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原文传递一种气体相变冲击破岩模型试验系统及其使用方法

专利名称：	一种气体相变冲击破岩模型试验系统及其使用方法
摘要：	本发明提供一种气体相变冲击破岩模型试验系统，试验系统包括注气加载系统、反应釜、释放冲击系统、数据采集系统、试样与围压加载系统；注气加载系统通过第一管道连通压力釜，注气加载系统用于向压力釜提供带有压力的气体；压力釜通过第二管道连通释放冲击系统，压力釜用于给释放冲击系统提供高压气体，以使释放冲击系统完成对试样的冲击作业；试样设置在围压加载系统中；数据采集系统包括多个压力传感器，压力传感器设置在试样上，压力传感器用于监测气体冲击破岩时的压力时程曲线。该试验系统可以通过控制压力釜内的初始压力、释放时压力以及流量三个变量来研究其对二氧化碳相变冲击破岩效果的影响。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	河南;41
申请人：	河南理工大学
发明人：	于建新;陈晨;刘焕春;冯路;王金星;褚怀保;张英才;陈旭;蔡保佩;王晓;董保利;马军超;吴东;高帅杰
专利状态：	有效
申请日期：	2021-10-22T00:00:00+0800
发布日期：	2022-03-01T00:00:00+0800
申请号：	CN202111235620.X
公开号：	CN114112739A
代理机构：	北京五洲洋和知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	刘春成;刘素霞
分类号：	G01N3/307;G;G01;G01N;G01N3;G01N3/307
申请人地址：	454000 河南省焦作市高新区世纪大道2001号
主权项：	1.一种气体相变冲击破岩模型试验系统，其特征在于，所述试验系统包括注气加载系统、反应釜、释放冲击系统、数据采集系统、试样与围压加载系统；所述注气加载系统通过第一管道连通压力釜，所述注气加载系统用于向所述压力釜提供带有压力的气体；所述压力釜通过第二管道连通所述释放冲击系统，所述压力釜用于给所述释放冲击系统提供高压气体，以使所述释放冲击系统完成对试样的冲击作业；所述试样设置在所述围压加载系统中；所述数据采集系统包括多个压力传感器，所述压力传感器设置在所述试样上，所述压力传感器用于监测气体冲击破岩时的压力时程曲线。 2.根据权利要求1所述的气体相变冲击破岩模型试验系统，其特征在于，所述注气加载系统包括二氧化碳储气瓶、空气压缩机与二氧化碳增压泵；所述二氧化碳储气瓶通过高压气管连通所述二氧化碳增压泵的进气口，所述二氧化碳增压泵的出气口通过所述第一管道连通所述反应釜；所述高压气管上设置有第一阀门，所述第一阀门用于控制所述高压气管的通断；所述空气压缩机通过导流管与所述二氧化碳增压泵连通，所述空气压缩机用于驱动二氧化碳增压泵，使二氧化碳增压泵对二氧化碳进行增压。 3.根据权利要求1所述的气体相变冲击破岩模型试验系统，其特征在于，所述第一管道上沿气体流通方向依次设置有第一电磁阀、第一数显压力表以及第二阀门；所述第二阀门为三通阀门。 4.根据权利要求3所述的气体相变冲击破岩模型试验系统，其特征在于，所述压力釜的外围包裹有电阻加热丝，所述电阻加热丝用于对所述压力釜加热，以对其内部二氧化碳进行增压。 5.根据权利要求4所述的气体相变冲击破岩模型试验系统，其特征在于，所述压力釜上设置有传感器接口，所述传感器接口上连接有温度传感器，所述温度传感器用于测量压力釜中二氧化碳的温度。 6.根据权利要求5所述的气体相变冲击破岩模型试验系统，其特征在于，所述释放冲击系统包括释放管；所述释放管通过所述第二管道与所述反应釜连接；所述第二管道上设置有第二电磁阀与第二数显压力表。 7.根据权利要求6所述的气体相变冲击破岩模型试验系统，其特征在于，所述围压加载系统包括承载框架，所述承载框架为长方体结构；所述承载框架内部设置有固定夹板，所述固定夹板上固定有试样，所述试样的中心设置有预留孔，所述预留孔用于放置所述释放管；所述承载框架的顶部设置有避让孔，所述避让孔用于避让所述释放管。 8.根据权利要求7所述的气体相变冲击破岩模型试验系统，其特征在于，所述预留孔的中心位于所述试样中心，所述预留孔的深度为所述试样高度的1/3—2/3。 9.根据权利要求7所述的气体相变冲击破岩模型试验系统，其特征在于，所述压力传感器为压电薄膜传感器，多个所述压电薄膜传感器沿所述预留孔轴向均布于其孔壁上；所述数据采集系统还包括数据采集仪，所述数据采集仪与多个所述压电薄膜传感器通过数据信号线连接，所述数据采集仪用于对预留孔内压力时程曲线测试；所述数据采集仪与所述温度传感器通过数据信号线连接，用于采集温度传感器的测量数据。 10.一种气体相变冲击模型试验系统的使用方法，该使用方法使用上述权利要求1～9中任一项所述的气体相变冲击破岩模型试验系统，其特征在于，该使用方法包括以下步骤：步骤1，预制试样，根据试验要求的试样结构、强度与材料类型预制试样，试样为正方体结构，在试样的中心设置一个用于放置释放管的预留孔；步骤2，在试样的预留孔中安装压电薄膜传感器，然后将释放管安装到预制孔中；在将试样固定在固定夹板上，封闭承载框架的顶板；将第二管道连通释放管，完成气体相变冲击破岩模型试验系统的组装；步骤3，对试样进行冲击实验；打开空气压缩机，利用压缩空气驱动二氧化碳增压泵，以将二氧化碳增压后通过第一管道充入压力釜中；当第一管道上的第一电磁阀达到设定压力时，第一电磁阀关闭；手动关闭第二阀门；缠绕在压力釜外围的电阻加热丝开始加热，以提高压力釜内的二氧化碳的压力；当压力釜中的压力达到第二电磁阀的设定压力时，第二电磁阀打开，压力釜中的高压二氧化碳充入到释放管中进行冲击释放；压电薄膜传感器对试样受力参数变化情况进行连续采集，并将采集到的数据传输到数据采集仪中；经过多次模拟实验后，得到压力釜初始压力、释放时压力以及流量三个变量数据以及压力时程曲线，研究上述变量数据对二氧化碳相变冲击破岩的影响。
所属类别：	发明专利