一种小容量高G值的土工离心机制造技术

本实用新型专利技术涉及土工离心机技术领域，具体公开了一种小容量高G值的土工离心机，包括设备基础，所述设备基础上设置有电机安装坑道，所述的电机安装坑道内安装有电机，所述电机的输出端连接传动支承的主轴，所述的传动支承固定在设备基础的顶部，所述的传动支承的主轴上端连接转臂，主轴带动转臂旋转；所述的设备基础的顶部设置有机室，转臂及传动支承位于机室内。本实用新型专利技术的优点是本土工离心机的容量能达到1500gt，最高离心加速度能达到2000g，可在低气压和通风状态下运行，且能满足试验时的供水和供电要求。

【技术实现步骤摘要】
一种小容量高G值的土工离心机
本技术涉及土工离心机
，特别是一种小容量高G值的土工离心机。
技术介绍
自1931年世界上第一台半径为0.25m的土工离心机在美国哥伦比亚大学诞生以来，经数十年的发展，全世界已建成土工离心机200余台。通过利用土工离心机高速旋转产生的超重力场，可以有效解决土工模型的缩尺模拟问题，可利用模型真实再现土木工程的原型特性，为研究实际土木工程问题提供了有效的手段。目前，世界上建成的土工离心机容量从100gt至1144gt（以gt表示，其中g为重力加速度，t为质量单位:吨），离心机半径从1.5m至7m，最大离心加速度从50g至350g。其中，世界上建成的容量最大的离心机是法国Actidyn公司1995年为美国陆军工程师兵团水道试验站（WES）建成1144gt离心机，该离心机半径7m，最大离心加速度350g。国内建成的容量最大的土工离心机是中国物理工程研究院总体工程研究所为成都理工大学研制的500gt土工离心机，其最大离心加速度为250g。现有土工离心机主要由转动系统、传动支承系统、驱动系统和辅助系统等组成（如图1所示：驱动系统和辅助系统略），其核心部件是传动支承系统和转动系统。转动系统主要由转臂和吊篮组成，其中吊篮用于安装试验模型；传动支承系统主要由机座402、主轴和轴承系统组成，除通过螺杆与地基的预埋件相连以传递载荷外，还传递驱动系统的扭矩，带动转动系统稳定高速的旋转以在吊篮底部形成g值恒定的离心场。机室用于安装土工离心机，由钢筋混凝土构成，天花板上预留进风孔，地板预留出风孔，通过风的循环带走土工离心机旋转过程中产生的热量。通过上述对现有土工离心机结构的认识可知，土工离心机存在以下几个问题制约其进一步的发展，主要有：（1）结构大，对设备基础要求高，基建投资巨大现有土工离心机的结构均较为庞大（核心部件的重量高达5t以上，如转臂、吊篮）。因此，为了保证运行过程中的稳定和减少振动引起的结构破坏，现有土工离心机要求其安装的设备基础的质量要足够大、刚性要足够强以避免出现的共振。此外，为了保证试验过程中的安全性，防止由于试验模型崩裂等形成的飞溅物带来的冲击破坏，亦对机室侧壁的强度和厚度等提出了较高的要求。以上要求使得离心机机室的混凝土用量及钢筋数量大幅提高，导致基建投资巨大（约为设备投资的5倍以上）。其次，为了进一步增强土工离心机运行过程中的安全性，大型土工离心机或高速土工离心机均安装在地表以下（即机室和驱动间等需建设在地下），进一步增加了基建的投资。此外，基建的投资具有唯一性，若设备在使用过程中出现大幅改动或需要搬迁，往往需要重新建设昂贵的机室、基础等。（2）机室环境控温方式单一现有土工离心机机室结构均采用钢筋混凝土构造，由于混凝土机室具有透气、透水等问题，故现已建成的土工离心机均运行于常压下。为了达到交换土工离心机运行过程中由于转臂与空气摩擦产生的热量，通常采用自然通风的方式，具体作法是在机室天花板或者地板上开设进风孔或者排风孔（如图1所示）。该种方式对于低转速的土工离心机效果较为明显。但当土工离心机转速较高时，摩擦产生的热量会大幅提高，自然通风的方式往往难以控制机室内的温升。此外，空气进出机室会带来较大扰动，影响土工离心机转臂在高速运行时的稳定性。（3）离心加速度低，缩尺效应不显著目前，以交付使用的土工离心机的转速均较低，能提供的离心加速度值也较低，最大350g。随着社会的发展和技术进步，人类急需对污染物地下长历时迁移、油气成藏、地质构造演变、新材料高通量制备等诸多具有长时间跨度特征的重大问题开展研究。而现有土工离心机缩尺效应不足以无法承担该类任务（缩尺效应与土工离心机提供的离心加速度值直接相关）。因此，迫切需要研制具有更高离心加速度的土工离心机。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种小容量高G值的土工离心机，使本土工离心机的容量能达到1500gt，最高离心加速度能达到2000g，可在低气压和通风状态下运行，且能满足试验时的供水和供电要求。本技术的目的通过以下技术方案来实现：一种小容量高G值的土工离心机，包括设备基础，所述设备基础上设置有电机安装坑道，所述的电机安装坑道内安装有电机，所述电机的输出端连接传动支承的主轴，所述的传动支承固定在设备基础的顶部，所述的传动支承的主轴上端连接转臂，主轴带动转臂旋转；所述的设备基础的顶部可拆卸设置有机室，转臂及传动支承位于机室内。具体的，所述的机室包括机室底板、机室壁，所述的机室壁设置在机室底板上围成圆形的结构，所述的机室壁的顶部设置有顶盖用于密封机室，所述的机室壁的顶部还设置有隔板。具体的，所述的机室壁的外侧设置有多个加强钢板。具体的，所述的传动支承包括主轴，所述主轴套设在机座402上，所述的机座402上端和下端通过轴承系与主轴转动连接，所述的机座402固定在设备基础上。具体的，所述的隔板包括环件，以及与环件同心设置的安装环，所述安装环与环件之间阵列设置有多根支撑梁，所述环件的内圈安装有轴承，所述轴承的内圈设置有退卸套，所述的传动支承的主轴上端套设在退卸套内与环件转动连接，所述的环件与安装环之间还设置有蒙板，所述的安装环的外侧设置有定位台阶，所述的定位台阶嵌入机室壁内，所述环件上设置有进风孔。具体的，所述的设备基础包括基础底板和基础顶板，所述基础底板和基础顶板之间设置钢筋混凝土层，所述的电机安装坑道设置在钢筋混凝土层上，且电机安装坑道的顶部设置有通孔贯穿钢筋混凝土层用于电机连接传动支承，所述的钢筋混凝土层内设置有通风管，所述的通风管一端连通机室，另一端连通室外；所述的基础顶板上设置有通风孔盖板用于密封通风管。具体的，所述的钢筋混凝土层的顶部预埋有预置连接件，所述的预置连接件上设置有连接螺纹孔用于固定传动支承。具体的，所述的基础底板和基础顶板之间通过连接杆连接，所述的连接杆预埋在所述钢筋混凝土层中并与钢筋混凝土层中的钢筋网焊接，所述的连接杆的上端螺纹连接有吊环。具体的，所述的传动支承的主轴的顶部安装有气液电滑环，其转子固定在主轴上，定子固定在机室上，用于向试验模型提供水、气、电。具体的，所述的顶盖上设置有抽气口和传感器安装口。本技术具有以下优点：1.通过采用整锻式转臂、上支承结构、设备基础和机室的结构设计及在轴顶部安装滑环等措施，可使本土工离心机在小负载的情况下，实现2000g的高速运行，且实现了自然通风和低气压下的供水、供电问题，满足现阶段科学试验的需求。2.通过采用集成有设备基础、机室的一体式结构，可为运行过程中的设备提供足够的支撑，保证运行的平稳；此外，还便于设备的安装和吊装，极大降低了对基建的要求，减少了基建的投资成本。3.通过机室的结构设计和冷却套结构设计，使土工离心机即可在自然通风状态下运行，亦可在低气压下运行，在使用便捷性、控制机室温度、节能减排、提高运行稳定性等方面取得进步。附图说明图1为本技术的结构示意本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小容量高G值的土工离心机，其特征在于：包括设备基础（1），所述设备基础（1）上设置有电机安装坑道（107），所述的电机安装坑道（107）内安装有电机（3），所述电机（3）的输出端连接传动支承（4）的主轴（401），所述的传动支承（4）固定在设备基础（1）的顶部，所述的传动支承（4）的主轴（401）上端连接转臂（5），主轴（401）带动转臂（5）旋转；/n所述的设备基础（1）的顶部可拆卸设置有机室（2），转臂（5）及传动支承（4）位于机室（2）内。/n

【技术特征摘要】
1.一种小容量高G值的土工离心机，其特征在于：包括设备基础（1），所述设备基础（1）上设置有电机安装坑道（107），所述的电机安装坑道（107）内安装有电机（3），所述电机（3）的输出端连接传动支承（4）的主轴（401），所述的传动支承（4）固定在设备基础（1）的顶部，所述的传动支承（4）的主轴（401）上端连接转臂（5），主轴（401）带动转臂（5）旋转；
所述的设备基础（1）的顶部可拆卸设置有机室（2），转臂（5）及传动支承（4）位于机室（2）内。


2.根据权利要求1所述的一种小容量高G值的土工离心机，其特征在于：所述的机室（2）包括机室底板（203）、机室壁（201），所述的机室壁（201）设置在机室底板（203）上围成圆形的结构，所述的机室壁（201）的顶部设置有顶盖（204）用于密封机室（2），所述的机室壁（201）的顶部还设置有隔板（205）。


3.根据权利要求2所述的一种小容量高G值的土工离心机，其特征在于：所述的机室壁（201）的外侧设置有多个加强钢板（202）。


4.根据权利要求1所述的一种小容量高G值的土工离心机，其特征在于：所述的传动支承（4）包括主轴（401），所述主轴（401）套设在机座（402）上，所述机座（402）的上端和下端通过轴承系（403）与主轴（401）转动连接，所述的机座（402）固定在设备基础（1）上。


5.根据权利要求2所述的一种小容量高G值的土工离心机，其特征在于：所述的隔板（205）包括环件（2051），以及与环件（2051）同心设置的安装环（2054），所述安装环（2054）与环件（2051）之间阵列设置有多根支撑梁（2055），所述环件（2051）的内圈安装有轴承（2057），所述轴承（2057）的内圈设置有退卸套（2056），所述的传动支承（4）的主轴（401）上端套设在退卸套（2056）内与环件（2051）转动连接，所述的环件（2051）与安装环（...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈良军，冉光斌，郑殿臣，魏子棱，罗昭宇，李心耀，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院总体工程研究所，
类型：新型
国别省市：四川;51