CN111068938A - 大型超重力土工离心机散热结构的锁紧和固定装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型超重力土工离心机散热结构的锁紧和固定装置，离心机高速转子系统安装于主要由顶板、圆柱形离心舱壁面和底部混凝土构成的离心舱内；高速转子系统主要由主轴、安装于主轴上端的离心机转臂、安装于离心机转臂二端的吊篮、主轴下端的轴承系统、联轴器和马达组成；位于圆柱形离心舱壁面内侧和高速转子系统之间设有圆柱形离心机散热器，离心机散热器通过锁紧装置固定于圆柱形离心舱壁面的内壁面。本发明采用板式散热器，传热效率高，空气与换热器壁面因摩擦产生极大的热量直接传导给冷却液，高速转子与空气摩擦产生的热量通过强制对流也可快速散热；将离心机散热器设计成多块圆弧形换热单元组合而成，便于安装、固定、更换和维修。

Description

大型超重力土工离心机散热结构的锁紧和固定装置

技术领域

本发明涉及一种超重力土工离心装置，特别是涉及一种大型超重力土工离心机散热结构的锁紧和固定装置。

背景技术

高加速度、高速土工离心机是研究岩土演变、地质构造演变、地质灾难还原等地质演变过程再现试验的必不可少的装置，振动和散热是超重力机和土工离心机的两大突出难题。振动会引起结构的疲劳损伤，产热会引起舱内温度升高导致一起不能正常工作。随着加速度g的不断增加，土工离心机本身的散热问题成为一个难题，因为离心机的转速和线速度越高，转臂、吊篮与空气摩擦产生的热量越大。在加速度500g以下时，一般可以采用冷风机组冷却，或者自然风流通冷却。但是当加速度增加到1000g以上，甚至1500g以上以后，直径11米的离心舱内产热量可达到10MW，相当于5万平方米的大型空调机组的换热量，如此巨大的换热需要巨大的风量，而且风量过大会影响高速转子的振动，因此传统冷风冷却已经不能满足高加速度离心机散热的需要，如果温控解决不好，离心舱内的所有仪表均会出现问题，一般要求离心舱温度控制在45℃以下。比较有效的散热方法一般多采用与离心壁四周冷水冷却相结合的方法冷却。

目前有关土工离心机试验舱散热的专利主要有本单位浙江大学刘国贵等的CN201210056157.6 “土工离心机试验舱的喷淋水幕式冷却装置”，提出了一种采用离心舱四周喷淋冷却水的方法进行散热的方法，效果很好，但是当加速度增加到1000g以上，仅仅依靠水冷也达不到散热控温的目的；冷风冷却属于常规技术，自然风冷却是采用离心机本身的空气流场达到流通冷却，其他冷却散热技术除了本发明人的有关发明外未见报道。

发明内容

为了解决超重力离心高g值下的机散热问题，本发明的目的在于提供一种大型超重力土工离心机散热结构的锁紧和固定装置，将高效散热器内置于离心舱内的高速转子系统外侧，使产热直接可以散热给离心机散热器内的低温冷却液带走。散热器使用平板式换热器，并采用多个换热单元组合结构，便于更换和维修。各个换热单元之间的边缘采用楔形结构进行紧密连接，换热单元与离心舱侧壁采用快装固定装置方便装拆。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

本发明的离心机高速转子系统安装于主要由顶板、圆柱形离心舱壁面和底部混凝土构成的离心舱内；高速转子系统主要由主轴、安装于主轴上端的离心机转臂、安装于离心机转臂二端的吊篮、主轴下端的轴承系统、联轴器和马达组成；位于圆柱形离心舱壁面内侧和高速转子系统之间设有圆柱形离心机散热器，圆柱形离心机散热器竖直方向通过二个或者多个锁紧装置固定于圆柱形离心舱壁面的内壁面。

所述圆柱形离心机散热器由多块结构相同的弧形的冷却单元组装成一个完整的圆柱形散热器，每一个冷却单元由上侧板、焊于上侧板的进水接管、下侧板、外侧板和内侧板、左侧板、右侧板及焊于下侧板上的出水接管组成一个密闭的腔体；上侧板、下侧板和弧形隔板为圆弧形形状，均为外圈为凸弧形、内圈为凹弧形的板，外侧板和内侧板通过多个弧形隔板相间焊接在左侧板或右侧板，构成Z形流道；进液管与上集液管相连通，出液管与下集液管相连通，上集液管与下集液管通过侧壁接管通向离心舱室外。

所述锁紧装置主要由固定于离心机散热器外侧的多个散热器挂钩、固定于圆柱形离心舱壁面内侧的多个侧壁固定挂钩和上端面安装有把手与下端面安装定位片的锁紧装置转轴组成；锁紧装置转轴从下端到上端依次装有一个铆头和多个散热器挂钩压紧板；把手的另一端设有把手固定装置，把手固定装置锁紧在安装于圆柱形离心舱壁面内侧的把手锁定装置；侧壁固定挂钩是一个“┛”形的结构，在“┛”形结构的竖直边的中间安装有挂钩定位销，散热器挂钩是一个“┎”形的结构，在“┎”形结构的竖直边的下沿中间开有倒“V”形的缺口，侧壁固定挂钩的“┛”形的结构与散热器挂钩的“┎”形的结构通过挂钩定位销对中啮合；每块结构相同的弧形的冷却单元的外侧面水平方向通过二个或者多个锁紧装置固定于圆柱形离心舱壁面的内壁面。

所述圆柱形离心机散热器的相邻二块换热单元之间按照以下方式拼接，一个换热单元的一个侧面为箭头形向外凸出，另一个换热单元侧面为向内凹的缺口，两侧紧密贴合固定在一起；换热单元的一个侧面的箭头形外凸方向与离心机转子系统的转向相反。

所述圆柱形离心机散热器的材料为铝合金、不锈钢或低温合金钢。

本发明具有的有益的效果是：

1) 圆柱形离心机散热器置于离心舱真空腔体内部，采用板式散热器，传热效率高，空气与换热器壁面因摩擦产生极大的热量可以直接传导给冷却液，高速转子与空气摩擦产生的热量通过强制对流也可快速散热；

2)将圆柱形离心机散热器设计成多块圆弧形换热单元组合而成，便于安装、更换、维修；

3)在高速转子系统中，吊篮中的试验材料存在漏出的可能性。而材料一旦漏出，高速的材料会对换热装置产生冲击，造成损坏。因此换热单元的固定方式采用快速安装、固定、锁紧方式，便于装拆、更换和维护。

附图说明

图1是离心舱室主视剖面图。

图2是换热结构固定装置俯视图。

图3是图2的B-B主视剖面图。

图4是一个换热单元的俯视图

图5是一个换热单元的C-C截面剖面图

图6是二个换热单元的连接图。

图7是图3中的A-A截面图。

图中：1、离心机转臂，2、吊篮，3、主轴，4、圆柱形离心机散热器，5、圆柱形离心舱壁面，6、下集液管，7、侧壁接管，8、把手固定装置，9、把手锁定装置，10、把手，11、散热器挂钩压紧板，12、挂钩定位销，13、散热器挂钩，14、侧壁固定挂钩，15、外侧板，16、内侧板，17、上侧板，18、进液管，19、弧形隔板，20、右侧板，21、Z形流道，22、左侧板，23、下侧板，24、出液管，25、上集液管，26、锁紧装置转轴，27、联轴器，28、马达，29、顶板，30、锁紧装置，31、轴承系统，32、定位片，33、铆头，34、底部混凝土。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明的离心机高速转子系统安装于主要由顶板29、圆柱形离心舱壁面5和底部混凝土33构成的离心舱内；高速转子系统主要由主轴3、安装于主轴3上端的离心机转臂1、安装于离心机转臂1二端的吊篮2、主轴3下端的轴承系统31、联轴器27和马达28组成；位于圆柱形离心舱壁面5内侧和高速转子系统之间设有圆柱形离心机散热器4，圆柱形离心机散热器4竖直方向通过二个或者多个锁紧装置30固定于圆柱形离心舱壁面5的内壁面(图1中只画出2副锁紧装置30)。

如图4、图5所示，所述圆柱形离心机散热器4由多块结构相同的弧形的冷却单元组装成一个完整的圆柱形散热器，每一个冷却单元由上侧板17、焊于上侧板17的进水接管18、下侧板23、外侧板15和内侧板16、左侧板22、右侧板20及焊于下侧板23上的出水接管24组成一个密闭的腔体；上侧板17、下侧板23和弧形隔板19为圆弧形形状，均为外圈为凸弧形、内圈为凹弧形的板，外侧板15和内侧板16通过多个弧形隔板19相间焊接在左侧板22或右侧板20，构成Z形流道21；进液管18与上集液管25相连通，出液管24与下集液管6相连通，上集液管25与下集液管6通过侧壁接管7通向离心舱室外。

如图2、图3、图7所示，所述锁紧装置30主要由固定于圆柱形离心机散热器4外侧的多个散热器挂钩13、固定于圆柱形离心舱壁面5内侧的多个侧壁固定挂钩14和上端面安装有把手10与下端面安装定位片32的锁紧装置转轴26组成；锁紧装置转轴26从下端到上端依次装有铆头33和多个散热器挂钩压紧板11；把手10的另一端设有把手固定装置8，把手固定装置8锁紧在安装于圆柱形离心舱壁面5内侧的把手锁定装置9；侧壁固定挂钩14是一个“┛”形的结构，在“┛”形结构的竖直边的中间安装有挂钩定位销12，散热器挂钩13是一个“┎”形的结构，在“┎”形结构的竖直边的下沿中间开有倒“V”形的缺口，侧壁固定挂钩14的“┛”形的结构与散热器挂钩13的“┎”形的结构通过挂钩定位销12对中啮合。每块结构相同的弧形的冷却单元的外侧面水平方向通过二个或者多个锁紧装置固定于圆柱形离心舱壁面的内壁面。多个散热器挂钩13、多个侧壁固定挂钩14和多个散热器挂钩压紧板11为相同个数。以3副锁紧装置为例(如图1所示)：当侧壁固定挂钩14的“┛”形的结构与散热器挂钩13的“┎”形的结构通过挂钩定位销12对中啮合后，用把手10转动锁紧装置转轴26转过180°，此时3个散热器挂钩压紧板11分别压紧在各自散热器挂钩13的外侧，把手10的把手固定装置8的挂钩扣在把手锁定装置9的孔中固定，或者把手锁定装置9的把手固定装置8的挂钩扣在把手10的的孔中固定。铆头33确保转轴竖直方向的位置不会变动，保证锁紧装置转轴26转过180°后3个散热器挂钩压紧板11正好分别压紧在各自散热器挂钩13的外侧。

如图6所示，所述圆柱形离心机散热器4的相邻二块换热单元之间按照以下方式拼接，一个换热单元的一个侧面为箭头形向外凸出，另一个换热单元俄侧面为向内凹的缺口，两侧紧密贴合固定在一起；换热单元的一个侧面的箭头形外凸方向与离心机转子系统的转向相反，使风的流向顺着板的覆盖方向平滑流过，不会增加风阻功率。

所述圆柱形离心机散热器4的材料为铝合金、不锈钢或低温合金钢。

本发明的工作原理：

安装：将换热单元的┎形挂钩安装于侧壁固定挂钩的┛形挂钩上，使二个挂钩呈啮合状态，换热单元的挂钩上的倒V形的缺口通过侧壁固定挂钩上的定位销进行对中和左右定位。一旦二个挂钩啮合后，用手或者工具转动锁紧装置转轴26上的把手，使把手位置转到把手锁定装置9的位置，此时散热器挂钩压紧板11正好将散热器挂钩压紧，使散热单元上下位置固定。将把手固定装置8锁紧在安装于圆柱形离心舱壁面5内侧的把手锁定装置9内扣住，运转过程中不会脱开，保证换热单元的固定可靠。

拆卸与更换：当圆柱形离心机散热器的某一个换热单元需要更换时，将把手固定装置8从安装于圆柱形离心舱壁面5内侧的把手锁定装置9内拉出，用手或者工具转动锁紧装置转轴26上的把手，使把手位置转过180°，此时散热器挂钩压紧板11正好将散热器挂钩脱开，使散热单元可以上下移动，提起换热单元，即可将换热单元取下，完成装拆与更换。

Claims (5)

1.一种大型超重力土工离心机散热结构的锁紧和固定装置，离心机高速转子系统安装于主要由顶板(29)、圆柱形离心舱壁面(5)和底部混凝土(33)构成的离心舱内；高速转子系统主要由主轴(3)、安装于主轴(3)上端的离心机转臂(1)、安装于离心机转臂(1)二端的吊篮(2)、主轴(3)下端的轴承系统(31)、联轴器(27)和马达(28)组成；其特征在于：位于圆柱形离心舱壁面(5)内侧和高速转子系统之间设有圆柱形离心机散热器(4)，圆柱形离心机散热器(4)竖直方向通过二个或者多个锁紧装置(30)固定于圆柱形离心舱壁面(5)的内壁面。

2.根据权利要求1所述的一种大型超重力土工离心机散热结构的锁紧和固定装置，其特征在于：所述圆柱形离心机散热器(4)由多块结构相同的弧形的冷却单元组装成一个完整的圆柱形散热器，每一个冷却单元由上侧板(17)、焊于上侧板(17)的进水接管(18)、下侧板(23)、外侧板(15)和内侧板(16)、左侧板(22)、右侧板(20)及焊于下侧板(23)上的出水接管(24)组成一个密闭的腔体；上侧板(17)、下侧板(23)和弧形隔板(19)为圆弧形形状，均为外圈为凸弧形、内圈为凹弧形的板，外侧板(15)和内侧板(16)通过多个弧形隔板(19)相间焊接在左侧板(22)或右侧板(20)，构成Z形流道(21)；进液管(18)与上集液管(25)相连通，出液管(24)与下集液管(6)相连通，上集液管(25)与下集液管(6)通过侧壁接管(7)通向离心舱室外；每块结构相同的弧形的冷却单元的外侧面水平方向通过二个或者多个锁紧装置(30)固定于圆柱形离心舱壁面(5)的内壁面。

3.根据权利要求1所述的一种大型超重力土工离心机散热结构的锁紧和固定装置，其特征在于：所述锁紧装置(30)主要由固定于离心机散热器(4)外侧的多个散热器挂钩(13)、固定于圆柱形离心舱壁面(5)内侧的多个侧壁固定挂钩(14)和上端面安装有把手(10)与下端面安装定位片(32)的锁紧装置转轴(26)组成；锁紧装置转轴(26)从下端到上端依次装有一个铆头(33)和多个散热器挂钩压紧板(11)；把手(10)的另一端设有把手固定装置(8)，把手固定装置(8)锁紧在安装于圆柱形离心舱壁面(5)内侧的把手锁定装置(9)；侧壁固定挂钩(14)是一个“┛”形的结构，在“┛”形结构的竖直边的中间安装有挂钩定位销(12)，散热器挂钩(13)是一个“┎”形的结构，在“┎”形结构的竖直边的下沿中间开有倒“V”形的缺口，侧壁固定挂钩(14)的“┛”形的结构与散热器挂钩(13)的“┎”形的结构通过挂钩定位销(12)对中啮合。

4.根据权利要求1所述的一种大型超重力土工离心机散热结构的锁紧和固定装置，其特征在于：所述圆柱形离心机散热器(4)的相邻二块换热单元之间按照以下方式拼接，一个换热单元的一个侧面为箭头形向外凸出，另一个换热单元侧面为向内凹的缺口，两侧紧密贴合固定在一起；换热单元的一个侧面的箭头形外凸方向与离心机转子系统的转向相反。

5.根据权利要求1所述的一种大型超重力土工离心机散热结构的锁紧和固定装置，其特征在于：所述圆柱形离心机散热器(4)的材料为铝合金、不锈钢或低温合金钢。

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