一种充液球回弹式复合电磁耗能大型LNG储罐减晃装置

本发明属于阻尼减震，尤其属于大型lng储罐储液减晃，涉及一种电磁耗能的大型lng储罐减晃装置。

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，能够显著减小液体晃动幅度，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、一种充液球回弹式复合电磁耗能大型lng储罐减晃装置，安装在lng储罐的罐体内部，lng储罐减晃装置包括：充液球1和布置于充液球1下方的钢绞线2、密闭支座外壳3、气弹簧4、滚珠丝杠5、水平活塞6、竖向活塞7。

4、所述的充液球1是密闭空心球，其内部填充阻尼液，阻尼液宜选较于lng储液密度较低的液体，占据球体的一半容积，使其能够浮在lng储罐内液面上；所述的钢绞线2用于连接充液球1和竖向活塞7，即钢绞线2的上端固定于充液球1下方，下端固定于竖向活塞7顶部的半圆环扣上。

5、所述的密闭支座外壳3包括水平结构和垂直结构两部分，为一体结构，固定在lng储罐底面，水平结构由两个中空的细长圆柱体结构沿“十字形”布置而成，定义为水平滑道，其中心交点处布置垂直结构，垂直结构也为中空的细长圆柱体结构，定义为竖向滑道，其中竖向滑道的半径是水平滑道半径的两倍。通过在密闭支座外壳3内部水平结构和垂直结构交界面处焊接四组钢筋网22，将密闭支座外壳3划分为四个方向两两垂直水平滑道和一个垂直于水平滑道所在平面的竖向滑道。

6、所述的气弹簧4位于竖向滑道内，其上端固定于竖向活塞7的下底面，下端固定在密闭支座外壳3的底面内侧，气弹簧4用于防止竖向活塞7脱离竖向滑道，保证装置正常运行，同时为充液球1提供弹性恢复力。所述的滚珠丝杠5位于竖向滑道内，其套筒上安装扇叶，与气弹簧4安装位置相同，其上端都固定于竖向活塞7的下底面，下端都固定在密闭支座外壳3的底面内侧；所述的滚珠丝杠5上端与竖向活塞7之间采用第一滚轴21连接，滚珠丝杠5的套筒固定于第一滚轴21的轴圈，竖向活塞7固定于第一滚轴21的座圈，滚珠丝杠5与竖向活塞7之间不发生接触，即滚珠丝杠5的套筒的转动与竖向活塞7的竖向位移互不影响。

7、所述的水平活塞6为空心圆柱体，共四个，分别安装在密闭支座外壳3中的四个水平滑道内；空心圆柱体水平布置，其左右两端面均安装第一磁铁61，侧面安装第二环形磁铁62，第二环形磁铁62的磁极采用径向充磁，即磁极n、s分为两个半圆环柱体。水平活塞6内部设有水平布置有滚珠丝杠63，滚珠丝杠63的丝杠杆两端分别垂直固定于水平活塞6的左右两端面，滚珠丝杠63的套筒可在丝杠杆上移动，套筒上安装复合金属扇叶67，套筒两端均安装第三环形磁铁65，且第一环形磁铁61与第三环形磁铁65的s极相对，使其靠近时产生斥力。第三环形磁铁65周围采用铜块66包裹，铜块66起支架作用使滚珠丝杠63的套筒保持水平，并增加内部结构质量，且具有抗磁性，不受第二环形磁铁62的影响，利于水平运动，同时铜块66本身在磁场中运动也会产生阻尼，消耗能量。滚珠丝杠63的套筒与第三环形磁铁65之间采用第二滚轴64连接，滚珠丝杠63的套筒固定于第二滚轴64的轴圈，第三环形磁铁65固定于第二滚轴64的座圈，两者不发生接触，使第三环形磁铁65水平移动时不会影响滚珠丝杠63的套筒的转动。

8、所述的竖向活塞7下半部分即圆柱形活塞放置在密闭支座外壳3的竖向滑道中，上半部分的圆柱形连杆的下底面垂直固定在圆柱形活塞上表面，向上通过密闭支座外壳3外表面伸出组合支座外，在其末端设置半圆环扣。钢绞线2下端固定于竖向活塞7上半部分的半圆环扣上，竖向活塞7的下底面与滚珠丝杠5、气弹簧4连接。竖向活塞7和四个水平活塞6一同将密闭支座外壳3划分成六个密闭空间，中间密闭空间填充阻尼液。活塞与滑道壁面贴合但不固定，能够移动。所述的六个密闭空间分别为：竖向活塞7的圆柱形活塞上表面与垂直结构顶部之间的一个密闭空间，四个水平活塞6与水平结构内侧之间的四个密闭空间，竖向活塞7底部与四个水平活塞内侧之间的一个密闭空间。

9、所述的密闭支座外壳3水平滑道与竖向滑道垂直相交的位置安装竖向钢筋网22，防止水平活塞6脱离水平滑道。所述的密闭支座外壳3的水平滑道两端设置磁铁23，两组磁铁23分别固定在钢筋网22和密闭支座外壳3上。

10、进一步的，滚珠丝杠63的丝杠杆通过第一环形磁铁61、第二环形磁铁62、第三环形磁铁63的内圈分别垂直固定于水平活塞6的左右两端面，且这些环形磁铁的内圈直径略大于丝杠杆直径。

11、进一步的，所述的磁铁23的n极与水平活塞6左右端面安装的第一环形磁铁61的n极相对。

12、进一步的，密闭支座外壳3所选用的材料应满足在-162℃的温度条件下满足强度要求的同时应具有抗磁性，例如铝合金等。

13、进一步的，在密闭支座外壳3中水平活塞6和竖向活塞7内侧安装活塞环，使水平活塞6和竖向活塞7在具有滑动能力的同时保证其与密闭支座外壳3所围成的六个密闭性空间的密封性。

14、进一步的，水平活塞6与其内部铜块66之间可加润滑油来减小摩擦。

15、进一步的，水平活塞6内部的复合金属扇叶67采用轻质高强导电材料，如铝合金，产生热量，实现耗能。

16、进一步的，大型lng储罐减晃装置可根据要求调整尺寸，在lng储罐中放置若干个。

17、本发明的使用过程为：

18、当发生地震时，大型lng储罐内储液发生晃动，带动充液球1中液体发生反方向晃动，此时充液球可看作为液体调频阻尼器(tld)。由于液体的柔性性质，大型lng储液液面会发生上下晃动，从而储液会冲击充液球1的底部使得钢绞线2上产生拉力，拉力传至竖向活塞7，通过竖向活塞7将力传递至气弹簧4，此时气弹簧4、竖向活塞7和钢绞线2一起发生竖向位移，带动滚珠丝杠5的套筒产生竖向位移。由于滚珠丝杠5的丝杠杆底部垂直固定在密闭支座外壳3底面内侧，因此第一滚轴21固定在竖向活塞7底面的滚珠丝杠5的套筒在产生竖向位移时会发生转动，套筒上安装的扇叶旋转，形成消耗阻尼。

19、同时，由于整个密闭支座外壳3是密闭的，由活塞划分的6个密闭空间在初始条件下压强处于平衡状态，当竖向活塞7发生位移时，竖向活塞7会首先打破这个平衡状态，整个系统会处于一个不平衡状态，从而引起水平活塞6在水平滑道中发生水平位移。固定在密闭支座外壳3、钢筋网22上的磁铁23和固定在水平活塞6左右端面内侧的第一环形磁铁61的n极相对，当水平活塞6在水平活塞内滑动时，磁铁23和第一环形磁铁61会靠近产生斥力，从而加剧水平活塞6在水平滑道中的运动。同时水平活塞6内部放置的第三环形磁铁65和铜块66，由于惯性两者会与水平活塞6发生相对位移，固定在水平活塞6左右端面内侧的第一环形磁铁61与铜块66上内嵌的第三环形磁铁65的s极相对，当两者之间的距离变小时会产生斥力，从而加剧水平活塞6和内部铜块66、第三环形磁铁65之间的相对运动。

20、由于滚珠丝杠63的丝杠杆垂直固定在水平活塞6的左右端面上，滚珠丝杠63的套筒固定第三环形磁铁65和铜块66的组合件上，即水平活塞6和内部铜块66和第三环形磁铁65之间的相对运动演变为滚珠丝杠63的丝杠杆和套筒之间的运动，从而套筒发生旋转，固定在套筒上的复合金属扇叶67开始转动。水平活塞6侧面安装第二环形磁铁62并且采用径向充磁，即磁极n、s分为两个半圆环柱体，复合金属扇叶67在第二环形磁铁62产生的磁场中旋转产生阻尼，耗散能量，同时铜块66本身在磁场运动也会产生阻尼，消耗能量。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

22、1)本发明提供的减晃装置利用上方充液球中的液体会与储罐储液发生反向运动，液面处的充液球充当了tld。由于液体的柔性性质，液面会发生上下晃动，使得钢绞线产生拉力，下方气弹簧会因拉力的存在产生竖向位移并提供恢复力，原理简单，实用高效。同时，气弹簧的竖向位移会带动底部滚珠丝杠的套筒上的扇叶在阻尼液中转动，消耗能量。

23、2)本发明提供的减晃装置使用液压传动代替传统活塞运动的机械传动，压强不平衡时水平活塞发生水平位移，增加水平活塞运动的灵活性。水平滑道内和水平活塞内布置磁铁，加剧了水平活塞的运动和水平活塞与内部之间的相对运动，使减晃装置耗能更加高效。当水平活塞向水平滑道外侧移动时有利于气弹簧的回收，系统部件相辅相成，互有益处。

24、3)本发明结构简单便于安装，通过多项耗能技术协同作用，耗能效率高，可减小因地震对大型lng储罐结构的影响。