CN109682951B - 一种磁悬浮离心机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁悬浮离心机，其包括环形管道，环形管道的外侧面上设置有永磁轨道，永磁轨道上铺设有永磁体，永磁轨道与车体通过永磁体磁性连接；车体包括底座，底座上设置有与永磁体配合的超导块体，底座上端与试验舱连接，试验舱内设置有电力设备。本发明能够解决现有技术中离心机的试验精度不足、性能较差的问题，试验精度高、可靠性强、适用范围广。

Description

一种磁悬浮离心机

技术领域

本发明涉及土工离心模型试验技术领域，具体涉及一种磁悬浮离心机。

背景技术

土工离心模型试验技术是研究岩土工程问题的重要方法。对于多数岩土工程结构，其受力状态和变形特性很大程度上取决于本身所受到的重力，特别是高土石建筑物，重力作用决定了其应力变形特性。而土工离心模型试验技术可以模拟原型的自重应力而成为研究大型岩土工程问题不可替代的手段之一。

具体来说土工离心模型试验技术就是一种借助离心机的高速旋转为模型创造一个与原型应力水平相同的应力场，从而再现原型的各项性状的物理模型试验方法。岩土离心机的主要参数包括有效半径、最大容量、最大加速度等，因此现代离心机的发展方向主要包括长半径转臂、大模型负载和低离心加速度。

现有的岩土离心机主要有臂式离心机和鼓式离心机两种，但材料强度的限制造成臂式离心机半径、容量难以提升，同样试验精度也无法提高，也就无法满足前述的未来岩土工程实践问题的要求；而鼓式离心机除了其适用的海洋软土相关研究之外，在研究其他问题时适用性较差，由于其半径一般不大，故由于加速度场的不均匀性，其试验误差较大。

发明内容

本发明针对现有技术的上述不足，提供了一种能够解决现有技术中离心机的试验精度不足、性能较差的问题的磁悬浮离心机。

为解决上述技术问题，本发明采用了下列技术方案：

提供了一种磁悬浮离心机，其包括环形管道，环形管道的外侧面上设置有永磁轨道，永磁轨道上铺设有永磁体，永磁轨道与车体通过永磁体磁性连接；车体包括底座，底座上设置有与永磁体配合的超导块体，底座上端与试验舱连接，试验舱内设置有电力设备。

上述技术方案中，优选的，环形管道的外侧设置有隔振层。

上述技术方案中，优选的，环形管道上设置有检修通道。

上述技术方案中，优选的，永磁体的材质为钕铁硼。

上述技术方案中，优选的，超导块体呈两条相互平行的阵列结构并分别位于底座下表面的两侧。

上述技术方案中，优选的，超导块体的材质为高温超导材料。

上述技术方案中，优选的，试验舱内设置有内舱，内舱内设置有模型箱、电力设备、数字采集设备和无线通讯设备，数字采集设备和无线通讯设备电连接。

上述技术方案中，优选的，试验舱与底座通过回转支撑轴承连接。

上述技术方案中，优选的，内舱的下部设置有下部水箱，上部设置有上部水箱，上部水箱、下部水箱分别与模型箱连接。

上述技术方案中，优选的，离心机还包括监控系统，监控系统通过无线通讯设备与数字采集设备通讯连接。

本发明提供的上述磁悬浮离心机的主要有益效果在于：

通过侧向设置永磁轨道以提供向心力，并通过磁悬浮作用相对运动，与传统离心机相比，磁悬浮离心机由于其轨道摩擦损耗为零，故可以实现更大的有效半径和更高的最大加速度值，同时还可具有更大的容量。

通过将超导块体设置为高温超导材料，其悬浮和导向不需要有源控制，无需车载电源；悬浮力和导向力与悬浮间隙呈指数函数增长，可在各方向上保持长期稳定运行，安全性能和稳定性能高；且具有低能耗，无噪声、化学和电磁污染，运行速度高，造价及运行成本低等优点；由于永磁体与超导块体之间的相对运动为磁悬浮的平稳运动，从而有效提升离心机的性能和精度水平，还可以有效提升离心机的安全性。

通过在试验舱内设置内舱，通过回转支承轴承将内舱与试验舱连接，从而实现在离心机运行过程中，使离心机吊篮体随转速和离心力增大而由竖直向水平翻转的过程，且翻转过程中摩擦力小，从而有效保证试验准确性。

附图说明

图1为磁悬浮离心机的结构示意图。

图2为环形管道的截面示意图。

图3为试验舱的结构示意图。

其中，1、环形管道，11、检修通道，12、隔振层，2、永磁轨道，21、永磁体，3、车体，31、底座，311、超导块体，32、试验舱，321、内舱，33、模型箱，331、电力设备，332、数字采集设备，333、无线通讯设备，34、回转支撑轴承，35、上部水箱，351、下部水箱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1和图2所示，其为磁悬浮离心机的结构示意图。

本发明的磁悬浮离心机包括环形管道1，环形管道1的外侧面上设置有双线式的永磁轨道2，永磁轨道2上铺设有永磁体21，永磁轨道2与车体3通过永磁体21活动连接；车体3包括底座31，底座31上设置有与永磁体21配合的超导块体311，底座31上端与试验舱32连接，试验舱32内设置有电力设备331。

永磁体21与超导块体311构成直线电机以驱动车体3运动，利用推力大，易于实现高精度控制的优点，保证离心试验的精确性。

优选的，环形管道1的外侧设置有隔振层12。隔振层12可选用弹性材料，以吸收离心机运转时产生的振动波，避免对周边人员和建筑产生不必要的影响，同时影响试验设备安全。

可选的，环形管道1上设置有检修通道11。以供人员上下，并做试验准备和设备检修。

永磁体21的材质为钕铁硼，以与超导块体311配合，提供磁悬浮效应所需不均匀磁场。

如图2所示，超导块体311呈两条相互平行的阵列结构并分别位于底座31下表面的两侧，以与双线式的永磁轨道2配合。超导块体311的材质为高温超导材料，如钇钡铜氧、铼钡铜氧，以利用其较大的比热和较好的热稳定性，及较低的成本。

试验舱32与内舱321通过回转支撑轴承34连接。回转支撑轴承34相对于普通轴承能承受较大的综合载荷，通过回转支承轴承34将内舱321与试验舱32连接，从而实现在离心机运行过程中，使离心机吊篮体随转速和离心力增大而由竖直向水平翻转的过程，且翻转过程中摩擦力小，从而有效保证试验准确性。

如图3所示，试验舱32的两端呈流线型；试验舱32内设置有内舱321，内舱321内设置有模型箱33、电力设备331、数字采集设备332和无线通讯设备333，电力设备331、数字采集设备332和无线通讯设备333电连接，数字采集设备332与模型箱33通过数据采集线连接；通过数字采集设备332以采集模型箱33中的模型相关数据，并通过无线通讯设备333对外实时传输。

内舱321的下部设置有下部水箱351，以回收废水，并能起到提供试验舱32所需配重的作用，保证其随着转速及离心加速度变化的偏转；上部设置有上部水箱35，通过上部水箱35以保证结构前后配重；上部水箱35、下部水箱351分别与模型箱33连接，上部水箱35起供水作用，在试验需要供水时为模型箱33供水，下部水箱351起回收水作用，用来回收模型箱33排出的废水。

随着转速及离心加速度的提高，试验舱重心受离心力影响绕中轴向外侧逐渐发生偏转，最终在达到所需g值后达到近似水平状态；通过回转支承轴承34，以保证内舱321和试验舱32间的相对运动时的低摩擦。

可选的，离心机还包括监控系统，所述监控系统通过无线通讯设备333与数字采集设备332通讯连接。

上面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (7)

1.一种磁悬浮离心机，其特征在于，包括环形管道（1），永磁轨道（2）是位于环形管道（1）内的外环一侧，所述永磁轨道（2）上铺设有永磁体（21），永磁轨道（2）与车体（3）通过永磁体（21）磁性连接；所述车体（3）包括底座（31），底座（31）上设置有与永磁体（21）配合的超导块体（311），底座（31）上端与试验舱（32）连接，试验舱（32）内设置有电力设备（331）；

环形管道（1）的外侧设置有隔振层（12），隔振层（12）位于环形管道（1）的外侧；

超导块体（311）呈两条相互平行的阵列结构并分别位于底座（31）下表面的两侧；

永磁体 （21）与超导块体 （311） 构成直线电机以驱动车体 （3）运动；

试验舱（32）与内舱（321）通过回转支撑轴承（34）连接，回转支撑轴承（34）相对于普通轴承能承受较大的综合载荷，通过回转支撑轴承（34）将内舱（321）与试验舱（32）连接，从而实现在离心机运行过程中，使离心机吊篮体随转速和离心力增大而由竖直向水平翻转的过程。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮离心机，其特征在于，所述环形管道（1）上设置有检修通道（11）。

3.根据权利要求1所述的磁悬浮离心机，其特征在于，所述永磁体（21）的材质为钕铁硼。

4.根据权利要求1所述的磁悬浮离心机，其特征在于，所述超导块体（311）的材质为高温超导材料。

5.根据权利要求1所述的磁悬浮离心机，其特征在于，所述试验舱（32）内设置有内舱（321）；内舱（321）内设置有模型箱（33）、电力设备（331）、数字采集设备（332）和无线通讯设备（333），所述数字采集设备（332）和无线通讯设备（333）电连接。

6.根据权利要求5所述的磁悬浮离心机，其特征在于，所述内舱（321）的下部设置有下部水箱（351），上部设置有上部水箱（35），上部水箱（35）、下部水箱（351）分别与模型箱（33）连接。

7.根据权利要求1所述的磁悬浮离心机，其特征在于，所述离心机还包括监控系统，所述监控系统通过无线通讯设备（333）与数字采集设备（332）通讯连接。