土工离心机设计综述(一)

当代土力学的研究中,土工离心模拟试验是一门正在发展中的新兴技术,土工离心机则是它的主要设备。本文不仅对土工离心机在国内外发展的概况作了介绍;对如何选择离心模拟试验的设计参数作了说明,还对土工离心机设计中,例如空气流场的选择、封闭机坑(不通风)中风阻功率的估算、温升控制以及离心机结构设计作了较详细的分析;对离心机运行中的动力平衡、运行安全监测、运行速度的自动控制和模拟试验中数据采集等系统作了简要说明。     

CKY-200型土工离心机主机电气系统研制

土工离心机是离心模型试验的重要设备,可为离心模型试验提供过载环境平台。论述了CKY-200型土工离心机主机电气系统的工作原理、基本配置及实现方法。电气系统由拖动系统、静态数采系统、摄影系统、摄像系统、动平衡系统等组成。拖动系统采用全数字直流调速方式,系统对外电网波动、负载变化和其它扰动能进行快速补偿;影响离心机运行安全的参数均进入启动联锁电路,其采用PLC控制,使得检测点与控制点集中,便于故障检测及维修,主控柜布线更加简洁;转速测量与控制采用了光电编码器,保证了转速的测量精度和系统的调节精度,其中“跟踪与保持”功能的设置,有利于离心机长时间运行;数据采集方面,测量传感器与采集模块之间采用多种方式对接,为使用者提供了灵活的接线方式;摄影系统采用定点高速闪光摄影方式。测试结果表明：该离心机的调速精度高;数据采集性能稳定、可靠;能够稳定可靠地拍摄离心模型的动态清晰、完整图像;能实时监测不平衡力,根据不平衡力大小可执行相应的控制策略;安全保护措施完善;48 h满载无故障可靠运行。     

φ6M离心机试验情况简介

本文阐述了利用我院已建成的大型离心机,进行土工和结构模型试验的概况并介绍了离心机的特点、基本形式、性能指标以及所使用的试验装置和方法。通过土工和结构模型的实测数据,说明离心机运转正常,机械性能良好,能满足试验要求。     

国内土工离心机及专用试验装置研制的新进展

近30年来,国内土工离心模拟试验技术的长足进步和丰硕成果,带动了土工离心机设备研制技术的不断改进和创新。性能先进,功能更加齐全的大容量土工离心机不断诞生,专用试验装置的研制也朝着多用途、高g值方向发展。我国土工离心机主机、振动台、爆炸与撞击、机械手系统的设计和建造技术已经进入国际先进行列。目前,国内土工离心机研制技术已经进入了新的阶段,巨型土工离心机的建设设想也将提到议事日程上来。在简要介绍土工离心机系统的基础上,就国内土工离心机及专用试验装置研制的新进展作了综合介绍。     

电液式土工离心机振动台的研制

介绍了南京水利科学院研制的电液式土工离心机振动台以及基于网络技术的数据采集系统。经验证表明，该土工离心机振动台与数据采集系统的技术指标和性能，完全能满足工程试验研究的需要。     

离心机试验设备液压驱动系统的研制

针对离心机试验设备,研制了一套能在大g值离心场下工作的液压驱动系统。该系统结构上设计了船形支撑架,并在上面安装了双导轨,一边通过液压缸驱动,另一边通过辅助梁浮动连接,来保证运动顺畅;信号控制方面采用上、下位机的工作方式,两者之间采用无线路由器进行数据通讯,来解决传统设计中经集流环转接产生的信号失稳问题。将该液压系统应用于某土工离心机试验设备,在100 g离心场下完成了400 kg负载1 m行程的行走、定位等动作,满足设备功能要求。相对传统的电机或气缸驱动,该系统承载能力更强、大g值离心场下的工作可靠性更高。     

土工离心机模型箱与挂斗的研制

模型箱与挂斗是土工离心机中安全运转的关键设备部件。80年代初,国内尚无土工专用离心机。我们在向国外学习的同时,利用现有的光弹模型试验离心机探索进行土工模型试验,首先须研制挂斗与模型箱。实际证明,所研制的挂斗与模型箱的使用效果良好。本文除简述了目前世界各国这方面情况外,着重介绍了南京水科院的挂斗与模型箱设计方法和一些经验。     

长江科学院土工离心机的应用与发展

土工离心机是研究复杂岩土工程问题的大型专用设备,长江科学院（以下简称长科院）早在 20 世纪 80 年代建成了当时国内最大的总容量300g-t 、有效容量180g-t 的土工离心机,为我国离心机研制和离心模型试验技术的发展奠定了重要基础。简要总结了国内外土工离心机的发展历史,介绍了长科院第一代土工离心机的研制过程和意义,回顾了第一代离心机所开展的重要研究工作及所取得的成果;详细叙述了长科院第二代土工离心机的研制过程和性能。在此基础上,对近期完成的几个离心模型试验成果进行介绍,并通过多项试验研究验证了试验系统的可靠性。     

土工离心模型试验大流量供水系统设计研究

当前的土工离心模型试验的几种供水方式存在流量小、不稳定、测不准、造价高等问题,针对这些问题,研发了一套离心机大流量供水及控制系统。系统主要包括：上层供水系统、下层储水和供水系统、排水系统以及流量量测控制系统。系统采用环形水箱作为二级储水、供水箱,利用离心机旋转产生的巨大离心力驱动水流向模型试验箱内供水,同时采用离心实验专用孔隙水压力传感器来辅助监测流量,通过计算机控制布置在重力场与低离心力侧的电控阀门来实现流量的分级控制。该系统当前管路在50g离心力场下持续供水最大流量可达8 L/s, 100g离心力场下理论最大供水流量可达100 L/s,结合不同的模型试验箱布置,系统可开展降雨、库水位变动导致的滑坡、溃坝、枢纽泄洪消能等需水离心模型试验研究。     

离心机技术在岩土工程领域应用的研究进展综述

当前土工离心机技术已经成为国内外研究的热点,为了促进我国离心机技术的发展,对近年来国外土工离心机模型技术在岩土工程领域的研究现状进行分析和总结显得尤为重要。首先介绍了近年来国外土工离心机的发展现状,然后主要总结了近年来土工离心机在土质边坡稳定性、土工织物加固边坡、以及地震作用对岩土体及结构物影响这3个方面的研究进展,最后探讨了目前国外土工离心机技术应用方面值得我国学习和借鉴之处,展望了土工离心机技术未来研究的方向。     

R500B大型土工离心机双向振动台控制及数据采集系统

介绍了中国水利水电科学研究院建成的大型土工离心机双向(水平+垂直)振动台控制和数据采集系统,介绍了系统采用控制软件的基本功能、控制原理,以及操作程序等。目前已成功实现了在高速旋转的离心机中进行振动台的控制和数据采集,但随着各类不同试验的具体要求,系统功能仍需要进一步开发和完善。     

土工鼓式离心机研发及在海底滑坡研究中的应用

为快速发展海洋土力学,大连理工大学于2009年引进了国内首台土工鼓式离心机GT450/1.4。通过与国际上同类产品的比较,详细介绍了鼓式离心机GT450/1.4的机械系统、控制系统、数据采集系统以及自主开发的配套设备PIV图像观测系统、黏土真空搅拌器、大型固结仪、撒样器的研发过程及工作原理。并以海底滑坡为研究对象,采用现场取样土,对深海滑坡进行探索性研究。离心模型试验结果表明:鼓式离心机GT450/1.4性能优良,功能全面,在机械设备规模、数据采集精度、控制系统自动化程度及作动器加载模式方面均优于国外同类产品,同时便于升级改造为“土工鼓-臂联合式离心机”。土工鼓式离心机对于研究海底滑坡等相关海洋工程领域课题具有一定的优越性。     

PSTA-2003状态监测系统在思林水电站的应用

本文对某电气技术研究所研究的以PSTA-2003状态监测系统建立的远程分析诊断中心系统进行了简要介绍,重点介绍了该系统在思林水电站4号机组启动试验中对机组振摆问题的分析诊断。应用该系统可诊断出机组不平衡的方位,便于进行合理的配重。现场实际配重结果表明,机组振动、摆度及导轴承瓦温明显减小,机组运行状态得以改善,达到了预期目的。     

土工离心机振动台及其试验技术

利用土工离心机振动台进行模型试验是研究土工材料及其建筑物在地震荷载作用下动力特性的有效手段.这一先进的地震模拟方法在国外已得到大量应用,在国内却刚刚起步,为此中国水利水电科学研究院计划在现有大型土工离心机基础上,建设一台高性能的离心机振动台.本文分析了部分国外离心机振动台的主要特点和研究现状,介绍了中国水利水电科学研究院拟建的离心机振动台及其主要技术参数,同时介绍了动力离心模型试验所需的相关附属设备和试验技术.     

土工离心机设计综述(二)

四、土工离心机的设计满足土工离心模型试验的土工离心机,必须由如图8所示的七大部件组成。土工离心机的性能用其加速度与有效质量(模型质量和模型盒质量之和)的乘积来表示(单位:gt)。由离心机的机械特性曲线(见图9)可知:am=常量     

配重技术用于处理水轮发电机组动不平衡实践

结合湖南洞潭水电站机组动平衡试验实践,详细介绍了配重试验过程及操作方法,对水电站水轮发电机组动不平衡配重大小与振动的关联因素进行了分析;对国内部分不同转速的水轮发电机组处理动不平衡成功案例以及相关数据进行了研究,推导了计算配重的经验公式,解决了该机组振动值超标的问题。     

基于LXJ-4-450平台的土工离心模型试验研究

土工离心机是岩土工程领域最有效的物理模拟手段之一。近年来,随着现代液压、电控及测试技术的飞速发展,土工离心模型试验技术水平显著提升,应用领域也不断拓展。本文基于中国水利水电科学研究院的LXJ-4-450离心模拟试验平台,对新型机载设备及相应的试验成果进行总结,综述了近年来土工离心模型试验的研究进展。具体而言,研制了模拟污染物迁移的离心试验装置,探讨了污染物在土壤中的迁移机理;研制了离心模拟爆炸试验装置,验证了冲击波及气泡脉动在超重力场下的相似关系;研制了离心模拟溃坝试验系统,揭示了土坝漫顶破坏机理;此外,配置了世界首台水平、垂直双向离心机振动台,揭示了饱和砂土地基液化机理及地震动传播规律;开发了基于液压系统的离心模拟试验大荷载施加方法;最后,对中国水科院新建的大型土工离心机试验平台进行了介绍。     

长科院大型离心机及试验技术通过鉴定

由原水利电力部1979年下达长江科学院研制半径为3m的大型离心机于1983年12月调试完成主机后,陆续完善和发展了光弹、土工、岩石(体)结构模型试验技术,至今已成功运转了8年,先后为三峡工程、深圳国际机场、广佛高建公路等10多个工程建设     

自循环水冷却冻融离心模型试验装置研制

冻融离心模型试验装置的研发在国内尚处于起步阶段。装置根据半导体单元材料的Peltier效应(帕尔贴效应)设计了安装于双层结构冻融模型箱的热交换系统,实现了离心场下的冻融温变模拟。针对离心机设备无外接冷却水的问题,采用在离心机转臂上设置了由水箱、水泵和风冷散热器组成的自循环水冷却系统,利用离心机旋转时转臂与周围空气速度差产生的高速气流带走自循环水的热量,实现了无外接水源情况下的冻融离心试验。冻融离心试验结果表明,该试验装置满足试验需求。     

采用球面静压轴承的大型水轮机转轮静平衡试验方法

提出一种采用球面静压轴承的大型混流式水轮机转轮静平衡试验方法。该方法可以直观地反应出转轮不平衡方位,通过简单计算即可准确地得到转轮的不平衡角度和不平衡重量,并可通过配重对整个试验过程进行验证,具有操作简单、直观、摩擦系数小、试验精度高、重复性好等优点。