一种低温液氮冲击下的煤岩力学测试装置及方法

专利主权项内容

1.一种低温液氮冲击下的煤岩力学测试装置，其特征在于，包括液氮密封装置、加载装置、液面标高装置、红外线控制装置、液氮补给装置、工业CT扫描装置；所述液氮密封装置包括非金属绝热套筒(2)、绝热底座(1)、密封盖(18)；其中所述非金属绝热套筒(2)设置在绝热底座(1)的底座凹槽(11)内，所述密封盖(18)位于非金属绝热套筒的顶端，所述非金属绝热套筒内侧壁上开有套筒凹槽(12)；所述加载装置包括伺服加载仪、压头(6)、垫片(5)；其中所述压头(6)穿过所述密封盖(18)并压制在所述垫片(5)上，所述垫片(5)位于非金属绝热套筒内部且位于同样放置在非金属绝热套筒内部的煤样(4)的顶端，所述伺服加载仪对压头(6)施加的轴向压力；所述液面标高装置位于非金属绝热套筒内部，且包括泡沫板(3)和挡板(10)；其中所述泡沫板(3)的与所述套筒凹槽(12)进行滑动连接，所述挡板(10)固定设置在泡沫板上；所述红外线控制装置包括红外线发射装置(8)、红外线传感器(9)、PLC控制器(26)以及导线；其中所述红外线传感器(9)与红外线发射装置(8)平行相对放置，且两者均设置在所述密封盖(18)上，所述的挡板(10)上端穿过密封盖且浮动在红外线传感器(9)与红外线发射装置(8)之间，所述红外线传感器(9)通过导线与PLC控制器(26)相连；所述液氮补给装置包括电机(14)、齿轮(28)、齿条杆(21)、活塞(16)、液氮罐(15)、补给管路(24)和阀门(25)，其中电机(14)通过导线和所述PLC控制器(26)相连；所述电机(14)带动位于所述液氮罐中的活塞(16)进行运动，从而通过补给管路(24)对所述非金属绝热套筒的内部进行液氮输送；所述工业CT扫描装置包括X射线源(7)、接收器(19)和计算机(27)；其中X射线源(7)与接收器(19)固定设置在所述非金属绝热套筒外部两侧并分别与非金属绝热套筒之间具有间隔；接收器(19)的成像平面中心、煤样中心和X射线源中心位于同一条水平直线上，接收器的成像平面与该直线垂直，接收器接收到的图像存储到计算机(27)上；在所述的红外线控制装置中，所述红外线发射装置(8)的框架结构为一个带有刻度的凹槽板，凹槽板上有两个可以滑动的红外线发射器，即第一红外线发射器(22)和第二红外线发射器(23)，通过煤样高度和液氮液面高度选取第一红外线发射器(22)和第二红外线发射器(23)的位置；在所述的液面标高装置中，所述泡沫板(3)的主体结构为圆弧形块状体且在其外缘中部突出形成尾部，所述泡沫板的尾部插入所述非金属绝热套筒的套筒凹槽(12)中进行滑动连接，所述泡沫板(3)在浮力作用下带动所述的挡板(10)升降；在所述液氮补给装置中，所述齿条杆(21)与电机上齿轮(28)紧密接触，所述齿条杆的下端连接着活塞(16)，从而使得所述活塞与电机(14)的工作状态同步；通过红外线控制装置实现液氮的自动供给，红外线控制装置工作程序如下：①最初挡板在刻度100mm以下，红外线传感器接收到两个红外信号，电机转动，带动齿条杆和活塞压入液氮；随着液氮的加入，挡板不断升高；②当挡板升至刻度100mm处遮住红第一外线发射器，红外线传感器接收到一个红外信号，保持原有的命令，电机继续工作，液氮继续加入；③当挡板升至刻度150mm处遮住第二红外线发射器，红外线传感器不能接收到红外信号，控制电机停止工作，液氮不再加入，液氮面下降；④当挡板刚刚降至刻度150mm以下，第二红外线发射器漏出，红外线传感器接收到一个红外信号，保持原有的命令，电机不工作，液氮面继续下降；⑤当挡板降至刻度100mm以下，自动重复①-④的动作。