CN104034085A - 咸寒区输水渠冻融变形离心模拟系统中的循环冷却水系统 - Google Patents

Abstract

咸寒区输水渠冻融变形离心模拟系统中的循环冷却水系统，包括设置在离心机转臂上的水箱、高压水泵和供、回水管路，所述水箱出水口、高压水泵、供水管路、热交换系统进水口、热交换系统出水口、回水管路、水箱进水口依次连接，形成水循环回路。本发明通过在离心机转臂上设置水箱作为循环冷却系统水源，实现了在不具备水旋转接头的离心机上，进行冻融离心模型试验系统热交换系统循环水冷却，保障所需试验条件。

Description

咸寒区输水渠冻融变形离心模拟系统中的循环冷却水系统

技术领域

本发明涉及一种循环冷却水系统，具体涉及一种可以用在离心模拟试验系统上实现冻融循环的循环冷却水系统。

背景技术

离心模拟试验技术在不同的行业如国防、医疗、土工等方面研究中得到广泛应用，并快速发展。离心试验设备则是实现这一技术的重要环节。冻融离心模型试验系统是用来研究冻土地区相关建筑物或设施，因温度变化大产生冻胀融沉现象的离心试验设备。该种试验设备在国内研制应用极少，目前属于起步阶段。

该冻融离心模型试验系统主要有冻融模型箱、循环冷却水系统和控制系统等主要部分组成。

其中冻融模型箱主要是将泥土模型装盛在具有保温作用的模型箱体内，在箱体上方覆盖着热交换系统，热交换系统是利用多块半导体制冷器制冷热来实现温度变化，通过直流电能转换成冷热能向下方土壤模型表面传递冷热能，使土壤模型由外向内产生升/降温效果，从而实现模拟土壤冻胀融沉现象。

半导体制冷器是一种温差器件，当半导体制冷器通电制冷时，一端制冷那么器件另一端就会产生热量，在制冷过程中，当半导体制冷器冷端和热端达到一定温差，这两种热传递的量相等时，就会达到一个平衡点。此时冷热端的温度就不会继续发生变化。为了使冷端达到更低的温度，通常采取水冷方法带走热端的热量来实现冷端持续降低温度。循环冷却水系统是降低热端温度实现冷端持续降温的关键点。

因为冻融离心试验是将冻融离心模型试验系统放置于离心机上高速旋转产生相应离心场来模拟所需环境条件，所以循环冷却水系统的结构与离心机是否具有水旋转接头有关（水旋转接头是从地面向离心机上转动中的试验设备提供水源的部件）。以往冷却水系统是通过水旋转接头供水口由地面供水（自来水或常温水）到半导体制冷器热端带走热端温度，循环后再通过水旋转接头出水口将水排出到地面。但如果离心机不具备水旋转接头部件，则常规冷却水系统无法满足冻融试验持续降温需求。

发明内容

本发明的目的就在于解决离心机无水旋转接头时，该循环冷却水系统仍能够为冻融离心模型试验系统的热交换系统持续降温，满足试验需求。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：咸寒区输水渠冻融变形离心模拟系统中的

循环冷却水系统，包括设置在离心机转臂上的水箱、高压水泵和供、回水管路，所述水箱出水口、高压水泵、供水管路、热交换系统进水口、热交换系统出水口、回水管路、水箱进水口依次连接，形成水循环回路。

为实现向热交换系统供冷却水，设置一个水箱在离心机转臂上，该水箱作为冷却水系统的水源，由不锈钢焊接而成。水箱顶部设置有注水口以便向水箱内注水，水箱设置有进水口、出水口，与高压水泵相连来满足离心场下供水、回水需求。通过管路与热交换系统形成循环水冷却。

由于水箱容积有限，热交换系统持续产生的热量，在长时间循环条件下，水箱内冷却循环水自身的温度将逐渐升高进而降低冷却能力，为此，在回水管路串接一组相应功率的风冷散热器，正好利用离心机高速旋转时产生的空气流动来进行循环水与空气热交换，致使循环系统中冷却水温保持在允许范围内以满足使用需求。

本发明的有益效果在于：

1. 通过在离心机转臂上设置水箱作为循环冷却系统水源，实现了在离心场下不具备水旋转接头的离心机上，进行冻融离心模型试验系统热交换系统循环水冷却，保障所需试验条件。

2. 选择高压水泵在离心场下作为循环冷却水系统冷却水的循环动力，使冷却水持续为热交换系统循环冷却。

3. 在循环冷却水系统的回路中，设置风冷散热器，巧妙利用离心机高速旋转产生的空气流动进行循环水与空气热交换，使冷却水温保持在所需范围内，持续为制冷器循环冷却。

本发明循环冷却水系统结构合理紧凑，可在离心机不具备水旋转接头的条件下实现冻融离心模型试验系统中热交换系统持续循环水冷却试验需求；整体系统加工、安装、维护、使用简单方便。

附图说明

图1 本发明实施例1中循环冷却水系统在离心机一个旋转状态上的结构示意图；

图2 本发明实施例1中循环冷却水系统在离心机另一个旋转状态上的结构示意图；

图3 本发明实施例1中水箱结构示意图；

图4 本发明实施例1中风冷散热器结构示意图；

图5本发明实施例1中高压水泵结构示意图。

图中：1—水箱；2—高压水泵；3—供水管路；4—转臂；5—半导体制冷器；6—回水管路；7—风冷散热器；8—水箱回水口；9—水箱注水口；10—注水口盖；11—水箱出水口 12—外壳；13—进水口；14—换热器；15—出水口；16—泵体；17—水泵入口端；18—底板；19—水泵出口端。

具体实施方式

下面结合附图和实施例做进一步说明。

实施例1

如图1和2所示，咸寒区输水渠冻融变形离心模拟系统中的循环冷却水系统100，包括设置在离心机转臂4上的水箱1、高压水泵2、风冷散热器7、供水管路3和回水管路6，水箱出水口11、高压水泵2、供水管路3、半导体制冷器5、回水管路6、水箱回水口8依次连接，形成水循环回路。两个风冷散热器7对称设置在离心机转臂4上。高压水泵2设置在水箱1的顶盖上。

如图3所示，水箱1上设有水箱出水口11、水箱回水口8和水箱注水口9，水箱注水口9设置在水箱1顶盖上，水箱注水口9上还设有注水口盖10。

如图4所示，风冷散热器7的换热介质为循环水和空气，风冷散热器7由外壳12和外壳内的换热器14组成，外壳12上设有进水口13和出水口15，通过进水口13和出水口15连接在回水管路6上。

如图5所示，高压水泵2的泵体16安装底板18上，在试验前先从水箱注水口9将水箱1内注满水，离心机运转试验开始则启动高压水泵2，高压水泵入口端17将水箱内的冷却水吸入，并从水泵出口端19通过管路在水泵压力下供到半导体制冷器5热端进行温度交换，在水泵压力作用下温度交换后的水流入回路中的风冷散热器7内，利用离心机高速旋转产生的空气流动进行循环水与空气热交换，使回路中的冷却水温保持在允许范围内，最后通过水箱回水口8流回水箱1内，不断循环为半导体制冷器5持续降温。

Claims (4)

1. 咸寒区输水渠冻融变形离心模拟系统中的循环冷却水系统，其特征是，该系统包括设置在离心机转臂上的水箱、高压水泵和供、回水管路，所述水箱出水口、高压水泵、供水管路、热交换系统进水口、热交换系统出水口、回水管路和水箱进水口依次连接，形成水循环回路。

2. 根据权利要求1所述的系统，其特征是，该系统还包括串接在回水管路中的风冷散热器。

3. 根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述水箱的顶盖上设有注水口。

4. 根据权利要求2所述的系统，其特征是，两个所述风冷散热器对称设置在离心机的转臂上。