[發明專利]咸寒區輸水渠凍融變形離心模擬系統中的循環冷卻水系統

有效

• 申請號: 201410299767.9
• 申請日: 2014-06-26
• 公開（公告）號: CN104034085A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 趙寶忠;洪建忠;羅昭宇;蔡正銀;黃英豪;徐光明;張鳴雷;劉建杰;栗慶;余小勇;張晨;吳志強
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院總體工程研究所;水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學研究院
• 主分類號: F25B21/02
• 分類號: F25B21/02;G01N25/00
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務所 32230
• 代理人: 樊文紅

技術領域

本發明涉及一種循環冷卻水系統，具體涉及一種可以用在離心模擬試驗系統上實現凍融循環的循環冷卻水系統。

背景技術

離心模擬試驗技術在不同的行業如國防、醫療、土工等方面研究中得到廣泛應用，并快速發展。離心試驗設備則是實現這一技術的重要環節。凍融離心模型試驗系統是用來研究凍土地區相關建筑物或設施，因溫度變化大產生凍脹融沉現象的離心試驗設備。該種試驗設備在國內研制應用極少，目前屬于起步階段。

該凍融離心模型試驗系統主要有凍融模型箱、循環冷卻水系統和控制系統等主要部分組成。

其中凍融模型箱主要是將泥土模型裝盛在具有保溫作用的模型箱體內，在箱體上方覆蓋著熱交換系統，熱交換系統是利用多塊半導體制冷器制冷熱來實現溫度變化，通過直流電能轉換成冷熱能向下方土壤模型表面傳遞冷熱能，使土壤模型由外向內產生升/降溫效果，從而實現模擬土壤凍脹融沉現象。

半導體制冷器是一種溫差器件，當半導體制冷器通電制冷時，一端制冷那么器件另一端就會產生熱量，在制冷過程中，當半導體制冷器冷端和熱端達到一定溫差，這兩種熱傳遞的量相等時，就會達到一個平衡點。此時冷熱端的溫度就不會繼續發生變化。為了使冷端達到更低的溫度，通常采取水冷方法帶走熱端的熱量來實現冷端持續降低溫度。循環冷卻水系統是降低熱端溫度實現冷端持續降溫的關鍵點。

因為凍融離心試驗是將凍融離心模型試驗系統放置于離心機上高速旋轉產生相應離心場來模擬所需環境條件，所以循環冷卻水系統的結構與離心機是否具有水旋轉接頭有關（水旋轉接頭是從地面向離心機上轉動中的試驗設備提供水源的部件）。以往冷卻水系統是通過水旋轉接頭供水口由地面供水（自來水或常溫水）到半導體制冷器熱端帶走熱端溫度，循環后再通過水旋轉接頭出水口將水排出到地面。但如果離心機不具備水旋轉接頭部件，則常規冷卻水系統無法滿足凍融試驗持續降溫需求。

發明內容

本發明的目的就在于解決離心機無水旋轉接頭時，該循環冷卻水系統仍能夠為凍融離心模型試驗系統的熱交換系統持續降溫，滿足試驗需求。

為了達到上述目的，本發明采用了以下技術方案：咸寒區輸水渠凍融變形離心模擬系統中的

循環冷卻水系統，包括設置在離心機轉臂上的水箱、高壓水泵和供、回水管路，所述水箱出水口、高壓水泵、供水管路、熱交換系統進水口、熱交換系統出水口、回水管路、水箱進水口依次連接，形成水循環回路。

為實現向熱交換系統供冷卻水，設置一個水箱在離心機轉臂上，該水箱作為冷卻水系統的水源，由不銹鋼焊接而成。水箱頂部設置有注水口以便向水箱內注水，水箱設置有進水口、出水口，與高壓水泵相連來滿足離心場下供水、回水需求。通過管路與熱交換系統形成循環水冷卻。

由于水箱容積有限，熱交換系統持續產生的熱量，在長時間循環條件下，水箱內冷卻循環水自身的溫度將逐漸升高進而降低冷卻能力，為此，在回水管路串接一組相應功率的風冷散熱器，正好利用離心機高速旋轉時產生的空氣流動來進行循環水與空氣熱交換，致使循環系統中冷卻水溫保持在允許范圍內以滿足使用需求。

本發明的有益效果在于：

1.?通過在離心機轉臂上設置水箱作為循環冷卻系統水源，實現了在離心場下不具備水旋轉接頭的離心機上，進行凍融離心模型試驗系統熱交換系統循環水冷卻，保障所需試驗條件。

2.?選擇高壓水泵在離心場下作為循環冷卻水系統冷卻水的循環動力，使冷卻水持續為熱交換系統循環冷卻。

3.?在循環冷卻水系統的回路中，設置風冷散熱器，巧妙利用離心機高速旋轉產生的空氣流動進行循環水與空氣熱交換，使冷卻水溫保持在所需范圍內，持續為制冷器循環冷卻。

本發明循環冷卻水系統結構合理緊湊，可在離心機不具備水旋轉接頭的條件下實現凍融離心模型試驗系統中熱交換系統持續循環水冷卻試驗需求；整體系統加工、安裝、維護、使用簡單方便。

附圖說明

圖1?本發明實施例1中循環冷卻水系統在離心機一個旋轉狀態上的結構示意圖；

圖2?本發明實施例1中循環冷卻水系統在離心機另一個旋轉狀態上的結構示意圖；

圖3?本發明實施例1中水箱結構示意圖；

圖4?本發明實施例1中風冷散熱器結構示意圖；

圖5本發明實施例1中高壓水泵結構示意圖。