一种储罐用多维减隔震装置
技术领域
本发明涉及生命线工程技术领域，具体涉及一种储罐用多维减隔震装置。
背景技术
在大型LNG储罐地区，一次大的地震，可以使LNG储罐发生屈曲、破坏、倒塌甚至爆炸，除储罐造成的损失外，还会产生严重的次生灾害，如火灾，除了大量的财产损失外，还会造成大量的人员伤亡。
为了减少地震对LNG储罐的影响，目前在大型LNG储罐的底部一般都设置橡胶隔震支座，可以降低地震造成的损坏，起到保护上部设备的安全。但目前的橡胶隔震支座只是运用到两个水平方向的隔震上，在竖向及水平扭转方向减震作用甚少，从历次大地震所测到的地震记录来看，竖向地震在整个地震能量中占有不少份量，同时还含有部分扭转份量，作为重大生命线工程，如何减轻大型LNG储罐在多维地震中受到的损坏一直是一个值得研究的课题。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足提供一种储罐用多维减隔震装置，本装置竖向不承担竖向荷载，水平两个方向和竖向均可以自由滑动，同时在绕竖直轴的方向也可以自由扭转，并且在上述四个方向可以提供相应的阻尼功能，同时不妨碍水平及竖向隔震支座发生任意水平方向的运动和竖向运动，使支座具有多维减隔震功能。
本发明通过以下技术方案实现该目的：
一种储罐用多维减隔震装置，包括水平阻尼系统、竖向阻尼系统、抗扭转阻尼系统、圆形导轨系统和滚珠丝杠系统，所述水平阻尼系统包括水平第一维阻尼系统和水平第二维阻尼系统，所述水平第一维阻尼系统和水平第二维阻尼系统均可在水平方向滑动，两者水平滑动方向相互垂直；所述竖向阻尼系统设置于水平第一维阻尼系统的下方，竖向阻尼系统设有内腔，竖向阻尼系统自身可发生竖向运动；所述圆形导轨系统设置于竖向阻尼系统与水平第二维阻尼系统之间，包括能相互转动的上轨道、下轨道，所述上轨道上设置有通孔，所述下轨道内设有空腔；所述滚珠丝杠系统包括滚轴、设置于滚轴上半段的螺母及设置在滚轴和螺母之间的滚珠，所述滚轴贯穿所述通孔，下端伸入下轨道的空腔内，上端伸入竖向阻尼系统的内腔内，所述螺母与上轨道的上端面连接；所述抗扭转阻尼系统设置于下轨道的空腔内，上端与滚轴连接，可阻止滚轴发生转动，下端与下轨道的空腔底壁相连接，所述抗扭转阻尼系统内部可发生竖直运动。
进一步的，所述螺母与上轨道的上端面之间通过附加内连接圆筒连接。
进一步的，所述竖向阻尼系统包括能相对上下运动的内桶和外桶，所述内桶外侧设置有第一聚四氟乙烯板，所述外桶内侧设置有第一不锈钢镜面板，当内桶相对外桶发生竖向运动时，第一聚四氟乙烯板与第一不锈钢镜面板发生摩擦，产生竖向阻尼。
进一步的，所述内桶和外桶采用凸凹槽道设置。
进一步的，所述内桶的上端设置有顶环板，所述外桶的下端设置有底环板，所述顶环板与水平第一维阻尼系统连接，所述底环板与圆形导轨系统连接。
进一步的，所述水平第一维阻尼系统和水平第二维阻尼系统结构相同，均包括上顶板、下底板、设置于下底板上的导轨、设置于上顶板上的滑块和钢套壳，所述钢套壳的底部设置有第二聚四氟乙烯板，所述下底板上设置有第二不锈钢镜面板，当水平第一维阻尼系统或水平第二维阻尼系统在水平方向滑动时，所述第二聚四氟乙烯板与第二不锈钢镜面板之间产生相互滑动，形成水平方向上的阻尼。
进一步的，所述抗扭转阻尼系统包括橡胶阻尼器和防扭转桩，所述橡胶阻尼器一端与所述下轨道底部内壁连接，另一端与所述滚轴连接，所述橡胶阻尼器上设置有与防扭转桩截面形状相匹配的贯穿孔，所述滚轴下端设置有与防扭转桩截面形状相匹配的凹槽，所述防扭转桩一端与下轨道连接，另一端穿过橡胶阻尼器的贯穿孔伸入滚轴的凹槽内。
作为优选的，所述防扭转桩为方形销钉。
进一步的，所述橡胶阻尼器包括上连接板、与上连接板一体成型的外环板、下连接板、与下连接板一体成型的内环板，所述外环板和内环板之间通过环形橡胶块相连接，所述外环板能相对内环板上下运动。
作为优选的，所述橡胶阻尼器为圆形或正多边形，所述环形橡胶块由高阻尼橡胶材料制成。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明的储罐用多维减隔震装置，通过设置在水平方向运动相互垂直的水平第一维阻尼系统和水平第二维阻尼系统，除了不妨碍水平隔震支座发生任意水平方向的运动外，同时可以提供水平两个方向的阻尼，采用竖向阻尼系统，不仅可以将整个装置的扭转运动通过圆形轨道系统传递给滚轴丝杠系统，还可以为整个装置提供竖向阻尼，抗扭转阻尼系统通过约束滚轴的转动，进而将扭转运动转化为竖向运动，抗扭转阻尼系统发生竖向剪切变形，形成整体扭转阻尼，整个装置有在四个方向都可产生阻尼，且相互彼此独立，互不影响，当地震发生时，无论是水平方向，还是竖直方向，甚至是产生的扭转份量的震力，通过本装置都可以实现减震、隔震功能，大大减轻了类似大型LNG储罐在多维地震中受到的损坏，降低了产生的次级危害，此外，本装置安装方便，使用简单，运行过程中不用特别维护。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1的剖视图。
图3为本发明中滚珠丝系统的结构示意图。
图4为本发明中圆形导轨系统的结构示意图
图5为本发明中竖向阻尼系统的结构示意图。
图6为图5的剖视图。
图7为本发明中水平第一维阻尼系统或水平第二维阻尼系统的结构示意图。
图8为图7的剖视图。
图9为本发明中橡胶阻尼器的结构示意图。
图10为图9的剖视图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。
实施例1。
如图1-4所示，本实施例提供一种储罐用多维减隔震装置，包括水平第一维阻尼系统1、水平第二维阻尼系统8、竖向阻尼系统2、抗扭转阻尼系统、圆形导轨系统5和滚珠丝杠系统4，所述水平第一为阻尼系统1上方连接储罐下底板9，所述储罐下底板9设置有储罐10，水平第二维阻尼系统8与固定地面相连，所述水平第一维阻尼系统1和水平第二维阻尼系统8均可在水平方向滑动，两者水平滑动方向相互垂直；所述竖向阻尼系统2设置于水平第一维阻尼系统1的下方，其内设有内腔，竖向阻尼系统2自身能发生竖向运动；所述圆形导轨系统5设置于竖向阻尼系统2与水平第二维阻尼系统8之间，包括能相互转动的上轨道51、下轨道52，所述上轨道52上设置有通孔54，所述下轨道52内设有空腔；所述滚珠丝杠系统4包括滚轴43、设置于滚轴43上半段的螺母41及设置在滚轴43和螺母41之间的滚珠42，所述滚轴43贯穿所述通孔54，下端伸入下轨道52的空腔内，上端伸入竖向阻尼系统2的内腔内，所述螺母41与上轨道51的上端面连接；所述抗扭转阻尼系统设置于下轨道52的空腔内，上端与滚轴43连接，可阻止滚轴43发生转动，下端与下轨道52的空腔内壁相连接，所述抗扭转阻尼系统内部可发生竖直运动。
当储罐10遭受任意水平方向地震时，本发明的储罐用多维减隔震装置中的水平第一维阻尼系统1和第二维阻尼系统8将发生相应的水平运动，同时产生两个水平方向上的阻尼；当储罐遭受竖直方向地震时，水平第一维阻尼系统1将带动竖向阻尼系统2运动，竖向阻尼系统2的内部将发生相对运动，产生摩擦阻尼，形成竖向阻尼；由于地震中存在扭转分量或因隔震结构刚心与质心未完全重合，储罐结构与固定地面之间可能会发生相对扭转，此时水平第一维阻尼系统1将通过竖向阻尼系统2带动圆形轨道系统5发生转动，圆形轨道系统5此时将带动滚珠丝杠系统4的螺母41发生转动，由于滚珠丝杠系统4的滚轴43的扭转方向被抗扭转阻尼系统约束住，进而转化为竖直运动，带动抗扭转阻尼系统竖直运动，扭住阻尼系统在竖直运动中产生竖向剪切变形，形成耗能阻尼，为整个装置提供了扭转阻尼。
本发明的储罐用多维减隔震装置，在四个方向都可产生阻尼，且相互彼此独立，互不影响，当地震发生时，无论是水平方向，还是竖直方向，甚至是产生的扭转份量的震力，通过本装置都可以实现减震、隔震功能，大大减轻了类似大型LNG储罐在多维地震中受到的损坏，降低了产生的次级危害，此外，本装置安装方便，使用简单，运行过程中不用特别维护。
其中，所述螺母41与上轨道51的上端面之间通过附加内连接圆筒3连接，增强结构的稳定性，且增加了滚轴43的竖直运动形成。
其中，如图5-6所示，所述竖向阻尼系统2包括能相对上下运动的内桶22和外桶25，所述内桶22外侧设置有第一聚四氟乙烯板23，所述外桶25内侧设置有第一不锈钢镜面板24，当发生竖向地震时，内桶22会相对外桶25发生上下运动，此时第一聚四氟乙烯板23和第一不锈钢镜面板24发生相互摩擦，产生摩擦阻尼，形成了竖向阻尼。
其中，所述内桶22和外桶25采用凸凹槽道设置，当地震中存在扭转分量或因隔震结构刚心与质心未完全重合，储罐结构与固定地面之间可能会发生相对扭转，此时水平第一维阻尼系统1将带动内桶22发生转动，竖向阻尼系统2通过采用凸凹槽道设置，才能带动整个外桶25也发生转动，进而带动下面的结构发生转动。
其中，所述内桶22的上端设置有顶环板21，所述外桶25的下端设置有底环板26，所述顶环板21与水平第一维阻尼系统1连接，所述底环板26与圆形导轨系统5连接，方便竖向阻尼系统2与水平第一维阻尼系统1、圆形导轨系统5的安装和拆卸。
如图7-8所示，其中，所述水平第一维阻尼系统1和水平第二维阻尼系统8结构相同，均包括上顶板11(81)、下底板13(83)、设置于上顶板11(81)上的导轨12(82)、设置于下底板13(83)上的滑块17(87)和钢套壳16(86)，所述钢套壳16(86)的末端设置有第二聚四氟乙烯板15(85)，所述上顶板11(81)上均设置有第二不锈钢镜面板14(84)，当水平第一维阻尼系统1或水平第二维阻尼系统8在水平方向滑动时，所述第二聚四氟乙烯板15(85)与第二不锈钢镜面板14(84)之间产生相互滑动，摩擦阻尼，形成在水平两个方向上的阻尼，既可以发生任意水平方向的运动外，同时也可以提供水平两个方向的阻尼。
如图9-10所示，其中，所述抗扭转阻尼系统包括橡胶阻尼器6和防扭转桩，此实施例中防扭转桩为方形销钉7，所述下轨道52的底部设置有第一连接板53，所述橡胶阻尼器6一端与所述第一连接板53连接，另一端与所述滚轴43连接，为了连接方便，滚轴43底部设置有连接底板44，连接底板44与橡胶阻尼器6连接，所述橡胶阻尼器6上设置有与方形销钉7截面形状相匹配的贯穿孔，所述滚轴43下端设置有与方形销钉7截面形状相匹配的凹槽，所述方形销钉7一端与第一连接板53连接，另一端穿过橡胶阻尼器6的贯穿孔伸入滚轴43的凹槽内，当地震中存在扭转分量或因隔震结构刚心与质心未完全重合时，水平第一维阻尼系统1通过竖向阻尼系统2带动圆形轨道系统5发生转动，圆形轨道系统5此时将通过附加内连接圆筒3带动滚珠丝杠系统4的螺母41发生转动，滚轴丝杠系统4的螺母41将通过滚珠42与滚轴43发生相对转动，由于滚轴43的扭转方向被方形销钉7约束住，滚轴43将带动橡胶阻尼器6发生竖直运动，橡胶阻尼器6产生竖向剪切变形，进而形成耗能阻尼，为整个装置提供扭转阻尼。
其中，所述橡胶阻尼器6包括上连接板61、与上连接板61一体成型的外环板62、下连接板65、与下连接板65一体成型的内环板64，所述外环板62和内环板64之间通过环形橡胶块63相连接，所述外环板62能相对内环板64上下运动，当橡胶阻尼器6发生竖直运动时，即外环板62相对内环板64向下运动时，他们之间的环形橡胶块63发生竖向剪切变形，进而形成耗能阻尼。
其中，所述橡胶阻尼器6根据需要可以设计为圆形或正多边形，所述环形橡胶块63由高阻尼橡胶材料制成，能提高较高的耗能阻尼。
本发明的储罐用多维减隔震装置，其具体实施时，预先将方形销钉7插入橡胶阻尼器6的贯穿孔中，将滚轴43底部的连接底板44与橡胶阻尼器6的上连接板61采用螺栓连接在一起，同时将附加内连接圆筒3与滚轴丝杠系统4的螺母41的下外环板采用螺栓连接在一起，再将附加内连接圆筒3的另外一端与圆形轨道系统5的上轨道51表面连接在一起，将上述五部分(橡胶阻尼器6、方形销钉7、滚珠丝杠系统4、附加内连接用圆筒3、圆形导轨系统5)形成的整体结构的下部与水平第二维阻尼系统8的下底板83相连，圆形轨道系统5的上轨道51表面与竖向阻尼系统2的底环板26连接，最后将竖向阻尼系统2的顶环板21与水平第一维阻尼系统1的下底板13连接，形成四维减隔震装置的主体。最后将水平第一维阻尼系统1的上顶板11与储罐下底板9、储罐10依次串接在一起，水平第二维阻尼系统8的上顶板81与固定地面相连，形成储罐用多维减隔震装置。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
