CN113686539A - 一种模拟海洋条件起伏运动的简易系统 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种模拟海洋条件起伏运动的简易系统，包括动力输入部分和动力输出部分，动力输入部分包括：大功率电机6、齿轮减速箱8、曲柄机构7、底座13，动力输出部分包括：整体框架3、运动平台4、三角筋5、支架结构15、四个不锈钢滑轮1、牵引绳2。本发明是为了提供一种研究工况广泛，仪器仪表安装方便且对实验本体无其他干扰，用于复现起伏条件下反应堆装液容器液位、侧壁面所受抨击载荷、简单回路流量及压降等参数实时测量的运动系统。该系统成本低廉，搭建方便，操作简单。

Description

一种模拟海洋条件起伏运动的简易系统

技术领域

本发明属于海洋条件下发应对热工水力特性技术领域，具体涉及一种模拟海洋条件起伏运动的简易系统。

背景技术

对于在陆地工作的核电站，由于可能遭受地震、风浪、海啸等影响，具有自由液面的稳压器、蒸汽发生器等设备会发生严重的晃荡现象。晃荡现象会导致自由液面的剧烈波动，这些波动的自由液面一方面会对容器壁面以及容器内设备产生力学冲击，威胁结构稳定性，另一方面波动的自由液面还会产生复杂的流体力学现象。引发这些现象的根本原因在于海洋条件引入了附加加速度，在多种海洋运动下，起伏运动引入的附加加速度最适合进行理论分析和试验验证。目前的核动力设备内主要采用差压式液位计测量方法反馈的水位测量信号来监测稳压器、蒸汽发生器等设备内的真实水位，起伏运动引入的附加加速度会导致测量的水位值偏离实际水位，降低设备水位测量的精度。因此液位测量结果的准确与否将会直接关系到整个核动力系统的安全性与经济性。因此设计合理的起伏运动系统对于海洋条件下热工水力的研究是至关重要的。

中国专利CN209745518U公布了一种适用于研究稳压器摇摆水位与压力波动测量实验系统。该系统由实验本体、驱动系统、液位测量系统、压力采集系统及连接支撑件五个部分组成。实验驱动机构为单自由度摇摆实验台，实验本体为自由液面容器的缩比模型，其底部安装有贴片式的压力传感器，可以在不干扰流场的条件下实现压力波动的精确测量。但其仅能研究横摇运动条件下的稳压器液位测量及晃荡特性，且周期及幅值选择较少。此外，即便激烈的横摇运动也难以对自由液面造成剧烈的扰动，该系统主要研究的是容器倾斜姿态对热工水力参数的影响。

又如中国专利CN209820738U一种适用于研究稳压器横荡水位与压力波动测量实验系统。与上段所述专利相似，该专利所述实验系统仅能研究单自由度横荡条件下容器内液面晃荡特性，且行程较短载重较低。该专利可以复现固有频率下的液面飞溅现象，但是也同样未提及重力方向附加加速度的影响。

综上，多种多样的运动平台和实验系统已经运用到海洋条件下热工水力研究当中，但是研究人员很少考虑重力方向附加加速度这一看似机理简单，实际上影响非常广泛的外部激励。

发明内容

本发明的目的在于提供用于复现起伏条件下反应堆装液容器液位、侧壁面所受抨击载荷、简单回路流量及压降等参数实时测量的一种模拟海洋条件起伏运动的简易系统。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种模拟海洋条件起伏运动的简易系统，包括动力输入部分和动力输出部分，动力输入部分包括大功率电机6、齿轮减速箱8、曲柄机构7、底座13，大功率电机6的下端与齿轮减速箱8连接，齿轮减速箱8的下端与底座13连接，曲柄机构7与齿轮减速箱8的输出端连接，曲柄机构7包括旋转臂、第一圆环10、第二圆环12、轴承结构9，旋转臂与齿轮减速箱8的输出端连接、旋转臂上开加工有孔位11、旋转臂上焊接两个同心的第一圆环10和第二圆环12，第一圆环10位于第二圆环12内，轴承结构9与旋转臂的孔位11连接，动力输出部分包括整体框架3、运动平台4、三角筋5、支架结构15、四个不锈钢滑轮1、牵引绳2，整体框架3包括上部顶框、连接结构16、四个纵梁14、底部方框18、导轨17，四个不锈钢滑轮1与上部顶框通过连接结构16连接，底部方框18通过四个纵梁14与上部顶框连接，其中两个纵梁上设置有导轨17，支架结构15位于设置有导轨17的两个纵梁下半部分，支架结构15包括横梁和两个纵梁，支架结构的两个纵梁位于横梁下面与运动平台4连接，运动平台4位于底部方框18上，运动平台4通过三角筋5与支架结构15的横梁连接，牵引绳2一端连接在轴承结构9上，经过不锈钢滑轮1，另一端连接在运动平台4上。

本发明还可以包括：

1、大功率电机6为变频电机。

技术效果

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、该发明所需要的钢材，器具以及配件都是常见易得的标准件，方便维修或者更换。

2、本发明使用大功率电机，可以满足海洋条件下的典型起伏运动工况，电机的扭矩足够满足大尺寸，多材质的核动力设备装置进行短周期的起伏运动。

3、使用变频器控制电机运动，可以实现大范围内各个频率的起伏运动，运动周期广。电机变频器可以调整起伏运动的周期，使得整个发明适应性较强

4、使用了曲柄机构将旋转运动转化为直线往复运动，直线往复运动的幅值是旋转运动的周长，基于此该发明在曲柄不同位置开有孔位，牵引绳可以连接到不同孔位上，实现了变幅值的起伏运动。曲柄机构上最远端孔位的距离足够长，可以满足大行程的运动形式。

5、运动平台采用三角筋加固，整个平台可以通过螺栓与实验本体连接，使得运动平台的兼容性极好，可以更换不同的实验本体。

6、该平台的载荷能力和面积尺度较大，一方面既克服了六自由度平台造价高，起伏量程小的不足，一方面又弥补了现有实验体系中起伏平台相对较少的缺陷。

7、整个平台面积利用率极高，其占地面积与整个平台面积相近，而且易于移动，非常适用于高等学校及研究院所的实验室。

8、可用于研究小型浮动反应堆及核动力舰船受海洋条件影响的实验研究。尤其研究重力方向上附加加速度对热工水力参数的影响。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的动力输入部分示意图；

图3为本发明的动力输出部分示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1，本发明包括动力输入部分和动力输出部分，动力输入部分包括大功率电机6、曲柄机构7、齿轮减速箱8；动力输出部分包括2个牵引绳2(钢丝绳)、不锈钢滑轮1、整体框架3、运动平台4、三角筋5。本发明的动力输出部分是按照大功率电机6连接齿轮减速箱8，齿轮减速箱8再连接曲柄机构7的原理来进行工作的。齿轮减速箱是指与大功率电机配套的减速器，齿轮减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩，以满足工作需要。本发明根据承重和起伏运动的要求，根据真实舰船所受的外部激励计算得到合适的大功率电机6的电机功率，用作起伏运动的动力源。本发明中的曲柄机构7起到的是曲柄连接件的作用，曲柄的一端连接齿轮减速箱8的输出端，另一端连接牵引绳2，曲柄机构7上设有若干的孔位，这些孔位的存在，使得牵引绳2一端运动的半径直接可控，进而可以调整运动平台4的起伏幅值。齿轮减速箱8是一种动力传达设备，大功率电机6的转速不适合相关实验的开展，本发明将大功率电机6和齿轮减速箱8一体化搭配，节约占地面积而且满足一般实验要求。本发明动力输入部分的不锈钢滑轮1是一个周边有槽，能够绕轴转动的小轮，由可绕中心轴转动有沟槽的圆盘和跨过圆盘的柔索组成，形式上为定滑轮。该本明装配有四个样式一致的滑轮，焊接在整体框架3的顶部框架上，与牵引绳2连接在一起。牵引绳2属于钢丝绳，将钢丝按照一定的规则捻制在一起的螺旋状钢丝束，钢丝绳由钢丝、绳芯及润滑脂组成。运动平台的整体框架3采用C型钢材料制作，整体框架3一方面为运动提供了竖直轨道，一方面确保了实验系统的稳定性。运动平台4是一块水平的承重板，材质为方管钢，整体可以可满足1吨以上的载重。运动平台的上面设有若干孔位，可以通过螺栓与实验本体及仪器仪表连接，这是充分考虑了实验本体的搭建过程中，一般也需要配备水平的底座，与平板通过螺栓连接稳固便捷。运动平台4的一端通过三角筋5加固，为了方便牵引绳2的连接，该端同时接有一段立式的支架结构15(包括横梁纵梁)。三角筋5起到加固的作用，三角筋5的一端焊接在水平的运动平台4上，另一端连接支架结构15的横梁。

结合图1和图2，动力输入部分包括：大功率电机6、齿轮减速箱8、曲柄机构7、底座13，曲柄结构7包括：包括旋转臂、第一圆环10、第二圆环12、轴承结构9，第一圆环10和第二圆环12是固定在旋转臂的内外两个圆环结构，圆环结构的存在显著提高了曲柄机构运动中的稳定性，曲柄机构7在高速运动中容易发生振动，振动不仅会因运动产生噪声，也会对设备结构产生损伤。圆环结构同旋转臂的连接采用焊接。轴承结构9用于牵引绳2的安装，牵引绳2的一侧通过固定在该轴承结构9上与该发明的动力源取得联系，轴承是当代机械设备中一种重要零部件。它的主要功能是支撑机械旋转体，降低其运动过程中的摩擦系数，并保证其回转精度。旋转臂上有若干孔位11，由图可知旋转臂最上方的孔位与轴承结构9连接在了一起，这就实现了最大量程。电机及齿轮减速箱的底座13与地面直接水平接触，该底座通过螺栓和齿轮减速箱底壳连接，这样一方面增加了整个动力源系统的配重，使得电机和齿轮减速箱在工作过程中保持稳定。另一方面方便系统的拆卸和维修。

结合图1和图3，运动输出部分的整体框架3包括：上部顶框、连接结构16、四个纵梁14、底部方框18、导轨17，纵梁采用U型钢材料制作，其中2个与纵梁设置有导轨17，U型钢结构，方便导轨的布置，导轨采取单轨形式，更加安全稳定。纵梁一方面直接将运动准确的限制在纵向上，使得实验可以较好的复现单自由度起伏运动，另一方面纵梁也起到了加固和保护作用。支架结构15位于整体框架3下半部分，该结构包括：1个横梁和2个纵梁。16是不锈钢滑轮1与上部框架通过连接结构16连接，连接结构16包括：两块钢板及钢板上的孔位，通过螺栓穿过滑轮内部，进而固定不锈钢管滑轮，连接机构16与上部顶框焊接连接。

在进行相关的实验研究时，首先要依据船体内部空间和实验平台4自身特征，选择将实验本体通过焊接或者通过螺栓连接至运动平台4上，在此过程中，要确保整个运动平台处于断电模式，而且要将整个牵引绳2拆卸，以免对工作造成障碍。实验通常使用到差压变送器和压力传感器，差压变送器的安装应当注意绝缘措施，可以通过C型钢和玻璃板搭建压差变送器的安装支架，压力传感器，位移传感器的输出导线通常是柔性材料，可以通过运动平台底部方框18将其进行简单的缠绕固定。位移传感器是指安装在运动平台底部的一个可以输出纵向(起伏)运动参数的惯导系统，可以根据位移传感器的参数得到运动准确的速度及加速度信息。所述单轨形式的导轨是U型导轨，用于直线往复运动的场合，拥有比直线轴承更高的额定负载，同时可以承担一定的扭矩，可在高负载的情况下实现高精度的直线运动。在实验本体和相关的仪器仪表安装成功以后，首先要检查容器和回路的密封性，确保不能漏水，此外，要确保所有的导线位置，因为涉及到运动工况的实验大多非静态实验，若管线位置处置不当，可能受到平台起伏的影响，严重时甚至会撕裂导线。该发明提供的方法是采用绑带或者绝缘绳条捆绑在运动平台下部方框18上。

以上内容是结合具体实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为本发明由所提交的技术交底书确定专利保护范围。

Claims (2)

1.一种模拟海洋条件起伏运动的简易系统，其特征是：包括动力输入部分和动力输出部分，动力输入部分包括大功率电机(6)、齿轮减速箱(8)、曲柄机构(7)、底座(13)，大功率电机(6)的下端与齿轮减速箱(8)连接，齿轮减速箱(8)的下端与底座(13)连接，曲柄机构(7)包括旋转臂、第一圆环(10)、第二圆环(12)、轴承结构(9)，旋转臂与齿轮减速箱(8)的输出端连接、旋转臂上开加工有孔位(11)、旋转臂上焊接两个同心的第一圆环(10)和第二圆环(12)，第一圆环(10)位于第二圆环(12)内，轴承结构(9)与旋转臂的孔位(11)连接，动力输出部分包括整体框架(3)、运动平台(4)、三角筋(5)、支架结构(15)、四个不锈钢滑轮(1)、牵引绳(2)，整体框架(3)包括上部顶框、连接结构(16)、四个纵梁(14)、底部方框(18)、导轨(17)，四个不锈钢滑轮(1)与上部顶框通过连接结构(16)连接，底部方框(18)通过四个纵梁(14)与上部顶框连接，其中两个纵梁上设置有导轨(17)，支架结构(15)位于设置有导轨(17)的两个纵梁下半部分，支架结构(15)包括横梁和两个纵梁，支架结构的两个纵梁位于横梁下面与运动平台(4)连接，运动平台(4)位于底部方框(18)上，运动平台(4)通过三角筋(5)与支架结构(15)的横梁连接，牵引绳(2)一端连接在轴承结构(9)上，经过不锈钢滑轮(1)，另一端连接在运动平台(4)上。

2.根据权利要求1所述的一种模拟海洋条件起伏运动的简易系统，其特征是：大功率电机(6)为变频电机。

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