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原文传递一种模拟井下磨粒冲击冲蚀耦合磨损装置

专利名称：	一种模拟井下磨粒冲击冲蚀耦合磨损装置
摘要：	本发明公开了一种模拟井下磨粒冲击冲蚀耦合磨损装置，包括冲击模块、出砂模块、供液模块、磨粒收集和液体循环模块。出砂模块和供液模块分别为试验提供均匀且分散的磨粒介质和不同的液体环境，冲击冲蚀试验模块用于试样的夹持和冲击工况的实现，磨粒收集和液体循环模块用于磨粒回收和液体循环。本发明能够控制冲击速度、磨粒和液体的占比及流速，可实现存在磨粒和液体的条件下冲击冲蚀耦合的复杂工况，有效地模拟井下PDC钻头等关键钻具部件的冲击磨损过程，方便对其冲击冲蚀耦合磨损行为的研究。
专利类型：	发明专利
申请人：	中国地质大学(北京);中国地质大学(北京)郑州研究院
发明人：	岳文;唐甜;孟德忠;余丁顺
专利状态：	有效
申请日期：	2023-08-11T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-17T00:00:00+0800
申请号：	CN202311007693.2
公开号：	CN117074228A
代理机构：	北京科家知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	杜娇
分类号：	G01N3/56;G;G01;G01N;G01N3;G01N3/56
申请人地址：	100089 北京市海淀区学院路29号;
主权项：	1.一种模拟井下磨粒冲击冲蚀耦合磨损的装置，其特征在于，包括冲击模块(1)、出砂模块(2)供液模块(3)、磨粒收集和液体循环模块(4)；所述冲击模块用于试样的夹持和冲击工况的实现；所述出砂模块和供液模块为试验提供具有一定流速的均匀分散固体磨粒和液体混合介质；所述磨粒收集和液体循环模块用于实现磨粒的收集和液体的循环。 2.根据权利要求1所述的一种模拟井下磨粒冲击冲蚀耦合磨损的装置，其特征在于，所述冲击模块(1)包括直线电机(11)、质量加载平台(12)、冲头夹具(13)、试样夹具(14)、力传感器(15)和支撑板(16)，所述直线电机(11)和支撑板(16)都通过配合螺栓连接在试验台(6)上，保持固定和相对静止，所述质量加载平台(12)与直线电机(11)和冲头夹具(13)连接，所述试样夹具(14)安装到与支撑板(16)连接的力传感器(15)上；所述直线电机(11)包括电机定子、电机动子和直线导轨，通过控制电机实现可控的冲击速度，在所述直线导轨末端设置限位装置。 3.根据权利要求1所述的一种模拟井下磨粒冲击冲蚀耦合磨损的装置，其特征在于，所述的出砂模块(2)包括料斗(21)、磨粒流速控制阀(22)、磨粒流量计(23)、三通管(24)、气压喷射器(25)和位于固定试样正上方且可以改变角度的喷头(26)，所述料斗(21)下方出口依次连接磨粒流速控制阀(22)和磨粒流量计(23)，气压喷射器(25)连接上方的三通管(24)和下方的喷头(26)；所述料斗(21)、磨粒流速控制阀(22)、磨粒流量计(23)、三通管(24)、气压喷射器(25)和冲头竖直安装。 4.根据权利要求1所述的一种模拟井下磨粒冲击冲蚀耦合磨损的装置，其特征在于，所述的供液模块包括可加热的液斗(31)、液体流量控制阀(32)、液体流量计(33)、导液管(34)、导气管(35)、气流调节装置(36)和空压机(37)，所述液斗(31)下方出口依次连接液体流量控制阀(32)和液体流量计(33)；所述气流调节装置(36)与空压机相连，对高压气体进行稳压和调速，出气端通过导气管(35)与气压喷射器(25)连接，空压机(37)固定在试验台(6)上；所述液斗(31)上方设置通气孔。 5.根据权利要求1所述的一种模拟井下磨粒冲击冲蚀耦合磨损的装置，其特征在于，所述的磨粒收集和液体循环模块包括收集罩(41)、不锈钢连接管一(42)、收集箱(43)、不锈钢连接管二(44)和小型离心泵(45)，所述收集(41)固定在试验台的矩形开口下方，通过不锈钢连接管一(42)与下方收集箱(43)相连，小型离心泵(45)安装于收集箱(43)上半部分并将里面液体通过不锈钢连接管二(44)输送回液斗(31)中，实现试验装置液体循环。 6.根据权利要求5所述的一种模拟井下磨粒冲击冲蚀耦合磨损的装置，其特征在于，所述收集箱(43)包括密封盖(432)、不锈钢连接管三(433)、滤网(435)，封盖(432)上包括一个通气孔(431)，不锈钢连接管三(433)与密封盖相连到滤网下方，磨粒和液体(7)由不锈钢连接管三到收集箱底部，经过滤网(435)过滤，滤网(435)上方液体进入小型离心泵入水管(451)循环，收集箱(43)底部设有斜面(434)便于试验后磨粒液液体从出水口(436)排出。 7.一种模拟井下磨粒冲击冲蚀耦合磨损装置及试验方法，其特征在于包括以下步骤： S1：安装样品及冲头，调整喷头角度； S2：将磨粒和液体分别加入到料斗和液斗中，液斗中液体加热到指定温度时，调节磨粒流速控制阀和液体流量控制阀使磨粒和液体按比例混合，通过调节气流调节装置使其通过气压喷射器和喷头喷出； S3：设置直线电机动子从初始位置加速到初始速度V0后不再加速，带动冲头以V0的速度冲击固定试样并弹回，弹回一定距离后控制电机动子回到初始位置完成一次冲击并重复； S4：打开小型离心泵使液体通过不锈钢连接管二回到液斗，实现循环使用； S5：试验结束取下试验和冲头后，开打收集箱下方的废料口使磨粒和液体排出； S6：往液斗中加入清水，关闭磨粒流速控制阀、打开体流量控制阀和小型离心泵，进行循环清洗。