专利摘要

本实用新型提供了一种用于土工离心模型试验的冷热水循环装置，包括制冷器、加热装置、模型桩、水泵、冷水盒、控制器和导水管形成的冷水管路和热水管路；冷水管路：导水管依次连接的水泵的出水口、冷路进水电磁阀、制冷器、冷水盒、冷路回水电磁阀、模型桩和水泵的进水口；热水管路：导水管依次连接的水泵的出水口、热路进水电磁阀、加热装置、热路回水电磁阀、模型桩、水泵的进水口；模型桩内设置有金属管，金属管的两端连接导水管；控制器用于控制各个电器元件和电磁阀的开关。本实用新型所述的用于土工离心模型试验的冷热水循环装置，该装置可在土工离心模型试验中模拟模型桩长期的冷热交替循环过程，并在此基础之上，研究其承载力特性。

权利要求

1.一种用于土工离心模型试验的冷热水循环装置，其特征在于：包括制冷器、加热装置、模型桩、水泵、冷水盒、控制器和导水管形成的冷水管路和热水管路；

冷水管路：导水管依次连接的水泵的出水口、冷路进水电磁阀、制冷器、冷水盒、冷路回水电磁阀、模型桩和水泵的进水口；

热水管路：导水管依次连接的水泵的出水口、热路进水电磁阀、加热装置、热路回水电磁阀、模型桩、水泵的进水口；

模型桩内设置有金属管，金属管的两端连接导水管；

控制器用于控制各个电器元件和电磁阀的开关。

2.根据权利要求1所述的用于土工离心模型试验的冷热水循环装置，其特征在于：制冷器由若干个制冷模组经导水管连接而成，每个制冷模组通过铝合金框架固定在底板上。

3.根据权利要求1所述的用于土工离心模型试验的冷热水循环装置，其特征在于：加热装置包括加热罐，加热罐内设置有加热棒和温控传感器，加热棒和温控传感器通过电源线与温控器连接，温控器与控制器相连，加热罐的上顶面设有加热罐排气软管，加热罐排气软管出口固定在靠离心机转轴一侧，加热罐的底端设置有进水口和出水口。

4.根据权利要求1所述的用于土工离心模型试验的冷热水循环装置，其特征在于：模型桩内的金属管从模型桩顶伸入桩底然后再弯折后伸出桩顶。

5.根据权利要求1所述的用于土工离心模型试验的冷热水循环装置，其特征在于：冷水盒底部两侧设有固定孔，在冷水盒上顶面设有冷水盒排气软管，冷水盒排气软管出口固定在靠离心机转轴一侧。

6.根据权利要求3所述的用于土工离心模型试验的冷热水循环装置，其特征在于：加热罐和冷水盒表面覆有隔温棉，加热罐底部设有隔热橡胶垫。

7.根据权利要求3所述的用于土工离心模型试验的冷热水循环装置，其特征在于：加热罐的罐体材质为铝合金。

8.根据权利要求1所述的用于土工离心模型试验的冷热水循环装置，其特征在于：冷水管路和热水管路中的循环介质为防冻冷却液。

9.根据权利要求1所述的用于土工离心模型试验的冷热水循环装置，其特征在于：导水管为透明管，导水管外表面设有隔热海绵管。

10.根据权利要求1所述的用于土工离心模型试验的冷热水循环装置，其特征在于：水泵为气动隔膜泵，水泵通过铝合金框架固定在底板上，水泵表面覆有隔温棉。

说明书

技术领域

本实用新型属于土工离心模型试验辅助装置技术领域，尤其是涉及一种用于土工离心模型试验的冷热水循环装置。

背景技术

作为一种建筑节能技术，地源热泵系统在建筑暖通与空调领域的应用越来越广泛。地热能源桩是利用建筑物的桩基，将换热管置于桩基内，属于地埋管地源热泵系统，其优点是不需额外钻孔和回填，节约工程造价，而且获得的能源具有可再生性、稳定可靠、清洁持久、经济和环境效益显著等特点。

在工程中，桩身温度变化会引起桩的膨胀和收缩，引起桩土相对位移和桩土界面的滑动。因此，温度变化会改变桩土荷载传递特性，改变桩土法向应力。同时桩身温度循环变化时，桩土受到循环附加剪应变的作用，也会影响桩土界面性质，引起桩侧摩阻力的变化，影响单桩轴向承载力和桩顶沉降，甚至会引起桩基破坏。

为了研究能源桩桩基的承载力特性，有必要对其进行可靠性及风险分析。现有的方法是基于数值模拟手段开展分析研究的，急需一套物理模型试验装置来模拟能源桩在长期冷热循环过程中桩体的承载力情况，以此验证数值模拟分析结果的准确性。

发明内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种用于土工离心模型试验的冷热水循环装置，该装置可在土工离心模型试验中模拟模型桩长期的冷热交替循环过程，并在此基础之上，研究其承载力特性。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种用于土工离心模型试验的冷热水循环装置，包括制冷器、加热装置、模型桩、水泵、冷水盒、控制器和导水管形成的冷水管路和热水管路；

冷水管路：导水管依次连接的水泵的出水口、冷路进水电磁阀、制冷器、冷水盒、冷路回水电磁阀、模型桩和水泵的进水口；

热水管路：导水管依次连接的水泵的出水口、热路进水电磁阀、加热装置、热路回水电磁阀、模型桩、水泵的进水口；

模型桩内设置有金属管，金属管的两端连接导水管；

控制器用于控制各个电器元件和电磁阀的开关。

控制器用于控制制冷器、温控器和冷路进水电磁阀、冷路回水电磁阀、热路回水电磁阀、热路进水电磁阀的开关。

(加热棒电源是插在温控器上的，靠温控器控制的，加热罐里的温度传感器给温控器提供参数，温度低于一定值后，温控器将加热棒电源接通，反之，断开)

控制器的型号：西门子S7-200 SMART CPU ST40。

进一步的，制冷器由5个制冷模组经导水管连接而成，制冷器变压器用于给制冷器供电，

每个制冷模组和制冷器变压器通过铝合金框架固定在底板上。

制冷模组由半导体制冷片、冷水板和风扇等部件组成。

进一步的，加热装置包括加热罐，加热罐内设置有加热棒和温控传感器，加热棒和温控传感器通过电源线连接与温控器连接，温控器与控制器相连，加热罐的上顶面设有加热罐排气软管，加热罐排气软管出口固定在靠离心机转轴一侧，加热罐的底端设置有进水口和出水口，温控器用于控制加热棒的开关。

进一步的，模型桩内的金属管从模型桩顶伸入桩底然后再弯折后伸出桩顶。

进一步的，冷水盒底部两侧设有固定孔，在冷水盒上顶面设有冷水盒排气软管，冷水盒排气软管出口固定在靠离心机转轴一侧。

进一步的，加热罐和冷水盒表面覆有隔温棉，加热罐底部设有隔热橡胶垫。

进一步的，加热罐的罐体材质为铝合金。

进一步的，冷水管路和热水管路中的循环介质为防冻冷却液。

进一步的，导水管为透明管，导水管外表面设有隔热海绵管。

进一步的，水泵为气动隔膜泵，水泵通过铝合金框架固定在底板上，水泵表面覆有隔温棉。

本实用新型的用于土工离心模型试验的冷热水循环装置除控制器外的整套装置均固定在离心机转臂上，且具有方向性，控制器固定在转轴中部的仪器舱内，制冷器距离离心机转轴最近，其次是冷水盒、加热装置和水泵，然后是进、出水电磁阀，最后是模型桩。

气动隔膜泵的气压压力需大于0.5mPa。

所有连接导水管和各个装置的连接接头为金属快拧快速接头。

冷水管路的循环：冷却液从水泵的出水口离开水泵，通过导水管经过冷路进水电磁阀、然后再通过制冷器的进水口进入制冷器，经过制冷器的冷水板之后从制冷器的出水口离开制冷器进入冷水盒，冷却液在冷水盒中储存，然后经过冷路回水电磁阀、然后经过导水管进入模型桩的金属管，冷却液在金属管中循环后，离开模型桩，从水泵的进水口进入水泵；

热水管路的循环：冷却液从水泵的出水口出来后，经过热路进水电磁阀进入到加热罐，在加热罐内加热，然后经过热路回水电磁阀进入到模型桩的金属管内，在金属管内循环后再通过水泵的进水口进入水泵。

工作原理：

(1)将整套装置、管路和电路联通并固定在底板上，将进出导水管连接到模型桩上，将气源管路连接到水泵上，确保各接头锁紧牢固；

(2)将所有电磁阀打开，通过加热罐排气软管出口添加防冻液，接通气源，将水泵气压调至0.3mPa，将水路循环起来，期间不断补充防冻液，尽量排进管路内空气；

(3)调节温控器温度控制范围；

(4)使用隔温棉将水泵、加热罐、冷水盒及连接管路包裹严密；

(5)启动离心机，待离心机转动稳定后，通过控制器控制冷路进水电磁阀、冷路回水电磁阀打开，热路进水电磁阀、热路回水电磁阀关闭；

(6)接通气源，将水泵气压调至0.5mPa以上；

(7)通过控制器关闭温控器电源，同时开启制冷器，此时实现冷路的循环；

(8)冷路循环一定时间后，通过控制器关闭冷路两个电磁阀，打开热路两个电磁阀，关闭制冷器，开启温控器，此时实现冷路的循环；

(9)根据具体试验要求，重复(6)(7)步骤，实现模型桩冷热循环的模拟。

相对于现有技术，本实用新型所述的用于土工离心模型试验的冷热水循环装置具有以下优势：

本实用新型所述的用于土工离心模型试验的冷热水循环装置，采用防冻液作为冷水管路和热水管路中的循环介质，采用制冷器和加热装置来改变循环介质的温度，采用电磁阀控制冷水管路和热水管路的打开和关闭，采用气动隔膜泵实现管路中循环介质的不断流动，采用温控器控制热路循环介质的温度，该装置能够准确模拟模型桩很长时间的冷热循环过程，提高了工作效率，节省了工作时间。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述的用于土工离心模型试验的冷热水循环装置的立体示意图；

图2为本实用新型实施例所述的用于土工离心模型试验的冷热水循环装置的平面示意图。

附图标记说明：

1-控制器；2-控制电线；3-制冷器；4-制冷器变压器；5-冷水盒；6-冷水盒排气软管出口；7-导水管；8-加热罐；9-加热棒；10-加热棒电源线；11-温控器；12-温控传感器；13-加热罐排气软管出口；14-冷路进水电磁阀；15-冷路回水电磁阀；16-热路进水电磁阀；17-热路回水电磁阀；18-水泵；19-模型桩；20-金属管。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

一种用于土工离心模型试验的冷热水循环装置，包括制冷器3、加热装置、模型桩19、水泵18、冷水盒5、控制器1和导水管7形成的冷水管路和热水管路；

冷水管路：导水管7依次连接的水泵18的出水口、冷路进水电磁阀14、制冷器3、冷水盒5、冷路回水电磁阀15、模型桩19和水泵18的进水口；

热水管路：导水管7依次连接的水泵18的出水口、热路进水电磁阀16、加热装置、热路出水电磁阀17、模型桩19、水泵18的进水口；

模型桩19内设置有金属管20，金属管20的两端连接导水管7；

控制器1用于控制各个电器元件和电磁阀的开关。

控制器1用于控制制冷器1、温控器3和冷路进水电磁阀14、冷路回水电磁阀15、热路回水电磁阀17、热路进水电磁阀16的开关。加热棒9电源是插在温控器11上的，靠温控器11控制的，加热罐8里的温控传感器12给温控器11提供参数，温度低于一定为值后，温控器11将加热棒电源接通，反之，断开。

控制器的型号：西门子S7-200 SMART CPU ST40。

上述，制冷器3由5个制冷模组经导水管7连接而成，制冷器3变压器用于给制冷器3供电，

每个制冷模组和制冷器变压器4通过铝合金框架固定在底板上。

制冷模组由半导体制冷片、冷水板和风扇等部件组成。

上述，加热装置包括加热罐8，加热罐8内设置有加热棒9和温控传感器12，加热棒8通过加热棒电源线10与温控器11连接，温控传感器12通过电源线与温控器11连接，温控器11与控制器1相连，加热罐8的上顶面设有加热罐排气软管，加热罐排气软管出口13固定在靠离心机转轴一侧，加热罐8的底端设置有进水口和出水口，温控器11用于控制加热棒9的开关。

上述，模型桩19内的金属管20从模型桩19顶伸入桩底然后再弯折后伸出桩顶。

上述，冷水盒5底部两侧设有固定孔，在冷水盒5上顶面设有冷水盒排气软管，冷水盒排气软管出口6固定在靠离心机转轴一侧。

上述，加热罐8和冷水盒5表面覆有隔温棉，加热罐8底部设有隔热橡胶垫。

上述，加热罐8的罐体材质为铝合金。

上述，冷水管路和热水管路中的循环介质为防冻冷却液。

上述，导水管7为透明管，导水管7外表面设有隔热海绵管。

上述，水泵18为气动隔膜泵，水泵18通过铝合金框架固定在底板上，水泵18表面覆有隔温棉。

气动隔膜泵的气压压力需大于0.5mPa。

所有连接导水管7和各个装置的连接接头为金属快拧快速接头。

冷水管路的循环：冷却液从水泵18的出水口离开水泵18，通过导水管7经过冷路进水电磁阀14、然后再通过制冷器3的进水口进入制冷器3，经过制冷器3的冷水板之后从制冷器3的出水口离开制冷器3进入冷水盒5，冷却液在冷水盒5中储存，然后经过冷路回水电磁阀15、然后经过导水管7进入模型桩19的金属管20，冷却液在金属管20中循环后，离开模型桩19，从水泵18的进水口进入水泵18；

热水管路的循环：冷却液从水泵18的出水口出来后，经过热路进水电磁阀16进入到加热罐8，在加热罐8内加热，然后经过热路回水电磁阀17进入到模型桩19的金属管20内，在金属管20内循环后再通过水泵18的进水口进入水泵18。

工作原理：

(1)将整套装置、管路和电路联通并固定在底板上，将进出导水管7连接到模型桩19上，将气源管路连接到水泵18上，确保各接头锁紧牢固；

(2)将所有电磁阀打开，通过加热罐排气软管出口添加防冻液，接通气源，将水泵气压调至0.3mPa，将水路循环起来，期间不断补充防冻液，尽量排进管路内空气；

(3)调节温控器11温度控制范围；

(4)使用隔温棉将水泵18、加热罐8、冷水盒5及连接管路包裹严密；

(5)启动离心机，待离心机转动稳定后，通过控制器1控制冷路进水电磁阀14、冷路回水电磁阀15打开，热路进水电磁阀16、热路回水电磁阀17关闭；

(6)接通气源，将水泵气压调至0.5mPa以上；

(7)通过控制器1关闭温控器11电源，同时开启制冷器3，此时实现冷路的循环；

(8)冷路循环一定时间后，通过控制器1关闭冷路两个电磁阀，打开热路两个电磁阀，关闭制冷器3，开启温控器11，此时实现冷路的循环；

(9)根据具体试验要求，重复(6)(7)步骤，实现模型桩冷热循环的模拟。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

一种用于土工离心模型试验的冷热水循环装置专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。