Die Erfindung betrifft einen Druckbehälter zur Speicherung von gasförmigen Medien unter Druck gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Aus der
Der so hergestellte Druckbehälter weist eine Dehnungsgrenze Rp0,2 von mindestens 355 N/mm2 und eine Zugfestigkeit von Rm von 490 bis 630 N/mm2 auf. Der Durchmesser des Druckbehälters beträgt 229 mm, die Wanddicke 3,2 mm.
Ein so hergestellter Druckbehälter weist nur ein begrenztes Füllvolumen auf und ist im Hinblick auf eine möglichst hohe Dauerschwingfestigkeit in Bezug auf große Lastamplituden nicht ausgelegt.
In der
Das Transportsystem besteht aus einer Vielzahl von Gasflaschen, wobei 3 und 30 Gasflaschen gebündelt jeweils eine Zelle bilden. Die Verbindung zu den einzelnen Gasflaschen erfolgt über Leitungen mit je einem Kontrollventil pro Zelle.
Die Befüllung der Gasflaschen erfolgt in einem Druckbereich zwischen 2.000 und 3.500 psi, die Entleerung bis zu einem Mindestdruck von 100 bis 300 psi. Die Gasflaschen werden aus Rohren hergestellt, wobei die offenen Enden durch domartige Kappen verschloseen sind. Bei höheren Drücken wird der zylindrische Teil der Gasflaschen durch eine Umwicklung mit Fasern, vorzugsweise Glas- oder Kohlefasern verstärkt. Die einzelnen Zellen weren bevorzugt senkrecht im Laderaum des Schiffes angeordnet.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Druckbehälter zur Speicherung von gasförmigen Medien unter Druck anzugeben, der bei einem günstigen Verhältnis von Außenmaßen zu Gewicht ein möglichst großes Füllvolumen aufweist, witschaftlich herstellbar ist und der für eine hohe Dauerschwingfestigkeit in Bezug auf große Lastamplituden ausgelegt ist.
Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils Gegenstand von Unteransprüchen.
Nach der Lehre der Erfindung weist das nach dem UOE-Verfahren (U-Form, O-Form, Expandieren) hergestellte längsnahtgeschweißte Rohr einen Durchmesser ≥ 508 mm (20") und eine Mindeststreckgrenze ≥ X 70 (70.000 psi = 482 N/mm2) auf, und die offenen Enden des Rohres sind mit domartigen Kümpelteilen verbunden und verschlossen, wobei ein Kümpelteil mit der Öffnung zum Befüllen und Entleeren versehen ist.
Der so gebildete Druckbehälter ist für einen Mindestbefülldruck von 200 bar ausgelegt und die Schweißnaht des Rohres und alle übrigen Verbindungsschweißnähte sind im Hinblick auf eine möglichst hohe Dauerschwingfestigkeit in Bezug auf große Lastamplituden gestaltet, wobei mindestens die Innenseite der Längsschweißnaht der Rore über die gesamte Länge mechanisch bearbeitet ist und die Querschnittsgeometrie der die Schweißkanten der Rohre und Kümpelteile miteinander verbindenden Rundschweißnähte eine langgestreckte Tulpenform mit sich verengendem Wurzelbereich aufweist.
Im Unterschied zum bekannten Stand der Technik wurde zur Steigerung des Füllvolumens der Durchmesser vergrößert und die Mindeststreckgrenze merklich angehoben. Diese Erhöhung kann man dazu nutzen entweder die Wanddicke zu reduzieren, was zu einer Gewichtsersparnis führt, oder den Befülldruck erhöhen.
Der Vorschlag zeichnet sich dadurch aus, dass eine bewährte Pipeline-Technologie (
Im Regelfall besteht der Druckbehälter aus einem nach dem UOE-Verfahren hergestellten längsnahtgeschweißten Rohr, dessen Länge bis zu 18 Meter betragen kann. Mehrere parallel liegende Druckbehälter können eine transportable Speichereinheit bilden, wobei die Öffnungen der Druckbehälter über eine Verrohrung miteinander verbunden sind.
Vorzugsweise sind solche Speichereinheiten in einem Halterahmen angeordnet. Mehrere solcher Speichereinheiten kann man beispielsweise in einem Schiffsladeraum anordnen, wobei man aus Kostengründen vorzugsweise zwei nach dem UOE-Verfahren hergestellte längsnahtgeschweißte Rohre zu je 18 Meter über eine Rundschweißnaht miteinander verbindet, um so auf entsprechende Druckbehälterlängen zu kommen.
Die domartigen Kümpelteile sind als Halbkugel mit einem zylindrischen Abschnitt ausgebildet, der über eine Rundschweißnaht mit dem offenen Ende des Rohres verbunden ist. Durch den zylindrischen Abschnitt wird die möglichst dauerschwingfeste Anbindung der domartigen Kümpelteile an die Rohre begünstigt und ermöglicht zudem den Einsatz von Innenzentriereinrichtungen beim Zusammenbau. Im Sinne einer Gewichtsersparnis weist mindestens der zylindrische Abschnitt eine Wanddicke auf, die der Nennwanddicke des Rohres entspricht. Um ein fehlerfreies Arbeiten der angewendeten Schweißmethoden zu gewährleisten, werden die domartigen Kümpelteile aus einer ähnlichen Werkstoffgüte mit einer ähnlichen Analyse wie die längsnahtgeschweißten Rohre hergestellt.
Vorzugsweise werden Speichereinheiten senkrecht angeordnet, insbesondere im Laderaum eines Schiffes. Die Öffnung für das Befüllen und Entleeren kann wahlweise im oben oder unten liegenden Kümpelteil vorgesehen sein.
Wird die Öffnung oben angeordnet, ist es erforderlich, im Druckbehälter ein Steigrohr anzuordnen, das sich bis zum unten liegenden Kümpelteil erstreckt. Damit wird sichergestellt, dass aus dem zu transportierenden Gas ausscheidende Flüssigkeiten und Schmutzteilchen abgesaugt werden können. Bei einer unten angeordneten Öffnung entfällt die Notwendigkeit der Anordnung eines Steigrohres. Die oben angeordnete Öffnung hat aber den Vorteil, dass die Zugänglichkeit für die Verrohrung erleichtert wird.
Damit das lange Steigrohr in Position gehalten werden kann, erstreckt sich mindestens eine Stütze über den Innenquerschnitt des Rohres. Vorzugsweise ist die Stütze als symmetrisches Dreibein ausgebildet.
Je nach Gaszusammensetzung muss der Werkstoff für den Druckbehälter entsprechend ausgewählt werden. Auch kann es erforderlich sein, dass das unten liegende Kümpelteil mit einer korrosionshemmenden Innenbeschichtung versehen wird.
Im Sinne der Erzielung einer hohen Dauerschwingfestigkeit werden mindestens die Innenseite der Längsschweißnaht über die gesamte Länge einer mechanischen Bearbeitung unterworfen. Als besonders wirksam hat sich ein Abrunden der scharfkantigen Übergänge von der Schweißnaht zum angrenzenden Rohrkörper herausgestellt. Vorzugsweise erfolgt die Bearbeitung durch ein Fräsen, Schleifen oder Innenstrahlen. Insbesondere durch das Strahlen werden Druckeigenspannungen erzeugt, die sich positiv auf die Dauerschwingfestigkeit auswirken. Zudem werden durch das Strahlen und das Schleifen kerbverschärfende spitze Oberflächensteflen eingeebnet.
Im gleichen Sinne einer Erhöhung der Dauerschwingfestigkeit ist die vorgeschlagene Festlegung der Querschnittsgeometrie der Schweißkanten für die Rundschweißnähte zu sehen. Vorzugsweise weist die Geometrie eine langgestreckte Tulpenform mit sich verengendem Wurzelbereich auf. Dies hat zudem den Vorteil, dass eine wirtschaftliche automatische Engspalt-Orbitalschweißung angewendet werden kann.
Die vorgenannten Maßnahmen zur Erhöhung der Dauerschwingfestigkeit sind erforderlich, um die Vorteile des höherfesten Werkstoffes voll ausschöpfen zu können. Höherfeste Werkstoffe können zwar höhere Belastungen ertragen, sind aber kerbempfindlicher als niedrigfeste Materialien. Um so mehr muss bei der Gestaltung des Druckbehälters darauf geachtet werden, dass die Bildung von Kerbstellen möglichst vermieden wird.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von einem in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel.
Es zeigen:
In Figur 1 ist in einer Längsansicht ein erfindungsgemäß hergestellter Druckbehälter dargestellt. Er besteht aus zwei längsnahtgeschweißten, nach dem UOE-Verfahren hergestellten Rohren 1, 2, die durch eine Rundschweißnaht 3 miteinander verbunden sind.
Die offenen Enden der Rohre 1, 2 sind mit je einem domartigen Kümpelteil 4, 5 durch je eine Rundschweißnaht 6, 7 verbunden und verschlossen.
Figur 2 zeigt den gleichen Druckbehälter in einer vergrößerten Darstellung im Längsschnitt. Um den Druckbehälter mit Gas befüllen und entleeren zu können, ist im hier rechts liegenden domartigen Kümpelteil 5 eine Öffnung angebracht, um dort die Verrohrung anschließen zu können. Die Verrohrung besteht aus einem Steigrohr 8, das sich bis in den Endbereich des hier links liegenden domartigen Kümpelteils 4 erstreckt. Die Einzelheiten der Anbindung des Steigrohres 8 am rechts liegenden domartigen Kümpelteil 5 ist in Figur 4 dargestellt.
Für eine sichere Positionierung des Steigrohres im Druckbehälter sind in diesem Ausführungsbeispiel drei Stützen 9, 10, 11 angeordnet. Die Abstützung an der Innenwand des Druckbehälters erfolgt über einen Adapter aus Kunststoff 12, damit die Innenwand des Druckbehälters nicht beeinträchtigt wird. Die der Innenwand des Druckbehälters zugewandte Fläche des Adapters 12 ist so konturiert, dass diese sich möglichst lückenlos anschmiegen kann.
Für eine möglichst dauerschwingfeste Anbindung der domartigen Kümpelteile 4, 5 an die Rohre 1, 2 weisen diese im Anschluss an die Halbkugel einen zylindrisch ausgebildeten Abschnitt 19, 19' auf, der darüber hinaus den Einsatz von Innenzentriereinrichtungen beim Zusammenbau ermöglicht.
Figur 3 zeigt in einem Schnitt A - A in Figur 2 die Einzelheiten der Stütze 9. Diese ist als symmetrisches Dreibein ausgebildet mit drei um je 120° versetzt angeordneten Armen 13, 13', 13". Im Mittenbereich ist eine scheibenartige Verbreiterung 14 angeordnet, durch die sich das Steigrohr 8 erstreckt.
In Figur 4 ist das Detail W in Figur 2 dargestellt. Zur Anbindung des Steigrohres 8 an das domartige Kümpelteil 5 ist in der Öffnung ein dickwandiges Anschlussstück15 eingeschweißt. Das Steigrohr 8 wird über eine Rundschweißnaht 16 mit dem Anschlussstück 15 verbunden. Das weiterführende Anschlussrohr 17 ist hier nur angedeutet. Es wird ebenfalls mit einer Rundschweißnaht 18 mit dem Anschlussstück 15 verbunden.
In Figur 5 ist das Detail Y von Figur 2 dargestellt. Es zeigt die Querschnittsgeometrie der Schweißkanten für die Rundnaht 3. Diese Geometrie ist gekennzeichnet durch eine langgestreckte Tulpenform mit sich verengendem Wurzelbereich.
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