[實用新型]一種應用于高速土工離心機的管線敷設結構

有效

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• 申請日: 2018-11-20
• 公開（公告）號: CN209049566U
• 公開（公告）日: 2019-07-02
• 發(fā)明（設計）人: 陳良軍;冉光斌;宋瓊;羅龍;王黎光;許元恒;李心耀;王鑫磊
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院總體工程研究所
• 主分類號: B04B15/00
• 分類號: B04B15/00
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 楊春

本實用新型公開了一種應用于高速土工離心機的管線敷設結構：管道和電纜均一體固化成型在管線敷設結構中，減少了土工離心機轉臂外表面的突出物，使得離心機整體具備良好的氣動外形，有利用降低風阻，減少摩擦產生的熱量，降低能源消耗；且管線敷設結構緊貼套裝在離心機的轉臂上，通過管線敷設結構與轉臂的套裝壓緊力，替代管道、電纜直接與轉臂的壓緊力，壓緊力更大，連接更加穩(wěn)定，且不會對管道和電纜造成損傷；管線敷設結構安裝拆卸簡單，不用在土工離心機轉臂上預留大量安裝螺孔，因而不會造成轉臂上局部區(qū)域出現應力集中，可有效保證轉臂的使用安全。

技術領域

本實用新型屬于離心機技術領域，具體涉及一種應用于高速土工離心機的管線敷設結構。

背景技術

土工離心機是一種應用于巖土工程等領域的實驗裝置，可利用高速旋轉形成的穩(wěn)定的離心加速度場來模擬超重力場。依據模型的相似比原理，研究人員可以在土工離心機上對現實世界的百米高壩、巨型滑坡體等進行實驗研究，評估其安全性，掌握滑坡發(fā)生的機理等。此外，土工離心機還廣泛應用于深地深海工程、地下環(huán)境污染物評估、城市建筑結構的抗震性評估、高能爆炸研究等領域，為重大工程防災減災、能源開發(fā)、環(huán)境保護等重大戰(zhàn)略性領域提供強力支撐。

高速、高容量土工離心機(以gt表示，其中g為重力加速度，t為質量單位噸)對于研究地質學演變、環(huán)境污染物遷移等具有重要的作用，其典型結構及組成如圖1所示，圖中示出了管道1、管夾2、轉軸3、支承4、轉臂5、吊籃6。

為了滿足實驗的需求，需要土工離心機具備向吊籃中的模型提供水、電、壓縮空氣的能力。現有的土工離心機在向吊籃供水、供氣時采用的是金屬管道，供電則是采用電纜。管道和電纜從轉軸上的預留孔伸出，需一直沿轉臂延伸至吊籃處。土工離心機在運行過程中，會對安裝在其上的物體產生較大的離心力(高達其自重的100倍以上，與土工離心機的g值有關)。因此，為了防止管道和電纜在離心力作用下發(fā)生斷裂，需要采取保護措施，現有的做法是：管道采用管夾進行固定，電纜利用壓線夾固定。管夾和壓線夾均通過螺釘連接在轉臂上。

采用以上對電纜和管道的固定方法具備以下缺點：

1.增大離心機風阻

土工離心機在達到實驗需要的轉速后，其驅動單元產生的動力大部分用于克服運行中的風阻，其消耗的能源也主要轉變?yōu)殡x心機轉臂與空氣摩擦產生的熱量。在相對封閉的機室內，該部分熱量若不能及時排除，將導致機室內溫升加劇，影響實驗結果的準確性，甚至危及離心機的安全運行。因此，良好的氣動外形有利用降低風阻，減少摩擦產生的熱量，降低能源消耗。

現有土工離心機的轉臂均為加工件，其外表的光潔度可以得到有效的控制。然而，現有管道和電纜的布置方式使得其凸出轉臂上表面，破壞了轉臂良好的氣動外形，增加了離心機運行的風阻。

2.防護能力弱

要保證管道和電纜在土工離心機上固定牢固，需要使得管夾與管道、電纜與壓線夾間的摩擦力分別大于其各自在離心場下受的離心力。而當管夾和壓線夾材料確定的情況下，其與管道和電纜間的摩擦力大小只取決于壓緊力。由于管夾與管道、壓線夾與電纜間接觸面積較小，需嚴格控制螺釘的預緊力。因此，安裝時時常發(fā)生電纜內部電芯被壓線夾壓斷的情況。

其次，由于電纜外部包裹有橡膠皮等彈性物質，造成壓線夾之間的電纜會在離心力和風阻的作用下發(fā)生來回晃動，使得電纜在使用一段時間后會發(fā)生內部電芯的斷裂(對于電芯較細的信號電纜尤其嚴重)。

此外，當離心機加速度達到1000g后，傳統(tǒng)的管線安裝結構將無法提供足夠的摩擦力以平衡管線承受的離心力，否則將導致施加的壓緊力太大而造成電纜斷裂、管道破裂。

3.影響轉臂的結構強度

要在轉臂上安裝固定管道和電纜的管夾和壓線夾，就需要在轉臂上預留螺釘孔。隨著土工離心機轉速的提高，為了保證管道和電纜的安全，就需要在增加單位長度內管夾和壓線夾的數量。