專利名稱：離心機模擬波浪發(fā)生裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型是在高重力加速度條件下產生行進波浪的裝置，用來對海床、海底管線等結構物的特性進行模擬試驗研究。
對于重力起主要作用的巖土工程和土工結構物，若將模型置于離心機產生的高離心力場中，則可以比較真實地模擬再現(xiàn)多種現(xiàn)場難以觀測的現(xiàn)象，這就是土工離心模擬技術。據此原理設計了離心機模擬波浪發(fā)生裝置。海底結構物在波浪作用下的特性，波浪、管線和海床的相互作用，以及波浪使海底砂土液化的研究等都可以使用離心模擬技術。
英國劍橋大學于1991年首先推出了鼓式離心機行進波浪發(fā)生裝置。該裝置的原理是在預定的離心加速度下，熔斷懸掛沉箱的金屬絲，使沉箱沉入水中而產生行進波浪。所產生的行進波浪繞環(huán)形試驗模型斗運行一周后進行消波。這種鼓式離心機行進波浪裝置，由于波浪運行距離較長，消波比較容易。其缺點是采用沉箱造波，在試驗中很難改變波浪周期、波浪高度等參數。實際上，由于在土工離心機中鼓式離心機并不多見，若為模擬波浪條件而專門購置一臺鼓式離心機是很不經濟的。
1998年，日本京都大學推出了另一種形式的離心機模擬波浪發(fā)生裝置，即樑式離心機行進波浪發(fā)生裝置。該裝置中采用直流伺服電動機驅動一個曲柄搖板機構產生行進波浪，并在水槽的另一側設置消波板進行消波。然而，該裝置的波浪水槽尺寸小，電動機的功率也僅為1.5瓦，使其應用范圍十分局限。此外，直流伺服電動機的體積和重量都大，電刷需要經常維修更換，其土槽是固定的，所以試驗使用不太方便。
本實用新型的目的是提供一種改進的樑式離心機模擬行進波浪發(fā)生裝置，裝置中的主要部件包括造波機、波浪水槽、土槽裝調方便，運行時可以對波浪參數連續(xù)調節(jié)，可以模擬淺海區(qū)實際波浪，研究海床和海洋結構物的特性。
本實用新型離心機模擬波浪發(fā)生裝置，包括離心機、造波機、電氣控制和檢測電路。所述離心機為樑式離心機，所述造波機包括波浪水槽、裝在波浪水槽中的土槽、造波部件、消波組件幾部分。其中的造波部件采用交流變頻調速電動機驅動，造波部件中的波浪發(fā)生器包括曲柄一連桿一搖板機構，所說的曲柄為一曲柄輪，其曲柄長度可以調節(jié)，所說連桿的兩端與曲柄輪和搖板的聯(lián)接，分別采用調心球軸承。
試驗時，土槽中放置模擬海底土樣、試驗模型或樣品，壓力傳感器等測量器具。
本實用新型離心機模擬波浪發(fā)生裝置的土槽為可折卸結構，并且鄰近搖板的土槽側壁，其外側的上部為一平滑斜面。
本實用新型裝置中的消波組件安裝在波浪水槽遠離搖板的一端，該消波組件中的垂直消波板的工作平面，與垂直狀態(tài)下的搖板的工作平面平行，并且二者的距離可以移動垂直消波板而變化。
本實用新型裝置中的波浪水槽用板狀的槽壁構件拼裝而成，槽壁的聯(lián)接為互相咬合的凹凸結構，加橡膠墊，再用緊固件聯(lián)接而成。


圖1為本實用新型離心機模擬波浪發(fā)生裝置中的造波機的正視圖。
圖2為圖1所示本實用新型造波機的俯視圖。
圖3為圖1所示本實用新型造波機A-A剖面圖、B-B剖視圖。
以下結合對附圖所示本造波機實施例的詳細說明，將使本實用新型離心機模擬波浪發(fā)生裝置的特征和優(yōu)點更加清晰。
本實用新型離心機模擬波浪發(fā)生裝置，包括離心機，造波機，電氣控制和檢測電路三大部分。在本實施例中，離心機為樑式離心機，電氣控制和檢測電路包括驅動電動機控制系統(tǒng)、傳感器檢測、裝置控制等。離心機和電氣部分在附圖中未表示。造波機固定安裝在樑式離心機的吊籃內。本實用新型的內容是對造波機的改進，附圖表示了實施例。以下予以詳細說明。
如附圖所示，一臺交流變頻調速電動機11其軸端有三角皮帶輪13，一主軸15，其右端有另一三角皮帶輪17，三角皮帶輪13和17上套裝三角皮帶19，主軸15裝在軸承座12中，其左端裝曲柄輪14。電動機11和軸承座12裝在同一電機座板16上。曲柄輪14上，距離圓心不同的距離，有多個相同直徑的孔18，在其中的一個孔中裝聯(lián)接軸21，該聯(lián)接軸21將一連桿23與曲柄輪14聯(lián)在一起。連桿23的另一端通過銷軸24和軸套25，與一直立的搖板22的頂端聯(lián)接。搖板22的下端通過銷軸27和支座29裝在水槽底板31上，可以繞銷軸27擺動。在本實施例中，交流變頻調速電動機的功率為4kW。
由水槽底板31、等高的左側板33和右側板35，前面板39和后面板37組成波浪水槽30，其中前面板39用有機玻璃制造，其它板的材料為硬鋁。所說這些構件構成波浪水槽的槽壁，其聯(lián)接部分為互相咬合的凹凸結構，加橡膠墊并涂防水膠用緊固件聯(lián)接。前述安裝電動機11和軸承座12的電機座板16裝在波浪水槽30的頂上。當搖板22垂直地立于水槽30中時，其工作平面與左、右側板33和35平行。在本實施例中，波浪水槽容積尺寸為長1180mm，寬160mm，深545mm。
土槽40設在波浪水槽30的底部，為可拆卸結構，用硬鋁板材制成。其左端由底板41、立板43和頂板45拼裝成口字形。其右端靠近搖板22，由右立板47和右底板49組成。右立板47的上部外側為平滑斜面48。土槽40的寬度等于波浪水槽前面板39和后面板37內壁間的距離。土槽頂板45上有成排的安裝消波板50的螺孔46。在本實施例中，土槽容積尺寸為長550mm，寬160mm，深200mm。
消波板50是由垂直板51和水平板53拼裝而成，斷面如同角尺。垂直板51的工作面上開有通槽。以其水平板53用螺釘裝在土槽頂板45上。消波板50遠離搖板22，借助于土槽左端頂板45上的螺孔46，可以改變消波板與搖板之間的距離。圖1中63是波高儀(或波高傳感器)。65是水位標記。
本實用新型離心機模擬波浪發(fā)生裝置的工作過程簡述如下。
(1)首先在造波機土槽中制備土樣，安裝結構物模型、傳感器等，并向波浪水槽中注水至設計水位例如150mm。
(2)根據需要產生的波浪的波高大小，確定曲柄長度，即改變曲柄輪上與連桿相連接的孔的位置。
(3)將造波機安裝在離心機吊籃內，確保固定聯(lián)接牢固。
(4)開動離心機，調節(jié)其轉速，使其達到設計加速度，例如50g，g為重力加速度。
(5)待離心機運行平穩(wěn)后，啟動造波機上的交流變頻調速電動機(在本實施例中，其功率為4kW)，驅動曲柄輪—連桿—搖板機構，搖板周期擺動進行造波。根據需要調整電動機的轉速，以模擬產生相應頻率和波高的海浪。
與現(xiàn)有技術模擬波浪發(fā)生裝置比較，本實用新型裝置的優(yōu)點和效果是(1)造波機構采用曲柄—連桿—搖板機構，曲柄長度可調，連桿與曲柄輪，以及連桿與銷軸都用調心球軸承聯(lián)接，使連桿與曲柄輪裝卸方便。
(2)造波機采用交流變頻調速電動機驅動，電動機轉速調節(jié)方便，試驗過程中可以對波浪的頻率和高度等參數在一定范圍內連續(xù)調節(jié)。
(3)波浪水槽的設計水深和水體寬度較大，分別為150mm和160mm。土層厚度可達200mm?？梢赃M行較大尺寸結構物的試驗。模擬波浪參數范圍大，并能模擬淺海區(qū)的實際波浪。
(4)土槽為可拆卸結構，使試驗更加方便。土槽右側壁外側上部的平滑斜面，減少了對波浪的擾動，改善了造波質量。消波板安裝位置可以調節(jié)改變，以利于達到較好的消波效果。
權利要求1.一種離心機模擬波浪發(fā)生裝置，包括離心機、造波機、電氣控制和檢測電路，所述離心機為樑式離心機，所述造波機包括波浪水槽、裝在波浪水槽中的土槽、造波部件、消波組件幾部分，其特征是該造波機中的造波部件采用交流變頻調速電動機驅動，造波部件中的波浪發(fā)生器包括曲柄—連桿—搖板機構，所說的曲柄為一曲柄輪，其曲柄長度可以調節(jié)，所說連桿的兩端與曲柄輪和搖板的聯(lián)接，分別采用調心球軸承。
2.如權利要求1所述的離心機模擬波浪發(fā)生裝置，其特征是土槽為可拆卸結構，并且鄰近搖板的土槽側壁，其外側的上部為一平滑斜面。
3.如權利要求1或2所述的離心機模擬波浪發(fā)生裝置，其特征是所述消波組件安裝在波浪水槽遠離搖板的一端，其中的垂直消波板的工作平面與垂直狀態(tài)下的搖板的工作平面平行，并且二者的距離可以移動垂直消波板而變化。
4.如權利要求1所述的離心機模擬波浪發(fā)生裝置，其特征是波浪水槽用板狀的槽壁構件拼裝而成，槽壁的聯(lián)接為互相咬合的凹凸結構，加橡膠墊，再用緊固件聯(lián)接而成。
專利摘要一種離心機模擬波浪發(fā)生裝置,在高重力加速度條件下產生行進波浪,用于對海床、海底管線等結構物特性的模擬試驗。裝置包括梁式離心機、造波機、電氣控制和檢測電路。其中造波機采用交流變頻調速電動機驅動,曲柄連桿搖板機構的曲柄長度可調,連桿兩端采用調心球軸承聯(lián)接,土槽為可拆卸結構,消波工作距離可調,并且波浪水槽和土槽容積較大,因而使本裝置可以模擬淺海區(qū)的實際波浪,并在運行中方便地改變波高和頻率等參數。
文檔編號G01N29/00GK2407360SQ00205689
公開日2000年11月22日 申請日期2000年3月7日 優(yōu)先權日2000年3月7日
發(fā)明者顧小蕓, 高福平 申請人:中國科學院力學研究所