CN113653935B - 一种大型lng储罐用耗能防晃装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及隔震减震技术领域，具体涉及一种大型LNG储罐用耗能防晃装置，包括浮板、环形挡板和第一耗能单元，浮板呈圆形板浮于LNG储罐内的液体表面上，浮板的外周与圆形的LNG储罐的内壁间隙配合，环形挡板呈竖直设置的两端开口的圆筒状，环形挡板设于浮板的上方与环形挡板同轴固定连接，第一耗能单元包括质量块和多个弹性件，质量块可移动地设置于浮板的上表面中心，多个弹性件呈放射状均布于浮板上方，弹性件的一端与质量块连接，弹性件的另一端与所述环形挡块的内壁连接。本方案能有效减弱地震时LNG储罐内液体的晃动幅度，提高LNG储罐安全性能。

Description

一种大型LNG储罐用耗能防晃装置

技术领域

本发明涉及隔震减震技术领域，具体涉及一种大型LNG储罐用耗能防晃装置。

背景技术

目前，为了提高大型LNG储罐在地震下的安全性能，已有实际工程在储罐底部采取了基础隔震措施，如设置叠层橡胶支座、摩擦摆支座等。已有研究表明，隔震支座可以有效减小罐体加速度、基底剪力、罐壁应力等动力响应，但对液体晃动的控制作用较差，甚至还会放大液面的晃动情况。

大型LNG储罐内液体的自振周期较长，当遭遇长周期地震或脉冲型近断层地震时，液体会产生剧烈的晃动，对罐壁产生巨大的冲击力，容易引起罐壁屈曲等破坏。同时，较大的晃动波高还会发生液体溢出的现象，容易引发火灾、爆炸等次生灾害，造成严重的经济损失。因此，为了控制液体的晃动响应，需要在罐体内采用一种特殊的防晃装置来减少液面的晃动。

为了控制储罐内液体的晃动，中国专利CN 112963727 A一种布设隔板和钢筋网的大型LNG储罐和中国专利CN112963726A一种安装竖向-环向隔板的大型LNG储罐公开了在LNG储罐内布设竖向和环向隔板的方式，增加液体晃荡时的阻尼来控制液体晃动，但该方法需在LNG储罐罐壁的环向和竖向焊接大量挡板，焊接会对罐壁产生较大的残余应力，且大型LNG储罐的直径长达50m-80m，焊接工作量巨大，大大提高了施工难度和成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大型LNG储罐用耗能防晃装置，以有效减小在发生地震时大型LNG储罐内液体的晃动。

为达到上述目的，本发明的基础方案如下：

一种大型LNG储罐用耗能防晃装置，包括浮板、环形挡板和第一耗能单元；

所述浮板呈圆形板浮于LNG储罐内的液体表面上，浮板的外周与圆形的LNG储罐的内壁间隙配合，所述环形挡板呈竖直设置的两端开口的圆筒状，所述环形挡板设于所述浮板的上方与环形挡板同轴固定连接；

所述第一耗能单元包括质量块和多个弹性件，所述质量块可移动地设置于所述浮板的上表面中心，多个所述弹性件呈放射状均布于所述浮板上方，所述弹性件的一端与所述质量块连接，弹性件的另一端与所述环形挡板的内壁连接。

本发明基础方案的原理在于：

当发生地震导致LNG储罐内的液体表面晃动时，浮板随液面晃动发生倾斜，在浮板晃动发生的倾斜使浮板与水平面的夹角到达一定角度时，质量块重力的沿浮板表面斜向下的分力大于所有弹性件对质量块的约束力，这时质量块向浮板斜向下方移动产生动能耗能，同时随着质量块的移动，与质量块和环形挡板连接的弹性件产生形变耗能，随着液面的反复来回晃动，质量块不断来回移动耗能和弹性件的不断形变耗能，快速消耗掉地震传递给液体的能量使液体晃动得以逐渐减弱，避免液体发生长周期大幅晃动引起的危害。

当地震造成罐体内的液面晃动使浮板跟随液面发生晃动产生倾斜，只有当浮板倾斜到使质量块的重力在沿浮板倾斜方向产生的分力大于所有弹性件对质量块的约束力的情况下，质量块才开始移动进行耗能，因此，可以通过更换质量块的重量或者通过更换不同规格的弹性件来决定质量块开始移动耗能的条件，也即是可以通过调节质量块的重量或者弹性件的规格来决定质量块开始介入耗能时浮板的晃动幅度。

本发明基础方案的有益效果在于：

与现有的通过在罐体内焊接大量的环向和竖向的隔板来控制LNG液体晃动相比，本发明的基础方案至少具有以下有益效果：

1.本方案的耗能部件不与LNG液体接触，不会对LNG液体产生污染；

2.本方案的质量块由于不与LNG液体接触，质量块的移动不会与LNG液体产生摩擦，不会在LNG液体内产生静电，降低安全隐患；

3.本方案可以通过调节质量块的重量或者弹性件的规格来决定质量块开始介入耗能时浮板的晃动幅度；

4.本方案不需在大型LNG储罐罐壁的环向和竖向焊接大量挡板，因此本方案大大降低了施工难度和减小施工成本，也不会由于大量焊接对LNG储罐罐壁产生较大的残余应力导致LNG储罐变形。

进一步，所述一种大型LNG储罐用耗能防晃装置还包括成环状均匀分布于LNG储罐内壁的多个第二耗能单元，所述第二耗能单元包括滑移部、耗能部和缓释部；

所述滑移部包括滑座和移动块，所述滑座与LNG储罐内壁固定连接，所述移动块包括均竖直设置的竖板和与竖板固定连接的T型滑轨，所述滑座上竖直设置与所述T型滑轨配合的T型滑道使所述移动块可沿所述T型滑道竖直上下移动，所述竖板上竖直固定连接齿条，竖板下端固定连接水平设置的第一推板；

所述耗能部包括底座、扭簧和与所述齿条啮合的齿轮，所述底座与LNG储罐内壁固定连接，所述齿轮同轴固定连接转轴，所述底座上设置与所述转轴配合的轴孔，齿轮通过转轴与底座转动连接，所述扭簧套设在转轴外，扭簧一端与所述齿轮固定连接，扭簧的另一端与所述底座固定连接；

所述缓释部包括第一横道、第二横道和竖直道，所述第一横道水平设于所述底座内将所述轴孔与底座外部空间连通，第一横道内靠近轴孔的一端滑动连接摩擦块，第一横道靠近底座外壁的端口处固定连接将第一横道封堵的堵块，第一横道内设置第一拉簧，所述第一拉簧的一端与所述摩擦块固定连接，拉簧的另一端与所述赌块固定连接；

所述第二横道水平设于所述滑座内，第二横道的一端为盲端，第二横道的另一端与所述T型滑道连通，第二横道内设置第二压簧和滑块，所述滑块与第二横道滑动连接，滑块的外端伸出所述第二横道外，滑块的外端设置为斜面，当所述滑轨沿所述T型滑道向上移动挤压所述滑块的斜面时，滑块向靠近第二横道的盲端方向滑动，所述第二压簧的一端与第二横道的盲端固定连接，第二压簧的另一端与滑块固定连接，滑座内设置将第二横道与滑座外部空间连通的第二气道，所述第二气道通过气管与所述第二横道连通；

所述竖直道竖直贯穿所述底座，竖直道的上端口处固定连接固定环，竖直道内滑动连接滑柱，竖直道内竖直设置第三压簧，所述第三压簧的上端与所述固定环固定连接，第三压簧的下端与所述滑柱的上端固定连接，滑柱的下端水平固定连接第二推板，所述底座内还设置排气道，所述排气道的一端与所述第二横道连通，排气道的另一端与所述竖直道连通，当第二推板在第三压簧的拉力下处于平衡状态时，所述滑柱的上端位于所述排气道与所述竖直道连通处的下方。

当地震使LNG储罐内的液体带动浮板晃动倾斜时，在晃动周期的前半段，环形挡板向上倾斜的一端推动第一推板和第二推板向上移动，第一推板带动滑柱向上滑动将排气道封堵住，第二推板带动竖板连同齿条一同向上移动时，与齿条啮合的齿轮带动转轴一同转动使扭簧变形耗能；

当竖板向上移动时与竖板固定连接的T型滑轨一同向上滑动挤压滑块，使滑块克服第二压簧的弹力向靠近第二横道的盲端方向滑动使第二横道内腔气压增大，第二横道内腔被挤压的气体经第二气道再经气管进入第一横道内使第一横道内的气压增大，第一横道内的高压气体推动摩擦块克服第一拉簧的弹力向靠近转轴方向移动压紧转轴外表面加大转轴的旋转阻力，当T型滑轨越过滑块继续向上移动时，滑块无法向第二横道外部伸出，这时摩擦块一直保持压紧转轴的状态；

随着晃动的进行，浮板晃动进入晃动周期的后半段，浮板开始反向倾斜，这时环形挡板回落脱离第一推板，在滑柱的自重和第三压簧的弹力下，滑柱向下移动使第二推板与环形挡板上端保持接触；这时摩擦块仍保持压紧转轴使转轴转动困难，在扭簧的回弹力下转轴回转较慢，进一步使竖板向下移动的速率较慢，使得第一推板不会在扭簧的回弹力下推动浮板加速浮板反向倾斜；

在一个晃动周期的后半段，浮板反向倾斜过程中浮板越过水平线位置时，这时滑柱低端的第二推板与环形挡板开始脱离接触，第三压簧开始对滑柱产生拉力使滑柱不再向下滑动，这时滑柱下滑到排气道与竖直道连通处的下方，第一横道内腔与竖直道连通将第一横道内的高压气体经排气道排入竖直道并排到底座外部，进而，第一横道的内腔压力降低，在第一拉簧的拉力下摩擦块离开转轴使转轴能自由转动，在扭簧的回弹力下齿轮快速转动耗能，使齿条带动竖板快速向下移动，当扭簧回弹释放能量至扭簧原始状态时，扭簧无法再使齿轮旋转，齿条不再向下移动。

在下一晃动周期开始，环形挡板又重复推动第一推板和第二推板向上移动，如此反复，随着第一耗能单元和第二耗能单元的不断对LNG储罐内的液体晃动进行耗能，LNG储罐内的液体的晃动会越来越小，LNG储罐内的液体的晃动得到有效控制。

进一步，为了增加耗能功率，所述竖板的左右两端均竖直固定连接齿条，所述耗能部有2个，2个耗能部分别对称设置于所述滑移部的左右两侧。

进一步，所述弹性件包括粘滞阻尼器和弹簧，所述粘滞阻尼器的一端与所述环形挡板连接，粘滞阻尼器的另一端连接滑动板，所述弹簧的一端与所述滑动板连接，弹簧的另一端与所述质量块连接，所述滑动板和所述质量块的底部均连接万向轮。

进一步，为了最大化利用空间，增加质量块的移动空间和提高环形挡板与浮板的连接强度，所述环形挡板的外径与所述浮板的直径相同，环形挡板与浮板一体成型。

进一步，为了方便更换不同规格的粘滞阻尼器和弹簧，以改变质量块开始介入移动耗能时浮板的倾斜度，所述粘滞阻尼器与所述环形挡板和所述滑动板均钩接，所述弹簧与所述质量块和所述滑动板均钩接。

进一步，为了方便浮板的安装和更换，LNG储罐内壁固定连接第一底板和第二底板，所述滑座与所述第一底板螺栓连接，所述底座与所述第二底板螺栓连接，当需要取出或更换浮板时，将所述底座和所述滑座拆除，方便浮板的取放。

附图说明

图1为本发明实施例的主视图方向结构示意图。

图2为本发明实施例的俯视图方向结构示意图。

图3为第二耗能单元俯视图方向结构示意图。

图4为图1中A部放大图。

图5为移动块主视图。

图6为移动块左视图。

图7为第二横道处结构示意图。

图8为主视图方向底座内部结构示意图。

图9为左视图方向的滑柱与底座配合示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：LNG储罐10、浮板20、环形挡板30、质量块401、弹簧402、粘滞阻尼器403、滑动板404、万向轮405、第二耗能单元50、第二底板501、底座502、第一横道5021、摩擦块5022、堵块5023、第一拉簧5024、排气道5025、竖直道5026、第三压簧5027、固定环5028、齿轮503、转轴504、轴孔5041、扭簧505、齿条506、第一底板507、滑座508、T型滑道5081、第二横道5082、滑块5083、第二压簧5084、第二气道5085、竖板5091、T型滑轨5092、第一推板5093、气管60、滑柱70、第二推板701。

本实施例的一种大型LNG储罐用耗能防晃装置，包括浮板、环形挡板、第一耗能单元和第二耗能单元。

结合图1、图2所示，浮板20呈圆形板浮于LNG储罐10内的液体表面上，浮板20的外周与圆形的LNG储罐10的内壁间隙配合，环形挡板30呈竖直设置的两端开口的圆筒状，环形挡板30与浮板20同轴设置，环形挡板30的外径与浮板20的直径相同，环形挡板30设于浮板20的上方与浮板20一体成型。

第一耗能单元包括质量块401和多个弹性件，质量块401呈圆形块设置于浮板20的上表面中心，为减小质量块401移动时的阻力，在质量块401的底部固定连接万向轮405，多个弹性件呈放射状均布于浮板20上方，弹性件的数量可以根据实际使用情况灵活确定，在本实施例中弹性件有8个，弹性件包括粘滞阻尼器403和弹簧402，粘滞阻尼器403的一端与环形挡板30的内壁连接，粘滞阻尼器403的另一端连接滑动板404，弹簧402的一端与滑动板404连接，弹簧402的另一端与质量块401连接，滑动板404的底部连接万向轮405，为方便更换不同规格的粘滞阻尼器403和弹簧402，粘滞阻尼器403与环形挡板30和滑动板404均采用钩接的方式进行连接，弹簧402与质量块401和滑动板404均采用钩接的方式进行连接。

第二耗能单元50设置于第一耗能单元的上方空间，第二耗能单元50有8个与第一耗能单元对应设置，8个第二耗能单元50成环状均匀分布于LNG储罐10的内壁。

第二耗能单元50包括滑移部、耗能部和缓释部。结合图1、图3、图4所示，滑移部包括滑座508和移动块，LNG储罐10的内壁上焊接有第一底板507，滑座508与第一底板507螺栓固定连接；

结合图3-图6，移动块包括均竖直设置的竖板5091和与竖板5091固定连接的T型滑轨5092，滑座508上竖直设置与T型滑轨5092配合的T型滑道5081使移动块可沿T型滑道5081竖直上下移动，竖板5091的左右两端均竖直固定连接齿条506，竖板5091的下端固定连接水平设置的第一推板5093；

耗能部包括底座502、扭簧505和与齿条506啮合的齿轮503，结合图1、图3所示，耗能部有2个，2个耗能部分别对称设置于滑移部的左右两侧，LNG储罐10内壁焊接有第二底板501，底座502与第二底板501螺栓固定连接，齿轮503上同轴固定连接转轴504，底座502上设置与转轴504配合的轴孔5041，齿轮503通过转轴504与底座502转动连接，扭簧505套设在转轴504外，扭簧505一端与齿轮503固定连接，扭簧505的另一端与底座502固定连接；

缓释部包括第一横道5021、第二横道5082和竖直道5026，结合图8，第一横道5021水平设于底座502内将轴孔5041与底座502外部空间连通，第一横道5021内靠近轴孔5041的一端滑动连接摩擦块5022，第一横道5021靠近底座502外壁的端口处设置将第一横道5021封堵的堵块5023，堵块5023上设置将第一横道5021与底座502的外部空间连通的通孔，第一横道5021内设置第一拉簧5024，第一拉簧5024的一端与摩擦块5022固定连接，第一拉簧5024的另一端与堵块5023固定连接，为方便在第一横道5021内放置摩擦块5022和调节摩擦块5022的初始位置，第一横道5021靠近底座502外壁的端口处内壁设置内螺纹，堵块5023上配合设置外螺纹使堵块5023与第一横道5021螺纹连接；

如图7所示，第二横道5082水平设于滑座508内，第二横道5082的一端为盲端，第二横道5082的另一端与T型滑道5081连通，第二横道5082内设置第二压簧5084和滑块5083，滑块5083与第二横道5082滑动连接，滑块5083的外端伸出第二横道5082外，滑块5083的外端设置为斜面，当T型滑轨5092沿T型滑道5081向上移动挤压滑块5083的斜面时，滑块5083向靠近第二横道5082的盲端方向滑动，第二压簧5084的一端与第二横道5082的盲端固定连接，第二压簧5084的另一端与滑块5083固定连接，结合图3、图8所示，滑座508内设置将第二横道5082与滑座508外部空间连通的第二气道5085；

结合图3、图7和图8，缓释部还包括气管60，气管60的一端与堵块5023上的通孔密封连通，气管60的另一端与第二气道5085的外端口密封连通。

结合图3、图8、图9所示，竖直道5026竖直贯穿底座502，竖直道5026的上端口处固定连接固定环5028，固定环5028呈圆环状设置有将竖直道5026的内腔与底座502的外部空间连通的通道，竖直道5026内滑动连接滑柱70，竖直道5026内竖直设置第三压簧5027，第三压簧5027的上端与固定环5028固定连接，第三压簧5027的下端与滑柱70的上端固定连接，滑柱70的下端水平固定连接第二推板701，底座502内还设置排气道5025，排气道5025的一端与第二横道5082连通，排气道5025的另一端与竖直道5026连通；

结合图1、图4所示，在没有发生地震时，第二推板701在第三压簧5027的拉力下处于平衡状态时，滑柱70的上端位于排气道5025与竖直道5026连通处的下方，第二推板701的底面与环形挡板30的上端面接触，此时在扭簧505弹力的约束下第一推板5093的底面与环形挡板30的上端面之间留有距离，以便当地震使浮板20带动环形挡板30晃动向上移动时，第二推板701先带动滑柱70向上移动将排气道5025封堵住，再推动第一推板5093使T型滑轨5092挤压滑块5083，保证滑块5083移动时，排气道5025被滑柱70封堵住。

以现有技术相比，本实施例一种大型LNG储罐用耗能防晃装置至少具有以下有益效果：

1.本方案的耗能部件不与LNG液体接触，不会对LNG液体产生污染；

2.本方案的质量块由于不与LNG液体接触，质量块的移动不会与LNG液体产生摩擦，不会在LNG液体内产生静电，降低安全隐患；

3.本方案可以通过调节质量块的重量或者弹性件的规格来决定质量块开始介入耗能时浮板的晃动幅度；

4.本方案不需在大型LNG储罐罐壁的环向和竖向焊接大量挡板，因此本方案大大降低了施工难度和减小施工成本，也不会由于大量焊接对LNG储罐罐壁产生较大的残余应力导致LNG储罐变形。

5.本方案通过质量块的运动耗能与各弹性件的形变耗能结合，提高了耗能功率。

6.本方案的第二耗能单元通过设置缓释部使第一推板5093的下移速度小于浮板反向倾斜时的下移速度，使得第一推板不会在扭簧的回弹力下推动浮板加速其反向倾斜，提高了扭簧的耗能效果。

7.本方案的耗能部件可在液化天然气的低温环境下工作，受温度影响较小。

以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (6)

1.一种大型LNG储罐用耗能防晃装置，包括浮板、环形挡板和第一耗能单元；其特征在于：

所述浮板呈圆形板浮于LNG储罐内的液体表面上，浮板的外周与圆形的LNG储罐的内壁间隙配合，所述环形挡板呈竖直设置的两端开口的圆筒状，所述环形挡板设于所述浮板的上方与环形挡板同轴固定连接；

所述第一耗能单元包括质量块和多个弹性件，所述质量块可移动地设置于所述浮板的上表面中心，多个所述弹性件呈放射状均布于所述浮板上方，所述弹性件的一端与所述质量块连接，弹性件的另一端与所述环形挡板的内壁连接；

还包括成环状均匀分布于LNG储罐内壁的多个第二耗能单元，所述第二耗能单元包括滑移部、耗能部和缓释部；

所述滑移部包括滑座和移动块，所述滑座与LNG储罐内壁固定连接，所述移动块包括均竖直设置的竖板和与竖板固定连接的T型滑轨，所述滑座上竖直设置与所述T型滑轨配合的T型滑道使所述移动块可沿所述T型滑道竖直上下移动，所述竖板上竖直固定连接齿条，竖板下端固定连接水平设置的第一推板；

所述耗能部包括底座、扭簧和与所述齿条啮合的齿轮，所述底座与LNG储罐内壁固定连接，所述齿轮同轴固定连接转轴，所述底座上设置与所述转轴配合的轴孔，所述齿轮通过转轴与底座转动连接，所述扭簧套设在转轴外，扭簧一端与所述齿轮固定连接，扭簧的另一端与所述底座固定连接；

所述缓释部包括第一横道、第二横道和竖直道，所述第一横道水平设于所述底座内将所述轴孔与底座外部空间连通，第一横道内靠近轴孔的一端滑动连接摩擦块，第一横道靠近底座外壁的端口处固定连接将第一横道封堵的堵块，第一横道内设置第一拉簧，所述第一拉簧的一端与所述摩擦块固定连接，拉簧的另一端与所述堵块固定连接；

所述第二横道水平设于所述滑座内，第二横道的一端为盲端，第二横道的另一端与所述T型滑道连通，第二横道内设置第二压簧和滑块，所述滑块与第二横道滑动连接，滑块的外端伸出所述第二横道外，滑块的外端设置为斜面，当所述T型滑轨沿所述T型滑道向上移动挤压所述滑块的斜面时，滑块向靠近第二横道的盲端方向滑动，所述第二压簧的一端与第二横道的盲端固定连接，第二压簧的另一端与滑块固定连接，滑座内设置将第二横道与滑座外部空间连通的第二气道，所述第二气道通过气管与所述第一横道连通；

所述竖直道竖直贯穿所述底座，竖直道的上端口处固定连接固定环，竖直道内滑动连接滑柱，竖直道内竖直设置第三压簧，所述第三压簧的上端与所述固定环固定连接，第三压簧的下端与所述滑柱的上端固定连接，滑柱的下端水平固定连接第二推板，所述底座内还设置排气道，所述排气道的一端与所述第二横道连通，排气道的另一端与所述竖直道连通，当第二推板在第三压簧的拉力下处于平衡状态时，所述滑柱的上端位于所述排气道与所述竖直道连通处的下方。

2.根据权利要求1所述的一种大型LNG储罐用耗能防晃装置，其特征在于：所述竖板的左右两端均竖直固定连接齿条，所述耗能部有2个，2个耗能部分别对称设置于所述滑移部的左右两侧。

3.根据权利要求2所述的一种大型LNG储罐用耗能防晃装置，其特征在于：所述弹性件包括粘滞阻尼器和弹簧，所述粘滞阻尼器的一端与所述环形挡板连接，粘滞阻尼器的另一端连接滑动板，所述弹簧的一端与所述滑动板连接，弹簧的另一端与所述质量块连接，所述滑动板和所述质量块的底部均连接万向轮。

4.根据权利要求3所述的一种大型LNG储罐用耗能防晃装置，其特征在于：所述环形挡板的外径与所述浮板的直径相同，环形挡板与浮板一体成型。

5.根据权利要求4所述的一种大型LNG储罐用耗能防晃装置，其特征在于：所述粘滞阻尼器与所述环形挡板和所述滑动板均钩接，所述弹簧与所述质量块和所述滑动板均钩接。

6.根据权利要求5所述的一种大型LNG储罐用耗能防晃装置，其特征在于：LNG储罐内壁固定连接第一底板和第二底板，所述滑座与所述第一底板螺栓连接，所述底座与所述第二底板螺栓连接。

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