[实用新型]一种应用于高速土工离心机的管线敷设结构

说明书

本实用新型公开了一种应用于高速土工离心机的管线敷设结构：管道和电缆均一体固化成型在管线敷设结构中，减少了土工离心机转臂外表面的突出物，使得离心机整体具备良好的气动外形，有利用降低风阻，减少摩擦产生的热量，降低能源消耗；且管线敷设结构紧贴套装在离心机的转臂上，通过管线敷设结构与转臂的套装压紧力，替代管道、电缆直接与转臂的压紧力，压紧力更大，连接更加稳定，且不会对管道和电缆造成损伤；管线敷设结构安装拆卸简单，不用在土工离心机转臂上预留大量安装螺孔，因而不会造成转臂上局部区域出现应力集中，可有效保证转臂的使用安全。

技术领域

本实用新型属于离心机技术领域，具体涉及一种应用于高速土工离心机的管线敷设结构。

背景技术

土工离心机是一种应用于岩土工程等领域的实验装置，可利用高速旋转形成的稳定的离心加速度场来模拟超重力场。依据模型的相似比原理，研究人员可以在土工离心机上对现实世界的百米高坝、巨型滑坡体等进行实验研究，评估其安全性，掌握滑坡发生的机理等。此外，土工离心机还广泛应用于深地深海工程、地下环境污染物评估、城市建筑结构的抗震性评估、高能爆炸研究等领域，为重大工程防灾减灾、能源开发、环境保护等重大战略性领域提供强力支撑。

高速、高容量土工离心机(以gt表示，其中g为重力加速度，t为质量单位吨)对于研究地质学演变、环境污染物迁移等具有重要的作用，其典型结构及组成如图1所示，图中示出了管道1、管夹2、转轴3、支承4、转臂5、吊篮6。

为了满足实验的需求，需要土工离心机具备向吊篮中的模型提供水、电、压缩空气的能力。现有的土工离心机在向吊篮供水、供气时采用的是金属管道，供电则是采用电缆。管道和电缆从转轴上的预留孔伸出，需一直沿转臂延伸至吊篮处。土工离心机在运行过程中，会对安装在其上的物体产生较大的离心力(高达其自重的100倍以上，与土工离心机的g值有关)。因此，为了防止管道和电缆在离心力作用下发生断裂，需要采取保护措施，现有的做法是：管道采用管夹进行固定，电缆利用压线夹固定。管夹和压线夹均通过螺钉连接在转臂上。

采用以上对电缆和管道的固定方法具备以下缺点：

1.增大离心机风阻

土工离心机在达到实验需要的转速后，其驱动单元产生的动力大部分用于克服运行中的风阻，其消耗的能源也主要转变为离心机转臂与空气摩擦产生的热量。在相对封闭的机室内，该部分热量若不能及时排除，将导致机室内温升加剧，影响实验结果的准确性，甚至危及离心机的安全运行。因此，良好的气动外形有利用降低风阻，减少摩擦产生的热量，降低能源消耗。

现有土工离心机的转臂均为加工件，其外表的光洁度可以得到有效的控制。然而，现有管道和电缆的布置方式使得其凸出转臂上表面，破坏了转臂良好的气动外形，增加了离心机运行的风阻。

2.防护能力弱

要保证管道和电缆在土工离心机上固定牢固，需要使得管夹与管道、电缆与压线夹间的摩擦力分别大于其各自在离心场下受的离心力。而当管夹和压线夹材料确定的情况下，其与管道和电缆间的摩擦力大小只取决于压紧力。由于管夹与管道、压线夹与电缆间接触面积较小，需严格控制螺钉的预紧力。因此，安装时时常发生电缆内部电芯被压线夹压断的情况。

其次，由于电缆外部包裹有橡胶皮等弹性物质，造成压线夹之间的电缆会在离心力和风阻的作用下发生来回晃动，使得电缆在使用一段时间后会发生内部电芯的断裂(对于电芯较细的信号电缆尤其严重)。

此外，当离心机加速度达到1000g后，传统的管线安装结构将无法提供足够的摩擦力以平衡管线承受的离心力，否则将导致施加的压紧力太大而造成电缆断裂、管道破裂。

3.影响转臂的结构强度

要在转臂上安装固定管道和电缆的管夹和压线夹，就需要在转臂上预留螺钉孔。随着土工离心机转速的提高，为了保证管道和电缆的安全，就需要在增加单位长度内管夹和压线夹的数量。