CN112984377A - 一种用于车载大容积液化天然气气瓶的可升降转动式内置防浪板 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于车载大容量液化天然气气瓶的可升降转动式内置防浪板。可竖直伸缩的支架，其下端固定气瓶内壁底部；水平轴，其中间位置固定在所述支架上端；两个转筒，其可旋转支撑在所述水平轴上，并且分别位于中间位置的两侧；四个矩形防浪板本体，其为矩形并且固定在所述转筒的外圆周上，相邻的防浪板本体之间相互垂直。通过防浪板的转动，可以减小因液化天然气晃动产生的噪音，并且在一定程度上避免了浪花对气瓶的冲击。本发明结构合理，安装起来稳定可靠，对气瓶车的安全行驶有着重要的作用。

Description

一种用于车载大容积液化天然气气瓶的可升降转动式内置防 浪板

技术领域

本发明涉及低温压力容器技术领域，更具体的是，本发明涉及一种用于车载液化天然气气瓶的可升降转动式内置防浪板。

背景技术

液化天然气作为一种可持续发展的新型清洁能源，用液化天然气取代燃油以后，其环境效益和社会效益是显而易见的，二氧化硫和氮氧化物的排放量可以分别减少90％和80％，对改善环境意义重大。

国家法规TSG R0006-2014《气瓶安全技术监察规程》对气瓶公称容积修改为0.4L～3000L，气瓶标准委员会针对车用LNG气瓶规格最大容积由500L扩充至1000L。可见车载LNG气瓶向大容积发展已经成为天然气汽车发展需求的一种必然趋势。

LNG气瓶在运输的过程中，尤其是大容积气瓶在非满载状态下，当行驶至凹凸不平的颠簸路面以及车辆加速、急转、急刹等特殊工况下，由于液体的晃动使得车辆行驶稳定性变差，容易导致交通事故的发生。为降低因液体晃动而引发的交通事故，需在罐体内部设置防浪板。

鉴于大容积气瓶中浪的问题尤为突出，所以气瓶中增设防浪板是必不可少的。本发明根据大容积气瓶内部液体流动的特点综合设计成一种可升降转动式内置防浪板，防浪板可根据液化天然气的流动改变转动方向，从而进行防浪。防浪板的位置布置和结构设计，可有效的减少液体的晃动，对气瓶车的安全行驶有着重要的作用。

LNG气瓶内液体的晃荡轨迹遵循流体力学基本方程—连续方程和动力方程，构建有限元网格，在流场区域中径向远离气瓶内筒壁的中心位置，LNG晃动幅度较小，因此网格密度相对较小；而LNG与内筒壁的相互作用产生复杂的流动轨迹，因此在接触区域需要对网格进行加密划分。用有限元法来预测气瓶内LNG在车辆加速、急转、急刹等特殊工况下的流动情况以及液体和气瓶内筒碰撞后流动轨迹变化，以此确定防浪板的固定位置，从而可以更好的承接激起的液浪回流至液体内部。

针对气瓶在颠簸路面或特殊工况下的运动和气瓶内部液体晃荡，采用了势流理论方法求解，当气瓶内部液体发生非线性晃荡时，采用时域法计算，建立在颠簸路面或特殊工况下运动的气瓶与气瓶内液化天然气晃荡耦合的运动方程，在不同工况下分别进行了计算模拟与验证研究。

经计算与验证得到：低液位时，气瓶模型内液体晃荡的特性与中液位时基本相同，但激烈程度较低，没有冲顶现象，在流动的液化天然气带动下防浪板产生转动从而使浪花回流至液体中；相比于低液位，高液位的晃荡更为剧烈和危险，因为高液位时，振幅增大，罐内液体受到舱壁的限制更加明显，将产生强烈的三维效应，并可能对罐顶产生猛烈的拍击，此时防浪板的转动不仅依靠液体的流动，也有来自冲顶浪花的驱动，所以防浪板的转动加快，防浪效果更好。

本发明针对以上模拟与验证中产生的问题综合分析做出设计如下：由于气瓶内部液化天然气在不同液位均可产生不同程度的浪花，所以将转动式防浪板设计为可升降式；由于防浪板的转动主要依靠流体的运动和拍击使之转动，所以接触面积越大，产生的驱动力越大。因此将此防浪板设计为无孔较为理想。

本车载液化天然气气瓶的可升降转动式内置防浪板与传统的固定式防浪板相比，防浪板可以实现根据气瓶内部液面高度而自动适应变化，且结构合理，安装起来稳定可靠。

发明内容

本发明设计开发了一种用于车载液化天然气气瓶的可升降转动式内置防浪板，能够降低液化天然气晃动而产生的噪声，通过晃动的液体来促进防浪板的转动，进而使液体沿着防浪板在气瓶内合理的流动。

一种用于车载液化天然气气瓶的可升降转动式内置防浪板，包括：

可竖直伸缩的支架，其下端固定气瓶内壁底部；

水平轴，其中间位置固定在所述支架上端；

两个转筒，其可旋转支撑在所述水平轴上，并且分别位于中间位置的两侧；

四个矩形防浪板本体，其为矩形并且固定在所述转筒的外圆周上，相邻的防浪板本体之间相互垂直。

作为一种优选，所述转筒和防浪板本体采用高分子材料的聚合物。

作为一种优选，所述转筒的端部密封，避免天然气液体进入。

作为一种优选，所述转筒通过深沟球轴承支撑在所述水平轴上。

作为一种优选，所述可竖直伸缩的支架分为两段，一段小直径的第一杆和另一段大直径的第二杆，第二杆套设在第一杆上。

作为一种优选，所述防浪板本体的一边和所述转筒固定，所述一边的长度和所述转筒的长度相同。

本发明所述的有益效果：

本发明不仅能够降低液化天然气晃动的噪声，而且本发明通过晃动的液体来促进防浪板的转动，进而使液体沿着防浪板在气瓶内合理的流动，从而减小液体晃荡而产生的浪花；同时，本发明结构合理，安装起来稳定可靠。

本车载液化天然气气瓶的可升降转动式内置防浪板与传统的固定式防浪板相比，防浪板可以实现根据气瓶内部液面高度而自动适应变化，且结构合理，安装起来稳定可靠。

本车载液化天然气气瓶的可升降转动式内置防浪板与传统的固定式防浪板相比，方法新颖且独特，防浪板转动和升降的驱动力完全来自于流动的液化天然气自身，工作起来灵活且简便。

本发明与现有技术相比，不仅能够降低液化天然气晃动噪音，而且本发明通过防浪板的转动，可以使液化天然气在气瓶中合理的流动，从而减小气瓶内的压强。本发明专利结构简单，所用材料属轻质材料，可以很好的减轻液化天然气气瓶整体的重量。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。

图2为本发明整体结构的侧视图。

图3为本发明防浪板转筒的装配图。

图4为本发明零件图。

图5为本发明的可升降支架。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

参见附图1，本发明包括防浪板本体1，防浪板转筒2，可升降支架3。防浪板本体1呈长方形状，为表面无孔洞的轻质材料，作为一种优选，轻质材料可以选择高分子材料的聚合物，其具有质轻、比强度高、有良好的韧性、减摩、耐磨性好、电绝缘性好和耐蚀性强等优点。防浪板本体1固定在防浪板转筒2的外圆周上，作为一种优选，通过熔融的方式将防浪板本体1与防浪板转筒2焊接在一起。作为一种优选，4个防浪板本体1均匀分布在防浪板转筒2的外圆周。防浪板转筒2呈对称的方式可旋转的固定在可升降支架3两侧的轴上，每侧的防浪板转筒2上各焊接或者粘贴或者一体成形四个防浪板本体1，防浪板本体1之间呈直角分布，可升降支架3固定在气瓶内壁底部；作为一种优选，可升降支架3可通过焊接方式固定在气瓶内壁底部。防浪板转筒2的端部是密封的，避免液体进入。

参见附图2，四个防浪板本体1以规则均匀分布的方式焊接在防浪板转筒上，相邻的防浪板本体1之间夹角90°。

参见附图3，为防浪板转筒2的装配示意图，将防浪板转筒2可旋转的固定到可升降支架3的轴上，作为一种优选，防浪板转筒2的两端各安装两个深沟球轴承，整体一同固定到可升降支架3上，最后通过卡簧将深沟球轴承锁住。

参见附图4，深沟球轴承a在防浪板转筒2中起着支撑允许防浪板本体1转动的作用，摩擦阻力小，转速高；卡簧b是用来固定深沟球轴承a的，在深沟球轴承a安装完毕后，将卡簧b安置到卡簧槽中。如附图5所示，可升降支架3包括竖直可升降支杆和垂直于可升降支杆的轴组成。气瓶中的天然气液体对防浪板产生浮力。作为一种优选，竖直可升降支杆为单纯机械结构，分为两段，一段小直径的第一杆和另一段大直径的第二杆，第二杆套设在第一杆上。作为另一种优选，也可分为三段，如果图5所示，两个大直径的第二杆和第三杆，一个小直径的第一杆，第二杆和第三杆直径相等，第一杆设置在第二杆和第三杆中间，第二杆和第三杆套设在第一杆上。

当气瓶内部分充满液化天然气时，防浪板在液化天然气的浮力作用下达到一种半浸入的漂浮状态，因为单侧转筒的防浪板本体1为四块均匀分布在转筒上彼此之间呈90°，所以在浮力的作用下可以保证防浪板不会全部浸没或全部在外面。由于四块防浪板本体1均匀分布在转筒上彼此之间呈90°，在液体的浮力下其中的两块防浪板会与液面贴合，在天然气液体的支撑下浮起；两外两块防浪板则与液面垂直，一块处在液体之上，一块处在天然气液体内部。

当气瓶内充满液化天然气时，一般产生不了太大的浪花，或者说防浪板浸没在液化天然气内，将气瓶内部的液化天然气分割成了四个不同的部分，流动性减弱。

利用防浪板本体1的转动来实现功能，当气瓶内的液化天然气液体击打到防浪板本体1上时或者天然气液体晃动时候，通过防浪板的转动使液化天然气顺着防浪板流回到气瓶内，从而达到防浪的效果；同时液化天然气在防浪板上的流动更是减小了气瓶内部由于自身剧烈翻滚而产生的噪音，与传统的固定式防浪板相比，本发明可以实现根据气瓶内部液面的高度变化而自动适应防浪，且结构合理，便于气瓶连接，安装起来稳定可靠。本发明属于可升降式的防浪板设计，所以防浪板高度可随液面的变化而变化。

工作过程：

当汽车在行进过程中，尤其是汽车行驶至复杂路况或者需要急停急转时，气瓶内部的液化天然气会在惯性作用下晃动形成激荡的浪花，晃动的天然气液体会驱动转动式防浪板本体1绕中心轴转动；处于液化天然气之中的防浪板本体1会随着液体的流动而发生转动，而没有浸入液体内的上防浪板本体1由于下半部分的转动也会驱动其完成转动；这样即使在晃动过程中出现过高的液体，也会随着上部分转动的防浪板本体1的旋转而带回气瓶的液体中，不至激起浪花。

随着气瓶内液化天然气的使用，液面会逐渐的下降，本发明转动式防浪板的高度可以随着液面的变化借助浮力的作用实现自动的升降。

当气瓶内的液化天然气完全低于防浪板时，这时液化天然气完全处于防浪板之下，在防浪板本身的遮蔽下，则不至会激起浪花。

工作原理：

借助液化天然气的流体力学原理来驱动防浪板转动，并依靠防浪板的转动使被激起的液化天然气回流至气瓶中；并且防浪板在液化天然气浮力的作用下，其高度可随气瓶内液化天然气的液面高度而发生变化。

气瓶内部，当液化天然气出现晃动时(这里以液化天然气向左侧晃动为例)：液体内部的防浪板随液体的瞬时晃动而向左上转动，而液体上部的防浪板在这种驱动下右下转动，这就可以形成一次转动。由于气瓶内胆为圆柱弧形，所以内部向左晃动的液体最终和气瓶碰撞而翻起击打在已经转动的防浪板上而顺势流入气瓶内。

汽车的颠簸是随机的，但是无论如何改变液体流动方向，一旦出现液体剧烈晃动，上述的转动趋势都会在瞬间出现。而此转动式防浪板的目的则是使液化天然气在防浪板的承接作用下流回气瓶，至于转动方向或者是否顺着转动方向不太重要，只要防浪板可以转动，那么液体就可以利用这种作用流下。

至于防浪板的阻力，由于防浪板自身就为轻质材料，并且转筒内部安装有深沟球轴承，可以在防浪板受力的情况下驱动其转动。而气瓶本身容积较大，液体的流量也较大，所以当出现晃动时，液体所具备的流体力也要远大于防浪板自身的阻力。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.一种用于车载液化天然气气瓶的可升降转动式内置防浪板，其特征在于，包括：

可竖直伸缩的支架，其下端固定气瓶内壁底部；

水平轴，其中间位置固定在所述支架上端；

两个转筒，其可旋转支撑在所述水平轴上，并且分别位于中间位置的两侧；

四个矩形防浪板本体，其为矩形并且固定在所述转筒的外圆周上，相邻的防浪板本体之间相互垂直。

2.如权利要求1所述的用于车载液化天然气气瓶的可升降转动式内置防浪板，其特征在于，所述转筒和防浪板本体采用高分子材料的聚合物。

3.如权利要求2所述的用于车载液化天然气气瓶的可升降转动式内置防浪板，其特征在于，所述转筒的端部密封，避免天然气液体进入。

4.如权利要求2所述的用于车载液化天然气气瓶的可升降转动式内置防浪板，其特征在于，所述转筒通过深沟球轴承支撑在所述水平轴上。

5.如权利要求1、2、3或4所述的用于车载液化天然气气瓶的可升降转动式内置防浪板，其特征在于，所述可竖直伸缩的支架分为两段，一段小直径的第一杆和另一段大直径的第二杆，第二杆套设在第一杆上。

6.如权利要求1所述的用于车载液化天然气气瓶的可升降转动式内置防浪板，其特征在于，所述防浪板本体的一边和所述转筒固定，所述一边的长度和所述转筒的长度相同。

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