一种大容积低温真空储运罐车及其辅助支撑单元

摘要

本发明涉及一种大容积低温真空储运罐车及其辅助支撑单元。本发明的目的是解决现有大容积低温真空储运罐车存在支撑结构与内、外罐体连接位置处易出现疲劳裂纹，或者支撑结构易失效致使内、外罐体之间发生接触式碰撞，进而导致内罐体、内罐体缠绕层及内、外罐体之间的夹层管路系统被破坏的技术问题。该辅助支撑单元包括固连于外罐体上的连接套和固连于内罐体上的连接轴；所述连接套包括支撑筒体、固连封堵于支撑筒体上的盖板，以及设置于支撑筒体内的第一套筒、隔热板、第二套筒、环形隔热件和连接轴套。该罐车的外罐体和内罐体之间设置有1个横向辅助支撑组件U、2个纵向辅助支撑组件V和4个垂向支撑组件W，七者共同形成七点支撑的结构形式。

说明书

技术领域

本发明涉及一种储运容器罐车，具体涉及一种大容积低温真空储运罐车及其辅助支撑单元。

背景技术

大容积低温真空储运罐车主要包括大容积低温液体铁路罐车和大容积低温液体公路槽车。罐车的低温容器包括内罐体和外罐体，二者均有筒体和位于筒体两端的封头组成。

现有低温液体铁路运输用低温储运容器，如85m3液氢铁路运输加注运输车罐体结构，其内、外罐的筒体部位装配的支撑结构为交叉杆式支撑结构，此外还在内、外罐的其中一端封头处装配有纵向拉杆结构。筒体部位装配的交叉杆式支撑结构限制了内、外罐体的在横向和垂向的相对位移，封头端装配的纵向拉杆结构限制了内、外罐体的纵向相对位移。这种支撑结构存在的缺点是：安装时，需要在内罐体上加工交叉支撑杆的安装孔，且需要加工的安装孔数量较多，对内罐体结构整体性的破坏较大，同时给内、外罐体的套罐组装及焊接带来了较大的困难，而且由于内罐体的安装孔和交叉支撑杆组成连接的焊缝较多，且焊缝位置非一般常规位置，因此增加了探伤检测的难度和工作量，相应地增加了生产成本，降低了生产效率；内罐体与该支撑结构焊接位置处属于不连续结构且缺少相应温度补偿结构，存在峰值应力，交叉杆式支撑结构沿着交叉杆的轴向约束住了内罐体在装、卸液过程中沿其半径方向产生的热胀冷缩变形，在反复装、卸液(内罐体热胀冷缩)过程中该处易产生疲劳裂纹，存在致使罐体失效的风险。

现有低温液体公路槽车，如300m3液氢运输槽车，在其内、外罐体之间采用4个支撑腿式支撑结构，外加3个辅助支撑的支撑结构。其中，4个支撑腿式支撑结构承载内罐体及所装载货物在垂直方向的的重力载荷，3个辅助支撑中的1个辅助支撑设置在罐体的上部，另外2个辅助支撑设置在罐体的下部，3个辅助支撑共同承载内罐体及所载货物的在横向方向上的冲击载荷和纵向方向上的冲击载荷。这种槽车存在的缺点是：槽车在运输过程中一旦出现倾覆，其支撑腿式支撑结构容易失效，从而使槽车的内、外罐体之间发生接触式碰撞，进而导致内罐体、内罐体缠绕层及内、外罐体之间的夹层管路系统被破坏。该槽车内、外罐体之间支撑结构的布置形式，只适合在公路上的低速慢行，不适合在铁路上运行。

发明内容

本发明的目的是解决现有大容积低温真空储运罐车存在支撑结构与内、外罐体连接位置处易出现疲劳裂纹，或者支撑结构易失效致使内、外罐体之间发生接触式碰撞，进而导致内罐体、内罐体缠绕层及内、外罐体之间的夹层管路系统被破坏的技术问题，提供一种大容积低温真空储运罐车及其辅助支撑单元。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术解决方案如下：

本发明提供一种大容积低温真空储运罐车用辅助支撑单元，其特殊之处在于：

包括固连于低温真空储运罐车外罐体上的连接套和固连于低温真空储运罐车内罐体上的连接轴；

所述连接套包括固连于外罐体上的支撑筒体、固连封堵于支撑筒体远离内罐体一端的盖板，以及设置于支撑筒体内的第一套筒、隔热板、第二套筒、环形隔热件和连接轴套；

所述第一套筒的一端与盖板接触，第一套筒的另一端与隔热板的一侧表面接触，隔热板的另一侧表面与第二套筒的一端接触，第二套筒的另一端与环形隔热件外圆的一侧表面接触；所述连接轴套靠近内罐体一端的外侧设有凸缘，凸缘抵紧环形隔热件内圆靠近内罐体一侧的端面；所述环形隔热件内圆的另一个端面固连有第一压条，第一压条与连接轴套的侧面固连；所述环形隔热件外圆的端面固连有第二压条，第二压条与支撑筒体靠近内罐体一端的侧面固连；

所述连接轴插入所述连接轴套的配合孔内。

进一步地，所述连接轴朝向外罐体一侧的端面p超出连接轴套位于该侧的端面q的长度为D，D可通过以下公式计算得到：

D＝L·M％·K

其中，

L为内罐体的轴向长度，单位mm；

M为内罐体材料的收缩率；

K为防脱安全系数，1≤K≤1.5。

进一步地，所述环形隔热件上均布有多个通孔。

进一步地，所述隔热板和环形隔热件的材质均为玻璃钢。

本发明还提供一种大容积低温真空储运罐车，包括外罐体、内罐体和底架，以及设置于底架上且位于外罐体下方的四个高度调整件，其特殊之处在于：

还包括设置于外罐体和内罐体之间的辅助支撑组件；所述辅助支撑组件包括1个横向辅助支撑组件U、2个纵向辅助支撑组件V和4个垂向支撑组件W，七者共同形成七点支撑的结构形式；

所述横向辅助支撑组件U采用上述的辅助支撑单元，其支撑筒体固连于外罐体一端封头的中心处，其连接轴固连于该端内罐体封头的中心处；所述连接轴套的的配合孔采用长圆孔，长圆孔的长径方向垂直于低温真空储运罐车的底架；

两个所述纵向辅助支撑组件V采用上述的辅助支撑单元，两个支撑筒体分别固连于外罐体另一端靠近封头的筒体的最高位置和最低位置处，两个连接轴固连于内罐体上与两个连接轴套相对的位置处，所述连接轴套的配合孔采用与连接轴形状相适配的通孔；

每个所述垂向支撑组件W设置于内罐体和外罐体与一个高度调整件之间。

进一步地，所述内罐体的内壁上沿圆周方向设有两个加强圈，两个加强圈位于所述纵向辅助支撑组件V的连接轴两侧，两个加强圈通过第一加强筋板与连接轴连接；

所述外罐体外壁上的纵向辅助支撑组件V的支撑筒体外壁处沿圆周均布有四个第二加强筋板，其中两个沿外罐体轴线方向设置，另外两个沿外罐体圆周方向设置。

进一步地，所述外罐体外壁上的横向辅助支撑组件U的支撑筒体外壁处，沿径向设有两个第三加强筋板，该两个第三加强筋板均平行于罐车底架平面；

所述内罐体内壁上的横向辅助支撑组件U的连接轴处，沿圆周均布有四个第四加强筋板，其中两个沿水平方向设置，另外两个沿铅垂方向设置。

进一步地，所述连接轴、支撑筒体、盖板、第一套筒、第二套筒、连接轴套、第一压条和第二压条，以及第一加强筋板、第二加强筋板、第三加强筋板、第四加强筋板和加强圈均与内罐体的材料一致，为奥氏体不锈钢。

进一步地，所述垂向支撑组件W包括上球铰单元、下球铰单元、支撑杆、护管和底部封板；

所述上球铰单元和下球铰单元结构相同，均包括支撑基座、铰球体、接头体、防脱销、基座端盖和固定螺栓；

所述支撑基座的内部为球形空间a，所述基座端盖的内侧面为球面b，二者配合形成封闭的球形内腔，所述铰球体设置于球形内腔内，形成球面运动副c，铰球体与球形内腔之间设有间隙；

所述支撑基座侧壁上开设有与球形内腔连通的第一通孔d，所述第一通孔d采用倒角结构，该倒角结构是指第一通孔d的外侧孔口直径大于内侧孔口直径；所述铰球体上开设有相互垂直且经过球心的盲孔e和第二通孔f；所述接头体的一端沿径向设有第三通孔g；所述接头体设有第三通孔g的一端穿过第一通孔d插入所述盲孔e内；

所述防脱销的外径小于第二通孔f和第三通孔g，防脱销从基座端盖一侧插入第二通孔f和第三通孔g内，将接头体与铰球体固定在一起；所述支撑基座与基座端盖通过所述固定螺栓紧固；

所述支撑杆穿过设置在待支撑的外罐体上的通孔，且支撑杆与外罐体之间留有间隙，其两端分别与所述上球铰单元和下球铰单元接头体的另一端固连；所述上球铰单元的支撑基座通过支撑耳座与内罐体外表面固连；所述底部封板固定设置于罐车底架的高度调整件38上，下球铰单元的支撑基座固连于底部封板上；

所述护管包括上护管和下护管，上护管的上端与外罐体表面固连，上护管的下端与下护管的上端固连，下护管的下端与底部封板的下球铰单元周围区域固连，外罐体表面、上护管、下护管、底部封板构成密封腔体。

进一步地，所述横向辅助支撑组件U中，所述长圆孔的中心高度低于连接轴轴线的高度；

长圆孔的长径Z通过以下公式得到：

Z≥H·G％·N+Φ

其中：

H为垂向支撑组件W的净高度，单位为mm；

G为支撑杆的材料的收缩率；

N为连接轴套的长圆孔处与所述横向辅助支撑组件U的连接轴的防干涉安全系数；

Φ为横向辅助支撑组件U的连接轴的外径，单位为mm。

本发明相比现有技术具有的有益效果如下：

1、本发明提供的大容积低温真空储运罐车及其辅助支撑单元，辅助支撑组件包括1个横向辅助支撑组件U、2个纵向辅助支撑组件V和4个垂向支撑组件W，七者形成的七点支撑实现了内罐体和外罐体之间相互位置的固定，七点支撑的各点相互之间共同作用，约束住了内罐体相对于外罐体的相对运动，从而实现了内罐体相对于外罐体位置的可靠固定，使得该大容积低温真空储运罐车所装载的介质温度可低至-253℃及以下温度，从而有效解决了现有300m

2、本发明提供的大容积低温真空储运罐车及其辅助支撑单元，采用横向辅助支撑组件U承载内罐体在横向上的载荷作用，该横向载荷从内罐体传递到外罐体与支撑筒体的焊缝位置。采用两个纵向辅助支撑组件V承载内罐体组成在横向载荷和纵向载荷的作用，这两种载荷从内罐体传递到外罐体与支撑筒体连接的焊缝位置处。横向辅助支撑组件U和两个所述纵向辅助支撑组件V在各自所在的位置形成的三个点，这三个点确定了一个平面，三个点所构成的平面中的横向辅助支撑组件U所在点位于封头的中心处，两个纵向辅助支撑组件V分别设置于罐体另一端靠近封头的筒体的最高位置和最低位置处限制了内罐体相对于外罐体在横向和纵向方向上的移动及内罐体围绕外罐体的轴线的转动。采用垂向支撑组件W，承载内罐体相对于外罐体在垂直方向上的移动。

3、本发明提供的大容积低温真空储运罐车及其辅助支撑单元，横向辅助支撑组件U安装在罐体组成的一端封头中心位置，该安装位置可以有效改善大容积运输用低温储运容器在铁路运输的过程中尤其是铁路运输弯道通过时，内、外罐体的横向辅助支撑组成所在位置的受力情况，从而保证了大容积低温储运容器的内、外罐体与7点支撑结构组成所连接位置的受力均匀，使得大容积低温储运容器在铁路运输中足够安全可靠。

4、本发明提供的大容积低温真空储运罐车及其辅助支撑单元，采用两端球铰的垂向支撑组件W，可以使内罐体外壁与外罐体内壁间保持一定距离，有效防止大容积低温储运容器在运输过程中出现倾覆工况下，大容积低温储运容器的内、外罐体出现碰撞接触的情况，从而避免了内罐体、内罐体缠绕层及内、外罐体之间的夹层管路系统被破坏的问题出现。

附图说明

图1为本发明大容积低温真空储运罐车的结构示意图；

图2为本发明大容积低温真空储运罐车的结构示意图，图中局部细节处已剖开；

图3为本发明中横向辅助支撑组件U处的主视方向剖面的结构示意图；

图4为图3中圈出部分的局部放大图，图中略去了环形隔热件；

图5为本发明中横向辅助支撑组件U处的俯视方向剖面的结构示意图；

图6为本发明中纵向辅助支撑组件V处的主视方向剖面的结构示意图；

图7为本发明中辅助支撑组件中环形隔热件的结构示意图；

图8为本发明中垂向支撑组件W处主视方向剖面的结构示意图；

图9为本发明中垂向支撑组件W的上球铰单元剖面图；

图10为本发明中垂向支撑组件W支撑基座与基座端盖配合后的结构示意图；

图11为本发明中垂向支撑组件W防脱销的结构示意图；

图12为本发明中垂向支撑组件W的结构示意图；

附图标记说明：

1-上球铰单元、2-下球铰单元、3-支撑杆、4-护管、5-底部封板、6-支撑基座、7-铰球体、8-接头体、9-防脱销、10-基座端盖、11-固定螺栓、12-外罐体、13-内罐体、14-上护管、15-下护管20-支撑耳座；

21-支撑筒体、22-盖板、23-第一套筒、24-隔热板、25-第二套筒、26-环形隔热件、27-连接轴套、28-第一压条、29-第二压条、30-通孔、31-连接轴、32-长圆孔、33-加强圈、34-第一加强筋板、35-第二加强筋板、36-第三加强筋板、37-第四加强筋板，38-高度调整件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步地说明。

本发明提供一种大容积低温真空储运罐车用辅助支撑单元，如图3至7所示，包括固连于低温真空储运罐车外罐体12上的连接套和固连于低温真空储运罐车内罐体13上的连接轴31；所述连接套包括固连于外罐体12上的支撑筒体21、固连封堵于支撑筒体21远离内罐体13一端的盖板22，以及设置于支撑筒体21内的第一套筒23、隔热板24、第二套筒25、环形隔热件26和连接轴套27；所述隔热板24和环形隔热件26的材质均为玻璃钢；所述第一套筒23的一端与盖板22接触，另一端与隔热板24的一侧表面接触，隔热板24的另一侧表面与第二套筒25的一端接触，第二套筒25的另一端与环形隔热件26外圆的一侧表面接触；所述连接轴套27靠近内罐体13一端的内、外侧均设有凸缘，内侧采用凸缘可以减小与连接轴31的接触面积，从而减小漏热量，外侧凸缘抵紧环形隔热件26内圆靠近内罐体13一侧的端面；所述环形隔热件26内圆的另一个端面固连有第一压条28，第一压条28与连接轴套27的侧面固连；所述环形隔热件26外圆的端面固连有第二压条29，第二压条29与支撑筒体21靠近内罐体13一端的侧面固连；所述环形隔热件26上均布有多个通孔30，可以有效降低热量的传导；所述连接轴31插入所述连接轴套27的配合孔内。

若大容积低温储运容器装在卸低温液体的过程中，内罐体13相对于外罐体12会产生纵向伸长或收缩变形，所述连接轴31朝向外罐体12一侧的端面p超出连接轴套27位于该侧的端面q的长度为D，D可通过以下公式计算得到：

D＝L·M％·K

其中，

L为内罐体13的轴向长度，单位mm；

M为内罐体13材料的收缩率；

K为防脱安全系数，1≤K≤1.5。

其主要作用是：在冲装低温液体的工况下，内罐体13发生收缩变形时，连接轴31不会脱离连接轴套27；同时内罐体13在装载低温液体后发生收缩变形，从而导致内罐体13发生沿罐体轴线方向上的移动。

本发明还提供一种大容积低温真空储运罐车，如图1至12所示，其所装载介质温度可低至-253℃及以下，包括外罐体12、内罐体13和底架，以及设置于底架上且位于外罐体12下方的四个高度调整件38，外罐体12和内罐体13之间设置有辅助支撑组件；所述辅助支撑组件包括1个横向辅助支撑组件U、2个纵向辅助支撑组件V和4个垂向支撑组件W，七点支撑的结构形式相互之间共同作用，约束住了内罐体13相对于外罐体12的相对运动，实现了内罐体13和外罐体12之间相互位置的固定。

所述横向辅助支撑组件U采用上述的辅助支撑单元，其支撑筒体21固连于外罐体12一端封头的中心处，其连接轴31固连于该端内罐体13封头的中心处；所述连接轴套27的的配合孔采用长圆孔32，长圆孔32的长径方向垂直于低温真空储运罐车的底架；所述连接轴套27的长圆孔32中心高度低于连接轴31轴线的高度；横向辅助支撑组件U具有承载内罐体13在横向上载荷的作用，该横向载荷从内罐体13传递到外罐体12与支撑筒体21的焊缝位置处。

两个所述纵向辅助支撑组件V均采用上述的辅助支撑单元，两个支撑筒体21分别固连于外罐体12另一端靠近封头的筒体的最高位置和最低位置处，这两个位置关于外罐体12筒体水平中心平面对称，两个连接轴31固连于内罐体13上与两个连接轴套27相对的位置处，，所述连接轴套27的配合孔采用与连接轴31形状相适配的通孔，使得两个连接轴31与连接轴套27同心装配；两个所述纵向辅助支撑组件V具有承载内罐体13在横向上载荷和纵向上载荷的作用，这两种载荷从内罐体13最终传递到外罐体12与支撑筒体31连接的焊缝位置处。

所述横向辅助支撑组件U和两个所述纵向辅助支撑组件V在各自所在的位置形成三个点，这三个点确定了一个平面，横向辅助支撑组件U所在点位于封头的中心处，这个平面限制了内罐体13相对于外罐体12在横向方向上的移动及内罐体13围绕外罐体12轴线的转动。

每个所述垂向支撑组件W设置于内罐体13和外罐体12与一个高度调整件38之间，承载内罐体13相对于外罐体12在垂直方向上的移动。

两个所述纵向辅助支撑组件V的连接轴31可以沿着连接轴套27的内表面发生沿铅垂方向的上下移动，使得两个所述纵向辅助支撑组件V协助所述垂向支撑组件W发生沿铅垂方向上的移动。

所述内罐体13的内壁上沿圆周方向设有两个加强圈33，两个加强圈33位于所述纵向辅助支撑组件V的连接轴31两侧，两个加强圈33通过第一加强筋板34与连接轴31连接，从而增强了连接轴31抵抗内罐体13在横向载荷和纵向载荷作用下所产生的受力变形，保护了连接轴31与内罐体13的装配焊缝；所述外罐体12外壁上的纵向辅助支撑组件V的支撑筒体21外壁处，沿圆周均布有四个第二加强筋板35，其中两个沿外罐体12轴线方向设置，另外两个沿外罐体12圆周方向设置，四个第二加强筋板35可以有效改善外罐体12与支撑筒体21连接焊缝位置处的受力状况。

所述外罐体12外壁上的横向辅助支撑组件U的支撑筒体21外壁处，沿径向设有两个第三加强筋板36，该两个第三加强筋板36平行于罐车底架平面，这两个第三加强筋板36的设置可以有效改善外罐体12与支撑筒体21焊缝位置的受力状况。所述内罐体13内壁上的横向辅助支撑组件U的连接轴31处，沿圆周均布有四个第四加强筋板37，其中两个沿内罐体13水平方向设置，另外两个沿内罐体13铅垂方向设置，这里连接轴31与内罐体13封头组装后，连接轴31处于悬臂状态，为了增强连接轴31与内罐体13封头连接焊缝的抗破坏能力，在连接轴31的尾部焊接装配四个第四加强筋板37，可增加连接轴31抵抗内罐体13在横向载荷作用下所产生的受力变形，从而保护连接轴31与内罐体13的装配焊缝。

所述连接轴31、支撑筒体21、盖板22、第一套筒23、第二套筒25、连接轴套27、第一压条28和第二压条29，以及第一加强筋板34、第二加强筋板35、第三加强筋板36、第四加强筋板37和加强圈33均与内罐体13的材料一致，为奥氏体不锈钢。

如图8至图12所示，所述垂向支撑组件W包括上球铰单元1、下球铰单元2、支撑杆3、护管4和底部封板5；所述上球铰单元1和下球铰单元2结构相同，均包括支撑基座6、铰球体7、接头体8、防脱销9、基座端盖10和固定螺栓11；所述支撑基座6的内部为球形空间a，所述基座端盖10的内侧面为球面b，二者配合形成封闭的球形内腔，所述铰球体7设置于球形内腔内，形成球面运动副c，铰球体7与球形内腔之间设有间隙；所述支撑基座6侧壁上开设有与球形内腔连通的第一通孔d，所述第一通孔d采用倒角结构，该倒角结构是指第一通孔d的外侧孔口直径大于内侧孔口直径；所述铰球体7上开设有相互垂直且经过球心的盲孔e和第二通孔f；所述接头体8的一端沿径向设有第三通孔g；所述接头体8设有第三通孔g的一端穿过第一通孔d插入所述盲孔e内；所述防脱销9的外径小于第二通孔f和第三通孔g，防脱销9从基座端盖10一侧插入第二通孔f和第三通孔g内，将接头体8与铰球体7固定在一起；所述支撑基座6与基座端盖10通过所述固定螺栓11紧固；所述支撑杆3穿过设置在待支撑的外罐体12上的通孔，且支撑杆3与外罐体12之间留有间隙，其两端分别与所述上球铰单元1和下球铰单元2接头体8的另一端固连；所述上球铰单元1的支撑基座6通过支撑耳座20与内罐体13外表面固连；所述底部封板5固定设置于罐车底架的高度调整件38上，下球铰单元2的支撑基座6固连于底部封板5上；所述护管4包括上护管14和下护管15，上护管14的上端与外罐体12表面固连，上护管14的下端与下护管15的上端固连，下护管15的下端与底部封板5的下球铰单元2周围区域固连，外罐体12表面、上护管14、下护管15、底部封板5构成密封腔体。

其中支撑杆3能分别围绕上球铰单元1、下球铰单元2的中心在空间的任意方向转动，从而实现了大容积低温储运容器在装载液体货物的过程中，内罐体13因为低温液体货物受到遇冷作用所产生的冷收缩，其中内罐体13发生的冷收缩沿内罐体13的纵向方向和半径方向发生，支撑杆3的两端能分别围绕上球铰单元1和下球铰单元2各自的几何中心在三维空间自由转动，从而避免了在装卸液过程中内罐体13所产生的热胀冷缩变形，进而避免了内罐体13、外罐体12与垂向支撑组件W连接的焊缝出现疲劳失效的问题。

所述横向辅助支撑组件U的长圆孔32的长径Z通过以下公式得到：

Z≥H·G％·N+Φ

其中：

H为垂向支撑组件W的净高度，单位为mm；

G为支撑杆3的材料的收缩率；

N为连接轴套27的长圆孔32处与所述横向辅助支撑组件U的连接轴31的防干涉安全系数；

Φ为横向辅助支撑组件U的连接轴31的外径，单位为mm。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对于本领域的普通专业技术人员来说，可以对前述各实施例所记载的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所保护技术方案的范围。