CN2407360Y - 离心机模拟波浪发生装置 - Google Patents

Abstract

一种离心机模拟波浪发生装置,在高重力加速度条件下产生行进波浪,用于对海床、海底管线等结构物特性的模拟试验。装置包括梁式离心机、造波机、电气控制和检测电路。其中造波机采用交流变频调速电动机驱动,曲柄连杆摇板机构的曲柄长度可调,连杆两端采用调心球轴承联接,土槽为可拆卸结构,消波工作距离可调,并且波浪水槽和土槽容积较大,因而使本装置可以模拟浅海区的实际波浪,并在运行中方便地改变波高和频率等参数。

Description

离心机模拟波浪发生装置

本实用新型是在高重力加速度条件下产生行进波浪的装置，用来对海床、海底管线等结构物的特性进行模拟试验研究。

对于重力起主要作用的岩土工程和土工结构物，若将模型置于离心机产生的高离心力场中，则可以比较真实地模拟再现多种现场难以观测的现象，这就是土工离心模拟技术。据此原理设计了离心机模拟波浪发生装置。海底结构物在波浪作用下的特性，波浪、管线和海床的相互作用，以及波浪使海底砂土液化的研究等都可以使用离心模拟技术。

英国剑桥大学于1991年首先推出了鼓式离心机行进波浪发生装置。该装置的原理是在预定的离心加速度下，熔断悬挂沉箱的金属丝，使沉箱沉入水中而产生行进波浪。所产生的行进波浪绕环形试验模型斗运行一周后进行消波。这种鼓式离心机行进波浪装置，由于波浪运行距离较长，消波比较容易。其缺点是采用沉箱造波，在试验中很难改变波浪周期、波浪高度等参数。实际上，由于在土工离心机中鼓式离心机并不多见，若为模拟波浪条件而专门购置一台鼓式离心机是很不经济的。

1998年，日本京都大学推出了另一种形式的离心机模拟波浪发生装置，即樑式离心机行进波浪发生装置。该装置中采用直流伺服电动机驱动一个曲柄摇板机构产生行进波浪，并在水槽的另一侧设置消波板进行消波。然而，该装置的波浪水槽尺寸小，电动机的功率也仅为1.5瓦，使其应用范围十分局限。此外，直流伺服电动机的体积和重量都大，电刷需要经常维修更换，其土槽是固定的，所以试验使用不太方便。

本实用新型的目的是提供一种改进的樑式离心机模拟行进波浪发生装置，装置中的主要部件包括造波机、波浪水槽、土槽装调方便，运行时可以对波浪参数连续调节，可以模拟浅海区实际波浪，研究海床和海洋结构物的特性。

本实用新型离心机模拟波浪发生装置，包括离心机、造波机、电气控制和检测电路。所述离心机为樑式离心机，所述造波机包括波浪水槽、装在波浪水槽中的土槽、造波部件、消波组件几部分。其中的造波部件采用交流变频调速电动机驱动，造波部件中的波浪发生器包括曲柄一连杆一摇板机构，所说的曲柄为一曲柄轮，其曲柄长度可以调节，所说连杆的两端与曲柄轮和摇板的联接，分别采用调心球轴承。

试验时，土槽中放置模拟海底土样、试验模型或样品，压力传感器等测量器具。

本实用新型离心机模拟波浪发生装置的土槽为可折卸结构，并且邻近摇板的土槽侧壁，其外侧的上部为一平滑斜面。

本实用新型装置中的消波组件安装在波浪水槽远离摇板的一端，该消波组件中的垂直消波板的工作平面，与垂直状态下的摇板的工作平面平行，并且二者的距离可以移动垂直消波板而变化。

本实用新型装置中的波浪水槽用板状的槽壁构件拼装而成，槽壁的联接为互相咬合的凹凸结构，加橡胶垫，再用紧固件联接而成。

图1为本实用新型离心机模拟波浪发生装置中的造波机的正视图。

图2为图1所示本实用新型造波机的俯视图。

图3为图1所示本实用新型造波机A-A剖面图、B-B剖视图。

以下结合对附图所示本造波机实施例的详细说明，将使本实用新型离心机模拟波浪发生装置的特征和优点更加清晰。

本实用新型离心机模拟波浪发生装置，包括离心机，造波机，电气控制和检测电路三大部分。在本实施例中，离心机为樑式离心机，电气控制和检测电路包括驱动电动机控制系统、传感器检测、装置控制等。离心机和电气部分在附图中未表示。造波机固定安装在樑式离心机的吊篮内。本实用新型的内容是对造波机的改进，附图表示了实施例。以下予以详细说明。

如附图所示，一台交流变频调速电动机11其轴端有三角皮带轮13，一主轴15，其右端有另一三角皮带轮17，三角皮带轮13和17上套装三角皮带19，主轴15装在轴承座12中，其左端装曲柄轮14。电动机11和轴承座12装在同一电机座板16上。曲柄轮14上，距离圆心不同的距离，有多个相同直径的孔18，在其中的一个孔中装联接轴21，该联接轴21将一连杆23与曲柄轮14联在一起。连杆23的另一端通过销轴24和轴套25，与一直立的摇板22的顶端联接。摇板22的下端通过销轴27和支座29装在水槽底板31上，可以绕销轴27摆动。在本实施例中，交流变频调速电动机的功率为4kW。

由水槽底板31、等高的左侧板33和右侧板35，前面板39和后面板37组成波浪水槽30，其中前面板39用有机玻璃制造，其它板的材料为硬铝。所说这些构件构成波浪水槽的槽壁，其联接部分为互相咬合的凹凸结构，加橡胶垫并涂防水胶用紧固件联接。前述安装电动机11和轴承座12的电机座板16装在波浪水槽30的顶上。当摇板22垂直地立于水槽30中时，其工作平面与左、右侧板33和35平行。在本实施例中，波浪水槽容积尺寸为长1180mm，宽160mm，深545mm。

土槽40设在波浪水槽30的底部，为可拆卸结构，用硬铝板材制成。其左端由底板41、立板43和顶板45拼装成口字形。其右端靠近摇板22，由右立板47和右底板49组成。右立板47的上部外侧为平滑斜面48。土槽40的宽度等于波浪水槽前面板39和后面板37内壁间的距离。土槽顶板45上有成排的安装消波板50的螺孔46。在本实施例中，土槽容积尺寸为长550mm，宽160mm，深200mm。

消波板50是由垂直板51和水平板53拼装而成，断面如同角尺。垂直板51的工作面上开有通槽。以其水平板53用螺钉装在土槽顶板45上。消波板50远离摇板22，借助于土槽左端顶板45上的螺孔46，可以改变消波板与摇板之间的距离。图1中63是波高仪(或波高传感器)。65是水位标记。

本实用新型离心机模拟波浪发生装置的工作过程简述如下。

(1)首先在造波机土槽中制备土样，安装结构物模型、传感器等，并向波浪水槽中注水至设计水位例如150mm。

(2)根据需要产生的波浪的波高大小，确定曲柄长度，即改变曲柄轮上与连杆相连接的孔的位置。

(3)将造波机安装在离心机吊篮内，确保固定联接牢固。

(4)开动离心机，调节其转速，使其达到设计加速度，例如50g，g为重力加速度。

(5)待离心机运行平稳后，启动造波机上的交流变频调速电动机(在本实施例中，其功率为4kW)，驱动曲柄轮—连杆—摇板机构，摇板周期摆动进行造波。根据需要调整电动机的转速，以模拟产生相应频率和波高的海浪。

与现有技术模拟波浪发生装置比较，本实用新型装置的优点和效果是：

(1)造波机构采用曲柄—连杆—摇板机构，曲柄长度可调，连杆与曲柄轮，以及连杆与销轴都用调心球轴承联接，使连杆与曲柄轮装卸方便。

(2)造波机采用交流变频调速电动机驱动，电动机转速调节方便，试验过程中可以对波浪的频率和高度等参数在一定范围内连续调节。

(3)波浪水槽的设计水深和水体宽度较大，分别为150mm和160mm。土层厚度可达200mm。可以进行较大尺寸结构物的试验。模拟波浪参数范围大，并能模拟浅海区的实际波浪。

(4)土槽为可拆卸结构，使试验更加方便。土槽右侧壁外侧上部的平滑斜面，减少了对波浪的扰动，改善了造波质量。消波板安装位置可以调节改变，以利于达到较好的消波效果。

Claims (4)

1.一种离心机模拟波浪发生装置，包括离心机、造波机、电气控制和检测电路，所述离心机为樑式离心机，所述造波机包括波浪水槽、装在波浪水槽中的土槽、造波部件、消波组件几部分，其特征是该造波机中的造波部件采用交流变频调速电动机驱动，造波部件中的波浪发生器包括曲柄—连杆—摇板机构，所说的曲柄为一曲柄轮，其曲柄长度可以调节，所说连杆的两端与曲柄轮和摇板的联接，分别采用调心球轴承。

2.如权利要求1所述的离心机模拟波浪发生装置，其特征是土槽为可拆卸结构，并且邻近摇板的土槽侧壁，其外侧的上部为一平滑斜面。

3.如权利要求1或2所述的离心机模拟波浪发生装置，其特征是所述消波组件安装在波浪水槽远离摇板的一端，其中的垂直消波板的工作平面与垂直状态下的摇板的工作平面平行，并且二者的距离可以移动垂直消波板而变化。

4.如权利要求1所述的离心机模拟波浪发生装置，其特征是波浪水槽用板状的槽壁构件拼装而成，槽壁的联接为互相咬合的凹凸结构，加橡胶垫，再用紧固件联接而成。

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