一种大型液氢真空双层球罐的套管支撑结构制造技术

一种大型液氢真空双层球罐的套管支撑结构，包括由内支柱、外支撑结构组成的支撑结构，内罐通过内支柱支撑悬空于外罐空腔中，外罐通过外支撑结构支撑；在内罐、外罐上设置有若干组用以支撑内罐、外罐的支撑结构，每组支撑结构由一个内支柱和一个外支撑结构构成；内支柱包括顶盖、内上支柱、内下支柱及上下连接结构，顶盖连接在内上支柱顶部，内上支柱和内下支柱通过上下连接结构连接；内上支柱采用三套管结构，从外至内分别为内上支柱外管、内上支柱中间管及内上支柱内管；本发明专利技术有效延长了支柱导热段长度；同时，有效降低了支撑结构的对流传热和辐射传热，显著降低从支撑结构漏入球罐内的热量，从而极大提高了大型液氢球罐的绝热性能。能。能。

Casing supporting structure of a large liquid hydrogen vacuum double-layer spherical tank

【技术实现步骤摘要】
一种大型液氢真空双层球罐的套管支撑结构


[0001]本专利技术涉及大规模液氢储存
，具体涉及一种大型液氢真空双层球罐的套管支撑结构。

技术介绍

[0002]安全、可靠、高效的氢储存技术是实现氢能利用的关键，储氢技术按存储原理分为物理储氢和化学储氢两大类；物理储氢主要有液化储存、高压储存、低温压缩储存等；化学储氢有金属氢化物储氢、活性碳吸附储存、碳纤维和碳纳米管储存等。从质量密度、体积密度以及储氢成本上考虑，液氢储存是一种极为理想的储氢方式。
[0003]液氢储存所用储罐可以是高真空双层圆柱形结构，也可以是高真空双层球形结构。对于大型液氢储罐而言，由于球形储罐比表面积最小，可有效减少液氢的蒸发损失，所以通常采用高真空双层球形绝热结构。在民用领域，液氢加氢站具有储运效率高、运输成本低、单位投资少、氢气纯度高、站内能耗少以及兼容性强等优势，是未来氢能末端环节使用的应用方向之一，而液氢储罐是液氢加氢站中具体实施的必要设备。因此，无论是国防航空航天领域还是民用领域，大型低温液氢球罐的开发对于氢能大规模利用都具有重要意义。国内已有公司成功研制出中小型液氢储罐，不过都是卧式液氢槽车或圆柱形贮罐，对于大型液氢真空双层球罐的研制鲜有报道，大型液氢真空双层球罐的研制仍处于探索阶段，其中最核心的技术瓶颈问题之一是储罐支撑结构设计。
[0004]对于大型液氢球罐来说，不仅需要考虑支撑结构的强度、稳定性，还需考虑支撑结构的绝热性能。液氢球罐通常由内罐、外罐和支撑结构三大主要部分组成；内罐和外罐之间采用真空加隔热材料的绝热结构进行隔热，即在内外罐夹层之间填充绝热材料并抽成高真空状态以起绝热作用，高真空多层绝热技术绝热效果优良，又被称为超级绝热，能有效阻止外界热量通过球壳传入内储罐，是目前工程上常用的一种绝热结构方式。支撑结构由内支柱和外支柱组成，其中内支柱起支撑内罐的作用，因为内罐需要承受流体重力及工作压力，所以内支柱与内罐球壳一般采用受力较好的赤道正切式连接方式直接相连。在内支柱与内罐直接相连时，外界通过内支柱的漏热量往往会超过液氢储罐罐体总体漏热量的30％，所以如何降低支撑结构的漏热量是真空双层液氢球罐研制之中亟待解决的关键核心问题之一。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种大型液氢真空双层球罐的套管支撑结构，有效延长了支柱导热段长度；同时，有效降低了支撑结构的对流传热和辐射传热，显著降低从支撑结构漏入球罐内的热量，从而极大提高了大型液氢球罐的绝热性能。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
[0007]一种大型液氢真空双层球罐的套管支撑结构，包括由内支柱3、外支撑结构4组成
的支撑结构，内罐1通过内支柱3支撑悬空于外罐2空腔中，内罐1和外罐2之间填充绝热材料并抽成高真空状态，绝热材料采用多层隔热材料或珠光砂；外罐2通过外支撑结构4支撑；
[0008]在内罐1、外罐2上设置有若干组支撑结构，每组支撑结构由一个内支柱3和一个外支撑结构4构成；内支柱3包括顶盖31、内上支柱32、内下支柱33及上下连接结构，顶盖31连接在内上支柱32顶部，内上支柱32和内下支柱33通过上下连接结构连接。
[0009]所述的内上支柱32采用三套管结构，从外至内分别为内上支柱外管321、内上支柱中间管322及内上支柱内管323，内上支柱外管321与内罐1采用赤道正切直接连接的方式焊接在一起，内上支柱内管323通过上下连接结构与内下支柱33连接，上下连接结构中间安装隔热材料7进行绝热，并通过法兰8结构将内上支柱32和内下支柱33连接。
[0010]所述的内上支柱32不限于三套管结构，视具体的实际工况而定，采用更多套管组合形式。
[0011]所述的外支撑结构4由外壁托板41和外支柱42构成，在外支柱42顶部设置有与外罐2的外壁轮廓匹配的外壁托板41，外支柱42顶部通过外壁托板41固定连接于外罐2的外壁上。
[0012]相邻两个外支柱42之间错位交叉布置两根拉杆5，两根拉杆5无相交部位，拉杆5两端与耳板52连接，耳板52与外支柱42采用焊接方式连接。
[0013]所述的内下支柱33及外支柱42均通过焊接或螺栓连接的方式与底板10连接，底板10与硬化地面固定。
[0014]所述的外支柱42、外壁托板41、拉杆5、耳板52与外罐2采用强度高的低合金钢；内上支柱32的内上支柱内管323、内上支柱中间管322、内上支柱外管321均采用与内罐1相同的材料，选用奥氏体不锈钢；内下支柱33选用强度高的低合金钢；隔热材料7选用导热系数低的复合材料。
[0015]所述的内上支柱外管321与内罐1采用直接连接、托板连接或直圆柱型连接。
[0016]各组支撑结构相对于内罐1的竖向中心轴线呈旋转对称分布。
[0017]穿过内上支柱顶盖31底部的水平面与穿过内罐1中心的水平面均处于同一水平面上。
[0018]本专利技术的有益效果：
[0019]本专利技术装配结构首先在确保球罐结构强度、稳定性与实施操作简单性的前提条件下，将内支柱设计为顶盖、内上支柱、内下支柱及上下连接结构，内上支柱由传统单管结构创新地设计为三套管结构，由外到内依次为外管、中间管和内管，管与管之间可通过带弧状板焊接或圆柱销连接，内上支柱外管与内罐采用赤道正切直接连接的方式焊接在一起，上下连接结构中间安装一定厚度的隔热材料进行绝热，并通过法兰结构将内上支柱和内下支柱连接。此时，通过内上支柱三套管结构和上下支柱隔热连接结构共同作用，极大延长了支撑结构的导热路径，增加了支撑结构的导热热阻，显著降低了通过支撑结构进入内罐的导热量，从而提高了液氢球罐整体的绝热性能。
附图说明
[0020]图1为本专利技术的整体示意图。
[0021]图2为本专利技术外支柱及拉杆的局部示意图。
[0022]图3为本专利技术内、外支撑结构的局部示意图。
[0023]图4为图3中A处放大图。
[0024]图5为图3中B处放大图。
[0025]图6为图3中C处放大图。
具体实施方式
[0026]以下结合附图对本专利技术作进一步的详细描述。
[0027]如图1、图2所示，一种大型液氢真空双层球罐的套管支撑结构，包括内支柱3、外支撑结构4及构拉杆5，内罐1通过内支柱3支撑悬空于外罐2空腔中，内罐1和外罐2之间填充绝热材料并抽成高真空状态以起绝热作用，绝热材料采用多层隔热材料或珠光砂；外罐2通过外支撑结构4支撑，相邻的外支撑结构4之间连接有构拉杆5。
[0028]在内罐1、外罐2上设置有若干组用以支撑内罐1、外罐2的支撑结构，每组支撑结构由一个内支柱3和一个外支撑结构4构成，内支柱3起支撑内罐1的作用，为减少导热量的传递，参照图3、图4，内支柱3包括顶盖31、内上支柱32、内下支柱33及上下连接结构，顶盖31连接在内上支柱32顶部，内上支柱32和内下支柱33通过上下连接结构连接。
[0029]如图3、图4、图5所示，内上支柱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大型液氢真空双层球罐的套管支撑结构，包括由内支柱(3)、外支撑结构(4)组成的支撑结构，内罐(1)通过内支柱(3)支撑悬空于外罐(2)空腔中，内罐(1)和外罐(2)之间填充绝热材料并抽成高真空状态；绝热材料采用多层隔热材料或珠光砂；外罐(2)通过外支撑结构(4)支撑；其特征在于：在内罐(1)、外罐(2)上设置有若干组支撑结构，每组支撑结构由一个内支柱(3)和一个外支撑结构(4)构成；内支柱(3)包括顶盖(31)、内上支柱(32)、内下支柱(33)及上下连接结构，顶盖(31)连接在内上支柱(32)顶部，内上支柱(32)和内下支柱(33)通过上下连接结构连接。2.根据权利要求1所述的一种大型液氢真空双层球罐的套管支撑结构，其特征在于：内上支柱(32)采用三套管结构，从外至内分别为内上支柱外管(321)、内上支柱中间管(322)及内上支柱内管(323)，内上支柱外管(321)与内罐(1)采用赤道正切直接连接的方式焊接在一起，内上支柱内管(323)通过上下连接结构与内下支柱(33)连接，上下连接结构中间安装隔热材料(7)进行绝热，并通过法兰(8)结构将内上支柱(32)和内下支柱(33)连接。3.根据权利要求1所述的一种大型液氢真空双层球罐的套管支撑结构，其特征在于：所述的内上支柱(32)不限于三套管结构，视具体的实际工况而定，采用更多套管组合形式。4.根据权利要求2所述的一种大型液氢真空双层球罐的套管支撑结构，其特征在于：所述的外支撑结构(4)由外壁托板(41)和外支柱(42)构成，在外支柱(42)顶部设置有与外罐(2)的外壁轮廓匹配的外...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢福寿，余帅，厉彦忠，马原，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：