一种减缓液舱晃荡的弹性浮子式装置

1.本发明涉及液体运输技术领域，尤其涉及一种减缓液舱晃荡的弹性浮子式装置。


背景技术：

2.液舱晃荡问题广泛存在于航天、船舶、以及车辆等液体运输行业。液舱晃荡是一种非常复杂的流体运动现象，一般是指两种或两种以上互不相溶的物质在有限空间内的运动，并存在可自由移动的自由表(界)面以及很强的非线性和随机性的特点。当发生液舱晃荡时，自由液面就会发生剧烈运动，会产生较大的力和力矩，因此对载液容器局部或整体的稳定性和安全性都会造成危害。因此需要一种装置来减缓或抑制液舱晃荡。
3.申请日为2019年04月30日，公开号为cn110217349b的中国发明专利申请公布说明书公开了“一种减缓船舶液舱晃荡多孔装置”，提出了一种可以调节多孔介质板组在液舱内的浸没深度的多孔装置，但是该装置对某单一晃荡的减缓效果较好，而对多自由度晃荡的减缓晃荡的效果较差。
4.申请日为2021年04月30日，公开号为cn113772021a的中国发明专利申请公布说明书公开了“一种可调节液舱制荡的方法”，提出了一种通过调整弹簧与阻尼器的参数，使舱内液体的实际一阶共振频率远离外激励频率，防止发生共振的方法，但是当液舱内的液位变化时，无法根据液位的变化进行调整纵隔板深度，存在抑制液舱晃荡效果差的问题；并且不能调节多自由度的晃荡。
5.目前，为了降低液舱晃荡对舱壁的危害，抑制或减缓液舱晃荡采取的主要方法是：在液舱内加隔板，或者是改变液舱壁的结构形式，但是存在一定的问题：(1)当液舱内加入隔板时，自然晃荡频率从一个固定值转变成成了另一个固定值，很难解决发生共振的难题，存在抑制液舱晃荡效果差的问题；(2)现有的液舱制荡方法对某单一方向的减缓效果较好，而对整体的减缓晃荡的效果较差。


技术实现要素：

6.发明目的：本发明的目的是提供一种减缓液舱晃荡、避免液体发生共振的弹性浮子式装置。
7.技术方案：本发明提供了一种减缓液舱晃荡的弹性浮子式装置包括缓冲阻尼导轨结构、浮子、弹簧和弹簧连接器。所述缓冲阻尼导轨结构包括导轨和滑块，所述浮子通过弹簧连接成一体式结构，所述一体式结构侧面通过弹簧连接器铰接在滑块上。
8.进一步的，所述导轨沿竖直方向对称分布固定在液舱四周的舱壁上，每个舱壁上至少设置1个。
9.进一步的，所述浮子材质具有弹性，可以是eva(乙烯-醋酸乙烯共聚物)材质。
10.进一步的，所述浮子的直径大于浮子间的距离。
11.进一步的，所述最外层浮子与液舱舱壁留有距离，用于保证在液体晃动时浮子不会直接碰撞舱壁。
12.进一步的，所述浮子数量可以根据液舱尺寸的大小来确定。
13.进一步的，所弹簧的弹性系数可根据液舱尺寸的大小来确定。
14.进一步的，所述浮子与弹簧连接构成的一体式结构，可以是一层，也可以是多层。
15.进一步的，所述导轨上镀有弹性防腐蚀膜，用于保护缓冲阻尼导轨的，也可以起到直接减缓液舱晃荡的作用，同时可以防止导轨长期浸泡在液体中发生腐蚀。
16.有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：
17.(1)本发明能够在一定程度上抑制液舱内的液体晃荡，加速液体内部晃动能量的耗散，缩短液面恢复平静的时间，能明显降低液体晃动过程中的晃动压力的幅值，加快晃动压力的衰减速度；
18.(2)本发明可以用于不同载液高度的液体运输过程中，并且随着载液高度的变化其防晃性能表现得比较稳定；
19.(3)本发明可以减缓6个自由的运动产生的晃荡；
20.(4)本发明舱内液体晃荡的自然频率随浮子结构在液体中的位置变化而动态调整，使得液体晃荡的自然频率始终偏离外部激励频率，从而减少液舱发生共振的几率。
附图说明
21.图1为本发明的结构示意图；
22.图2为本发明的主视图；
23.图3为本发明的俯视图；
24.图4为本发明的侧视图；
25.图5是本发明的导轨结构示意图；
26.图6是本发明的铰接结构示意图。
具体实施方式
27.下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
28.本发明提供的一种减缓液舱晃荡的弹性浮子式装置，如图1所示，包括缓冲阻尼导轨结构1、浮子4、弹簧5和弹簧连接器6。缓冲阻尼导轨结构包括导轨2和滑块3，浮子4通过弹簧5连接成一体式结构，一体式结构侧面通过弹簧连接器6铰接在滑块3上。液舱内部的舱壁上，有至少一个缓冲阻尼导轨2，弹簧连接器6把缓冲阻尼导轨2和浮子4连接起来，浮子4通过弹簧5的连接形成一体式结构，如图3所示，浮子4按照纵横交错排列的方式进行排列，能有效降低6个自由度运动产生的晃荡造成的危害。通过弹簧5连接浮子4整体可以吸收并耗散舱内液体晃荡时产生的能量，通过铰接的方式与导轨2连接，能让舱内液体晃荡的自然频率随浮子结构在液体中的位置变化而动态调整，使液体晃荡的自然频率始终偏离外部激励频率，减少液舱发生共振的几率有效的降低发生共振的可能性，从而降低液体晃荡时对舱壁产生的压力，降低舱内的稳态波高。
29.与液舱相连接的导轨2上镀一层橡胶膜，起到保护缓冲阻尼导轨2和舱壁的作用。缓冲阻尼导轨2结构中的滑块3具有较强灵活性，在运输液体过程中，通过弹簧5连接的浮子4整体所受的力，可以使得滑块3上下移动，改变浮子4所处位置，可以用于不同载液率的情况。
30.滑块3与浮子4通过铰接的方式连接且最外层的浮子应该与舱壁保留一定的距离，以避免在液体运输过程中浮子与舱壁的碰撞，弹簧5可以起到暂时性吸收和储存能量的作用，进而可以降低由液体晃荡对舱壁产生的作用力。
31.与弹簧5连接的浮子4，由于材料不同时其防晃性能也不相同，通过试验和数值模拟的方法证明对直径相同材料不同的两种浮球来说，弹性更好的浮球对液体晃动的抑制效果更好，因此选择弹性较好，密度与水及其接近的材料eva(乙烯-醋酸乙烯共聚物)。材料eva(乙烯-醋酸乙烯共聚物)是一种新型的环保塑料泡沫材料，具有良好的缓冲性，耐冲性，隔热性，耐湿性，耐化学性并且无毒，不吸收液体等优点。


技术特征：
1.一种减缓液舱晃荡的弹性浮子式装置，包括缓冲阻尼导轨结构(1)，所述缓冲阻尼导轨结构(1)包括导轨(2)和滑块(3)，其特征在于，还包括浮子(4)、弹簧(5)和弹簧连接器(6)，所述浮子(4)通过弹簧(5)连接成一体式结构，所述一体式结构侧面通过弹簧连接器(6)铰接在滑块(3)上。2.根据权利要求1所述的一种减缓液舱晃荡的弹性浮子式装置，其特征在于，所述导轨(2)沿竖直方向对称分布固定在液舱四周的舱壁上，每个舱壁上至少设置1个。3.根据权利要求1所述的一种减缓液舱晃荡的弹性浮子式装置，其特征在于，所述浮子(4)具有弹性。4.根据权利要求1所述的一种减缓液舱晃荡的弹性浮子式装置，其特征在于，所述浮子(4)的直径大于浮子间的距离。5.根据权利要求1所述的一种减缓液舱晃荡的弹性浮子式装置，其特征在于，所述最外层浮子(4)与液舱舱壁留有距离。6.根据权利要求1所述的一种减缓液舱晃荡的弹性浮子式装置，其特征在于，所述导轨(2)上镀有弹性防腐蚀膜。

技术总结
一种减缓液舱晃荡的弹性浮子式装置，包括缓冲阻尼导轨结构、浮子、弹簧和弹簧连接器。缓冲阻尼导轨结构包括导轨和滑块，浮子通过弹簧连接成一体式结构，一体式结构侧面通过弹簧连接器铰接在滑块上，高度可通过滑轨调节。本发明装置可以调整在不同载液高度情况下液舱晃荡的情况，并且能够调节吸收并耗散舱内液体的晃动能量，起到整体减缓液体晃荡的作用，同时，舱内液体晃荡的自然频率随浮子结构在液体中的位置变化而动态调整，因此液体晃荡的自然频率始终偏离外部激励频率，能有效的避免液体发生共振，进而减少液舱共振的发生几率。进而减少液舱共振的发生几率。进而减少液舱共振的发生几率。


技术研发人员：卢莉莉 朱仁庆 夏志平 方译彩 林高懂 王兴印
受保护的技术使用者：江苏科技大学
技术研发日：2022.07.19
技术公布日：2022/10/11