一种基于同心套锥的固定内支撑及具有其的低温容器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于同心套锥的固定内支撑及具有其的低温容器，属于低温容器技术领域。固定内支撑由两个套锥组成，套锥通过多个内径大小不同但顶角相近的锥壳套合后首尾顺序连接而成，相邻的锥壳之间保持一定间距，最内层锥壳的小端由厚板封闭，厚板上设有通气孔，最外层的锥壳大端开放，形成迷宫状的热桥结构；两个套锥通过厚板固定连接在一起，两个套锥最外层锥壳的大端分别连接外容器和内容器。本发明专利技术采用套锥迷宫结构，占用空间小，在保证结构强度的同时能够明显减小低温容器的结构漏热，尤其是，避免了不同材料的热膨胀系数差异带来的配合间隙和热应力问题，具有较高的工作可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于同心套锥的固定内支撑及具有其的低温容器
本专利技术涉及一种用于低温液化气体储罐的同心套锥固定内支撑，用于连接低温液化气体储罐内容器和外容器，属于低温容器

技术介绍
甲烷、氧、氮、氢、氦等气体经过液化，液态体积远远小于气态体积，因此，从储能密度来看，低温液态储运是一种十分理想的方式。为了减少漏热和低温液态介质的蒸发损失，低温液化气体储罐通常采用内容器和外容器组成的双层结构，内外容器之间是真空夹层，使用高真空多层绝热方式，内外容器通过内支撑结构连接。内支撑结构既要能承受液体重量、储罐重量以及相应的惯性载荷，还必须尽可能减少本身产生的漏热，所以内支撑设计是低温储罐结构设计的核心。内支撑结构分为轴向内支撑和径向内支撑两大类。径向内支撑位于内外容器的筒体之间，包括绝热垫块、吊杆和吊链等形式，一般用于LNG、液氧、液氮储罐；轴向内支撑位于内外容器的封头之间，在对绝热性能要求高的液氢、液氦储罐中，一般只使用轴向内支撑。通常，低温液化气体储罐的轴向内支撑由一个固定内支撑和一个滑动内支撑组成，共同承担来自内容器及介质的重力载荷和惯性载荷。相对来说，固定内支撑承载更高，它不仅要承担来自内容器及介质的垂直载荷和侧向载荷，还要单独承担来自内容器的轴向载荷。低温液化气体储罐的轴向固定内支撑结构有以下三类：(1)基于玻璃钢绝热的固定支撑。以专利ZL00216678.X为例，如附图1所示，固定内支撑由金属构件和玻璃钢构件组成，绝热主要依赖于玻璃钢材料本身较低的热传导系数。该支撑的缺点是：玻璃钢热膨胀系数明显大于金属，且各项异性，在低温下易产生配合间隙或热应力。(2)基于金属叠片的固定支撑。以美国NBS公司用于液氢航空运输的840L液氢杜瓦车为例，如附图2所示，固定内支撑完全由金属构件制成，绝热主要依赖于金属叠片绝热支撑。金属叠片绝热支撑由大量的极薄金属叠片复合而成，利用金属叠片之间的接触热阻，形成与玻璃钢相当的隔热能力，而强度几乎不受影响，且不存在热膨胀系数不一致的问题。该支撑的缺点是：金属叠片制作难度和成本较高，不适合推广普及场合。(3)基于同心套管的固定支撑。以专利ZL201810336146.1为例，如附图3所示，固定内支撑由直径不同的多根薄壁金属管同心套合而成，绝热主要依赖于多个薄壁金属件形成的热桥。该支撑的缺点是：套管为细长形，承载能力弱，变形大，易形成热短路；此外，图中A点为热端，B点为冷端，AB之间难以布置有效的绝热结构，热桥难以发挥应用的作用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种基于同心套锥的固定内支撑及具有其的低温容器，内支撑通过迷宫结构来控制漏热，避免了不同材料间热膨胀系数不同带来的配合间隙和热应力问题。一种基于同心套锥的固定内支撑，该固定内支撑由两个套锥组成，所述套锥通过多个内径大小不同但顶角相近的锥壳套合后首尾顺序连接而成，相邻的锥壳之间保持一定间距，最内层锥壳的小端由厚板封闭，厚板上设有通气孔，最外层的锥壳大端开放，形成迷宫状的热桥结构；所述两个套锥的厚板固定连接在一起，两个套锥最外层锥壳的大端分别连接外容器和内容器。进一步地，所述锥壳顶角的取值范围为5°～90°。进一步地，所述锥壳的大端和小端之间均通过环状件连接在一起。进一步地，所述两个套锥的相邻厚板之间为固定连接，可采用焊接、紧固连接、凹凸表面嵌入配合等多种方式进行连接。进一步地，所述厚板之间设置辅助结构。进一步地，所述辅助结构可以由玻璃钢制成提高热阻，或由金属制成引入冷量。进一步地，所述套锥与外容器封头和内容器封头直接或通过转接结构进行连接。进一步地，所述固定内支撑的外表面覆盖绝热材料，固定内支撑的内腔填充绝热材料，绝热材料优选为真空多层绝热材料、玻璃棉、岩棉和膨胀珍珠岩等。进一步地，所述固定内支撑采用一次成形的增材制造。一种具有固定内支撑的低温容器，包括外容器、内容器、固定内支撑、滑动内支撑、转接环和封口盖；所述外容器和内容器的一端通过固定内支撑进行相对固定，外容器和内容器的另一端通过滑动内支撑连接，实现内容器与外容器的相对滑动；固定内支撑的一端与外容器上的封头固定连接，另一端与内容器上的封头固定连接，固定内支撑与外容器上的转接环连接，转接环配有封口盖，作为低温液化气体储罐的真空封口。进一步地，所述固定内支撑和内容器之间设计转接结构来减小外容器的轴向长度，所述转接结构由设置在内容器上的内凹筒体和封头组成，固定内支撑部分通过内凹筒体嵌入内容器中。有益效果：1、本专利技术的单个套锥采用了多个内径大小不同但顶角相近的锥壳套合后首尾顺序连接形成迷宫型的结构来控制漏热，不依赖非金属材料的绝热性能，避免了不同材料间热膨胀系数差异带来的配合间隙、热应力等一系列问题。2、本专利技术的固定内支撑采用成对的薄壁套锥结构，两端截面大，中段截面小，节省了空间，能保证承载能力，并且降低结构漏热。此外，套锥的外表和内部都可以设置真空多层绝热被等绝热结构，双套锥的厚板之间可增设辅助结构，为其他成熟的热控制技术的应用提供途径。3、本专利技术的制造难度适中，适合批量生产，具有广阔的应用和推广前景。附图说明图1为现有技术的基于玻璃钢绝热的固定支撑结构示意图；图2为现有技术的基于金属叠片的固定支撑结构示意图；图3为现有技术的基于同心套管的固定支撑结构示意图；图4为本专利技术同心套锥的结构示意图；图5为本专利技术基于同心套锥的固定内支撑结构示意图；图6为固定内支撑的弯矩图；图7为具有同心套锥固定内支撑的低温液化气体储罐；图8为采用螺栓组紧固连接两个锥壳件的示意图；图9为两个锥壳件之间增设玻璃钢绝热的结构示意图；图10为外形尺寸不受限时的低温液化气体储罐；图11为外形尺寸受限时的低温液化气体储罐；其中，1-锥壳、2-锥壳、3-锥壳、4-厚板、5-环状件、6-环状件、7-环状件、8-通气孔、9-套锥、10-套锥、11-外容器、12-内容器、13-固定内支撑、14-滑动内支撑、15-转接环、16-封口盖、17-玻璃钢、18-鞍座、19-转接结构。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。本专利技术提供了一种基于同心套锥的固定内支撑，固定内支撑由两个同心套锥组成。单个的同心套锥如图4所示。它由大小不同的锥壳1、锥壳2、锥壳3套合而成，各锥壳宜采用相近的顶角α，α值范围为5°～90°，各锥壳之间保证一定间距，一般不小于3mm；锥壳3的小端连接有厚板4；锥壳1的小端和锥壳2的小端通过环状件5连接；锥壳2的大端和锥壳3的大端通过环状件6连接；锥壳1的大端连接有环状件7，上述零件共同形成了迷宫状的热桥结构。同心套锥开有通气孔8，通气孔8宜设置在厚板4上。如图5所示，固定内支撑由套锥9和套锥10组成，套锥9和套锥10小端的厚板相邻，并且是固定连接，具体连接方式可以是焊接，也可以是螺栓组紧固连接；两本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于同心套锥的固定内支撑，其特征在于，该固定内支撑由两个套锥组成，所述套锥通过多个内径大小不同、顶角相近的锥壳套合后首尾顺序连接而成，相邻的锥壳之间保持一定间距，最内层锥壳的小端由厚板封闭，厚板上设有通气孔，最外层的锥壳大端开放，形成迷宫状的热桥结构；所述两个套锥通过厚板固定连接在一起，两个套锥最外层锥壳的大端分别连接外容器和内容器。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于同心套锥的固定内支撑，其特征在于，该固定内支撑由两个套锥组成，所述套锥通过多个内径大小不同、顶角相近的锥壳套合后首尾顺序连接而成，相邻的锥壳之间保持一定间距，最内层锥壳的小端由厚板封闭，厚板上设有通气孔，最外层的锥壳大端开放，形成迷宫状的热桥结构；所述两个套锥通过厚板固定连接在一起，两个套锥最外层锥壳的大端分别连接外容器和内容器。


2.如权利要求1所述的基于同心套锥的固定内支撑，其特征在于，所述锥壳顶角的取值范围为5°～90°。


3.如权利要求1或2所述的基于同心套锥的固定内支撑，其特征在于，所述锥壳的大端和小端之间均通过环状件连接在一起。


4.如权利要求3所述的基于同心套锥的固定内支撑，其特征在于，所述两个套锥的相邻厚板为固定连接，固定连接方式包括焊接、紧固连接或凹凸表面嵌入配合。


5.如权利要求4所述的基于同心套锥的固定内支撑，其特征在于，所述厚板之间设置辅助结构。


6.如权利要求5所述的基于同心套锥的固定内支撑，其特征在于，所述辅助结构由玻璃钢制成提...

【专利技术属性】
技术研发人员：许鸿昊，兰玉岐，卜玉，张震，余炳延，许健，王嘉炜，安刚，
申请(专利权)人：北京航天试验技术研究所，北京航天雷特机电工程有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11