一种空气弹簧减振装置及其应用

1.本发明涉及减振技术领域，具体而言，涉及一种空气弹簧减振装置及其应用。


背景技术：

2.大型海洋浮式结构，如采油平台和海上风电，常位于离岸远、水深大、无遮蔽的海域环境中。波浪载荷和风载作用于结构本体上，容易引起结构的大幅运动，对基础和系泊系统的强度和疲劳性能有着巨大的影响，对结构的安全性和使用寿命也会带来严峻的挑战。为避免随之而来的安全性和经济性的问题，必须降低浮式结构的整体运动响应幅度。
3.现有的振动控制方案，主要是通过增加结构强度、增大结构尺寸往往能减小其整体运动，然而深海浮式平台造价非常高昂，这种方法会额外增加数十亿的资金投入，成本高、效率低。
4.而在主结构上安装减振装置，也是对结构进行振动控制的一种方式。其中，空气弹簧结构是一种良好的减振装置，目前较多的应用都是传统形式，传统空气弹簧多为封闭气体形式，无法用于海洋结构。
5.此外，空气弹簧装置不仅需要有效地抑制海洋平台的垂向振动，并且对于平台的横摇和纵摇也需要起到良好的抑制效果。
6.基于此，特提出本发明。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种空气弹簧减振装置及其应用以解决上述技术问题。
8.本发明是这样实现的：
9.本发明提供了一种空气弹簧减振装置，其包括减振部，减振部具有振荡腔，振荡腔内固定设有阻尼部以对振荡腔进行分隔，阻尼部具有气孔，且减振部的一端密封，另一端开口。
10.本发明设计了全新的底部开口结构形式的空气弹簧装置。这种新型的空气弹簧装置不仅能够有效地抑制海洋平台的垂向振动，并且对于平台的横摇和纵摇也能起到良好的抑制效果。设置阻尼部以使得减振部具有至少两个气室，通过形成多气室空气弹簧结构以形成多个不同弹性形变的气体弹簧，通过多个不同弹性形变的气体弹簧有助于更好地抑制振动。
11.需要说明的是，设置阻尼部开设气孔，以便于气体在压缩或膨胀作用下在振荡腔内流动。
12.本发明提出的可应用于海洋浮式平台运动抑制的空气弹簧装置在使用时，液体(包括不限于海水)从减振部的开口端进入。在海水运动过程中，通过液柱振荡运动与气体相互作用达到抑制浮体运动响应的目的。这类液柱—气体相互作用系统中气体和振荡液柱是相互耦合、互相影响的。当这种液柱—气体相互作用系统工作时，外界施加的位移或加速度等激励会使可振荡液体运动从而压缩或膨胀气体，使气体压力等物理量发生变化；而气
体的这些变化也会反过来作用于振荡液体上，使振荡液体的运动发生改变。本发明提出的减振装置，依靠气体、液柱以及阻尼板的相互作用，来抑制由于波浪和风载引起的结构运动。
13.例如，在一种可选的实施方式中，液体运动压缩气体时，位于阻尼部与开口之间的气体向减振部的密封端压缩气体，此时受阻尼部两侧的气体压差的影响，相较于不设阻尼部，本发明提供的减振装置具有更大的气体弹性形变长度，从而更好地抑制振动。
14.在一种可选的实施方式中，实际考虑到海洋浮式结构的工作条件，本发明提出的减振装置均采用防腐不锈钢材质。
15.在本发明应用较佳的实施方式中，减振部包括上减振部和下减振部，阻尼部夹设于上减振部和下减振部之间。
16.在本发明应用较佳的实施方式中，上减振部、阻尼部以及下减振部通过固定装置拉紧固定。
17.该固定装置包括不限于螺栓、夹具、对拉钢筋等。
18.例如选自螺栓时，在对应的上减振部、阻尼部以及下减振部上设置相应的螺孔以便于安装固定。
19.在本发明应用较佳的实施方式中，阻尼部为阻尼板。在其他实施方式中，阻尼部也可以是阻尼槽、阻尼台等。只要能将振荡腔分隔均可行。
20.在一种可选的实施方式中，阻尼板为圆形阻尼板或多边形阻尼板。例如设置圆形阻尼板可以便于加工和安装，当减振部为管状时，圆形的阻尼板更有利于安装。
21.在本发明应用较佳的实施方式中，阻尼部的气孔具有多个。设置多个气孔以便于气体流动，以便于更快速的对浮体运动进行响应。
22.在本发明应用较佳的实施方式中，气孔的形状为如下至少一种：圆形和多边形。
23.在一种可选的实施方式中，多边形具有n条边，n＝3-100；例如n＝3-50。
24.在一种可选的实施方式中，多边形为三角形、四边形、五边形、六边形、七边形、八边形或十二边形。
25.在本发明应用较佳的实施方式中，阻尼部的周边开设有多个安装孔，中间开设有至少一个气孔。
26.在其他实施方式中，阻尼部也可不开设安装孔，仅开设相应的气孔，通过卡接或焊接等方式实现阻尼部的固定。
27.在一种可选的实施方式中，阻尼部的周边开设有多个安装孔，中间开设有1-6个气孔。例如开设有2个，3个，4个，5个或6个气孔。
28.在一种可选的实施方式中，阻尼部的周边开设有多个安装孔，中间开设有2个气孔；且两个气孔沿阻尼部的平面中心对称排布。
29.在一种可选的实施方式中，阻尼部的周边开设有多个安装孔，中间开设有3个气孔；且3个气孔呈直线或三角排布；
30.在一种可选的实施方式中，阻尼部的周边开设有多个安装孔，中间开设有4个气孔；且4个气孔呈四边形排布；
31.在一种可选的实施方式中，阻尼部的周边开设有多个安装孔，中间开设有5个气孔；且5个气孔呈五边形排布；
32.在一种可选的实施方式中，阻尼部的周边开设有多个安装孔，中间开设有6个气孔；且6个气孔呈六边形排布。
33.在本发明应用较佳的实施方式中，阻尼部具有多个，且多个阻尼部间隔设置。
34.在本发明应用较佳的实施方式中，阻尼部与振荡腔内壁卡接或焊接。在该实施方式中，减振部作为一个独立的管或部件，在减振部内固定设置阻尼部。例如将阻尼部的四周与减振部的内壁焊接。
35.本发明还提供了一种空气弹簧减振装置在浮式平台运动抑制中的应用。本发明提供的空气弹簧减振装置应用于海洋浮式平台运动抑制，通过液柱振荡运动与气体相互作用达到抑制浮体运动响应的目的。
36.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
37.本发明提供的这种新型的空气弹簧装置不仅能够有效地抑制海洋平台的垂向振动，并且对于平台的横摇和纵摇也能起到良好的抑制效果。设置阻尼部以使得减振部具有至少两个气室，通过形成多气室空气弹簧结构以形成多个不同弹性形变的气体弹簧，通过多个不同弹性形变的气体弹簧有助于更好地抑制振动。本发明提供的空气弹簧装置结构简单，减振效果优良，控制简单，成本低廉。
附图说明
38.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
39.图1为空气弹簧减振装置示意图；
40.图2为空气弹簧减振装置3维图；
41.图3为空气弹簧上部结构；
42.图4为空气弹簧下部结构；
43.图5为圆形开孔阻尼板结构示意图；
44.图6为三角形开孔阻尼板结构示意图；
45.图7为四边形开孔阻尼板结构示意图；
46.图8为五边形开孔阻尼板结构示意图；
47.图9为六边形开孔阻尼板结构示意图；
48.图10为两圆形开孔阻尼板-1(距离近)结构示意图；
49.图11为两圆形开孔阻尼板-2(距离中等)结构示意图；
50.图12为两圆形开孔阻尼板-3(距离远)结构示意图；
51.图13为三圆形开孔阻尼板-1结构示意图；
52.图14为三圆形开孔阻尼板-2结构示意图；
53.图15为四圆形开孔阻尼板结构示意图；
54.图16为五圆形开孔阻尼板结构示意图；
55.图17为六圆形开孔阻尼板结构示意图。
56.图标：1-下减振部；2-上减振部；3-阻尼板；4-固定装置；5-海水；6-密封空气。
具体实施方式
57.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
58.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
59.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
60.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
61.此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
62.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
63.实施例1
64.请参阅图1和图2，本实施例提供了一种空气弹簧减振装置，其包括：减振部。减振部包括上减振部2和下减振部1，且阻尼部夹设于上减振部2和下减振部1之间。上减振部2、阻尼部以及下减振部1通过固定装置4拉紧固定。且减振部的一端密封，另一端开口。开口的一端插入海水5中，减振部具有振荡腔，密封有密封空气6。
65.本实施例中的固定装置4为螺栓。
66.图3-图4为上减振部2和下减振部1的结构示意图。
67.本实施例中的阻尼部为圆形开孔阻尼板3，参照图5所示。
68.实施例2
69.与实施例1相比，区别仅在于阻尼板3的形状不同，参照图6所示，阻尼板3为三角形开孔阻尼板3。
70.实施例3
71.与实施例1相比，区别仅在于阻尼板3的形状不同，参照图7所示，阻尼板3为四边形开孔阻尼板3。
72.实施例4
73.与实施例1相比，区别仅在于阻尼板3的形状不同，参照图8所示，阻尼板3为五边形开孔阻尼板3。
74.实施例5
75.与实施例1相比，区别仅在于阻尼板3的形状不同，参照图9所示，阻尼板3为六边形开孔阻尼板3。
76.实施例6
77.与实施例1相比，区别仅在于阻尼板3的形状不同，参照图10所示，阻尼板3为两圆形开孔阻尼板3-1，且两圆形的开孔分布距离较近。
78.实施例7
79.与实施例1相比，区别仅在于阻尼板3的形状不同，参照图11所示，阻尼板3为两圆形开孔阻尼板3-2，且两圆形的开孔分布距离中等。
80.实施例8
81.与实施例1相比，区别仅在于阻尼板3的形状不同，参照图12所示，阻尼板3为两圆形开孔阻尼板3-3，且两圆形的开孔分布距离较远。
82.实施例9
83.与实施例1相比，区别仅在于阻尼板3的形状不同，参照图13所示，阻尼板3为三圆形开孔阻尼板3-1，且三个圆形的开孔呈三角分布。
84.实施例10
85.与实施例1相比，区别仅在于阻尼板3的形状不同，参照图14所示，阻尼板3为三圆形开孔阻尼板3-2，且三个圆形的开孔呈一条直线分布。
86.实施例11
87.与实施例1相比，区别仅在于阻尼板3的形状不同，参照图15所示，阻尼板3为四圆形开孔阻尼板3，且四个圆形的开孔呈方形分布。
88.实施例12
89.与实施例1相比，区别仅在于阻尼板3的形状不同，参照图16所示，阻尼板3为五圆形开孔阻尼板3，且5个圆形的开孔呈五边形分布。
90.实施例13
91.与实施例1相比，区别仅在于阻尼板3的形状不同，参照图17所示，阻尼板3为六圆形开孔阻尼板3，且6个圆形的开孔呈六边形分布。
92.实施例14
93.与实施例1相比，区别仅在于阻尼板3直接卡设于减振部的振荡腔内。
94.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。