(12) PATENT (19) NO (11) 331928 (13) B1 NORGE (1) Int Cl. F17C 1/02 (2006.01) F17C 13/08 (2006.01) Patentstyret (21) Søknadsnr 20100482 (86) Int.inng.dag og søknadsnr (22) Inng.dag 2010.03.31 (8) Videreføringsdag (24) Løpedag 2010.03.31 (30) Prioritet (41) Alm.tilgj 2011.10.03 (4) Meddelt 2012.0.07 (73) Innehaver Aker Engineering & Technology AS, Postboks 222, 1326 LYSAKER, Norge (72) Oppfinner Arne Barrett Sele, Haresvingen 10, 1362 HOSLE, Norge Bjørn Åke Klasén, Hjørungkroken 22, 037 OSLO, Norge (74) Fullmektig Oslo Patentkontor AS, Postboks 7007 Majorstua, 0306 OSLO, Norge (4) Benevnelse Ekstruderte elementer (6) Anførte publikasjoner KR 1008036 B, WO 2006/001711 A2, WO 0021847 A1 (7) Sammendrag Et ekstrudert bjelkeelement egnet for konstruksjon av sandwich-strukturer, hvori det transversale tverrsnittet av bjelken omfatter to parallelle plater (2,3), hver som har en første del (2) og en andre der (3), hvori de første delene av nevnte plater (2) er knyttet sammen ved flere steg, hvori minst to av nevnte steg (1) er skråstilt i forhold til longitudinale planet (Y) vinkelrett på platene (2,3), og hvori de første delene (2) og stegene (1,) danner en relativt stiv del av bjelkeelementet og de andre delene (3) danner en relativt fleksibel del av bjelkeelementet, så vel som sandwichpaneler og tanker omfattende nevnte bjelkeelementer.
1 EKSTRUDERTE ELEMENTER Oppfinnelsens tekniske område Den foreliggende oppfinnelsen angår tanker, lagd av aluminiumsekstruderinger, for lagring og transportering av fluider slik som hydrokarboner, inkludert lavtemperatur flytende naturgass. Mer spesifikt angår oppfinnelsen nye ekstruderte elementer for konstruksjon av sandwich-paneler for anvendelse i nevnte tanker, så vel som tanker konstruert av nevnte elementer. Dette inkluderer tanker for skip, flytende offshore-strukturer, faste offshore-strukturer og tanker på land. Bakgrunn for oppfinnelsen 10 1 WO 2006/001711 A2 beskriver prismatiske tanker lagd av et skall i form av en sandwich-struktur omfattende to overflate-paneler av metall, eller et materiale med liknende egenskaper, og en kjerne mellom overflate-panelene som overfører last mellom panelene, omfattende et materiale sånn som gysemasse, eller et sett med ribber eller støtteprofiler som strekker seg mellom de to panelene. Denne beskrivelsen representerer den nåværende teknikken. 20 Denne strukturen tilveiebringer en dobbel, væsketett, barriere og gir muligheten for å detektere gass i mellom de to overflate-panelene så vel som å tillate trykktesting av hulrommet mellom panelene. Dette tilveiebringer forbedret sikkerhet, men den viktigste fordelen til sandwich-konstruksjonen er at den er strukturelt veldig effektiv. Formålet for oppfinnelsen Formålet for den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe nye sandwichstrukturer som har redusert vekt, så vel som økt utmattingsmotstand, sammenlignet med strukturene som er kjent fra før. 2 Sammendrag av oppfinnelsen Den foreliggende oppfinnelsen er som definert ved de vedlagte selvstendige krav 1, 8 og 9. Foretrukne utførelsesformer er definert ved de uselvstendige krav 2-7, og 10.
2 Kort beskrivelse av tegningene Ytterligere detaljer ved oppfinnelsen er beskrevet under med referanse til de eksemplifiserende utførelsesformene vist skjematisk i de vedlagte tegningene, hvori: Figur 1 viser et tverrsnitt av et ekstrudert bjelkeelement med en triangulert del og en del med platesammenkoblinger. Slike bjelkeekstuderinger utgjør panelene. Figur 2 viser et alternativt ekstrudert tverrsnitt. Figur 3 viser et sandwich-panel lagd ved å sveise flere ekstruderinger sammen. 10 Figur 4 til 6 viser forskjellige tverrsnitt av forskjellige utførelsesformer av et eksternt skall med en uniform sandwich konstruksjon ifølge tidligere kjent teknologi. Figur 7 viser en isometrisk tegning av en seksjon av en tank lagd av sandwichpaneler ifølge den foreliggende oppfinnelsen.. Detaljert beskrivelse av tegningene 1 20 Figur 1 viser et tverrsnitt av det ekstruderte bjelkeelementet, som danner panelene fra hvilke tankskallet er sammensatt av. Det sentrale tverrsnittet er lagd av plate seksjoner 1 og 2 i et triangulært mønster. På en eller begge sider av ekstruderingen er det tilveiebrakt utstikkende plateforlengelser 3. Disse platesammenkoblingene, som blir støttet opp når elementer blir knyttet sammen ved sveising, tilveiebringer en fleksibel sammenkobling mellom de individuelle bjelkeelementene som utgjør panelene som igjen danner skallet. 2 Prinsipielt blir slike sandwich-ekstruderinger konstruert mest effektivt, fra et strukturelt synspunkt, av et stort antall celler. På den annen side er produksjonen mest kostnadseffektiv med et mindre antall celler. De utstikkende plateforlengelsene skal være mellom 1/3 og 1/10 av bredden til ekstruderingen for å tilveiebringe den ønskede fleksibiliteten. Dette gjør det ønskelig at størrelsen på cellene i ekstruderingen er av tilsvarende størrelse som lengden til den utstikkende delen.
3 En ribb som utgjør en del av ekstruderingen kan bli brukt for å lage en effektiv sammenkobling til braketter og strekkbjelker som tar opp last indusert av hydrostatisk eller pneumatisk trykk. Denne ribben kan inkludere en liten flens for å styre automatisk sveiseutstyr. 10 De utstikkende plateforlengelsene har en mindre tykkelse enn den delen hvor sveisen blir lagd. Sveiser i noen typer aluminiumsmetallegeringer har lavere styrke enn basematerialet. Hvis slike sveiser opplever laster ved hvilke de gir etter, vil bare bredden av sveisen oppleve forlengelse. Som en konsekvens vil sveisen ryke med veldig liten deformasjon. Av denne grunnen blir en seksjon av basismetallet ved siden av sveisen gjort tilstrekkelig tynn slik at ettergivelse vil starte i basismetallet før sveisen ryker. Dette sørger for at strukturen oppfører seg på en duktil måte. 1 20 2 De korte fleksible platesammenkoblingene mellom de ekstruderte bjelkeelementene reduserer kraftig stress på grunn av fastholdelse mellom bjelkeelementer siden stress bare vil være på grunn av platebøying, som er flere ganger mindre i størrelse enn den på grunn av bjelkebøying. Slike fastholdinger oppstår ved siden av parallelle vegger og andre strukturer og forårsaker at bjelkene deformeres på en måte som ikke er støttet ved at bjelkene bøyer rundt hovedaksen vinkelrett på steget. Belastningen indusert ved slik fastholding bidrar ikke effektivt til å støtte den påsatte lasten. Den nåværende teknologien som illustrert i figurene 4,, og 6 mobiliserer mye større transversal bøyemotstand noe som forårsaker større fastholding på grunn av mobiliserende bjelkevirkning. Som illustrert i figurer og 6, har ikke nevnte paneler kjent i teknikken, den fleksible delen som er tilstede i den foreliggende oppfinnelsen. Mangelen av fleksibilitet er enten på grunn av den enhetlige fordelingen av ribber/stag som knytter sammen de to panelene eller den betydelig økte tykkelsen av flensen, eller begge deler, avhengig av hvilken kjent teknologi som blir vurdert. 30 Effekten av å bruke de nye ekstruderte elementene ifølge den foreliggende oppfinnelsen er en betydelig reduksjon av vekten til aluminiumsskallet. I tillegg reduserer også den økte fleksibiliteten utmatting. Panelene som utgjør skallet er konstruert ved å koble sammen flere ekstruderte elementer.
4 Således blir formålet for den foreliggende oppfinnelsen oppnådd ved å konstruere sandwichstrukturer ved å bruke nye ekstruderte elementer med en stiv seksjon, konstruert av triangulerte elementer, og mellomliggende, høyt fleksible, plateelementer. De stive seksjonene tilveiebringe mer effektiv bøyelast kapasitet for sandwichbjelkene siden belastningen i flensene først og fremst er på grunn av bjelkebøying og belastningen på grunn av platebøying er sterkt redusert ved den reduserte avstanden mellom de tilveiebrakte flere steg. 10 Figur 2 viser et tverrsnitt av et alternativt ekstrudert bjelkeelement med en konfigurasjon utformet ifølge de samme prinsippene som det vist i figur 1. I tillegg til å være knyttet sammen av de skråstilte platene 1, er platene 2 også knyttet sammen av de parallelle platene, som er vinkelrett på nevnte plater 2. 1 Figur 3 viser et tverrsnitt hvor flere ekstruderinger har blitt sveiset sammen for å danne et panel. Tegningen viser hvordan en veldig stiv seksjon blir lagd ved å låse den sammen i triangulære former. Hver ekstrudering er kun knyttet sammen til den neste ved plater, noe som tilveiebringer en veldig fleksibel sammenkobling. Figur 4 viser en utførelsesform med de ytre platene 6 av skallet hvor et kjernemateriale 7, og/eller ribber eller steg 8, alternativt kan bli tilveiebrakt. 20 Figur viser en utførelsesform hvor et kontinuerlig mønster av triangulære plater tilveiebringer sandwich-strukturen. Figur 6 viser en utførelsesform hvor platene er støttet ved ribber eller steg. Figurer 4, og 6, viser utførelsesformer av tidligere kjent teknologi. 2 Figur 7 viser en del av tanken hvor skallet 12 består av ekstruderingene vist i figur 1 omformet til paneler, som vist i figur 3. Panelene kobles inn i braketter 11 knyttet sammen til ribben 13 i panelekstruderingen. Andre smidde hjørne-braketter kobler paneler med ribber 13 som møtes ved hjørnet. Brakettene knyttes også til strekkbjelker 9 som holder på plass det hydrostatiske og pneumatiske interne trykket. I hjørner som er parallelle til ribber 13, forsterker plater 14 hjørnene. Figur 8 viser den interne strukturen til tanken.
Nytt kravsett 10 1. Et ekstrudert bjelkeelement egnet for konstruksjon av sandwich-strukturer, hvori det transversale tverrsnittet til bjelken omfatter to parallelle plater (2,3), karakterisert ved at hver av nevnte plater omfatter en første del (2) og en andre del (3), de første delene av nevnte plater (2) er knyttet sammen ved flere steg, hvori minst to av nevnte steg (1) er skråstilt i forhold til et longitudinalt plan (Y) vinkelrett på platene (2,3), og hvori de første delene (2) og stegene (1,) danner en relativt stiv del av bjelkeelementet og de andre delene (3) til platene (2,3) danner en relativt fleksibel del av bjelkeelementet, nevnte andre del (3) av de parallelle platene (2,3) har en bredde på 1/3 til 1/10 av den totale bredden til nevnte parallelle plater (2,3). 2. Et ekstrudert bjelkeelement ifølge krav 1, hvori minst to av stegene (1) danner en triangulær konfigurasjon sammen med den første delen (2) til en av nevnte parallelle plater (2,3). 1 3. Et ekstrudert bjelkeelement ifølge krav 1, hvori i det minste ett av stegene () er parallelt til det longitudinale planet (Y) vinkelrett på platene (2,3). 4. Et ekstrudert bjelkeelement ifølge krav 1, hvori den første delen (2) til en av de parallelle platene (2,3) omfatter en ekstern ribb (4), valgfritt inkluderer nevnte ribb en flens på den frie enden til ribben. 20. Et ekstrudert bjelkeelement ifølge krav 1, hvori en betydelig seksjon av den andre delen (3) til de parallelle platene (2,3) har en lavere tykkelse enn den første delen av de parallelle platene (2). 6. Et ekstrudert bjelkeelement ifølge krav 1 eller, hvori den andre delen (3) av de parallelle platene (2,3) består av plater (3). 2 7. Et sandwich-panel, hvori nevnte panel omfatter flere ekstruderte bjelkeelementer ifølge ethvert av kravene 1-6. 8. En tank for å lagre fluid hvori minst deler av et tak, sidevegg eller gulv til nevnte tank omfatter en sandwich-struktur omfattende ekstruderte bjelkeelementer ifølge ethvert av kravene 1-6 og/eller et sandwich-panel ifølge krav 7.
6 9. En tank ifølge krav 8, hvori tanken er for å lagre fluid ved veldig lav temperatur og omfatter en intern struktur dannet ved å støtte og/eller forankre strekkstag (9) i tre vinkelrette retninger.
1/ 4 2 3 1 1 Y Figur 1 2 4 3 1 1 2 3 Figur 2
2/ 1 1 1 1 1 1 Rigid Flexible Rigid Flexible Rigid Flexible Figur 3 6 7 8 6 Figur 4
3/ Figur Figur 6
4/ 14 12 11 Figure 14 10 12 13 9 Figur 7
/ Figur 8