[实用新型]巨型土工离心机大流量水循环系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及离心机水循环系统，尤其涉及一种巨型土工离心机大流量水循环系统。

背景技术

巨型土工离心机一般指容量超过1000gt(g为重力加速度，t为重量单位，吨)的超大型土工离心机。它利用高速旋转的离心机产生n倍重力加速度的超重力场，补偿模型因缩尺造成的自重应力损失，在模型尺度产生n倍的缩尺效应、n²倍的缩时效应、n³倍的强化能量效应。

巨型土工离心机的研制,不仅将可解决极端环境、超重力、大时空尺度中的高岩土应力和高渗透压下岩土体中固液气多相耦合作用、大平面尺度岩土体中污染物长期运移、超重力场下物质运动规律等重大科学和技术问题，而且还将成为水库大坝安全性、河流或海流对其中的土工构筑物的多场耦合作用等科研平台。

要在巨型土工离心机上进行水库大坝溃决破坏离心模拟试验，或进行流体与土工构筑物的多场耦合离心试验研究，须在巨型土工离心机高速旋转过程中，为吊篮内模型箱提供持续大流量供水。传统技术实现上述功能主要有以下三种方案：

(1)在离心机转臂上设置大水箱，并通过水泵与吊篮内模型箱串联，形成封闭的水循环系统；

(2)通过旋转接头将地面试验用水输送到吊篮内模型箱，并将试验后水输送到地面；

(3)实用新型专利“离心机大流量水流控制系统(专利号：ZL 201110434073.8)中，利用离心机室外高置的大体积出水箱向离心机旋转轴上的环形水槽供水方式，在有限时间内实现了离心机大流量水流供给。

无论是进行水库大坝溃决破坏离心模拟试验，还是进行流体与土工构筑物的多场耦合离心试验研究，都需为高速旋转的离心机转臂上的模型箱提供持续的大流量供水，但是上述三种方式均不能同时实现离心试验过程的持续大流量供水和试验后带泥沙的试验用水的回收，分别存在下述缺点：

针对方案(1)：大水箱增大了离心机转臂的质量和不平衡力，为了实现转臂两端的平衡，需在安装水箱的另一端增加相应的静平衡配重块，这将大幅度增大离心机的驱动功率。另外，在超重力场下，水泵不仅难以稳定工作，而且很难将模型箱排除的水再泵回水箱。

针对方案(2)：旋转接头不能实现大流量水的供给和回收，更难实现带泥沙的水的回收。

针对方案(3)：“离心机大流量水流控制系统”理论上可通过设置无限大体积的储水箱以实现持续大流量水的供给，但从模型箱排出的带泥沙的水大量喷入离心机室，虽可通过泵将泥水泵出，但在离心力作用下，喷射到机室壁的泥水经折射和高速旋转的转臂的多次拍打，将飞溅到整个离心机主机室，不仅弄脏设备，而且还可能导致离心机转臂上的电控元器件的损坏和离心机主机系统的锈蚀，从而影响设备的使用寿命。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决上述问题而提供一种巨型土工离心机大流量水循环系统。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

一种巨型土工离心机大流量水循环系统，包括机室、主轴、转臂、模型箱 和上仪器舱，所述转臂通过其旋转中心的安装孔固定安装在所述主轴上，所述主轴的下端通过传动支承与所述机室的内底面固定连接，所述主轴的上端通过上支承与所述机室的内顶面固定连接，所述上仪器舱设置在所述机室的上顶面，且通过传动轴与所述主轴的上端面连接，所述模型箱安装在所述转臂第一端的吊篮内，所述转臂的第二端设置有配重块，所述水循环系统还包括环形水箱、供水系统、第三进水管和第四进水管，所述供水系统的出水端设置在所述环形水箱内，所述主轴为空心轴，所述环形水箱通过螺钉与所述主轴的上端固定连接且位于所述上支承的上方，所述环形水箱下部设置有出水口，所述第三进水管设置在所述主轴的空腔内且所述第三进水管的进水端与所述环形水箱的出水口连接，所述第三进水管的出水端穿过所述主轴侧壁的通孔与所述第四进水管的进水端连接，所述第四进水管安装在所述转臂上，所述第四进水管的出水端与所述模型箱接通，所述机室的内壁在与所述转臂水平的位置设置有环形排水槽，所述环形排水槽的下部设置有出水口。

巨型土工离心机为单吊篮不对称臂结构，转臂跟随随主轴一起旋转以产生离心加速度，从而为离心试验提供超重力场。

具体地，所述供水系统包括第一进水管、第二进水管和水泵，所述第一进水管的出水端与所述水泵的进水端连接，所述水泵的出水端与所述第二进水管的进水端连接，所述第二进水管的出水端设置在所述环形水箱内。