用于霍普金森杆实验的高温试件迅速降温链条式装置

摘要

本发明公开了用于霍普金森杆实验的高温试件迅速降温链条式装置，属于岩体的力学性能实验技术领域；该装置包括在已有的用于霍普金森实验的加热炉内设置可开合对称空心隔水罩；空心隔水罩包括拉力弹簧、链条、输水管、淋浴喷头，空心隔水罩安放在支座平台上，支座平台包括进水管、出水管、集水池和垫片；通过调节链条长短，可控制空心隔水罩的开合状态。空心隔水罩打开状态下，不影响试件的加热及霍普金森杆冲击实验；空心隔水罩闭合状态下，可进水喷洒试件实现高温试件的快速冷却；空心隔水罩也会对加热炉炉膛起到保护作用，防止高温岩体遇到冷水破裂产生的碎片破坏炉膛。

权利要求

1.用于霍普金森杆实验的高温试件迅速降温链条式装置，其特征在于：该装置包括在已有的用于霍普金森杆实验的加热炉内设置可开合的对称空心隔水罩；空心隔水罩包括拉力弹簧、链条、输水管、淋浴式喷头，空心隔水罩安放在支座平台上，支座平台包括进水管、出水管、集水池和垫片；

加热炉炉膛底部设置有支座平台，支座平台两侧打孔并焊接两根进水管，进水管延伸至加热炉炉膛外；支座平台上设置透水孔；支座平台中心底部挖空作为集水池，集水池底焊接一根出水管；进水管及出水管上均设置有止水阀门；支座平台中部放置垫片，试件放置在垫片上；两瓣空心隔水罩对称分布在支座平台两侧；支座平台两侧设置两根铰链，支座平台上焊接两个拉力弹簧固定块，支座平台与两瓣空心隔水罩通过拉力弹簧和铰链相连接；空心隔水罩内部焊接输水管，输水管与进水管通过折叠管相连，输水管道顶部设置淋浴式喷头；空心隔水罩外部通过圆形锁扣与链条连接，链条通过加热炉炉膛上的圆孔延伸至加热炉外；

链条中部及自由端都设有圆孔；加热炉炉膛外壁上设有悬钩；空心隔水罩闭合状态下，链条自由端的圆孔悬挂于加热炉炉膛外壁的悬钩上；每瓣空心隔水罩与支座平台间设有两个拉力弹簧，两个拉力弹簧由长方形薄板连接；通过拉力弹簧产生的拉力，空心隔水罩紧密闭合；两瓣空心隔水罩闭合接触面上覆盖一层铝箔包裹的陶瓷纤维。

2.根据权利要求1所述的用于霍普金森杆实验的高温试件迅速降温链条式装置，其特征在于：支座平台上的垫片顶部为弧形。

3.根据权利要求1所述的用于霍普金森杆实验的高温试件迅速降温链条式装置，其特征在于：垫片周围设有透水孔的支座平台具有内凹坡度，使得冷却后的水流快速收集到集水池中。

4.根据权利要求1所述的用于霍普金森杆实验的高温试件迅速降温链条式装置，其特征在于：

通过拉动链条，使得链条中部的圆孔固定在加热炉炉膛外壁的悬钩上，空心隔水罩被打开。

说明书

用于霍普金森杆实验的高温试件迅速降温链条式装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于霍普金森杆实验的高温试件迅速降温链条式装置，属于岩体的力学性能实验技术领域。

背景技术

[0002] 霍普金森杆实验常应用于不同温度下材料的动态力学性质研究。现有钻井技术，钻头快速旋转与岩体产生摩擦，导致岩体受热处于一种高温环境下。同时钻头喷射钻井液，用于冷却润滑钻头，喷射的钻井液会对高温岩体产生快速冷却的作用，同时影响岩体的力学性能。

[0003] 目前应用加热装置对试件进行加热的实验方案较多。发明专利名称“用于霍普金森压杆实验的加热装置”(专利号：CN 102288497 A)，将试件置于可移动的管式加热炉中加热；发明专利名称“用于高温霍普金森压杆实验的快速加热装置”(专利号：CN 103024955 A)，利用高频感应加热器加热金属试件，同时利用温控器实现自动断温，实现停止加热和冲击实验的连续进行。但是，这些装置功能单一，仅仅能够实现试件的高温加热，只能对高温下岩体的力学性能进行定性研究。如果需要研究加热后快速冷却的试件性能，则需要打开加热炉，取出试件置于冷水中。高温岩体遇冷水可能产生爆裂现象。整个过程不仅费时费力，且具有一定的危险性，同时试件转移、爆裂的过程也会造成试件的损耗、增加人为误差等，导致试件不完整，进而影响实验结果的精确度。

发明内容

[0004] 针对上述情况，本发明的目的在于提供一种用于霍普金森杆实验的高温试件迅速降温链条式装置，它既能够实现高温试件的迅速冷却，又能保证试件加热、冷却、冲击在同一位置进行，不会因为人为转移试件造成试件损耗。

[0005] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案为用于霍普金森杆实验的高温试件迅速降温链条式装置，该装置包括在已有的用于霍普金森杆实验的加热炉内设置可开合的对称空心隔水罩；空心隔水罩包括拉力弹簧、链条、输水管、淋浴式喷头，空心隔水罩安放在支座平台上，支座平台包括进水管、出水管、集水池和垫片。

[0006] 加热炉炉膛底部设置有支座平台，支座平台两侧打孔并焊接两根进水管，进水管延伸至加热炉炉膛外。支座平台上设置由透水孔。支座平台中心底部挖空作为集水池，集水池底焊接一根出水管。进水管及出水管上均设置有止水阀门。支座平台中部放置垫片，试件放置在垫片上。两瓣空心隔水罩对称分布在支座平台两侧。支座平台两侧设置两根铰链，支座平台上焊接两个拉力弹簧固定块，支座平台与两瓣能旋转的空心隔水罩通过拉力弹簧和铰链相连接。空心隔水罩内部焊接有输水管，输水管与进水管通过折叠管相连，输水管道顶部设置有淋浴式喷头。空心隔水罩外部通过圆形锁扣与可拉动的链条连接，链条通过加热炉炉膛上的圆孔延伸至加热炉外。

[0007] 为了提高本发明的综合性能，提高其使用效率，实现性能优化，进一步措施有：

[0008] 支座平台上的垫片顶部为弧形，便于稳定放置试件，避免因水流的喷洒产生力的作用而发生位置移动。

[0009] 垫片周围设有透水孔的支座平台具有内凹坡度，使得冷却后的水流快速收集到集水池中。

[0010] 进水管道顶部设淋浴式喷头；喷头直径与试件高度一致；采用淋浴式喷头，使得水流均匀洒下，增大试件的冷却面积，水流能够得到充分利用。

[0011] 链条中部及自由端都设有圆孔。加热炉炉膛外壁上设有悬钩。隔水空心罩闭合状态下，链条自由端的圆孔可悬挂于加热炉炉膛外壁的悬钩上。此时链条与空心隔水罩外壳间不受力。

[0012] 每瓣空心隔水罩与支座平台间设有两个拉力弹簧，两个拉力弹簧由长方形薄板连接。通过拉力弹簧产生的拉力，空心隔水罩可紧密闭合。

[0013] 两瓣空心隔水罩闭合接触面上覆盖一层铝箔包裹的陶瓷纤维，空心隔水罩闭合状态下可实现隔水性。

[0014] 通过拉动链条，使得链条中部的圆孔固定在加热炉炉膛外壁的悬钩上，空心隔水罩被打开。此时即可进行加热及冲击实验。

[0015] 本发明中通过调节链条长短，可控制空心隔水罩的开合状态。空心隔水罩打开状态下，不影响试件的加热及霍普金森杆冲击实验；空心隔水罩闭合状态下，可进水喷洒试件实现高温试件的快速冷却。同时，空心隔水罩也会对加热炉炉膛起到保护作用，防止高温岩体遇到冷水破裂产生的碎片破坏炉膛。另外，整个加热、冷却、冲击实验过程不移动试件，结构简单、紧凑，操作控制简便，能够迅速完成整个实验过程。隔水罩的设计灵活，在始终打开的状态下不影响高温霍普金森杆实验的进行，实现一个设计多种用法的功能，经济实惠。

附图说明

[0016] 下面结合附图对本发明进行进一步的详细说明。

[0017] 图1为本发明处于加热或冲击实验时空心隔水罩处于打开状态下主视图。

[0018] 图2为本发明处于引入水流降温试件实验时空心隔水罩处于闭合状态下主视图。

[0019] 图3为顶部喷头仰视A-A图。

[0020] 图4为支座平台剖面B-B图。

[0021] 图5为本发明空心隔水罩剖面图。

[0022] 图6为整套霍普金森杆实验装置的主视图。

[0023] 图中：1.加热炉炉膛，2.支座平台，3.进水管，4.集水池，5.出水管，6.铰链，7.垫片，8.试件，9.空心隔水罩，10.输水管，11.淋浴式喷头，12.隔水层，13.折叠管，14.止水阀门，15.弹簧固定块，16.隔热塞，17.霍普金森杆入射杆，18.霍普金森杆透射杆，19.拉力弹簧，20.圆形锁扣，21.链条，22.链条圆孔a，23.悬钩，24.链条圆孔b。

具体实施方式

[0024] 结合附图，本发明涉及一种用于霍普金森杆实验的高温试件迅速降温装置，通过手动调节可使主装置保持打开及闭合两种状态。图1为空心隔水罩打开状态，为了保证主装置不对试件加热及冲击实验状态造成影响，为了不移动试件对加热状态下的试件造成人为损伤，为了实验装备同时可进行高温试件动态力学性能的测试实现一个设备多个用途的目的，为了实现加热、水流冷却、实验冲击一体化进行，此状态下可进行试件加热及霍普金森杆冲击实验；在加热炉炉膛1外设悬钩23，空心隔水罩10外壳与可拉动链条21通过圆形锁扣20连接，可拉动链条上设置自由端链条圆孔a 22和中部链条圆孔b 24可分别对应设备打开及闭合状态，打开状态下将链条圆孔a 22扣于悬钩23上，抵抗拉力弹簧19产生的拉应力。

[0025] 空心隔水罩9打开状态下，将试件8放置于垫片7上，垫片固定于支座平台2上，止水阀门14处于闭合状态以保温。

[0026] 图2为空心隔水罩闭合状态，为了能够在试件加热之后迅速降温，为了保证试件处于初始位置不移动试件造成误差，为了方便省时、安全高效的完成快速冷却高温试件；松开链条21上的圆孔a 22，拉力弹簧19拉动空心隔水罩9闭合，将链条21上的圆孔b 24锁在悬钩23上方便下一次拉动装备。两瓣空心隔水罩受到弹簧拉应力紧紧闭合在一起，闭合面上的隔水层12可以防止水流喷洒过程中渗出装备。闭合之后，打开止水阀门14，注入水流，水流从进水管3进入输水管10上流，通过淋浴式喷头11均匀喷洒到试件上实现快速降温效果。使用过的废水沿着试件8下流到支座平台2上，垫板周围的支座平台上设孔隙便于收集利用过后的水，经过一定的内凹坡度从支座平台的孔隙中流入集水池4中，打开止水阀门可从出水管5流出设备。

[0027] 待试件降温完毕，重新拉动链条21，打开空心隔水罩9，恢复到图1状态，进行冲击实验。

[0028] 为进一步说明整套实验装置配置情况，附图6整套霍普金森杆实验装置说明。加热状态下，打开空心隔水罩9，塞上隔热塞16，进行试件8加热；冷却状态下，闭合空心隔水罩9，打开止水阀门14，可进水冷却试件8；冲击实验状态下，打开空心隔水罩9，取出隔热塞16，放置入射杆17，透射杆18，可进行试件8的冲击实验。