一种齿轮传动转动放大式减晃装置

本发明属于重大生命线工程，涉及一种lng储罐的减晃装置，尤其涉及一种齿轮传动转动放大式减晃装置。

背景技术：

1、lng是天然气经压缩、冷却至-162℃后变成的液体，相比于传统的煤炭、石油，lng是一种更清洁、高效的绿色能源。lng储罐涉及城市重大生命线工程技术领域，其抵御地震等自然灾害的能力是该设施重要参考指标，储罐在地震作用下，会引起储罐功能丧失，引发火灾或爆炸，危及周围区域的人员和财产安全，造成严重的经济损失。

2、地震作用下，lng储罐内液体会发生晃荡，对储罐罐壁造成附加的动水压力，影响储罐结构的安全性。晃动的液体还有可能对吊顶产生直接的冲击，造成管道接头及其附件的破坏。为降低lng储罐地震响应，采用基础隔震，研究发现隔震系统能够有效降低储罐结构的地震响应，但隔震后可能会引起液体的晃动波高的增大，使液面晃动加剧。因此，为了保证储罐结构的安全性，需要设计出一种能够有效降低储液晃动波高的装置，来解决现有实际问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种在大型lng储罐中能够有效降低液面晃动波高的减晃装置，减小液体晃动幅度，从而减弱因地震引起的液面晃动对储罐结构的影响。

2、为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种齿轮传动转动放大式减晃装置，其设置在lng储罐的罐体内部且位于上方，所述大型lng储罐减晃装置包括：组合圆盘1、轮组2、外套筒3、外伸扇叶4、滚珠丝杠5、弹簧6和晃荡板7。其中，位于上方的组合圆盘1与其下方的晃荡板7之间通过弹簧6连接，组合圆盘1固定在lng储罐的罐体内壁面上方，晃荡板7与lng储罐的罐体内壁面贴合不固接，轮组2、外套筒3、外伸扇叶4、滚珠丝杠5布置在组合圆盘1与晃荡板7之间，除组合圆盘1和弹簧6以外，其它均位于lng储罐内液面下方。

4、所述的组合圆盘1包括大、中、小三个半径不同的密闭空心圆盘，大环形磁铁13，小环形磁铁15，圆盘弹簧16和橡胶圈11，其中大、中、小三个密闭空心圆盘分别为密闭大圆盘12、密闭中圆盘14、密闭小圆盘17，三者初始状态下为同心结构，晃动过程中不同心。所述的橡胶圈11固定在密闭大圆盘12的外圈，密闭大圆盘12的内圈安装大环形磁铁13，密闭中圆盘14的内侧面安装小环形磁铁15，密闭小圆盘17内部放置若干个实心小球18。密闭小圆盘17安装在密闭中圆盘14内，二者之间通过圆盘弹簧16连接，密闭中圆盘14安装在密闭大圆盘12中，构成组合圆盘1，即密闭小圆盘17的外径小于密闭中圆盘14内径，组合后的空隙安装圆盘弹簧16，密闭中圆盘14外径尺寸与密闭大圆盘12内径尺寸配合，橡胶圈11内径尺寸等于密闭大圆盘12外径尺寸，两者紧紧贴合并固定安装在一起。所述的组合圆盘1固定于lng储罐的罐体内部，且位于液面上方。

5、所述的轮组2位于组合圆盘1下方，包括两个结构相同的轮盘，轮盘为圆盘结构，沿圆盘圆周均匀安装六个扇叶21，间距60°，并在轮盘内部等间隔安装隔板22，同时放置若干小球23，两个轮盘的盘面相对，分别固定在中部横杆106的两端。所述中部横杆106上设有第二齿轮105，且中部横杆106与竖向固定杆101连接，竖向固定杆101连接中部横杆106的同时不会影响中部横杆106发生转动，即两个轮盘受力能够转动。所述竖向固定杆101顶端与组合圆盘1的底面固定连接，底端与外伸扇叶4的支架42连接，中部弯折后与中部横杆106套接。

6、所述的外套筒3是一个密封圆柱体，筒壁内侧面安装环形磁铁31，内部填充阻尼液并安装四个滚珠丝杠5，外套筒3的筒壁顶面内侧中心处固定安装第二转动轴107，第二转动轴107的下端设有内齿轮35，外套筒3的筒壁顶面外侧中心处固定安装第一转动轴104，第一转动轴104的上端设有第一齿轮102，即第一转动轴104上端固定连接第一齿轮102，下端固定于外套筒3的筒壁顶面外侧中心处，第二转动轴107上端固定于外套筒3的筒壁顶面内侧中心处，下端固定连接内齿轮35。外套筒3的筒壁顶部外侧设有外齿轮33，外齿轮33与外伸扇叶4的扇叶齿轮45配合。外套筒3的底盖结构为复合密闭滚轴32，由一个密闭大滚轴和四个密闭小滚轴组成，复合密闭滚轴32是在密闭大滚轴的轴承区域上开有四个圆孔，每个圆孔处安装密闭小滚轴。

7、所述的滚珠丝杠5的套筒上安装复合金属扇叶103，滚珠丝杠5的套筒下端固定在复合密闭滚轴32的密闭小滚轴的轴圈上。复合密闭滚轴32的作用：一是能够保证外套筒3的密闭性；二是当外套筒3发生转动时不会反过来影响滚珠丝杠5的丝杠杆的竖向运动和套筒的转动；三是能够承担竖向荷载，将竖向荷载通过外套筒3传递至第一转动轴104，第一转动轴104和支架42通过中间滚轴43连接，之后由支架42将竖向荷载传至组合圆盘1下底面，保证外套筒3和滚珠丝杠3的套筒不会发生竖向位移。每个滚珠丝杠5上方均固定一个顶部齿轮34，四个顶部齿轮34均与外套筒3的筒壁顶面内侧中心的内齿轮35通过齿轮配合连接，滚珠丝杠5的丝杠杆底部通过复合密闭滚轴32上的密闭小滚轴的轴圈伸出筒外后与其下方的晃荡板7垂直固接。

8、所述的外伸扇叶4包括六组结构相同的扇叶结构、一个中间滚轴43和六个结构相同的支架42；其中，每组扇叶结构从上至下依次为上扇叶41、支架滚轴44、扇叶齿轮45、下扇叶46，安装在支架转动轴47上；六个支架滚轴44均通过支架42与中间滚轴43连接。具体的：六个上扇叶41沿外套筒3筒壁顶部外圈均匀布置，间隔为60°；支架42通过竖向固定杆101固定在组合圆盘1下方，六个支架42的两端分别固定在中间滚轴43和支架滚轴44的座圈上，支架转动轴47固定于支架滚轴44的轴圈，第一转动轴104中部固定于中间滚轴43的轴圈，这样支架42既实现支架转动轴47和第一转动轴104的位置固定，又不影响上扇叶41和第一转动轴104发生转动。此外，第一转动轴104的顶部安装第一齿轮102，第一齿轮102与中部横杆106上的第二齿轮105通过齿轮配合连接，第一转动轴104的底部固定于外套筒3的筒壁顶面外侧中心处，即外套筒3的转动会带动轮组2发生转动。所述的支架42的尺寸由外套筒3决定，应保证外伸扇叶4上的扇叶齿轮45和外套筒3外侧上方的外齿轮33实现齿轮传动，从而当外套筒3发生转动时能够同时带动上扇叶41发生转动。综上，支架42是固定的，从而限制中间滚轴43和支架滚轴44不会发生竖向位移，进而固定在中间滚轴43和支架滚轴44座圈上的第一转动轴104和支架转动轴47不会发生竖向位移，即与第一转动轴104固定的外套筒3不会发生竖向位移，则作为外套筒3的底盖结构复合密闭滚轴32及固定在小密闭滚轴的轴圈上的滚珠丝杠5的套筒也不会发生竖直方向的位移；外套筒3的转动不会通过支架42传递给上扇叶41，而是通过外套筒3的外侧上方的外齿轮33和外伸扇叶4上的扇叶齿轮45连接传动实现上扇叶41和下扇叶46的转动；并且外套筒3的转动能同时带动轮组2发生转动。

9、进一步的，所述的组合圆盘1的大、小环形磁铁13、15采用轴向充磁，保证同一高度水平位置磁极相同，使两者靠近时产生斥力。

10、进一步的，所述的组合圆盘1的外圈设置橡胶圈11，橡胶具有高阻尼性质，即便组合圆盘1固定安装，为了避免减晃装置在正常工作中固定组合圆盘1的位置出现松动，对储罐罐壁产生冲击作用，破坏储罐结构，增设橡胶圈11，实现耗能并降低了减晃装置对储罐安全性的威胁。

11、更进一步的，所述的组合圆盘1中的圆盘和圆盘之间适当涂抹润滑油，减小摩擦，当密闭大圆盘12运动时，保证内部的密闭中圆盘14和密闭大圆盘12之间、密闭中圆盘14和密闭小圆盘17之间会发生相对运动。

12、进一步的，支架42限制中间滚轴43和支架滚轴44不会发生竖向位移，因此固定在轴圈的第一转动轴104和支架转动轴47也不会发生竖向移动，从而保证减晃装置的下半部分能够将竖向荷载传递至组合圆盘1上。

13、进一步的，固定在滚珠丝杠5上方的顶部齿轮34与外套筒3的内齿轮35的半径比取为2，实现转动放大，利于耗能。

14、进一步的，所述的滚珠丝杠5的套筒上安装复合金属扇叶103，扇叶转动，由于磁场和阻尼液的存在，使耗能更加高效。

15、进一步的，晃荡板7采用柔性材料，满足减晃装置对其变形性能的要求的同时还应具备一定的刚度可以承担动水压力，实现力的传递。

16、本发明的使用过程为：

17、当发生地震时，组合圆盘1会随着大型lng储罐一起晃动，橡胶圈11保证储罐结构安全的同时并具有耗能能力，密闭中圆盘14由于惯性会与密闭大圆盘12发生相对位移。由于大环形磁铁13和小环形磁铁15的同一高度位置磁极相同安装，两者靠近时会产生斥力，会进一步加剧密闭大圆盘12与密闭中圆盘14之间的相对运动。密闭小圆盘17在密闭中圆盘14的带动下，其内部实心小球18开始运动，发生碰撞，消耗能量，圆盘弹簧16也会因密闭中圆盘14与密闭小圆盘17的相对位移发生形变，吸收能量，进行耗能。

18、同时，地震过程中大型lng储罐内储液也会发生水平运动，由于液体的柔性性质，液面处会发生上下运动，从而引起晃荡板7产生上下颠簸运动。由于晃荡板7与滚珠丝杠5的丝杠杆下端固接，从而会带动丝杠杆上下运动，滚珠丝杠5的丝杠杆发生上下运动会引起滚珠丝杠5的套筒的转动，随之，套筒上的复合金属扇叶103在阻尼液和环形磁铁31产生的磁场中发生旋转，产生阻尼力，消耗能量。与此同时，固定在滚珠丝杠5上方的顶部齿轮34也会发生转动，进一步传递给固定在外套筒3的筒壁顶面内侧中心的内齿轮35，内齿轮35通过第二转动轴107将转动传递给外套筒3，从而带动外套筒3转动。

19、外套筒3转动过程中，外套筒3通过外圈固定的外齿轮33和外伸扇叶4的扇叶齿轮45的齿轮连接，将转动传递给上扇叶41、下扇叶46，上扇叶41、下扇叶46发生转动，消耗能量，同时外套筒3也会通过固定在其筒壁顶面外侧中心的第一转动轴104将转动传递给上方固定的第一齿轮102，进而带动固定在中部横杆106上的第二齿轮105的转动；第二齿轮105的转动能够带动固定在中部横杆106两端的圆盘(即轮组2)发生转动，此时固定在圆盘外部的扇叶21和内部放置的小球23皆具有耗能能力。

20、本发明的减晃装置耗能能力强，可减小因地震产生的液面晃动对储罐结构的影响，安全性高。

21、相对于现有技术，本发明的有益效果为：

22、1)在地震发生时，本发明提供的大型lng储罐用减晃装置中的组合圆盘会随着大型lng储罐一起发生晃动，组合圆盘的密闭大圆盘和中圆盘、中圆盘和小圆盘之间会发生相对滑动，由于内部环形磁铁和弹簧的存在，会加剧密闭中圆盘与密闭大圆盘、密闭小圆盘之间的相对运动，使得内部小球和弹簧的耗能效率提高。

23、2)同时储罐内储液也会发生晃动，由于液体的柔性性质，液面会发生上下晃动，从而导致晃荡板上下颠簸，带动固定在晃荡板的滚珠丝杠的丝杠杆，使得滚珠丝杠的套筒发生转动，套筒上复合金属扇叶旋转，由于阻尼液和磁场的存在，使得复合金属扇叶的转动耗能更加高效。滚珠丝杠的套筒通过不同半径的齿轮传动连接外套筒，具有转动放大效应，加快外套筒的转动速率。外套筒与外伸扇叶和轮组之间也采用半径不同齿轮进行传动，使其具有转动发大效果，提高耗能效率。轮组转动时，除了扇叶在储液中转动耗能，内部小球也能够在转动状态下碰撞耗能。

24、3)此外，该减晃装置的中间部分数量只受其本身尺寸大小的限制，并且根据不同的实际情况可以通过调节减晃装置的中间部分的尺寸和齿轮半径比，保证减晃装置在应对不同条件下时能够正常工作，提高了减晃装置的适应能力，并能够达到充分耗能目的。本发明的减晃装置利用其转动放大效应来进行高效耗能，减小地震对大型lng储罐结构的影响，提高了大型lng储罐结构的安全性。