帶有液體防晃裝置的液體運輸罐的製作方法

2023-10-04 14:58:14

專利名稱:帶有液體防晃裝置的液體運輸罐的製作方法
本發明涉及一種用於運輸液體的運輸罐，其罐壁上開有人孔，內部裝有液體防晃擋板。這種運輸罐可以是獨立的液體運輸容器，也可以是油罐車的一部分。
目前存在著建造大型運輸罐的趨勢，對於20英尺的容器來說，當前最大容量約為27米3，按ISO國際標準，其長度約為6米。另一方面，這種運輸罐所允許的總重量略大於300千牛。當一個大型運輸罐內裝入重質液體時，在未裝滿的情況下，就達到了這一重量極限，因為在減速或拐彎時，這種運輸罐的重心會發生嚴重的偏離，所以國際標準要求運送液體的運輸罐，當其所裝載的液體少於運輸罐容量的80%時，罐中必須裝有防止液體晃動的擋板，運輸罐橫截面積的70%，應當受到防晃保護，但是該數值並沒有經過經驗驗證或計算上的充分證實。
在「機械市場-歐洲工業評論」這本雜誌的1970年第三期第20-22頁中，格哈特-克勞斯(Gerhard Krause)在他的論文中論及一種運輸危險貨物的油罐車，並在文章中介紹了一種運輸罐，罐內裝有橫向和縱向的液體防晃擋板，這些擋板是在製造運輸罐時焊在罐內的。由於液柱不規則地對縱向和橫向擋板的兩側施加作用力，擋板本身及其在內壁上的固定處都必須堅固而且耐疲勞。由於是衝擊和振動產生液體晃動力，所以必須有很長的雙角焊縫，該焊縫布及罐周圍的全部或大部。另一方面，為了排氣和把罐中的液體完全放空，在液體防晃擋板的頂部和底部都必須開有開口，為了減少發生在開口末端的峰值應力，必須裝上昂貴的加強板。況且，並不是運輸罐每一個被液體防晃擋板所隔開的隔段都開有人孔，因此為了對運輸罐進行檢查和清理，就必須開一個較大的通道口，所以，製造這種帶有固定焊接擋板結構的運輸罐是十分昂貴的，而且這種結構型式的運輸罐清理困難，毛重較大，並且有出現疲勞和引起洩漏的危險。除上述各點以外，這種內裝固定式防晃擋板的運輸罐，只能在可以預測其經常在不滿載的情況下工作時，才有實際意義。
本發明的目的在於提供一種裝有液體防晃擋板裝置的液體運輸罐，該液體防晃擋板裝置對於縱向、橫向及垂直方向產生的液體晃動力具有高效的阻尼作用，它不要求在罐內有固定的零件，罐子易於清理，並且這種裝置還可以裝在類似的運輸罐內，特別那些大容量的運輸罐，它可以使運輸罐在運輸輕質液體時不增加毛重，而在運輸重質液體時，不至於產生重心偏離過大的危險。
與本發明目的相適應的解決方案為液體防晃擋板在支承裝置上的安裝是可拆卸的，擋板的尺寸應保證它能裝入人孔，支承裝置同樣也應能通過人孔，並支撐在運輸罐的內部。因此，在本液體運輸罐的方案中，液體防晃擋板既可在需要時裝配到已經製成的運輸罐中，也可以把它從罐中取出來。液體防晃擋板及其支承裝置的尺寸應該設計合適，以便使它們能藉助彈性變形或不需要彈性變形就可通過人孔送入罐內，並且可以在罐內進行裝配。這種裝置在罐內既沒有固定件，也不需要焊接，因此沒有峰值應力傳遞到罐的外壁上。
如圖3、圖4所示，運輸罐內固定支承裝置的幾項有利的改進辦法是支承裝置由能支撐在運輸罐兩個罐底(11)的弓形頂部之間或凸緣(12)上的梁結構(14、14a、14b、20)所組成;支承裝置包括一個結構件(18)，它可插入人孔(13)，並作為梁結構(14a、14b、20)的支承件(圖3、圖4)，這種改進措施能把支承裝置安全地固定在罐內某一位置，而對已經塗有塗層或已拋光的運輸罐的內壁不發生任何損傷;所述的梁結構可由一個肘杆接頭連接的兩個零件(14a、14b)所組成(圖4)，這種改進措施或者作為一個替代措施，或者作為附加措施，支撐到罐內三個位置上。在這兩種情況下，都是利用可控的楔緊作用來固定的，這種楔緊作用是由於罐底部的曲率半徑(或相應凸緣處的曲率半徑)小於梁結構件(或相應梁元件)長度的二分之一引起的。
如圖7、圖8、圖9所示，上述梁結構由具有十字剖面的單梁(14、14a、14b)組成;並且，至少在兩個相互垂直橫剖面方向之中的一個方向上，梁結構(14)的橫剖面上有兩塊腹板(25、26、27、28)，故本發明實施例有以下優點它給出了一種把防晃擋板固定在支承裝置上的簡單而又可靠的可行方案;當使用帶有兩個橫向腹板的十字剖面時，這兩塊腹板在裝配狀態時，應一上一下排列，以便使梁結構獲得最大的抗彎剛度，也可使側向伸展的防晃擋板的固定具有最大的穩定性。
如圖10所示，梁結構包括許多可以裝入人孔(13)的單梁(39)，它們在運輸罐內部相互平行地連接，這種改進措施給出了在罐內由兩根以上具有足夠剛度的抗縱彎曲的單梁組成一種梁構件的可行方案，這些單梁可以相互連接成梯形或格構形，這樣就形成總橫截面尺寸大於人孔直徑的梁構件，這種結構具有較高的剛性，同時也進一步減少了梁在運輸罐兩底部之間的裝配位置上發生彎曲的危險性。在圖10中，梁結構由用於固定液體防晃擋板(17)的三根單梁(39)組成，液體防晃擋板(17)可在運輸罐內向下和向斜上方伸展。這種改進措施對液體晃動十分敏感的罐上部降低液體晃動作用尤其有效。
在圖1至圖10的實施例中，液體防晃擋板(17)可以由柔性帶材組成，帶材件通常以Ω形固定在支承裝置(14)上，它的末端開有槽(30)或切口(33)、(38)，以便固定到梁構件的至少一塊腹板(23-28)上。它的末端還可以彈性地支承在支承裝置(14)上，這些實施例在製造、裝入罐內以及在罐內裝配等方面都特別有利，此處帶材的寬度可以大於人孔的最大直徑，安裝時可以把帶材沿縱軸做彈性彎曲後裝入罐內，這種結構可以在罐內形成最大的液體晃動抑制「帆」的面積。Ω形結構不但從裝配觀點看是有利的，而且它提供了另一個優點，即可獲得間隔一定距離的一前一後的兩塊擋板，這種結構可以對液體的流動產生有效的擾動，使液體晃動的能量消耗增加一倍，並且它本身也能利用彈性吸收晃動能量。
本發明的另一最佳實施是帶材件的長度應有一定限制，以保證該件在裝配後不至與運輸罐的內壁相接觸，由於運輸罐內的液體在防晃擋板的周圍流動而形成紊流，這種情況一方面增加了液體晃動能量的消耗，另一方面又避免了液體防晃擋板對於運輸罐內壁的損傷。在本發明的另一種實施例中，液體防晃擋板(17)能夠在運輸罐的幾個不同橫剖面內安裝，並且從罐的軸向看去，這些防晃擋板的安裝位置是錯開的。這種安裝方式代表了另外一種能在整個運輸罐內部十分有效地減小液體晃動力的裝置。
關於現有技術，還應指出下列出版物US-PS2，860，859在這裡，為了防止峰值應力傳遞到罐壁，相對於運輸罐縱軸橫向延伸的防晃擋板，通過彈性懸掛裝置與罐壁相連接，但總的來說，該防晃擋板是固定安裝的。
US-PS3，374，916在這裡，防晃零件也是固定安裝的，但面積較小，而且這些防晃擋板是沿著運輸罐軸向相互偏移放置的，以產生對液體流動的擾動。
NL-OS6，802，847此處的防晃葉片沒有固定連接在罐壁上，但它們是從運輸罐底部的開口插入的。這種結構通常不可能用於已加工好的運輸罐。同時，這種葉片對運輸罐內防止液體晃動最重要的方向-縱向效果並不好。
US-PS3，349，953此處，用穿孔的空心件作為液體防晃件，它基本上填滿了容器的內部，這種空心件使運輸罐很難排空液體，在實際使用時，需要花費大量的勞動才能把它們排出，所以這種運輸罐實際上是不能清理的。
下面結合參考圖對本發明的幾個最佳實施例作詳細說明圖1為內部帶有液體防晃擋板裝置的液體運輸罐的縱向剖面圖;
圖2為圖1所示的液體運輸罐沿Ⅱ-Ⅱ線的橫剖面圖;
圖3和圖4分別為另外兩種內部帶有液體防晃擋板裝置的液體運輸罐縱向剖面圖;
圖5為圖4所示的運輸罐沿Ⅴ-Ⅴ線的橫剖面圖;
圖6為圖1所示的液面防晃擋板的形狀及其在支承裝置上的安裝詳圖;
圖7和圖8為圖6所示結構沿Ⅶ-Ⅶ和Ⅷ-Ⅷ線的橫剖面圖;
圖9與圖8相似，表示了支承裝置中梁構件的另一種橫剖面形狀;
圖10是液體運輸罐另一實施例中的橫剖面圖。
圖1和圖2所示的液體運輸罐由一個園柱形外壁(10)及焊在外壁兩端的近似弓形的罐底(11)所組成，罐底(11)的主要部分為球面，它通過強度較高的曲面凸緣(12)與外壁(10)焊接在一起。
在運輸罐外壁(10)縱向長度中間位置的頂部開有一個帶蓋的人孔(13)，工人在進行裝配或檢查時，可通過人孔(13)進入運輸罐內部。
梁(14)沿運輸罐中心軸線方向伸展，它具有如圖2所示的簡單的十字斷面，該梁由兩段組成，它們通過連接器(15)連成一個剛性的整體。根據運輸罐長度與直徑的比值，也可能必須把梁(14)分成三段，用兩個連接器將其連成一體，這樣每段的長度就可以做得足夠短，以便它能夠通過人孔(13)進入運輸罐內部。如圖1所示，梁(14)的兩個最外端各裝有一個環形套筒或支腳，它們分別靠一個彈性O型圈或唇形件(16)支承在運輸罐兩底部的中心部分，O形圈(16)可象Ω形擋板那樣，在某一點開口，這樣它就可以大於人孔直徑。
在圖1所示的實施例中，共有10塊液面防晃擋板(17)裝在梁(14)上，它們都是由彎成Ω形的鋼帶製成，如圖1所示，液體防晃擋板中，有6塊沿水平方向伸展，有4塊沿垂直方向伸展，也就是說有三塊從紙面向後伸展，有三塊從紙面向前伸展，(其中中間的一塊圖中沒有示出)，有兩塊向上伸展，有兩塊向下伸展。帶材的寬度應比人孔(13)的直徑略小一點。液體防晃擋板17可以用剛性較大的材料製造，並在預成形狀態通過人孔(13)將它放進運輸罐內部;也可以使用柔性材料製造，此時它的寬度可以超過人孔(13)的直徑，在這種情況下，只要把柔性材料繞其縱向軸線彎曲，就可以將它裝入人孔(13)，然後再在運輸罐內部彎曲成Ω形並把它固定在梁(14)上。這樣液體防晃擋板的面積就得到相應的增加。每塊帶材的尺寸應保證裝配好的液體防晃擋板不至於與運輸罐的內壁相接觸，以避免損傷內壁的塗層或拋光。另一方面，液體防晃擋板應該儘可能地外伸。以便提供最大的面積來阻礙液體的流動。如圖1所示，液體防晃擋板(17)在運輸罐的寬度和高度方向上的安裝方式是擋板(17)成對地固定在梁(14)的兩側，而在運輸罐縱軸方向上的安裝方式是擋板(17)以水平安裝和垂直安裝兩種方式交替配置，以便對液體流動產生儘可能大的擾動，形成很強的防晃效果。
每個Ω形液體防晃擋板(17)，在具有十字斷面的梁(14)上具體固定方式將結合圖6～9在下面詳細說明圖3所示的實施例與圖1不同之處在於它用兩根單獨的梁(14a、14b)來支承液體防晃擋板(17)，每根梁傾斜插在運輸罐內，各梁的下端支撐在運輸罐的凸緣部分(12)上，而它的上端則固定在諸如人孔管座(18)、框架或環形件這樣的結構件上，這些框架或環形件，或插入到人孔(13)中，或環繞在人孔的周圍，或緊靠在人孔的下面並且被固定在人孔(13)上。為了避免損傷運輸罐的內壁，梁(14a、14b)的下端裝有彈性支腳(19)，它的形狀與凸緣部分(12)的表面相配。與圖1實施例相比的另一個不同點是固定在梁(14a、14b)的垂直方向的Ω形液體防晃擋板(17)並不是成對地連接在(14a、14b)上面，而是不對稱地配置著尺寸不同的擋板，這樣可使液體防晃擋板對運輸罐內部的分割最有效。前已說明圖3中的每個液體防晃擋板可能都具有不同的尺寸，這樣它們就可以在各自的可利用空間中，建立最大的防止液體晃動的範圍。雖然不希望液體防晃擋板與運輸罐內壁有任何的接觸，但從加固的觀點看，相鄰防晃擋板間相互支撐卻是合適的。
圖4、圖5所示的實施例與圖3中的實施例不同，梁(14a、14b)的內端與杆(20)的下端相固定，杆(20)通常呈V形。同圖1所示實施例相類似，梁(14a、14b)的外端也分別支承在運輸罐的兩底(11)的中心部位。杆(20)的上端固定在裝入人孔(13)中的管座(18)的兩個對稱點上，杆(20)也可以焊在管座(18)上，並與管座(18)以組合件形式裝入人孔(13)中。此外，杆(20)的V形區內部可以裝一塊三角形板(21)，在外側和底邊可以裝板(22)。板(21)和(22)組合後都處於運輸罐的橫剖面內，從而又形成了一塊或兩塊液體防晃擋板。
圖6-8表示，彎成Ω形的金屬的或塑料的液體防晃擋板分別裝在梁(14、14a、14b)上，但這裡的梁採取與圖2不同的截面即都是雙十字剖面(洛林十字剖面)，該剖面由一個向上延伸的上腹板(23)，向下延伸的下腹板(24)，兩塊平行向右延伸的腹板(25、26)，(一塊在上，一塊在下);兩塊平行向左延伸的下腹板(27、28)(其相互位置也是一塊在上，一塊在下)以及中央腹板(29)組成。如圖7所示，每一個垂直伸展的液體防晃擋板(17)的內彎部分都有中心槽(30)，該槽可以分別卡在梁(14)的上腹板(23)或下腹板(24)上。從圖6的上部可以看出，Ω形的液體防晃擋板的內彎部分，先向外彎曲，然後再向內彎曲，在向內彎曲的內側面用螺栓(31)把擋板(17)固定住，每個螺栓都從上腹板(23)上的許多個孔(32)中的一個孔中穿過，擋板(17)用它的最下端支承在梁(14)的水平腹板(25)及(27)的上面。這樣就實現了液體防晃擋板的彈性固定。如圖7所示，螺栓(31)的長度應與擋板(17)的寬度大致相同。
圖6的下部表示了另一種稍有不同的結構實施例，其中近似於Ω形的液體防晃擋板(17)不再向內彎曲，而是與梁(14)的下腹板(26、28)呈大致垂直的接觸，此時，通過螺栓(31)的固定也可以實現彈性安裝。
圖8的右部表示了水平伸展的液體防晃擋板(17)上開有兩個平行的槽(30)，該槽應位於擋板(17)在梁(14)上的安裝處，梁(14)的兩個側向腹板(25、26)卡在槽(30)內，至於側向的液體防晃擋板(17)的設計和固定方法，和圖6的上部和下部所表示的結構是同樣的。從圖8的左部可以看出，也可以用擋板(17)上的橫向切口(33)代替槽(30)的結構，用留下的中心部分(34)嵌入梁(14)的兩個側向腹板(27、28)之間來固定。
當使用圖7或圖8所示的雙十字斷面的梁(14)時，梁在運輸罐中合適的安裝方式為兩塊腹板(23)與(24)為垂直伸出，而其它四塊腹板(25-28)為水平伸出，這樣，用來固定側向伸展的擋板的螺栓(31)穿過相對的兩塊腹板上的兩個孔，因而，從克服重力的角度來看，改善了側向防晃擋板的支撐。
從圖7和圖8可以看出所有腹板(23-28)的末端都處於一個園上(圖中該園用虛線表示)，該園的直徑要比人孔(13)的直徑小，以便使梁(14)能以所需要的傾斜角度插入運輸罐中。因為梁(14)的作用不僅是用於安裝液體防晃擋板，而且它本身也是防止液體晃動的一個元件，起著減小橫向作用於運輸罐軸線上的液體晃動力的作用。因此，在可以裝入人孔(13)的前提下，梁的剖面應儘可能採用最大尺寸。
在圖9上，梁14的橫剖面是由四個分立的梁(36)組成的，每個梁的橫剖面均呈L形，它們之間用許多連接板(37)相互連接起來，連接時的尺寸設計和排列應保證所有分立梁的八個外緣應該位於上面已經提到過的園(35)上(在圖9中該園也是用虛線表示示)，為了把垂直伸展和水平伸展的液體防晃擋板固定住，圖9實施例中，兩個間隔一定距離的腹板上有穿螺栓(31)的孔。
圖9還示出了每個液體防晃擋板內端結構的改進方案，即利用呈U形斷面內凹槽(38)的兩個平行面來代替圖8右部所示的兩個槽(30)，卡在由分立梁(36)所形成的兩塊腹板的外表面上。
當現有液體運輸罐需要安運液體防晃擋板裝置時，也即當該液體運輸罐沒有裝滿時，可先把梁(14)的零件通過人孔(13)裝入運輸罐內，然後按照圖1、圖3或圖4所示的結構把這些零件在罐內組裝並固定。在尺寸選擇合理的情況下，就可以得到如圖3實施例所示的梁(14)與罐壁內側的固定結構。在圖4所示的肘杆結構實施例中，可以在管座(18)固定在人孔(13)內之前，通過調整管座(18)的垂直位置來實現，完成上述步驟之後，再將各種帶鋼從人孔(13)中放入，按照圖6-圖9中的結構形式把它們固定在梁上。
在圖7-圖9的說明中已經提及，梁(14)和(36)剖面的外園應該位於園(35)的園周上，該園直徑應小於人孔直徑，以便裝配好的梁能夠通過人孔放入運輸罐內部。在另一種情況下，如在圖10的實施例中，裝有液體防晃擋板(17)的梁由三根單獨的梁(39)做成，在裝配時，先把各單獨梁一一放入運輸罐內，並把它們相互平行安放然後利用三角形連接板(40)將其連接成一體，這種連接是可拆卸的。每個單獨的梁都有類似十字形的橫剖面，其相應的一對腹板相互垂直，並與液體防晃擋板(17)的邊緣相平行，圖10中三根單獨的梁(39)組成一個等邊三角形，它的邊長略大於液體防晃擋板(17)的寬度，如前所述，防晃擋板的寬度可以比人孔(13)的直徑還大。這樣，由三根獨立梁所組成的這種結構，其總面積是相當大的，提高了梁結構的剛性。而且該梁結構的端部又相應地有較大的支承表面，因此，安裝後(比如按圖1的結構)梁結構從規定的軸向位置發生位移的危險可進一步減少。
如圖10所示，三根單獨的梁(39)在運輸罐內以下列方式排列當一排液體防晃擋板(17)垂直向下伸展時，另外兩排防晃擋板(17)則在兩側斜向向上伸展，在運輸罐未裝滿液體的情況下，罐的上部特別容易受到液體晃動的影響，利用這種裝配結構，就可以在運輸罐內的上部得到一個相當大的抑制液體晃動的總面積。
也可以用四根或更多的單梁組成一個組合梁，來代替圖10這種改進型結構，用設計成相應的矩形、五角形甚至園形的連接板把這些單梁連接在一起。這些連接板本身也起防止液體晃動的作用。另一方面，就梁結構在運輸罐內的最佳固定而言，只用兩根平行的單梁，把它們連成梯形結構，或者採用環形的金屬板條把它們連結在一起，也是可取的。
權利要求
1.一種用於運輸液體的運輸罐，它的罐壁上開有人孔(13)，內部裝有液體防晃擋板(17)，其特徵在於液體防晃擋板(17)在支承裝置(14)上的安裝是可拆卸的，擋板的尺寸應保證它能裝入人孔(13)，支承裝置(14)同樣也能通過人孔(13)，並支撐在運輸罐的內部。
2.根據權利要求
1所述的液體運輸罐，其特徵在於支承裝置由能支撐在運輸罐兩個罐底(11)的弓形頂部之間或凸緣(12)上的梁結構(14、14a、14b、20)所組成。
3.根據權利要求
2所述的液體運輸罐，其特徵在於支承裝置包括一個結構件(18)，它可插入人孔(13)，並可以作為梁結構(14a、14b、20)的支承件。
4.根據權利要求
2或3所述的液體運輸罐，其特徵在於梁結構可由一個肘杆接頭連接的兩個零件(14a、14b)所組成。
5.根據權利要求
2至4所述的液體運輸罐，其特徵在於梁結構由具有十字剖面的單梁(14、14a、14b)組成。
6.根據權利要求
5所述的液體運輸罐，其特徵在於至少在兩個相互垂直橫剖面方向之中的一個方向上，梁結構(14)的橫剖面上有兩塊腹板(25、26、27、28)。
7.根據權利要求
2所述的液體運輸罐，其特徵在於梁結構包括許多可以裝入人孔(13)的單梁(39)，它們在運輸罐內部相互平行地連接。
8.根據權利要求
7所述的液體運輸罐，其特徵在於梁結構由用於固定液體防晃擋板(17)的三根單梁(39)組成，液體防晃擋板(17)可在運輸罐內向下和斜向上方伸展。
9.根據權利要求
1至8所述的液體運輸罐，其特徵在於液體防晃擋板(17)可以由柔性帶材組成。
10.根據權利要求
9所述的液體運輸罐，其特徵在於帶材件通常以Ω形固定在支承裝置(14)上。
11.在權利要求
5限定的範圍內，根據權利要求
10所述的液體運輸罐，其特徵在於帶材零件的末端開有槽(30)或切口(33、38)，以便固定到梁構件的至少一塊腹板(23-28)上。
12.根據權利要求
10或11所述的液體運輸罐，其特徵在於帶材零件的末端，可以彈性地支撐在支承裝置(14)上。
13.根據權利要求
10至12任何一項所述的液體運輸罐，其特徵在於帶材件的長度應有一定的限制，以保證該零件在裝配後不至與運輸罐內壁相接觸。
14.根據權利要求
1至13任何一項所述的液體運輸罐，其特徵在於液體防晃擋板(17)能夠在運輸罐的幾個不同的橫剖面內安裝，從罐的軸向看去，這些液體防晃擋板的安裝位置是錯開的。
專利摘要
在現有液體運輸罐內裝上液體防晃擋板裝置，可以減少液體運輸罐在沒有裝滿液體的情況下運輸時所產生的液體晃動力。
文檔編號B65D90/00GK86106506SQ86106506
公開日1988年5月11日 申請日期1986年10月3日
發明者海爾穆特·格哈德 申請人:格哈德有限公司維斯特韋爾德鐵廠導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan