CN208505496U - 一种真空环境下土工离心机空气摩擦产热量测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种真空环境下土工离心机空气摩擦产热量测试装置。承外压壳体内装有带隔热层真空腔体，真空腔体内的中心转轴上端安装高速转子，下端通过密封系统与驱动电机输出轴相连，真空腔体的上盖和真空腔体的侧面分别设有温度传感器，经温控驱动器与计量泵连接；计量泵的进口与制冷剂储罐连接，出口经阀门、设有二个以上喷头的制冷剂输送管伸入到带隔热层真空腔体内，带隔热层真空腔体与真空泵连接。本实用新型真空腔体和制冷剂部位安装有隔热层，测得的热量不会因为散失而引起误差，制冷剂也不会因为吸收其他热量而引起误差。设定带隔热层真空腔体的内外温度为一样，不会因为内外温差而引起腔体吸收的热量无法精确计量，从而产生误差。

Description

一种真空环境下土工离心机空气摩擦产热量测试装置

技术领域

本实用新型涉及热量测试的装置，特别是涉及一种真空环境下土工离心机空气摩擦产热量测试装置。

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。随着加速度g的不断增加，离心机转速越来越高，线速度达到音速，甚至音速的一倍以上，如此高的转速会导致转子与空气摩擦产生大量热量。因此土工离心机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，而且风力过大会影响转臂的振动，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，而温控解决不好，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。一般多采用与离心壁四周冷水冷却相结合的方法冷却；但是当离心机的载荷进一步增加时，离心室内的产热量会进一步增加，这时候冷风冷却联合冷水冷却也无法达到散热的要求。为了解决这个问题，最有效的方法是对离心室抽真空，降低空气的密度以降低转臂与空气的摩擦生热，但是抽真空后会引发另外的问题，一是由于真空状态下空气分子稀薄，传热能力也大幅下降，且真空状态下空气无法对流，因此，转臂与空气摩擦引起的转臂温度升高的热量无法被有效传递出去。另一个问题是高真空下离心机的轴承会漏油，离心舱四周的密封都变得困难，故真空度不能太高。因此需要搞清楚不同真空度下高速转子产热量规律，给大型土工离心机的散热设计提供设计依据。

各种不同机构产热量的测试方法有多种，如苏州宇量电池有限公司的CN201620405443.3“电池循环过程中产热量测量装置”；北京新能源汽车股份有限公司的CN201610680634.5“一种电池温场模拟装置、系统和电池热管理的验证方法”；广东工业大学 的CN201020102687.7“圆柱型动力电池材料产热量测量装置”；广东省特种设备检测研究院顺德检测院的CN201610861648.7 “一种基于正平衡的工业燃油蒸汽锅炉效率测试装置及方法”；北京航空航天大学的CN201410266013.3“高低温低压环境下手部散热能力模拟装置”等，这些是一般物体的发热量测试，而对于不同真空下的测试也局限于温度检测，没有产热量测试。 目前国内还没有一种能在不同真空度下能测试高速转子产热量的方法，也没见到相关测试结果的报道。

实用新型内容

为了解决在不同真空度下高速转子产热量的测试方法问题，本实用新型目的在于提供一种真空环境下土工离心机空气摩擦产热量测试装置，该方法采用低温制冷剂计量进入真空容器，使高速转子的产热与低温制冷剂吸收的热量相平衡，从而通过计算得到产热量。

本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型的承外压壳体内装有带隔热层真空腔体，带隔热层真空腔体内的高速转子安装于中心转轴的上端，中心转轴的下端通过安装在带隔热层真空腔体底部的密封系统与承外压壳体内的驱动电机输出轴相连，带隔热层真空腔体的上端的上盖中心位置和带隔热层真空腔体的侧面分别设有温度传感器，两个温度传感器连接到温控驱动器，温控驱动器连接到计量泵；制冷剂储罐的底部与计量泵的进口相连接，计量泵的出口与阀门的一端相连接，阀门的另一端通过制冷剂输送管伸入到带隔热层真空腔体内，在带隔热层真空腔体内的制冷剂输送管上设有二个以上的制冷剂喷头；上盖与承外压壳体用快开铰链连接，带隔热层真空腔体与真空泵连接。

所述带隔热层真空腔体，四周的承外压壳体与防冲击内衬间设有隔热材料，所述上盖与承外压壳体之间设有密封垫片。

所述制冷剂储罐，顶部设有压力表和制冷剂充装口，制冷剂充装口与制冷剂储罐之间设有充装口阀门，制冷剂储罐外均有隔热层。

所述二个以上的制冷剂喷头靠近带隔热层真空腔体的侧壁。

所述制冷剂为具有低于室温汽化吸热特点的制冷剂，是R22、R134a、R407c、R410A、R600a、R12或二氧化碳。

本实用新型具有的有益效果是：

整个测量系统产热部位安装有隔热层，与制冷剂接触的部位也安装有隔热层，因此产生的热量不会因为散失而引起误差，制冷剂也不会因为吸收其他热量而引起误差。本实用新型设定带隔热层真空腔体的内外温度为一样，这样不会因为内外温差而引起腔体吸收的热量无法精确计量，从而产生误差；因此本测试装置的测试方法精度非常高。

附图说明

图1是本实用新型测试装置的结构主视图。

图2是带隔热层真空腔体的结构示意图。

图3是高速转子的俯视图。

图中：1、驱动电机，2、真空泵，3、真空抽气接管，4、带隔热层真空腔体，5、高速转子，6、快开铰链，7、锁紧螺钉，8、温度传感器，9、温度传感器数据线，10、温控驱动器，11、温控驱动器数据线，12、压力表，13、制冷剂充装口，14、充装口阀门，15、制冷剂储罐，16、制冷剂，17、制冷剂输送管，18、计量泵，19、阀门，20、制冷剂喷头，21、承外压壳体，22、密封装置，23、中心转轴，24、防冲击内衬，25、隔热材料，26、上盖，27、密封垫片，28、真空表，29、隔热层。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1、图2、图3、所示，本实用新型的承外压壳体21内装有带隔热层真空腔体4，带隔热层真空腔体4内的高速转子5通过锁紧螺钉7安装于中心转轴23的上端，中心转轴23的下端通过安装在带隔热层真空腔体4底部的密封系统22与承外压壳体21内的驱动电机1输出轴相连，带隔热层真空腔体4的上端的上盖2中心位置和带隔热层真空腔体4的侧面分别设有温度传感器8，两个温度传感器8通过温度传感器数据线9连接到温控驱动器10，温控驱动器10通过温控驱动器数据线11连接到计量泵18；制冷剂储罐15的底部有制冷剂输送管17与计量泵18的进口相连接，计量泵18的出口通过制冷剂输送管17与阀门19的一端相连接，阀门19的另一端通过制冷剂输送管17与带隔热层真空腔体4相连通，并伸入到带隔热层真空腔体4内，在带隔热层真空腔体4内的制冷剂输送管17上设有二个以上的制冷剂喷头20；上盖2与承外压壳体21用快开铰链6连接，带隔热层真空腔体4与真空泵2用真空抽气接管3连接。

所述带隔热层真空腔体4，四周的承外压壳体21与防冲击内衬24间设有隔热材料25，所述上盖26与承外压壳体21之间设有密封垫片27。

所述制冷剂储罐15，顶部设有压力表12和制冷剂充装口13，制冷剂充装口13与制冷剂储罐15之间设有充装口阀门14，制冷剂储罐15外均有隔热层29。

所述二个以上的制冷剂喷头20靠近带隔热层真空腔体4的侧壁。

所述制冷剂为具有低于室温汽化吸热特点的制冷剂，是R22、R134a、R407c、R410A、R600a、R12或二氧化碳。

如图3所示，所述高速离心转子5，是根据一台1500G、离心舱内直径20.2米的高速土工离心机的转臂形状按照等比例缩小到500mm直径，在相同线速度320m/s下的转子，其转子外形按照相同的比例缩小。缩小后的转子尺寸为直径440mm，转臂与空气摩擦的最大线速度320m/s，转子宽度为70mm，厚度为22mm，最外缘的吊篮厚度为65mm，真空腔体的内直径500mm。

本实施例中的制冷剂采用环保型的R134a环保型制冷剂。

下面介绍本实用新型的测试方法：

一、本实用新型的测试原理

在绝热效果足够好的情况下，带隔热层真空腔体内高速转子与空气的摩擦产生的热量与制冷剂汽化吸收的热量是相等的，因此可以通过读取计量泵的制冷剂流量来计算出高速转子产生的热量。当控制带隔热层真空腔体内的温度与真空腔体外的温度相同时，设备本身既不吸收热量，也不产生热量，因此可以减少因设备本身引起的误差。

二、本实用新型温度控制方法

a)将高速转子5通过锁紧螺钉7固定于中心转轴23的上端，关上带隔热层真空腔体4的上盖26，将锁紧螺钉拧紧；

b)开启真空泵2，将带隔热层真空腔体4抽真空到设定的真空值，保持该真空度一段时间后，开启驱动电机1，使高速转子5达到设定的转速；

c)在高速转子5与空气摩擦过程中会产生一定的热量，当温度传感器8检测到温度开始升高时，驱动计量泵18将制冷剂注入带隔热层真空腔体4内，当制冷剂在带隔热层真空腔体4内蒸发时，吸收热量，使带隔热层真空腔体4内的温度保持与真空腔体外的温度一样。

d)当高速转子5运行后，产生的热量与注入制冷剂吸收的热量达到平衡，此时记录计量泵的读数，根据此读数计算出高速转子5产生的热量。计算方法如下：

在每一个不同真空度下，当离心室内升温达到设定的室外温度时，再进一步升高 温度即启动制冷机计量泵，经过一段时间运行平稳后，氟利昂消耗量为L(L/h)，则不同真空 度下相应产热量可通过以下公式计算，查制冷剂的物性参数，密度ρ，不同压力下沸点及不 同压力下汽化潜热q。

则 kJ/h

这样高速转子的产热量就是Q_潜，因此高速转子的产热量可以通过测试、计算得到。

上述具体实施方式用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型作出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种真空环境下土工离心机空气摩擦产热量测试装置，其特征在于：承外压壳体（21）内装有带隔热层真空腔体（4），带隔热层真空腔体（4）内的高速转子（5）安装于中心转轴（23）的上端，中心转轴（23）的下端通过安装在带隔热层真空腔体（4）底部的密封系统（22）与承外压壳体（21）内的驱动电机（1）输出轴相连，带隔热层真空腔体（4）的上端的上盖（26）中心位置和带隔热层真空腔体（4）的侧面分别设有温度传感器（8），两个温度传感器（8）连接到温控驱动器（10），温控驱动器（10）连接到计量泵（18）；制冷剂储罐（15）的底部与计量泵（18）的进口相连接，计量泵（18）的出口与阀门（19）的一端相连接，阀门（19）的另一端通过制冷剂输送管伸入到带隔热层真空腔体（4）内，在带隔热层真空腔体（4）内的制冷剂输送管（17）上设有二个以上的制冷剂喷头（20）；上盖（26）与承外压壳体（21）用快开铰链（6）连接，带隔热层真空腔体（4）与真空泵（2）连接。

2.根据权利要求1所述的一种真空环境下土工离心机空气摩擦产热量测试装置，其特征在于：所述带隔热层真空腔体（4），四周的承外压壳体（21）与防冲击内衬（24）间设有隔热材料（25），所述上盖（26）与承外压壳体（21）之间设有密封垫片（27）。

3.根据权利要求1所述的一种真空环境下土工离心机空气摩擦产热量测试装置，其特征在于：所述制冷剂储罐（15），顶部设有压力表（12）和制冷剂充装口（13），制冷剂充装口（13）与制冷剂储罐（15）之间设有充装口阀门（14），制冷剂储罐（15）外均有隔热层（29）。

4.根据权利要求1所述的一种真空环境下土工离心机空气摩擦产热量测试装置，其特征在于：所述二个以上的制冷剂喷头（20）靠近带隔热层真空腔体（4）的侧壁。

5.根据权利要求1所述的一种真空环境下土工离心机空气摩擦产热量测试装置，其特征在于：所述制冷剂为具有低于室温汽化吸热特点的制冷剂，是R22、R134a、R407c、R410A、R600a、R12或二氧化碳。