CN209087204U - 超重力场下的海啸/重力流模拟发生装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了超重力场下的海啸/重力流模拟发生装置，通过在超重力环境下采用闸门快速提升单元与模型箱和储液箱结合模拟海啸、深海重力流的发生，本装置中模拟发生的海啸/重力流模拟会没有阻碍，更加的顺畅、快速；本装置中储液箱中所有液体均可参与到海啸模拟中去；本装置的储液箱在满足实现海啸模拟发生的同时，为泥浆的存储、搅拌提供了空间，实现了对深海重力流的模拟，拓展了装置的功能和使用范围；搅拌单元主要用于模拟海底重力流实验中，在模拟海底重力流实验开始前，通过搅拌单元对储液箱中的泥浆进行不间断的搅拌，以保证泥浆的均匀性，不发生沉淀、集结现象，使得本专利能更好的进行重力流模拟。

Description

超重力场下的海啸/重力流模拟发生装置

技术领域

本实用新型属于海啸/重力流模拟发生技术领域，具体涉及超重力场下的海啸/重力流模拟发生装置。

背景技术

超重力场中的海啸模拟发生装置是基于缩比效应在超重力场环境下模拟发生海啸、深海重力流等海洋灾害物理环境，为揭示和研究海啸、深海重力流对海洋结构物的破坏过程与机理以及探索相应的灾害防控技术方法提供实验平台。

超重力场中的海啸模拟发生装置只有个别科研机构建成。日本京都大学建有海啸模拟实验装置，该装置通过液压缸拉动储液箱底部闸门水平移动，使储液箱液体沿闸门缺口快速流出，进而模拟海啸作用。

液压缸平拉闸门的造啸装置，储液箱下部的闸门打开后，只有储液箱上部的液体能够从闸门缺口流出，平拉闸门中一般会在底部安装有一向上凸出的板，并与平拉闸门配合才能实现对水的存储，在液压缸平拉闸门后，闸门上部固定板会对倾泻出的水产生阻碍。因此其闸门打开方式所形成的海啸波与实际中的海啸波差距较大，缺乏对实际工程的指导意义。

另外，深海重力流模拟发生装置同海啸模拟发生装置在模型箱、供水、发生装置上都具有很高的相似性，存在实现集成共用的可能性。液压缸置于储液箱底部平拉闸门的结构形式，使得闸门打开后，储液箱底部的液体无法参与到海啸模拟中去，造成了部分液体的浪费，同时也使其不能够进行储液箱底部重力流的模拟，也就不具备进行深海重力流模拟的功能。

为了解决以上问题我方研发出了一种超重力场下的海啸/重力流模拟发生装置。

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下的海啸/重力流模拟发生装置。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

超重力场下的海啸/重力流模拟发生装置，安装在离心机吊篮中，海啸/重力流模拟发生装置包括：

模型箱；在模型箱内底部设置土体；

海啸/重力流模拟发生装置还包括：

储液箱；储液箱设置在模型箱内部的一端，水或重力流介质存储在储液箱内部，储液箱内水或重力流介质的最下端与土体的表面处于同一平面；

用于将储液箱内水或重力流介质从高于土体上表面排出至土体上部的闸门快速提升单元；闸门快速提升单元包括用于隔离储液箱与土体上部空间的闸门和用于提升和降下闸门的安装在储液箱内顶部的动力机构；动力机构的动力输出端与闸门连接。

通过在超重力环境下采用闸门快速提升单元与模型箱和储液箱结合模拟海啸、深海重力流的发生，其没有同日本京都大学建有的海啸模拟实验装置中的底部设置的液压缸平拉闸门、底部设置的与液压缸平拉闸门配合的向上凸出的板、侧边设置的固定不动的用于隔离模型箱存储水的板，所以本装置中的海啸/重力流模拟会没有阻碍，更加的顺畅、快速；且区别于在模型箱底部采用液压缸平拉闸门的模拟海啸发生，平拉闸门中一般会在底部安装有一向上突出的板，并与平拉闸门配合才能实现对水的存储，这使得储液箱底部的液体无法参与到海啸模拟中去，造成了部分液体的浪费的情况；且区别于在模型箱底部采用液压缸平拉闸门的模拟海啸发生中的不能够进行储液箱底部重力流的模拟，不具备进行深海重力流模拟功能的情况；闸门的结构布设和动力机构的组合作用，可使闸门快速提升单元能稳定的使水或重力流介质顺着土体表面倾泻而出。

动力机构包括多个液压缸组件，液压缸组件包括液压缸、伺服阀、蓄能器、用于测量液压缸位移的激光位移传感器、第一控制系统，多个液压缸的活塞杆分别作用于闸门的顶端并用于提升和降下闸门，激光位移传感器的数据信号输出端与第一控制系统的数据信号输入端连接，第一控制系统的控制信号输出端与伺服阀的控制信号输入端连接，液压缸、伺服阀、地面油源通过管路形成基本液压基本工作回路，液压缸与地面油源通过旋转接头连接，蓄能器接入基本液压基本工作回路中。

多个液压缸组件的选择和应用，能使得对闸门控制动力充沛、控制精确。

闸门与两侧模型箱壁之间采用P型止水橡胶双向密封，在闸门的底部与储液箱之间采用楔形橡胶板双向密封。

P型止水橡胶和楔形橡胶板的采用能在保证闸门开启前储液箱中的液体不泄露的同时，尽量减小密封所发生摩擦对闸门开启的阻力。

储液箱分为了上部结构和下部结构，下部结构包括用于支撑上部结构的支撑结构，上部结构的内部用于存储水或重力流介质，上部结构的底面与土体的表面处于同一平面。

支撑结构的作用是为了支撑抬高上部结构中水或重力流介质的最下端高度，并使水或重力流介质的最下端高度与土体高度处以同一平面。

海啸/重力流模拟发生装置还包括液位控制单元，液位控制单元包括地面储水箱、过滤器、抽水泵、增压装置、流量调节阀和液位监测传感器，地面储水箱、过滤器、抽水泵、增压装置、流量调节阀均设置在底面，地面储水箱依次连接过滤器、抽水泵、增压装置、流量调节阀，流量调节阀通过旋转接头与储液箱连接，液位监测传感器安装在储液箱内并用于监测储液箱内水或重力流介质的高度。

通过液位监测传感器监测的水或重力流介质的高度数据并发送给第三控制系统，第三控制系统自动调整流量调节阀的开关程度和抽水泵的启停，以实现实验过程中模型箱内液位的控制。

海啸/重力流模拟发生装置还包括搅拌单元，搅拌单元包括用于实时反馈电机转速的编码器、固定座、用于储液箱内水或重力流介质搅拌的搅拌杆、电机、用于电机转速控制的第二控制系统；电机通过固定座安装在储液箱上部，搅拌杆的上端与电机的转轴连接，编码器的数据输出端与第二控制系统的数据输入端连接，第二控制系统的控制信号输出端与电机的控制信号输入端连接。

搅拌单元主要用于模拟海底重力流实验中，在模拟海底重力流实验开始前，通过搅拌单元对储液箱中的泥浆进行不间断的搅拌，以保证泥浆的均匀性，不发生沉淀、集结现象，使得本专利能更好的进行重力流模拟。

模型箱由后面板、两个侧板、有机玻璃板和底板围成长方体形结构，并通过螺钉紧固件紧固，前面板安装在有机玻璃板前部，前面板上设置有观察窗。

模型箱是海洋灾害物理环境模拟发生装置中其它功能模块的安装基础，也是实验中液体或重力流的承载容器；采用本专利的结构一方面满足了足够的强度、刚度，保证其在超重力环境下不发生破坏并且变形较小，另一方面具有密封性，保证模型箱内的水不发生泄露；且模型箱还设有观察窗，更加便于观察海啸、重力流模拟发生过程与其对土体、海洋结构等的破坏过程。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型的超重力场下的海啸/重力流模拟发生装置：

1、通过在超重力环境下采用闸门快速提升单元与模型箱和储液箱结合模拟海啸、深海重力流的发生，其没有同日本京都大学建有的海啸模拟实验装置中的底部设置的液压缸平拉闸门、底部设置的与液压缸平拉闸门配合的向上凸出的板、侧边设置的固定不动的用于隔离模型箱存储水的板，所以本装置中的海啸/重力流模拟会没有阻碍，更加的顺畅、快速；且区别于在模型箱底部采用液压缸平拉闸门的模拟海啸发生，平拉闸门中一般会在底部安装有一向上突出的板，并与平拉闸门配合才能实现对水的存储，这使得储液箱底部的液体无法参与到海啸模拟中去，造成了部分液体的浪费的情况；且区别于在模型箱底部采用液压缸平拉闸门只能模拟海啸发生,不能够进行储液箱底部重力流的模拟，不具备进行深海重力流模拟功能的情况；闸门的结构布设和动力机构的组合作用，可使闸门快速提升单元能稳定、顺畅的使水或重力流介质顺着土体表面倾泻而出；

2、本装置的储液箱在满足实现海啸模拟发生的同时，为泥浆的存储、搅拌提供了空间，实现了对深海重力流的模拟，拓展了装置的功能和使用范围；搅拌单元主要用于模拟海底重力流实验中，在模拟海底重力流实验开始前，通过搅拌单元对储液箱中的泥浆进行不间断的搅拌，以保证泥浆的均匀性，不发生沉淀、集结现象，使得本专利能更好的进行重力流模拟。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型中储液箱的纵剖结构示意图；

图3为本实用新型中a部分楔形橡胶板的结构示意图；

图4为本实用新型中储液箱的横剖结构示意图；

图5为本实用新型中b部分P型止水橡胶的结构示意图；

图6为本实用新型中闸门快速提升单元的结构示意图；

图7为本实用新型中搅拌单元的结构示意图；

图8为本实用新型中模型箱的俯视图；

图9为本实用新型中前面板的主视图。

图中：1—液位控制单元；2—搅拌单元；21—编码器；22—固定座；23—搅拌杆；25—电机；26—第二控制系统；3—水或重力流介质；4—闸门快速提升单元；41—闸门；42—液压缸；43—伺服阀；44—蓄能器；45—侧面密封结构；5—土体；6—储液箱；62—支撑结构；7—模型箱；71—螺钉紧固件；72—后面板；73—侧板；74—前面板；75—有机玻璃板；76—底板。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

实施例1，如图1和图6所示：

超重力场下的海啸/重力流模拟发生装置，安装在离心机吊篮中，海啸/重力流模拟发生装置包括：

模型箱7；在模型箱7内底部设置土体5；

海啸/重力流模拟发生装置还包括：

储液箱6；储液箱6设置在模型箱7内部的一端，水或重力流介质3存储在储液箱6内部，储液箱6内水或重力流介质3的最下端与土体5的表面处于同一平面；

用于将储液箱6内水或重力流介质3从高于土体5上表面排出至土体5上部的闸门快速提升单元4；闸门快速提升单元4包括用于隔离储液箱6与土体5上部空间的闸门41和用于提升和降下闸门41的安装在储液箱6内顶部的动力机构；动力机构的动力输出端与闸门41连接。

通过在超重力环境下采用闸门快速提升单元与模型箱和储液箱结合模拟海啸、深海重力流的发生，其没有同日本京都大学建有的海啸模拟实验装置中的底部设置的液压缸平拉闸门、底部设置的与液压缸平拉闸门配合的向上凸出的板、侧边设置的固定不动的用于隔离模型箱存储水的板，所以本装置中的海啸/重力流模拟会没有阻碍，更加的顺畅、快速；且区别于在模型箱底部采用液压缸平拉闸门的模拟海啸发生，平拉闸门中一般会在底部安装有一向上突出的板，并与平拉闸门配合才能实现对水的存储，这使得储液箱底部的液体无法参与到海啸模拟中去，造成了部分液体的浪费的情况；且区别于在模型箱底部采用液压缸平拉闸门只能模拟海啸发生,不能够进行储液箱底部重力流的模拟，不具备进行深海重力流模拟功能的情况；闸门的结构布设和动力机构的组合作用，可使闸门快速提升单元能稳定、顺畅的使水或重力流介质顺着土体表面倾泻而出。且使得水或重力流介质顺着土体表面倾泻而出，所形成的海啸波与实际中的海啸波相似度较大，区别于在模型箱底部采用液压缸平拉闸门的模拟海啸发生中的水或重力流介质沿缺口流出时受到一定阻挡；

动力机构工作后，可拉动闸门41做出提升和降下的动作，能让水或重力流介质3从闸门41的底部水平流出并排出至土体5上部。此处的动力机构包括了多种可能性，其可以采用液压缸42组件、亦可采用电机组件。

实施例2，如图6所示，

本实施例与实施例1的区别在于：动力机构包括多个液压缸42组件，液压缸42组件包括液压缸42、伺服阀43、蓄能器44、用于测量液压缸42位移的激光位移传感器、第一控制系统，多个液压缸42的活塞杆分别作用于闸门41的顶端并用于提升和降下闸门41，激光位移传感器的数据信号输出端与第一控制系统的数据信号输入端连接，第一控制系统的控制信号输出端与伺服阀43的控制信号输入端连接，液压缸42、伺服阀43、地面油源通过管路形成基本液压基本工作回路(此为现有技术，在此不做敷述)，液压缸42与地面油源通过旋转接头连接，蓄能器44接入基本液压基本工作回路中。

多个液压缸42组件的选择和应用，能使得对闸门41控制动力充沛、控制精确。

优选地采用两个液压缸42组件的情况，且还作为优选，本专利中的闸门41在起顶部设置有两个分别向两侧延伸的凸起，便于通过两个液压缸42的活塞杆分别顶住两个凸起。

实施例3，如图2、图3、图4、图5所示，

本实施例与实施例1的区别在于：闸门41与两侧模型箱7壁之间采用P型止水橡胶双向密封，在闸门41的底部与储液箱6之间采用楔形橡胶板双向密封。

P型止水橡胶和楔形橡胶板的采用能在保证闸门41开启前储液箱6中的液体不泄露的同时，尽量减小密封所发生摩擦对闸门41开启的阻力。

两个P型止水橡胶分别置于闸门的一端两侧组成侧面密封结构45。

本实施例中为了配合P型止水橡胶、楔形橡胶板的稳定安装与连接，特别地在储液箱6上与闸门41上的楔形橡胶板接触的部位设置有向下凹陷的与楔形橡胶板形状匹配的凹槽，能让密封性能进一步的提高；特别地在，在两侧模型箱7壁上竖向设置有两条与P型止水橡胶大小对应的凹槽，能让密封性能进一步的提高，安装更加的稳固。

实施例4，如图1和图2所示，

本实施例与实施例1的区别在于：储液箱6分为了上部结构和下部结构，下部结构包括用于支撑上部结构的支撑结构62，上部结构的内部用于存储水或重力流介质3，上部结构的底面与土体5的表面处于同一平面。

支撑结构62的作用是为了支撑抬高上部结构中水或重力流介质3的最下端高度，并使水或重力流介质3的最下端高度与土体5高度处以同一平面。

实施例5，如图1所示，

本实施例与实施例1的区别在于：海啸/重力流模拟发生装置还包括液位控制单元1，液位控制单元1包括地面储水箱、过滤器、抽水泵、增压装置、流量调节阀和液位监测传感器，地面储水箱、过滤器、抽水泵、增压装置、流量调节阀均设置在底面，地面储水箱依次连接过滤器、抽水泵、增压装置、流量调节阀，流量调节阀通过旋转接头与储液箱6连接，液位监测传感器安装在储液箱6内并用于监测储液箱6内水或重力流介质3的高度。

通过液位监测传感器监测的水或重力流介质3的高度数据并发送给第三控制系统，第三控制系统自动调整流量调节阀的开关程度和抽水泵的启停，以实现实验过程中模型箱7内液位的控制。

实施例6，如图1和图7所示，

本实施例与实施例1的区别在于：海啸/重力流模拟发生装置还包括搅拌单元2，搅拌单元2包括用于实时反馈电机25转速的编码器21、固定座22、用于储液箱6内水或重力流介质3搅拌的搅拌杆23、电机25、用于电机25转速控制的第二控制系统26；电机25通过固定座22安装在储液箱6上部，搅拌杆23的上端与电机25的转轴连接，编码器21的数据输出端与第二控制系统26的数据输入端连接，第二控制系统26的控制信号输出端与电机25的控制信号输入端连接。

搅拌单元2主要用于模拟海底重力流实验中，在模拟海底重力流实验开始前，通过搅拌单元2对储液箱6中的泥浆进行不间断的搅拌，以保证泥浆的均匀性，不发生沉淀、集结现象，使得本专利能更好的进行重力流模拟。

实施例7，如图8和图9所示，

本实施例与实施例1的区别在于：模型箱7由后面板72、两个侧板73、有机玻璃板75和底板76围成长方体形结构，并通过螺钉紧固件71紧固，前面板74安装在有机玻璃板75前部，前面板74上设置有观察窗。

模型箱7是海洋灾害物理环境模拟发生装置中其它功能模块的安装基础，也是实验中液体或重力流的承载容器；采用本专利的结构一方面满足了足够的强度、刚度，保证其在超重力环境下不发生破坏并且变形较小，另一方面具有密封性，保证模型箱7内的水不发生泄露；且模型箱7还设有观察窗，更加便于观察海啸、重力流模拟发生过程与其对土体5、海洋结构等的破坏过程。

以上实施例中，所涉及到的第一控制系统、第二控制系统26、第三控制系统可以为一个总的控制系统进行调控，亦可以单独进行调控。

该装置在超重力场下模拟发生海啸的主要过程如下：

1、实验开始，离心机旋转至指定g值，为装置提供稳定的超重力场环境；

2、由液位控制单元1向储液箱6提供具有一定流量和压力的水，并通过实时反馈液位的高度，使液位达到实验要求的高度；

3、闸门快速提升单元4按预定的提升开度和提升速度实现闸门41的快速提升，储液箱6所存储的水在超重力场环境下随闸门41快速提升迅速从闸门41底部涌出，模拟发生海啸作用；

4、得到此状态下的实验结果，实验装置停止工作，离心机停止工作，实验结束。

该装置在超重力场下模拟发生重力流的主要过程如下：

1、实验开始，向储液箱6注入重力流介质(泥浆等)，并通过实时反馈液位的高度，使液位达到实验要求的高度，搅拌单元2对重力流模拟介质进行不间断的搅拌，以保证模拟重力流介质的均匀性，不发生沉淀、集结现象；

2、离心机旋转至指定g值，为装置提供稳定的超重力场环境；

3、闸门快速提升单元4按预定的提升开度和提升速度实现闸门41的快速提升，储液箱6所存储的重力流介质在超重力场环境下随闸门41快速提升迅速从闸门41底部涌出，模拟发生深海重力流作用；

4、得到此状态下的实验结果，实验装置停止工作，离心机停止工作，实验结束。

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 (7)

1.超重力场下的海啸/重力流模拟发生装置，安装在离心机吊篮中，海啸/重力流模拟发生装置包括：

模型箱；在模型箱内底部设置土体；

其特征在于，海啸/重力流模拟发生装置还包括：

储液箱；储液箱设置在模型箱内部的一端，水或重力流介质存储在储液箱内部，储液箱内水或重力流介质的最下端与土体的表面处于同一平面；

用于将储液箱内水或重力流介质从高于土体上表面排出至土体上部的闸门快速提升单元；闸门快速提升单元包括用于隔离储液箱与土体上部空间的闸门和用于提升和降下闸门的安装在储液箱内顶部的动力机构；动力机构的动力输出端与闸门连接。

2.根据权利要求1所述的超重力场下的海啸/重力流模拟发生装置，其特征在于：动力机构包括多个液压缸组件，液压缸组件包括液压缸、伺服阀、蓄能器、用于测量液压缸位移的激光位移传感器、第一控制系统，多个液压缸的活塞杆分别作用于闸门的顶端并用于提升和降下闸门，激光位移传感器的数据信号输出端与第一控制系统的数据信号输入端连接，第一控制系统的控制信号输出端与伺服阀的控制信号输入端连接，液压缸、伺服阀、地面油源通过管路形成基本液压基本工作回路，液压缸与地面油源通过旋转接头连接，蓄能器接入基本液压基本工作回路中。

3.根据权利要求1所述的超重力场下的海啸/重力流模拟发生装置，其特征在于：闸门与两侧模型箱壁之间采用P型止水橡胶双向密封，在闸门的底部与储液箱之间采用楔形橡胶板双向密封。

4.根据权利要求1所述的超重力场下的海啸/重力流模拟发生装置，其特征在于：储液箱分为了上部结构和下部结构，下部结构包括用于支撑上部结构的支撑结构，上部结构的内部用于存储水或重力流介质，上部结构的底面与土体的表面处于同一平面。

5.根据权利要求1所述的超重力场下的海啸/重力流模拟发生装置，其特征在于：海啸/重力流模拟发生装置还包括液位控制单元，液位控制单元包括地面储水箱、过滤器、抽水泵、增压装置、流量调节阀和液位监测传感器，地面储水箱、过滤器、抽水泵、增压装置、流量调节阀均设置在底面，地面储水箱依次连接过滤器、抽水泵、增压装置、流量调节阀，流量调节阀通过旋转接头与储液箱连接，液位监测传感器安装在储液箱内并用于监测储液箱内水或重力流介质的高度。

6.根据权利要求1所述的超重力场下的海啸/重力流模拟发生装置，其特征在于：海啸/重力流模拟发生装置还包括搅拌单元，搅拌单元包括用于实时反馈电机转速的编码器、固定座、用于储液箱内水或重力流介质搅拌的搅拌杆、电机、用于电机转速控制的第二控制系统；电机通过固定座安装在储液箱上部，搅拌杆的上端与电机的转轴连接，编码器的数据输出端与第二控制系统的数据输入端连接，第二控制系统的控制信号输出端与电机的控制信号输入端连接。

7.根据权利要求1所述的超重力场下的海啸/重力流模拟发生装置，其特征在于：模型箱由后面板、两个侧板、有机玻璃板和底板围成长方体形结构，并通过螺钉紧固件紧固，前面板安装在有机玻璃板前部，前面板上设置有观察窗。