亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        多海況下船用C 型LNG 燃料罐強度分析

        2021-07-09 03:16:10曾小林姚佐權(quán)李家樂
        機電設(shè)備 2021年3期
        關(guān)鍵詞:鞍座慣性力海況

        曾小林,牛 錚,姚佐權(quán),李家樂,鄭 健

        (1.上海船舶設(shè)備研究所,上海 200031;2.合肥通用機械研究院有限公司,合肥 230031)

        0 引言

        隨著國家對節(jié)能減排的大力推廣,船舶動力來源逐漸升級,傳統(tǒng)燃料動力已難以為繼。液化天然氣(Liquefied Natural Gas,LNG)作為一種新興能源,具有存量大、排放少和使用便捷的優(yōu)點,經(jīng)過一段時間的推廣和發(fā)展,LNG動力船舶已在一定范圍內(nèi)應(yīng)用于我國的海洋運輸企業(yè),將LNG作為船舶動源帶來的經(jīng)濟效益和環(huán)保紅利也逐漸引起了行業(yè)重視[1]。

        相比于國外,我國LNG燃料船主要來源于內(nèi)河航道的柴油船舶改造。2010年,“武輪拖302”號LNG-柴油混合動力船試航成功,實現(xiàn)我國在這個領(lǐng)域零的突破[2]。船用C型LNG燃料罐作為一種獨立型儲罐,特別適用于中小型船舶的應(yīng)用??傮w看來,LNG船用起步較晚[3-4],相關(guān)研究薄弱,存在較多工程問題有待解決[5]。

        在江海聯(lián)運的大背景下,開展多海況下船用C型LNG燃料罐的強度研究[6-7],可以保障船舶動力系統(tǒng)長周期安全運行[8],有利于加快目前為數(shù)眾多適用性船舶“油改氣”的升級改造,從而提高運輸經(jīng)濟效益[9],提升我國海洋運輸行業(yè)競爭力[10]。

        1 船用C 型LNG 燃料罐

        作為基于壓力容器分析方法設(shè)計的設(shè)備,船用C型LNG燃料罐具有承壓特種設(shè)備的獨特屬性,主要表現(xiàn)為事故危害大、容易涉及人民財產(chǎn)損失等。同時,出于泄露安全性考慮,通常會采用雙層臥式結(jié)構(gòu),在復(fù)雜海況的作用下,外罐和內(nèi)罐之間的連接結(jié)構(gòu)往往成為設(shè)計分析的熱點及難點。

        以1臺8 m3船用C型LNG燃料罐為例,如圖1所示。

        圖1 8 m3 船用C 型LNG 燃料罐

        這臺LNG燃料罐采用S30408材質(zhì),內(nèi)罐體規(guī)格為Ф1 600 mm×8 mm×3 400 mm,外罐體規(guī)格為Ф1 800 mm×8 mm×3 800 mm,內(nèi)外罐封頭均為標準橢圓結(jié)構(gòu)。內(nèi)外罐通過2組共8個45°分布的玻璃鋼支撐管連接,即8點支撐形式,前方向4個1組玻璃鋼支撐管設(shè)置為滑動支撐,后方向4個1組玻璃鋼支撐管設(shè)置為固定支撐,這種約束形式可以通過有效位移來釋放海況外載引起的附加應(yīng)力。同理,采用2個150°包角鞍座對結(jié)構(gòu)進行整體支撐,前端鞍座滑動,后端固定??紤]到貯存LNG的低溫屬性,內(nèi)罐外壁表面鋪設(shè)鋁箔復(fù)合紙進行保冷處理;同時,對外罐內(nèi)部進行抽真空以進一步保證結(jié)構(gòu)的絕熱性能。燃料罐后端處的冷箱,包含了工藝和管路集成系統(tǒng);冷箱內(nèi)部壓力較小,可采用結(jié)構(gòu)鋼框架,通過熱墊層與船體甲板連接。LNG燃料罐主要設(shè)計參數(shù)見表1。

        表1 LNG 燃料罐主要設(shè)計參數(shù)

        LNG燃料罐的強度計算采用壓力容器分析方法,根據(jù)相應(yīng)數(shù)據(jù),主體材質(zhì)所用的S30408板材的材料性能見表2所示。

        表2 S30408 性能數(shù)據(jù)

        2 海況條件

        針對在復(fù)雜海洋環(huán)境下航行的船舶,海況可等效為各個方向的慣性力條件?!渡⒀b運輸液化氣體船舶構(gòu)造與設(shè)備規(guī)范》中對此有過詳細規(guī)定,但參與計算的參數(shù)較多,例如船舶長度、液貨艙與船舶的相對尺寸等,這些參數(shù)往往在設(shè)備設(shè)計階段難以準確得出,這也為各方向慣性力的計算帶來了諸多不確定性。

        然而,CB/T 4453—2016《船用液化天然氣燃料儲罐》中規(guī)定,在各方向慣性力難以準確取得的情況下,可對海船采用如下慣性力取值:1)運動方向2g慣性力;2)與運動方向成直角的水平方向1.5g慣性力;3)重力方向向上1g慣性力;4)重力方向向下2g慣性力。

        此外,參考《散裝運輸液化氣體船舶構(gòu)造與設(shè)備規(guī)范》中內(nèi)容,增加側(cè)向傾斜30°的海況,以分析強烈橫浪沖擊造成船體傾斜的載荷工況。

        需要指出的是,在設(shè)計方無法獲知燃料罐的放置方向與船首方向關(guān)系的情況下,本著保守分析的原則,運動方向2g慣性力不僅體現(xiàn)在燃料罐的軸向,還應(yīng)考慮其側(cè)向的影響。

        主要海況載荷參數(shù)見表3。

        表3 主要海況載荷參數(shù)

        3 溫度場分析

        選取內(nèi)罐、保冷材料(鋁箔復(fù)合紙)和外罐進行溫度場分析,在計入82%的LNG充裝率的前提下,主要分析LNG(?196 ℃)與內(nèi)罐金屬材料的熱對流,空氣(保守環(huán)境溫度50 ℃)與外罐金屬材料的熱對流作用,外罐內(nèi)壁與保冷材料之間輻射以及不同材料的熱傳導(dǎo)。內(nèi)外罐的有限元溫度場計算結(jié)果如圖2和圖3所示。

        圖2 整體溫度場分析結(jié)果

        圖3 局部溫度場分析結(jié)果

        內(nèi)罐整體溫度非常均勻,幾乎不存在溫差。由于內(nèi)外罐相對位置并不是前后對稱,因此受熱輻射影響,外罐整體存在有限溫差,溫差僅為2.7 ℃。結(jié)構(gòu)溫差主要體現(xiàn)在保冷材料上,由內(nèi)向外溫度從?195.81 ℃升至46.84 ℃。

        由此可見:保冷材料有效控制了金屬結(jié)構(gòu)的溫度梯度,避免較大熱應(yīng)力的產(chǎn)生,對內(nèi)、外罐的熱保護作用明顯。

        4 強度分析

        根據(jù)溫度場的計算結(jié)果可見:內(nèi)外罐各自的溫差均較小,保冷材料的絕熱性能使得內(nèi)部熱應(yīng)力問題得到有效規(guī)避。在對C型燃料罐進行強度分析時,主要考慮壓力和慣性力引起的載荷對結(jié)構(gòu)支撐件的影響。

        在某些海況條件下,載荷不具有對稱性,因此計算模型總體采用全模型。個別海況載荷具備對稱性條件,亦可采用1/2模型以合理提高分析效率。

        在海況1下,C型燃料罐的整體應(yīng)力強度云圖如圖4所示。由圖4可以看出:在結(jié)構(gòu)受到橫向慣性力和重力慣性力聯(lián)合作用時,結(jié)構(gòu)固定端鞍座的側(cè)面受影響最大,此處結(jié)構(gòu)應(yīng)力極值為387.11 MPa。

        圖4 燃料罐應(yīng)力強度云圖(海況1)

        同時,內(nèi)外罐也相應(yīng)受到慣性力的影響。由圖5可知:內(nèi)罐大部分區(qū)域在內(nèi)壓的影響下,受力較為均勻,但是在固定端的玻璃鋼支撐點處,局部應(yīng)力較大,較內(nèi)罐平均應(yīng)力存在2倍應(yīng)力的波動。外罐受力亦然,在固定端的玻璃鋼支撐點處應(yīng)力水平局部達到了239.55 MPa。

        圖5 燃料罐內(nèi)外罐應(yīng)力強度云圖(海況1)

        由圖4和圖5可知,海況1下,結(jié)構(gòu)受力熱點主要集中在受慣性力影響較大的支撐件上,包括外罐鞍座和內(nèi)外罐的玻璃鋼支撐加強件附近;內(nèi)壓引起的非自限性應(yīng)力響應(yīng)并不是造成結(jié)構(gòu)失效可能性的關(guān)鍵因素。

        海況2下的結(jié)構(gòu)應(yīng)力強度云圖如圖6和圖7所示。模型應(yīng)力最大值出現(xiàn)在固定鞍座底板處,此處產(chǎn)生了范圍很小的局部高應(yīng)力區(qū),區(qū)域最大值為241.08 MPa。內(nèi)罐結(jié)構(gòu),前后封頭應(yīng)力水平較高,尤其是前封頭,應(yīng)力極值為218.90 MPa。外罐結(jié)構(gòu)整體應(yīng)力水平較低,應(yīng)力較高區(qū)域主要分布在內(nèi)外罐支撐件的加強墊板附近,應(yīng)力最大值為92.42 MPa。

        圖7 燃料罐內(nèi)外罐應(yīng)力強度云圖(海況2)

        與海況1不同,慣性力引起的應(yīng)力擾動并沒有影響到壓力載荷帶來的整體應(yīng)力分布趨勢,內(nèi)罐前后封頭處的應(yīng)力極值水平仍然由內(nèi)壓主導(dǎo)。海況2的慣性力對外罐和鞍座相同部位的應(yīng)力響應(yīng)也不及海況1。

        在海況1~海況5下,結(jié)構(gòu)各部位的應(yīng)力強度最大值及相關(guān)關(guān)系如圖8所示,圖8中內(nèi)罐應(yīng)力強度最大值除海況1出現(xiàn)在內(nèi)罐的支撐加強件上,其余海況下均出現(xiàn)在封頭上。外罐和鞍座在各海況下的應(yīng)力強度最大值位置相同。

        圖8 不同海況下各部件應(yīng)力強度最大值比較

        由于船用C型燃料罐在長度方向尺寸較大,首先造成附加的液柱靜壓上升,內(nèi)罐的薄膜應(yīng)力較大:另一方面,鞍座和玻璃鋼支撐結(jié)構(gòu)都是一端固定、一端滑動,在前后方向2g慣性力作用下,長度方向的大力臂會不可避免地產(chǎn)生附加高彎矩,考慮到固定端約束較強,其附近局部結(jié)構(gòu)受彎矩影響而生成高應(yīng)力區(qū)域,從而形應(yīng)力熱點。因此,海況1下的結(jié)構(gòu)應(yīng)力水平普遍偏高。

        其余海況中,受到慣性力方向尺寸和慣性力大小的限制,附加彎矩對結(jié)構(gòu)受力環(huán)境的影響較為有限,尤其是內(nèi)罐封頭處,應(yīng)力極值的產(chǎn)生主要還是由內(nèi)壓引起的,外罐結(jié)構(gòu)的應(yīng)力水平也較小。需要注意的是:在海況5下,結(jié)構(gòu)整體受到偏心重力作用而產(chǎn)生的附加彎矩也處于高位,與偏心方向相背的鞍座作用點附近的應(yīng)力水平也不容忽視。

        由于此次分析的船用C型燃料罐已成功應(yīng)用于工程實際當(dāng)中,采用壓力容器強度校核方法的應(yīng)力分類與評定過程受到篇幅影響,再此不作贅述。根據(jù)分析結(jié)果,各類海況條件下,海況1無疑是較為危險的工況,對結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計乃至后期的優(yōu)化分析都提出了較高的要求。

        5 結(jié)論

        1)通過對1臺船用C型LNG燃料罐進行的整體溫度場分析發(fā)現(xiàn),內(nèi)罐表面由鋁箔復(fù)合紙組成的保冷材料是結(jié)構(gòu)最重要的絕熱部件,在很大程度上減緩了內(nèi)外罐金屬結(jié)構(gòu)的溫度分布,保證了溫度均勻性,從而規(guī)避了熱應(yīng)力對結(jié)構(gòu)失效的影響。

        2)在船用C型LNG燃料罐的強度分析中,相較于其他海況而言,海況一中的運動方向2g慣性力對結(jié)構(gòu)應(yīng)力水平影響較大,尤其是鞍座固定端和內(nèi)罐支撐加強件附近,這對結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化分析提出了較高的要求。因此海況一也是整個海況分析中的重點與難點,應(yīng)在設(shè)計過程中首要考慮并謹慎對待。

        猜你喜歡
        鞍座慣性力海況
        新型模切機滑塊運動特性及其慣性力特性研究
        典型海況下艦載發(fā)射箱結(jié)構(gòu)強度仿真分析
        從“慣性力”到“洛希極限”
        重力載荷作用下的三鞍座容器鞍座受力分析
        三鞍座臥式容器鞍座許用沉降量研究
        惡劣海況下海洋石油116內(nèi)轉(zhuǎn)塔式FPSO裝配載優(yōu)化
        船海工程(2015年4期)2016-01-05 15:53:38
        極端海況下軟質(zhì)海崖大規(guī)模蝕退計算模型研究
        極限海況下單點系泊系統(tǒng)纜索動張力研究
        碼頭車鞍座升降定位邏輯電路的設(shè)計
        汽車電器(2012年8期)2012-12-23 06:21:44
        慣性力
        物理通報(2012年6期)2012-01-23 04:50:14
        国产激情视频在线观看的 | 又大又粗欧美黑人aaaaa片| 特级婬片国产高清视频| 国产 中文 制服丝袜 另类| 国产一区二区av男人| 日本区一区二区三视频| 亚洲色欲色欲大片www无码| 91av小视频| 亚洲国产综合性感三级自拍| 蜜桃a人妻精品一区二区三区| 日日噜噜夜夜狠狠va视频| 日本a天堂| 一区二区视频网站在线观看| 少妇激情一区二区三区99| 成人免费777777被爆出| 日韩AV无码一区二区三| 亚洲国产一区中文字幕| 无码av天天av天天爽| 亚洲精品综合欧美一区二区三区| 99精品久久久中文字幕| 日本女同性恋一区二区三区网站| 精品国产综合区久久久久久| ā片在线观看| 国产精品日韩中文字幕| 亚洲国产精品久久又爽av| 激情综合色综合啪啪五月丁香| 国产精品毛片无码久久| 亚洲精品在线观看自拍| 日本亲近相奷中文字幕| 国产色a在线观看| 狠狠综合亚洲综合亚色 | 欧美群妇大交群| 欧美第一黄网免费网站| 亚洲AV无码一区二区三区少妇av| 亚洲激情一区二区三区不卡| 妺妺窝人体色www看美女| 亚洲天堂手机在线| 亚洲一区二区三区资源| 欧美嫩交一区二区三区| 正在播放国产对白孕妇作爱| 日韩精品一区二区av在线|