一种船用液化气体储罐

技术领域

本发明涉及船舶建造领域，尤其是涉及一种船用液化气体储罐。

背景技术

针对气体的海上运输需求，将气体液化后加压保温储存是最实用的存储方法之一。为了满足某些液化气体高压储存的需求，通常采用圆柱形或者球形液化气体储罐，但是随着液化气体储罐的大型化，圆柱形或者球形液化气体储罐与船舱线型不匹配的缺点日益凸显，圆柱形或者球形液化气体储罐舱容利用率较低，在船舶有限主尺度下，无法实现舱容最大化，降低了运输效率。现有的菱形或薄膜型液化气体储罐虽然能够与船舱线型相匹配，具有较高的舱容利用率，但无法承受0.7bar以上压力，即无法满足某些液化气体高压储存的需求。因此，本行业亟需要一种承压能力强、舱容利用率高的船用液化气体储罐。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本申请提供一种船用液化气体储罐，以解决现有技术中船用液化气体储罐无法同时满足高压存储和舱容最大化两个要求的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种船用液化气体储罐，其特征在于，包括由多个光滑过渡连接的弧面板组成的罐体，在罐体的横截面上从上到下依次设置有一个顶弧面板、两个尺寸相等的上斜弧面板、两个尺寸相等的侧弧面板、两个尺寸相等的下斜弧面板和一个下弧面板，所述罐体的前后两端分别设置有前弧面板和后弧面板，各弧面板之间通过过渡连接弧板光滑过渡连接，弧面板的半径为弧面板的拱高的10至50倍。

在一种实施方案中，所述各弧面板的半径、弧面板在相邻过渡连接弧板之间的跨距、各弧面板的拱高之间满足如下计算公式：

其中，R为弧面板的半径，L为弧面板在相邻过渡连接弧板之间的跨距，H为弧面板的拱高。

在一种实施方案中，所述弧面板由钢制外板制成，在所述罐体的外表面设置有碳纤维包覆层和隔热层，所述碳纤维包覆带包覆在罐体的外表面形成碳纤维包覆层，所述隔热层包覆在所述碳纤维包覆层的外表面。

在一种实施方案中，还包括用于支撑所述罐体的支撑系统，所述支撑系统包括多个关于罐体的横截面上的中心线对称布置的支撑鞍座，所述支撑鞍座固定连接所述下弧面板与放置罐体的船舱底部。

在一种实施方案中，所述支撑鞍座包括支柱、支撑面板、承压垫木、鞍座面板、和鞍座框架，下弧面板与支柱固定连接，支柱与支撑面板固定连接，支撑面板由承压垫木从下方支撑，承压垫木由鞍座面板从下方支撑，鞍座面板上固定围绕承压垫木的鞍座围板，鞍座面板与鞍座框架固定连接，鞍座框架与船舱底部固定连接，在鞍座框架上设置有加强结构。

在一种实施方案中，所述支柱、所述支撑面板及所述下弧面板采用相同型号的钢材，所述下弧面板与所述支柱焊接，所述支柱与所述支撑面板焊接，所述鞍座面板、鞍座围板、鞍座框架及加强结构采用与船舱底部相同型号的钢材，所述鞍座面板与所述鞍座框架焊接，所述鞍座框架与船舱底部焊接。

在一种实施方案中，各个所述支撑鞍座中的支撑面板在同一水平面高度，所述下弧面板不同位置的支柱的高度根据下弧面板的弧度调整。

在一种实施方案中，各个所述支撑鞍座中的支柱、支撑面板、承压垫木、鞍座面板及鞍座围板的结构和尺寸均相同，所述下弧面板不同位置处的鞍座框架和加强结构的高度根据下弧面板的弧度调整。

在一种实施方案中，各个支撑鞍座中的支柱、支撑面板、鞍座面板、鞍座围板、鞍座框架和加强结构的结构和尺寸均相同，所述下弧面板不同位置的承压垫木的高度根据下弧面板的弧度调整。

在一种实施方案中，所述支撑鞍座包括中心支撑鞍座和斜向支撑鞍座，在所述下弧面板的中心线处设置所述中心支撑鞍座，所述中心支撑鞍座的中心线与所述下弧面板的中心线重合，在连接下弧面板与侧弧面板的过渡连接弧板上均设置所述斜向支撑鞍座，所述斜向支撑鞍座的中心线通过过渡连接弧板的圆心。

在一种实施方案中，所述罐体还包括增厚环，所述增厚环设置于罐体上支撑鞍座对应的横剖面上，所述增厚环包括增厚钢制外板和隔热层，所述隔热层包覆在所述增厚钢制外板外表面。

在一种实施方案中，所述增厚环的宽度大于增厚环所对应的支撑鞍座的宽度。

在一种实施方案中，定义设置有支撑鞍座的罐体的横剖面区域为鞍座区，没有设置支撑鞍座的罐体的横剖面区域为无鞍区，在无鞍区，所述碳纤维包覆带沿罐体的横剖面轮廓进行环形包覆钢制外板的外表面；在鞍座区，所述碳纤维包覆带单向或交叉双向包覆钢制外板。

在一种实施方案中，定义设置有支撑鞍座的罐体的横剖面区域为鞍座区，没有设置支撑鞍座的罐体的横剖面区域为无鞍区，在支撑鞍座和下弧面板之间设置有下弧面腹板，所述下弧面腹板的中心线与所述支撑鞍座的中心线重合，在沿垂直于罐长方向上在所述下弧面腹板左右两侧关于下弧面腹板的中心线对称设置有弧形过渡楔，所述下弧面腹板沿垂直于罐长方向的宽度大于支柱沿垂直于船长方向的宽度，所述下弧面腹板的上表面和所述弧形过渡楔的上表面均与所述下弧面板的外表面直接接触，所述下弧面腹板的下表面、所述弧形过渡楔的下表面及未覆盖弧形过渡楔的下弧面板的外表面形成一个光滑的曲面，所述碳纤维包覆带沿罐体的横剖面轮廓进行环形包覆钢制外板的外表面。

在一种实施方案中，所述支柱为圆柱体，在鞍座区内，设置碳纤维包覆带沿罐长方向的长度为沿船长方向两个相邻支柱的中心线之间沿船长方向的距离的一半，碳纤维包覆带沿罐体的横剖面轮廓进行环形包覆钢制外板的外表面，当碳纤维包覆带经过支柱时，碳纤维包覆带先与支柱相切接触，再与支柱的部分弧形接触，最后与支柱相切分离，同一碳纤维包覆带与同一支柱两个切点关于支柱沿船长方向的中心线对称，相邻碳纤维包覆带与同一支柱的切点关于支柱沿垂直于船长方向的中心线对称。

在一种实施方案中，所述支柱为非圆柱体，在下弧面腹板的左右两侧靠近弧形过渡楔的边缘处沿罐长方向均等距离设置多个固定铆，在鞍座区内，设置碳纤维包覆带沿船长方向的长度为沿船长方向两个相邻固定铆中心线的距离的一半，碳纤维包覆带沿罐体的横剖面轮廓进行环形包覆钢制外板的外表面，当碳纤维包覆带经过固定铆时，碳纤维包覆带环绕固定铆包覆。

与现有技术相比，本申请中的有益效果为：

本申请中的船用液化气体储罐，包括由多个光滑过渡连接的弧面板组成的罐体和支撑系统，罐体由多个光滑过渡连接的弧面板组成，各弧面板半径为R为弧面拱高H的10至50倍，能够同时满足液化气体高压储存和船用液化气体储罐舱容最大化两个要求；且本申请中弧面板包括钢制外板、碳纤维包覆层和隔热层，能够同时提高船用液化气体储罐的承压能力和降低液化气体储罐的重量，降低液化气体储罐的建造成本和船舶运输成本；本申请中的支撑系统包括多个关于罐体的横截面的中心线对称布置的支撑鞍座，支撑鞍座的结构或尺寸可根据弧面板的弧度调整，能够更加稳定放置罐体于船舱中。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例中船用液化气体储罐的罐体纵剖示意图；

图2为本申请实施例中船用液化气体储罐的罐体横剖示意图；

图3为本申请实施例中弧面板材料结构示意图；

图4为本申请实施例中弧面板尺寸结构示意图；

图5为本申请实施例中支撑鞍座结构示意图；

图6为本申请实施例中支撑鞍座布置方式一的示意图；

图7为本申请实施例中支撑鞍座布置方式二的示意图；

图8为本申请实施例中支撑鞍座布置方式三的示意图；

图9为本申请实施例中支撑鞍座布置方式四的示意图；

图10为本申请实施例中设置有增厚环的罐体示意图；

图11为本申请实施例中增厚环材料结构示意图；

图12为本申请实施例中船用液化气体储罐在船舶布置示意图；

图13为本申请实施例中碳纤维包覆带斜向缠绕方式一示意图；

图14为本申请实施例中碳纤维包覆带斜向缠绕方式二示意图；

图15为本申请实施例中碳纤维包覆带斜向缠绕方式三示意图；

图16为本申请实施例中设置有下弧面腹板的碳纤维包覆带包覆方式一局部横剖面示意图；

图17本申请实施例中设置有下弧面腹板的碳纤维包覆带包覆方式一俯视示意图；

图18本申请实施例中设置有下弧面腹板的碳纤维包覆带包覆方式一中支柱与碳纤维包覆带的局部放大示意图；

图19为本申请实施例中设置有下弧面腹板的碳纤维包覆带包覆方式二局部横剖面示意图；

图20本申请实施例中设置有下弧面腹板的碳纤维包覆带包覆方式二俯视示意图；

附图标记：

1、罐体；101、顶弧面板；102、上斜弧面板；103、侧弧面板；104、下斜弧面板；105、下弧面板；106、后弧面板；107、前弧面板；108、过渡连接弧板；11、钢制外板；12、碳纤维包覆层；13、隔热层；11a、增厚钢制外板；14、增厚环；15、碳纤维包覆带；2、支撑鞍座；201、支柱；202、支撑面板；203、承压垫木；204、鞍座面板；205、鞍座围板；206、鞍座框架；207、加强结构；208、下弧面腹板；209、弧形过渡楔；210、固定铆；21、中心支撑鞍座；22、斜向支撑鞍座；3、船舶；301、船舱。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本实施例公开一种船用液化气体储罐，包括由多个光滑过渡连接的弧面板组成的罐体1，如图2所示，在罐体1的横截面上从上到下依次设置有一个顶弧面板101、两个尺寸相等的上斜弧面板102、两个尺寸相等的侧弧面板103、两个尺寸相等的下斜弧面板104和一个下弧面板105，如图1所示，罐体1的前后两端分别设置有后弧面板106和前弧面板107，各弧面板之间通过过渡连接弧板108光滑过渡连接。如图4所示，定义各弧面板的半径为R，弧面与相邻过渡连接弧板108之间的跨距为L，弧面拱高为H。弧面板的半径R越小，弧面板的曲率越大，罐体1的舱容利用率越低，罐体1的承压能力越强。为了同时满足罐体1高压承压力和船舱舱容最大化的两个要求，弧面板半径为R为弧面拱高H的10至50倍，具体地，R、L、H之间应满足如下计算公式：

如图6-9所示，罐体1与放置罐体1的船舱301侧壁的最小距离为380～400cm，罐体1与船舱301底部的最小距离为380～450cm。

为了提高船用液化气体储罐的承压能力，弧面板由钢制外板11制成，如图3所示，在罐体1的外表面设置有碳纤维包覆层12和隔热层13，碳纤维包覆层12的厚度根据储罐压力设计，碳纤维包覆层12提供不小于储罐蒸汽压力10％～30％的压力支撑能力，隔热层13对罐体1进行隔热，减弱储罐内外的热量交换。碳纤维包覆带15包覆在罐体1的外表面形成碳纤维包覆层12，隔热层13包覆在碳纤维包覆层12的外表面。

为了放置罐体1于船舶3的船舱301内，如图6-10、12所示，船用液化气体储罐还包括用于支撑罐体1的支撑系统，支撑系统包括多个关于罐体1的横截面上的中心线对称布置的支撑鞍座2，支撑鞍座2固定连接下弧面板105与船舱301底部，如图5所示，支撑鞍座2包括支柱201、支撑面板202、承压垫木203、鞍座面板204和鞍座框架206，下弧面板105与支柱201固定连接，支柱201与支撑面板202固定连接，支撑面板202与承压垫木203固定连接，承压垫木203与鞍座面板204固定连接，鞍座面板204与鞍座框架206固定连接，鞍座框架206与船舱301底部固定连接。为了提高鞍座框架206的承重能力，在鞍座框架206上设置有加强结构207。本实施例中，支柱201、支撑面板202及下弧面板105采用相同型号的钢材，下弧面板105与支柱201焊接，支柱201与支撑面板202焊接，鞍座面板204、鞍座围板205、鞍座框架206及加强结构207采用与船舱301底部相同型号的钢材，鞍座面板204与鞍座框架206焊接，鞍座框架206与船舱301底部焊接。加强结构207焊接在鞍座框架206上，加强结构207是加强筋或连接板。为了更好的固定承压垫木203，在鞍座面板204的上表面设置敞口的鞍座围板205，承压垫木203压实设置于鞍座围板205内，承压垫木203与鞍座面板204、鞍座围板205之间浇筑环氧树脂，以保证承压垫木203与鞍座围板205连接固定。承压垫木203选用防蛀、耐水、防裂、绝缘性好、化学性能稳定的木质材质，本实施例中承压垫木203采用桦木制作，桦木单板经树脂浸渍及热压后制成层压木。

因下弧面板105具有弧度，下弧面板105的不同位置距船舱301底部的距离不同，为了稳定放置罐体1，可以采用不同的支撑鞍座布置方式。支撑鞍座2布置方式一如图6所示，各个支撑鞍座2的支撑面板202、承压垫木203、鞍座面板204、鞍座围板205、鞍座框架206和加强结构207的结构和尺寸均相同，支撑面板202在同一水平面高度，下弧面板105不同位置的支柱201的高度根据下弧面板105的弧度调整。

支撑鞍座2布置方式二如图7所示，各个支撑鞍座2中的支柱201、支撑面板202、承压垫木203、鞍座面板204及鞍座围板205的结构和尺寸均相同，下弧面板105不同位置处的鞍座框架206和加强结构207的高度根据下弧面板105的弧度调整。

支撑鞍座2布置方式三如图8所示，各个支撑鞍座2中的支柱201、支撑面板202、鞍座面板204、鞍座围板205、鞍座框架206和加强结构207的结构和尺寸均相同，下弧面板105不同位置的承压垫木203的高度根据下弧面板105的弧度调整。

支撑鞍座2布置方式四如图9所示，支撑鞍座2包括中心支撑鞍座21和斜向支撑鞍座22，在下弧面板105的中心线处设置中心支撑鞍座21，中心支撑鞍座21的中心线与下弧面板105的中心线重合，在连接下弧面板105与下斜弧面板104的过渡连接弧板108上均设置斜向支撑鞍座22，中心支撑鞍座21的支撑面板202和鞍座面板204在罐体1的横截面的宽度均为下弧面板105的跨距Lp的20％～35％，斜向支撑鞍座22的中心线通过过渡连接弧板108的圆心。

为了便于碳纤维包覆带15缠绕罐体1和便于在罐体1下方设置支撑鞍座2，如图10所示，罐体1还包括增厚环14，增厚环14设置于罐体1上支撑鞍座2对应的横剖面上，如图11所示，增厚环14包括增厚钢制外板11a和隔热层13，隔热层13包覆在增厚钢制外板11a外表面，增厚钢制外板11a对罐体1内部蒸汽压力提供支撑，保证罐体1内部较大压力条件下的气密性和结构变形可控，隔热层13对罐体1进行隔热，减弱储罐内外的热量交换。罐体1增厚环14外的其他区域碳纤维包覆带15沿罐体1的横剖面轮廓进行环形包覆钢制外板11的外表面形成碳纤维包覆层12，隔热层13包覆在碳纤维包覆层12的外表面。在罐体1长度方向上，增厚环14的宽度大于增厚环14所对应的支撑鞍座2的宽度，具体的，定义增厚环14的范围在支撑鞍座2前后扩大距离为Lz，Lz为0.8m和2％罐体1长度两者之中的最大值。

定义设置有支撑鞍座2的罐体1的横剖面区域为鞍座区，没有设置支撑鞍座2的罐体1的横剖面区域为无鞍区。若罐体1不包含增厚环14，在罐体1下方已设置支撑鞍座2的情况下，为了使罐体1的外表面尽可能多地被碳纤维包覆层12覆盖，船用液化气体储罐可以采用不同的碳纤维包覆方法。在无鞍区，碳纤维包覆带15沿罐体1的横剖面轮廓进行环形包覆钢制外板11的外表面。如图13-15所示，在鞍座区，碳纤维包覆带15斜向延伸经过支撑鞍座2之间缠绕钢制外板11。碳纤维包覆带15可如图13所示，碳纤维包覆带15从罐体1的左后侧向罐体1的右前侧缠绕，也可如图14所示，碳纤维包覆带15从罐体1的右后侧向罐体1的座前侧缠绕，即碳纤维包覆带15单向包覆钢制外板11，碳纤维包覆带15也可如图15所示，碳纤维包覆带15从罐体1的左后侧向罐体1的右前侧缠绕，且碳纤维包覆带15也从罐体1的右后侧向罐体1的左前侧缠绕，即碳纤维包覆带15交叉双向包覆钢制外板11，碳纤维包覆带15缠绕钢制外板11形成碳纤维包覆层12，隔热层13包覆在碳纤维包覆层12的外表面。

船用液化气体储罐也可以采用其他的碳纤维包覆方法，如图16、19所示，在支撑鞍座2和下弧面板105之间设置有下弧面腹板208，下弧面腹板208的中心线与支撑鞍座2的中心线重合，在沿垂直于罐长方向上在下弧面腹板208左右两侧关于下弧面腹板208的中心线对称设置有弧形过渡楔209，下弧面腹板208沿垂直于罐长方向的宽度大于支柱201沿垂直于船长方向的宽度，下弧面腹板208的上表面和弧形过渡楔209的上表面均与下弧面板105的外表面直接接触，下弧面腹板208的下表面、弧形过渡楔209的下表面及未覆盖弧形过渡楔209的下弧面板105的外表面形成一个光滑的曲面。通过下弧面腹板208的设置，支撑鞍座2支撑罐体1时，支撑鞍座2与下弧面腹板208固定连接，增大了下弧面板105的受力面积，避免了下弧面板105的破坏，也避免了下弧面板105与支柱201焊接的位置受力集中，提高了罐体1的安全性。

当支柱201为圆柱体时，如图16、17所示，在鞍座区内，设置碳纤维包覆带15沿罐长方向的宽度为沿罐长方向两个相邻支柱201的中心线之间距离的一半，碳纤维包覆带15沿罐体1的横剖面轮廓进行环形包覆钢制外板11的外表面，当碳纤维包覆带15经过支柱201时，如图18所示，碳纤维包覆带15先与支柱201相切接触，再与支柱201的部分弧形接触，最后与支柱201相切分离，同一碳纤维包覆带15与同一支柱201两个切点关于支柱201沿船长方向的中心线对称，相邻碳纤维包覆带15与同一支柱201的切点关于支柱201沿垂直于罐长方向的中心线对称，在此碳纤维包覆带包覆方式中，经过切点的半径与沿垂直于船长方向的半径之间的夹角均为30°。通过上述碳纤维包覆带包覆方式的设置，可以使碳纤维包覆带15光滑绕过圆柱体形的支柱201，并使碳纤维包覆带15包覆钢制外板11的面积尽可能大，避免了碳纤维包覆带15缠绕方式突变造成碳纤维断裂。

当支柱201为非圆柱体时，如图19、20所示，在下弧面腹板208的左右两侧靠近弧形过渡楔209的边缘处沿罐长方向均等距离设置多个固定铆210，如图19、20所示，在鞍座区内，设置碳纤维包覆带15沿罐长方向的长度为沿罐长方向两个相邻固定铆210中心线之间的距离的一半，碳纤维包覆带15沿罐体1的横剖面轮廓进行环形包覆钢制外板11的外表面，当碳纤维包覆带15经过固定铆210时，碳纤维包覆带15环绕固定铆210包覆。上述碳纤维包覆带包覆方式的设置，适合各种形状的支柱201。

此碳纤维包覆方法同样可用于常规球形、圆柱形、双耳型、三耳型压力储存舱。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。