CN208537545U - 超重力场试验舱水位调节模拟装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了超重力场试验舱水位调节模拟装置，包括供液箱、模型箱、液压缸，供液箱与模型箱通过连接管连通；由液压缸、供液箱、模型箱及连接管组成，通过液压缸推动供液箱的活塞杆做循环往复运动，供液箱里的水被循环压入或排出模型箱水位调节区域，使供液箱里的水可循环利用，避免了水直接排向舱外对机室及环境带来的危害，更安全可靠；供液箱底板高度低于模型箱底板高度，使水位形成高度差，实现最低水位为0时的调节需求；从超重力场g′的角度出发，设计供液箱筒体净空尺寸与存储的水量，针对性的满足不同g′下的水位调节需求。

Description

超重力场试验舱水位调节模拟装置

技术领域

本实用新型属于超重力场模拟设备技术领域，具体涉及超重力场试验舱水位调节模拟装置。

背景技术

在水力作用下岩土颗粒发生运移形成管涌或漫顶溃决，导致坝体破坏，超重力场水位调节模拟装置是一种应用于离心机试验舱的液位模拟设备，通过在超重力场试验环境下调节水位，观测坝体缩尺模型在不同水位下的变化，从而揭示高坝溃决的机制与形成规律。

目前在超重力场下，水位升高实现手段是通过对试验区域单独供水，具体做法是在地面上布置水箱，利用旋转接头将水箱里的水传输至离心机试验舱，实现试验区域水位升高；或将水箱布置在离心机转臂上，水箱里的水利用转臂转动形成的离心力甩入试验舱，实现试验区域水位升高。对于水位的降低，采取直接排出试验舱的方式。

传统水位调节技术虽可升高、降低水位，但调节过程循环利用率差，进行多次试验时，需多次加水与多次排水，水箱需存储多次试验所需的水量，存储水量大，难以进行多次循环试验，并且液位降低的过程中，试验舱排出的水由于离心旋转运动，易发生雾化现象，多次试验时，排水量过大，造成机室环境过于潮湿，危害机室设备。

为了解决以上问题我方研发出了一种超重力场试验舱水位调节模拟装置。

发明内容

本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种超重力场试验舱水位调节模拟装置。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

超重力场试验舱水位调节模拟装置，包括：

用于存储试验用水的供液箱；

模型箱，供液箱与模型箱通过连接管连通；

用于与供液箱连接，并可将供液箱内的水通过连接管送入模型箱，或通过连接管将模型箱内的水送入供液箱的液压缸；

具体地，供液箱包括一上端设置有开口的筒体、活塞、活塞杆、连接杆，筒体的底部设置有第一供、排液口，活塞安装在筒体内，活塞的上端连接活塞杆的下端，活塞杆的上端与连接杆连接，液压缸的动力输出端与连接杆连接。

具体地，模型箱包括箱体、坝体模型，坝体模型置于箱体内，并在箱体和坝体模型之间形成水位调节区域，位于水位调节区域的箱体底部设置有第二供、排液口，第一供、排液口和第二供、排液口通过连接管连通。

优选地，液压缸为两个，活塞杆与连接杆的中部连接，两个液压缸的动力输出端分别与连接杆的两端连接。

优选地，供液箱的底板高度低于模型箱的底板高度。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型的超重力场试验舱水位调节模拟装置：

1、由液压缸、供液箱、模型箱及连接管组成，通过液压缸推动供液箱的活塞杆做循环往复运动，供液箱里的水被循环压入或排出模型箱水位调节区域，使供液箱里的水可循环利用，避免了水直接排向舱外对机室及环境带来的危害，更安全可靠。

2、供液箱底板高度低于模型箱底板高度，使水位形成高度差，实现最低水位为0时的调节需求。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中模型箱的结构示意图；

图3为本实用新型的工作原理示意图；

图4为本实用新型中供液箱和液压缸的结构示意图，其中4a为立体图，4b为剖视图。

图中：1、供液箱；11、筒体；12、活塞；13、活塞杆；14、连接杆；15、第一供、排液口；2、液压缸；3、连接管；4、模型箱；41、箱体；42、坝体模型；43、水位调节区域；44、第二供、排液口。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如图1所示，超重力场试验舱水位调节模拟装置，包括：用于存储试验用水的供液箱1；模型箱4，供液箱1与模型箱4通过连接管3连通；用于与供液箱1连接，并可将供液箱1内的水通过连接管3送入模型箱4，或通过连接管3 将模型箱4内的水送入供液箱1的两个液压缸2；

如图4所示，供液箱1包括一上端设置有开口的筒体11、活塞12、活塞杆 13、连接杆14，筒体11的底部设置有第一供、排液口15，活塞12安装在筒体 11内，活塞12的上端连接活塞杆13的下端，活塞杆13的上端与连接杆14连接，液压缸2的动力输出端与连接杆14连接。

如图2所示，模型箱4包括箱体41、坝体模型42，坝体模型42置于箱体 41内，并在箱体41和坝体模型42之间形成水位调节区域43，位于水位调节区域43的箱体41底部设置有第二供、排液口44，第一供、排液口15和第二供、排液口44通过连接管3连通。

活塞杆13与连接杆14的中部连接，两个液压缸2的动力输出端分别与连接杆14的两端连接。

供液箱1的底板高度低于模型箱4的底板高度。

如图2和图3所示，模型箱44提供试验坝体与试验水位区域，建立超重力场管涌试验发生环境。

设计水位调节区域43净空尺寸为L×W，由此依据水位调节范围确定一次循环试验最大供水量V，假定观测坝体水位调节范围为H1-H2，则V＝S×(L×W×H2), 其中S为最大水量修正系数。

液压缸2推动连接杆14上下移动，连接杆14与活塞杆13固连，使活塞杆 13同步做上下移动：随着活塞杆13向下移动，筒体11里的水被压入水位调节区域43，实现高水位；随着活塞杆13向上移动，筒体11里的水回流至筒体11，实现低水位，由于在超重力场g’环境下低水位回流区别于地面正常环境，因此基于超重力场g’低水位压力变化技术实现水位调节变化，以适应不同g’的超重力场水位调节需求。

筒体11需满足超重力场g’环境下水位调节区域43要求的水位变化，面向可调水位技术指标设计筒体11净空尺寸。

基于试验舱水位调节区域43水位变化范围为H1-H2的要求，设计筒体11 尺寸及试验储水量为：

筒体11净空尺寸：R×H；

筒体11储水量水位变化：H_min—H_max。

为使供液箱11里的水可在超重力场g’环境下实现H1-H2的水位变化，水量需大于筒体11尺寸需满足以下技术指标：

其中ρ为水的密度。

由此依据公式(1)确定筒体11尺寸值：

(1)根据公式(1)第一个公式筒体11储水量的最高水位Hmax由H1确定，其中模型箱4底板高度大于供液箱1底板高度：h_底>H_底，以满足最低水位H1为 0时的调节需求；

(2)筒体11净空尺寸R由试验最大供水量V确定，为防止活塞12与筒体 11底面碰撞，初设筒体11最低水位Hmin为一个确定值，根据公式(1)第二个公式得出筒体11净空半径R；

(3)筒体11高度H由(1)中已得出的最高水位Hmax确定：为防止筒体 11里的水溢出，筒体11净空尺寸H>Hmax+活塞12高度。

综上，设计了超重力场g′环境下的水位调节装置，基于水位调节需求H1-H2，供液箱1实现循环供水的同时，满足不同g′环境下的水位要求。

从超重力场g′的角度出发，设计供液箱1筒体11净空尺寸与存储的水量，针对性的满足不同g′下的水位调节需求。

装置不仅局限于水的调节，在超重力场下对其它液体进行调节时，通过修正公式中的ρ即可实现对应液体液位调节。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。

Claims (5)

1.超重力场试验舱水位调节模拟装置，其特征在于，包括：

用于存储试验用液体的供液箱；

模型箱，供液箱与模型箱通过连接管连通；

用于与供液箱连接，并可将供液箱内的水通过连接管送入模型箱，或通过连接管将模型箱内的水送入供液箱的液压缸。

2.根据权利要求1所述的超重力场试验舱水位调节模拟装置，其特征在于：供液箱包括一上端设置有开口的筒体、活塞、活塞杆、连接杆，筒体的底部设置有第一供、排液口，活塞安装在筒体内，活塞的上端连接活塞杆的下端，活塞杆的上端与连接杆连接，液压缸的动力输出端与连接杆连接。

3.根据权利要求2所述的超重力场试验舱水位调节模拟装置，其特征在于：模型箱包括箱体、坝体模型，坝体模型置于箱体内，并在箱体和坝体模型之间形成水位调节区域，位于水位调节区域的箱体底部设置有第二供、排液口，第一供、排液口和第二供、排液口通过连接管连通。

4.根据权利要求2所述的超重力场试验舱水位调节模拟装置，其特征在于：液压缸为两个，活塞杆与连接杆的中部连接，两个液压缸的动力输出端分别与连接杆的两端连接。

5.根据权利要求1所述的超重力场试验舱水位调节模拟装置，其特征在于：供液箱的底板高度低于模型箱的底板高度。