本發(fā)明涉及工業(yè)自動檢測裝置，具體涉及一種超臨界co2相變聚能測試裝置。

背景技術(shù)：

1、炸藥等傳統(tǒng)爆破方式在爆破過程中往往會產(chǎn)生大量的有毒氣體、粉塵和其他污染物，這些物質(zhì)對環(huán)境和人類健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。超臨界co2相變是一種新型的爆破技術(shù)，該技術(shù)通過發(fā)熱管(或稱致裂管)，使在一定壓力和溫度下的液態(tài)co2快速實(shí)現(xiàn)液-氣相變，體積瞬間膨脹600倍，從而產(chǎn)生強(qiáng)大的物理壓力(200mpa以上)。相比之下，co2本身是無毒無害的，且在爆破后不會產(chǎn)生任何有害物質(zhì)，對環(huán)境無污染，完全符合現(xiàn)代社會對綠色環(huán)保的追求。

2、現(xiàn)超臨界co2相變常應(yīng)用于基坑開挖、煤層增透、隧道掘進(jìn)、礦山開采等多種工程。該技術(shù)在爆破應(yīng)用和試驗(yàn)研究上還存在以下幾個方面的問題：

3、1.致裂管由于自身結(jié)構(gòu)原因存在明顯的能量聚集效應(yīng)(以下簡稱聚能效應(yīng))，目前缺乏能夠直觀觀測聚能效應(yīng)導(dǎo)致巖石應(yīng)變的試驗(yàn)裝置，對于有實(shí)際應(yīng)用意義的聚能效應(yīng)尚未探明規(guī)律。而受限于理論方面的研究，該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中常常無法考慮聚能特性的影響，導(dǎo)致無法提高爆破效率。

4、2.致裂管在實(shí)際爆破工程中，根據(jù)實(shí)際工況的不同會埋進(jìn)地下幾米甚至數(shù)百米，巖體在地下受到多種地應(yīng)力，不同鉆孔埋深會直接影響爆破后巖體孔壁應(yīng)力場，會使爆破效果大不相同，而目前的試驗(yàn)裝置均是將致裂管插入一塊試驗(yàn)用巖石的通孔中，缺乏考慮鉆孔埋深這一影響參數(shù)的試驗(yàn)裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明提供了一種超臨界co2相變聚能測試裝置，解決了現(xiàn)有技術(shù)的方案中，缺乏能夠直觀觀測聚能效應(yīng)應(yīng)變、能夠考慮鉆孔埋深影響的試驗(yàn)裝置的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

3、提供一種超臨界co2相變聚能測試裝置，其包括內(nèi)部中空的試驗(yàn)箱，試驗(yàn)箱內(nèi)設(shè)置有套筒和用于夾持套筒的夾緊器；套筒為兩端開口的金屬圓筒，試驗(yàn)時致裂管伸入套筒中；套筒壁上固定連接有若干個應(yīng)變組件；應(yīng)變組件和夾緊器均與控制模塊電連接。

4、本發(fā)明的有益效果為：傳統(tǒng)的co2爆破試驗(yàn)裝置均是采用巖石作為爆炸對象，然而巖石的強(qiáng)度較低，在沖擊波的作用下巖石會迅速破碎，因此研究人員只能將巖石破碎前采集的應(yīng)變數(shù)據(jù)作為有效數(shù)據(jù)使用。這意味著試驗(yàn)數(shù)據(jù)收集的時間窗口極短，能夠收集到的有效應(yīng)變數(shù)據(jù)時間非常有限。

5、基于上述考慮，發(fā)明人將研究人員慣常使用的爆破對象巖石替換成了金屬套筒，并將巖石爆破的問題轉(zhuǎn)化成薄壁圓筒受壓爆破的問題，以此建立研究模型。由于金屬筒的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其破壞過程相對巖石較慢，具有相當(dāng)長的觀察時間，可以記錄更多關(guān)于爆破過程的數(shù)據(jù)。

6、且套筒不會像巖石一樣碎裂為碎片，而是會留下清晰的破壞模式，通過工業(yè)相機(jī)采集并記錄爆破金屬筒的變形量、破壞面積等參數(shù)，可以更準(zhǔn)確地評估聚能效應(yīng)對應(yīng)力場的影響，為后續(xù)的爆破設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供有力支持。

7、其次，夾緊器夾緊套筒后，一方面可以防止套筒受力移動，另一方面可以對套筒施加徑向壓力，以模擬徑向地應(yīng)力，不同大小的夾持力可以模擬不同深度的地應(yīng)力。

8、進(jìn)一步地，夾緊器包括兩個相對設(shè)置的夾緊缸，夾緊缸的邊緣開設(shè)有貫穿夾緊缸的夾持孔，兩個夾緊缸緊貼時，兩個夾持孔圍合形成柱體結(jié)構(gòu)；夾緊缸遠(yuǎn)離夾持孔的側(cè)面固定連接有推桿，推桿與驅(qū)動器a連接，驅(qū)動器a與控制模塊電連接。

9、上述技術(shù)方案的有益效果為：開設(shè)夾持孔是為了貼合套筒的曲面，試驗(yàn)時夾持孔可以與套筒緊密接觸，控制模塊通過啟動驅(qū)動器來驅(qū)動推桿位移，從而控制兩個夾緊缸之間的間距。

10、進(jìn)一步地，夾緊缸相對的兩個側(cè)面為開口端，開口端的兩個側(cè)面上覆蓋有彈性膜片，彈性膜片與夾緊缸密封連接；夾緊缸的內(nèi)部設(shè)置有將內(nèi)部空腔分隔為兩個獨(dú)立腔室的活塞，靠近彈性膜片的腔室為充裝有液體的工作容腔，與活塞固定連接的活塞桿從另一腔室伸出夾緊缸，并與驅(qū)動器b連接，驅(qū)動器b與控制模塊電連接。

11、上述技術(shù)方案的有益效果為：受到壓力的彈性膜片會產(chǎn)生彈性形變并緊緊包裹住套筒，不僅可以夾持住套筒，避免套筒受到?jīng)_擊波而產(chǎn)生位移，同時可以模擬地應(yīng)力中的圍壓效應(yīng)，使套筒受到均勻或非均勻的徑向壓力。

12、進(jìn)一步地，夾持孔為橫截面呈半橢圓形的柱體結(jié)構(gòu)，推桿和活塞桿均伸出試驗(yàn)箱。夾持孔的橫截面設(shè)置為半橢圓形而非圓形是因?yàn)榭梢蕴岣哌m配度，便于夾持不同直徑范圍的套筒，以研究不同直徑套筒對聚能效應(yīng)的影響因素。

13、進(jìn)一步地，夾緊缸上設(shè)置有壓力表，當(dāng)壓力表的顯示讀數(shù)時，控制模塊控制驅(qū)動器b關(guān)閉。

14、其中，ar為夾緊器對套筒的預(yù)設(shè)徑向夾持力值；π為圓周率；r為套筒的外半徑；l為彈性膜片包裹住套筒的長度；p為壓力表的讀數(shù)。

15、進(jìn)一步地，若干個應(yīng)變組件沿套筒的長度方向均勻布置，一個應(yīng)變組件包括若干個沿套筒壁環(huán)向均勻分布的應(yīng)變片，應(yīng)變片均粘貼于套筒的內(nèi)壁，且應(yīng)變片粘貼的位置未超出彈性膜片包裹套筒的范圍。應(yīng)變片粘貼于套筒的內(nèi)壁，可以避免夾緊器在夾緊時觸碰應(yīng)變片致使應(yīng)變片損壞或脫落，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集失敗。應(yīng)變片的安裝位置可保證應(yīng)變采集點(diǎn)與地應(yīng)力模擬點(diǎn)重合。

16、進(jìn)一步地，試驗(yàn)箱的底板上固定連接有外壁開設(shè)有螺紋的固定柱，固定柱穿過套筒的底板并伸入套筒內(nèi)部，致裂管的底部開設(shè)與固定柱配合的螺紋孔，試驗(yàn)時固定柱與致裂管螺紋連接。將致裂管與固定柱連接好可限制致裂管的位移，避免致裂管的沖擊力使致裂管脫離試驗(yàn)箱飛管，進(jìn)而影響試驗(yàn)結(jié)果或者造成安全事故。

17、進(jìn)一步地，試驗(yàn)箱的頂板開設(shè)有供致裂管伸入的通孔；測試裝置還包括限位支座，使用時限位支座固定于致裂管外壁，且與頂板的下表面接觸；限位支座的表面積大于通孔的橫截面積。限位支座可進(jìn)一步避免致裂管向上位移。

18、進(jìn)一步地，試驗(yàn)箱的一側(cè)設(shè)置有與控制模塊電連接的工業(yè)相機(jī)，試驗(yàn)箱靠近工業(yè)相機(jī)的側(cè)面為透明板。工業(yè)相機(jī)可以對試驗(yàn)箱內(nèi)的情況實(shí)時采集圖像并上傳至計(jì)算機(jī)，便于試驗(yàn)人員觀測試驗(yàn)情況。爆破后可用三維掃描來實(shí)現(xiàn)套筒對變形的測量。

19、進(jìn)一步地，試驗(yàn)箱包括角鋼圍合形成的長方體框架結(jié)構(gòu)和固定于角鋼上的底板、側(cè)面板，頂板通過固定件與角鋼可拆卸連接，以便于安裝或拆卸帶有限位支座的致裂管。

技術(shù)特征：

1.一種超臨界co2相變聚能測試裝置，其特征在于：包括內(nèi)部中空的試驗(yàn)箱(1)，所述試驗(yàn)箱(1)內(nèi)設(shè)置有套筒(4)和用于夾持套筒(4)的夾緊器(7)；套筒(4)為兩端開口的金屬圓筒，試驗(yàn)時致裂管(2)伸入套筒(4)中；套筒(4)壁上固定連接有若干應(yīng)變組件；所述應(yīng)變組件和夾緊器(7)均與控制模塊電連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界co2相變聚能測試裝置，其特征在于：所述夾緊器(7)包括兩個相對設(shè)置的夾緊缸(71)，所述夾緊缸(71)的邊緣開設(shè)有貫穿夾緊缸(71)的夾持孔(72)，兩個夾緊缸(71)緊貼時，兩個夾持孔(72)圍合形成柱體結(jié)構(gòu)；夾緊缸(71)遠(yuǎn)離夾持孔(72)的側(cè)面固定連接有推桿(73)，所述推桿(73)與驅(qū)動器a連接，驅(qū)動器a與控制模塊電連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超臨界co2相變聚能測試裝置，其特征在于：所述夾緊缸(71)相對的兩個側(cè)面為開口端，開口端的兩個側(cè)面上覆蓋有彈性膜片(75)，所述彈性膜片(75)與夾緊缸(71)密封連接；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超臨界co2相變聚能測試裝置，其特征在于：所述夾持孔(72)為橫截面呈半橢圓形的柱體結(jié)構(gòu)，所述推桿(73)和活塞桿(76)均伸出試驗(yàn)箱(1)。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超臨界co2相變聚能測試裝置，其特征在于：夾緊缸(71)上設(shè)置有壓力表，當(dāng)壓力表的顯示讀數(shù)時，控制模塊控制驅(qū)動器b關(guān)閉；

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超臨界co2相變聚能測試裝置，其特征在于：若干所述應(yīng)變組件沿套筒(4)的長度方向均勻布置，一個應(yīng)變組件包括若干沿套筒(4)壁環(huán)向均勻分布的應(yīng)變片(5)，所述應(yīng)變片(5)均粘貼于套筒(4)的內(nèi)壁，且應(yīng)變片(5)粘貼的位置未超出彈性膜片(75)包裹套筒(4)的范圍。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界co2相變聚能測試裝置，其特征在于：試驗(yàn)箱(1)的底板上固定連接有外壁開設(shè)有螺紋的固定柱(8)，所述固定柱(8)穿過套筒(4)的底板并伸入套筒(4)內(nèi)部，致裂管(2)的底部開設(shè)有與固定柱(8)配合的螺紋孔，試驗(yàn)時固定柱(8)與致裂管(2)螺紋連接。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界co2相變聚能測試裝置，其特征在于：所述試驗(yàn)箱(1)的頂板(11)開設(shè)有供致裂管(2)伸入的通孔(12)；測試裝置還包括限位支座(3)，使用時限位支座(3)固定于致裂管(2)外壁，且與頂板(11)的下表面接觸；限位支座(3)的表面積大于所述通孔(12)的橫截面積。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界co2相變聚能測試裝置，其特征在于：所述試驗(yàn)箱(1)的一側(cè)設(shè)置有與控制模塊電連接的工業(yè)相機(jī)(6)，試驗(yàn)箱(1)靠近工業(yè)相機(jī)(6)的側(cè)面為透明板(15)。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超臨界co2相變聚能測試裝置，其特征在于：所述試驗(yàn)箱(1)包括角鋼(14)圍合形成的長方體框架結(jié)構(gòu)和固定于角鋼(14)上的底板、側(cè)面板，所述頂板(11)通過固定件(13)與角鋼(14)可拆卸連接。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種超臨界CO<subgt;2</subgt;相變聚能測試裝置，包括內(nèi)部中空的試驗(yàn)箱，試驗(yàn)箱內(nèi)設(shè)置有套筒和用于夾持套筒的夾緊器；套筒為兩端開口的金屬圓筒，試驗(yàn)時致裂管伸入套筒中；套筒壁上固定連接有若干個應(yīng)變組件；應(yīng)變組件和夾緊器均與控制模塊電連接。本發(fā)明將研究人員慣常使用的爆破對象巖石替換成了金屬套筒，將巖石爆破的問題轉(zhuǎn)化成薄壁圓筒受壓爆破的研究模型，可以延長數(shù)據(jù)采集時間以及便于直接觀測聚能效應(yīng)導(dǎo)致套筒產(chǎn)生的形變。并且夾緊器對套筒施加的徑向壓力可以模擬不同埋深、不同地應(yīng)力中的徑向壓力，使試驗(yàn)更接近真實(shí)工況。

技術(shù)研發(fā)人員：阿比爾的,曾啟富,劉明維,吳發(fā)友,張潔,李姣,胡尊镕,李佩倫,張儷灃,杜海洋,吳一博
受保護(hù)的技術(shù)使用者：重慶交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21