профиль выступающей назад стенки 53 в середине ее длины показан линией 63.
На фиг.6 также показан предпочтительный способ построения группы опорных узлов для цилиндрического резервуара. На фиг.6 показана вертикальная колонна вертикально расположенных опорных узлов 1, проходящих вверх от точки 62. Для цилиндрического резервуара окружностью термической стабильности будет окружность, проходящая горизонтально вокруг стенки резервуара, приблизительно через точку 62. Вертикальную колонну опорных узлов 1 можно пополнить дополнительным вертикально расположенным опорным узлом в точке 62 или чуть выше нее. Все остальные опорные узлы на фиг.6 можно заменить дополнительными вертикальными колоннами опорных узлов 1, разнесенных вокруг стенки резервуара.
На фиг.7 показана группа опорных узлов 1 на верхней стороне 54 резервуара в холодном состоянии. Группа, показанная на фиг.7, имеет узлы 1, радиально отклоненные от точки стабильности 62, которая является центром купола 61 расширения. Также на фиг.7 показан в разрезе верхний ряд опорных узлов 21 (фиг.5). В этой связи видно возрастающее смещение элементов 2, 3 у краев стенки 53 резервуара по сравнению со средней линией стенок. Группа, показанная на фиг.7, также пригодна для круглого верха цилиндрического резервуара.
Число опорных узлов, показанное на фиг.5-7, не обязательно является тем числом, которое будет использовано для настоящего резервуара. Число и размещение узлов будет варьироваться в зависимости от конструктивных требований.
На фиг.8 показана одна боковая стенка 53 с окружающей опорной конструкцией 58 и взаимно соединенными опорными узлами 21 (или 1), пригодными для построения снаружи наружной удерживающей конструкции 80. Предварительная сборка полуизолированного сосуда, окружающей опорной конструкции и взаимно соединенных опорных узлов может быть поднята краном и опущена в наружную удерживающую конструкцию, такую, как внутренний корпусной отсек танкера для сжиженного природного газа. На фиг.8 показана наружная удерживающая конструкция 80, снабженная множеством вертикальных шпоночных пазов 82. Хотя конструкция 80 показана схематично в виде стенки со шпоночными пазами, следует принять во внимание, что конструкция 80 также может быть многокомпонентной, как корпус или балка, от которой вертикальные опорные элементы, имеющие шпоночные пазы 82, выступают внутрь, к окружающей опорной конструкции 58. На фиг.8 также показана последовательность вертикально проходящих шпонок 81, неподвижно прикрепленных к окружающей опорной конструкции 58. На фиг.8 показана одна пара «шпонка/шпоночный паз», выровненная по центру термической стабильности, но это не входит в требования. Наша предпочтительная конструкция состоит в том, что шпонки 81 сами являются вертикальными элементами опорной конструкции 58. Для легкости установки предпочтительно, чтобы шпоночные пазы 82 и комплементарные шпонки 81 были суженными, то есть большего размера наверху резервуара. Шпонки и шпоночные пазы можно поменять местами, то есть, шпонки могут быть на наружной удерживающей конструкции, а шпоночные пазы могут быть на окружающей опорной конструкции. Шпонки и шпоночные пазы могут быть взаимно сцеплены множеством способов, которые известны в данной области техники. Систему шпонок и шпоночных пазов обеспечивают, по меньшей мере, для двух противолежащих плоских боковых стенок. Она может быть обеспечена для некоторых или для всех дополнительных стенок. Для цилиндрической стенки систему шпонок и шпоночных пазов обеспечивают, по меньшей мере, для двух противолежащих дуговых участков стенки, а можно обеспечить ее для всей периферии стенки.
Фиг.9 изображает разрез опорного узла 92, 93, 94, то есть конструкции, альтернативной показанной на фиг.4. Это может быть двумерный опорный узел, такой, как показан на фиг.4, или трехмерный опорный узел, такой, как показан на фиг.2. Также можно использовать трехмерный опорный узел (фиг.3) из. трех элементов. Изображен двумерный опорный узел. Опорный узел содержит первый элемент 92, который, подобно элементу 2 на фиг.4, неподвижно прикреплен к окружающей опорной конструкции, в данном случае - конструкции 105, которой может быть внутренний корпус двухкорпусного танкера или элемент опорной конструкции, такой, как элемент 58 (фиг.5); и второй элемент 93, который, подобно элементу 3 на фиг.4, неподвижно прикреплен к наружной части резервуара, показанного на фиг.9, как сторона 97 резервуара из изогнутых пластин, через несущий изоляционный блок 94. Местом сопряжения между элементами 92 и 93 является наклонная поверхность, подобная наклонной конструкции, показанной на виде сбоку на фиг.4. Элемент 93 опорного узла неподвижно прикреплен к изоляционному блоку 94 одним или несколькими болтами 95. С изоляционным блоком 94 связаны пары угловых фиксаторов 96 для вмещения жестких или полужестких изоляционных панелей 102.
Устройство опорного узла, показанного на фиг.9, особенно подходит для использования с полуизолированными резервуарами, состоящими из изогнутых пластин, описанными в патенте США 5,727,492. На фиг.9 показан участок вертикальной стенки резервуара из изогнутых пластин, или стороны 97, включающей в себя перегиб 98, образующий стык между двумя горизонтально расположенными секциями из изогнутых пластин. Наружу от перегиба 98 проходит и образует единое целое с ним или неподвижно прикреплена к нему фасонная крепежная конструкция, которая неподвижно зацепляется с изоляционным блоком 94, причем в данном варианте осуществления этой фасонной конструкцией является Т-образная планка 99, для связи второго элемента 93 со стенкой 97 в перегибе 98. По выбору, блок 94 может состоять из двух частей, с разделительной линией 106, показанной на фиг.9, прикрепляемых одна к другой серией болтов, таких как болт 95.
В варианте осуществления из изогнутых пластин, показанном на фиг.9, опорные узлы представляют собой двумерные опорные узлы, так как изогнутые секции стенки 97 резервуара могут изгибаться, снимая напряжение в вертикальном направлении (хорды изогнутых секций). Каждый горизонтально проходящий перегиб, присоединенный к наружной опорной конструкции 105 двумерными опорными узлами, которые перемещаются внутрь, наружу и вбок, таким образом, подобен нижнему ряду узлов 1 на фиг.5, и, подобно узлам 1, они обеспечивают вертикальную опору для стенки 97 резервуара. Каждая стенка 94 четырехстороннего резервуара из изогнутых пластин, таким образом, имеет точку термической стабильности в области возле каждого перегиба 98, обычно - в горизонтальном центре стенки, другими словами - точку 62 (фиг.5) в каждом ряду опорных узлов, образуя вертикальную последовательность точек 62. В каждом ряду опорные узлы размещены так, чтобы иметь направления наклонной поверхности, как показано для нижнего ряда на фиг.5.
Вместо использования охватывающих наклонную поверхность боковых стенок элемента 93 для ограничения вертикального перемещения перегиба 98 и компенсации вертикального сжатия и расширения изменениями радиуса изогнутых пластин (боковые стенки двумерных узлов показаны как элементы 12 на фиг.1 и обсуждены выше в описании данной фигуры) альтернативой является поддержание вертикального разделения между последовательными рядами опорных узлов другими средствами. На фиг.9 показана балка 103, например, двутавровая балка или широкополочная балка двутаврового сечения, которая проходит сквозь отверстие 104 в элементе 93 и вертикально сквозь отверстия в элементах 93 в колонне узлов, в перегибах выше и ниже перегиба 98 (не показаны). Балка 103 неподвижно связана с элементами 93 колонны узлов. Дополнительные балки 103 подобным образом расположены, проходя сквозь другие колонны узлов (см. фиг.5), и связаны с ними таким образом, что существует серия балок 103, продолжающихся вдоль каждой стенки резервуара.
Балки 103 препятствуют вертикальному перемещению перегибов 98 друг в отношении друга, заставляя, таким образом, изогнутые пластины в стенке 97 приспосабливаться к температурному расширению в вертикальном направлении. Как следует принять во внимание, это позволит упростить охватывающую наклонную поверхность конструкцию, показанную на фиг.1 и 9, так как в связи с этим нет необходимости в препятствовании перемещению поперек наклонной поверхности.
Серия балок 103, продолжающихся вдоль каждой стенки резервуара, также обеспечивает средство для подъема стенки резервуара, используя подъемное приспособление. Примером подъемной системы является снабжение каждой балки 103 отверстием 107 в ее верхней части, таким, что сквозь отверстия 107 на каждой стороне резервуара можно пропустить трубу. Труба (не показана) предпочтительно образует съемный элемент подъемного приспособления, но она может быть скользящим образом связана с балками 103. Используя предпочтительный вариант осуществления, можно изготовить и полностью собрать за пределами опорной конструкции резервуар, опорные узлы и балки 103. Элементы 92 узла могут быть наклонены внутрь к стенке 97 резервуара, обеспечивая монтажный зазор. Весь узел может быть опущен в опорную конструкцию, после чего элементы 92 вводят в зацепление с наружными опорными элементами 105 и прикрепляют к ним, например, сваркой.
Было описано несколько вариантов осуществления изобретения. Тем не менее следует понимать, что могут быть выполнены различные модификации без отступления от идеи и объема изобретения. Например, такие признаки, как свободные посадки между взаимно зацепляющимися элементами опорного узла, регулируемый наклон поверхностей скольжения или другие средства для приспособления к допускам изготовления или температурным градиентам между различными местами внутри резервуара, изготовление сопрягаемых поверхностей наклонных поверхностей из металла, связанных с несущими изоляционными блоками, все являются потенциальными изменениями, которые лежат в рамках возможных альтернативных вариантов, что без труда понятно специалисту в данной области техники. Соответственно, другие варианты осуществления находятся в рамках последующей формулы изобретения.