Устройство для нагружения образцов горных пород Советский патент 1982 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к области определения прочностных и деформационных свойств твердых материалов, в т.ч. и образцов горных пород при их динамическом нагружении.

Известны устройства-для нагружения твердых материалов, включающие корпус камеры с рабочей жидкостью, электроды, подключенные к накопительной конденсаторной батарее, взрывающийся проводник и образец нагружаемого материала 1..

Недостатком таких устройств является малый КПД.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для нагружения твер|ДЫХ материалов, которое может использоваться для нагружения образцов горных пород, включающее корпус взрывной камеры с ра- бочей жидкостью и выходным отверстием, два электрода, подключенные через разрядник к накопительной конденсаторной батарее, один из которых расположен на задней стенке корпуса взрывной камеры, взрывающийся электропроводник, соединенный с электродами, датчики регистрирующей аппаратуры и нагружаемый образец 2,

Недостатком известного устройства является низкий КПД, а также невозможность образования плоской и сильной ударной волны в условиях стесненного пространства камеры.

Цель изобретения - повышение КПД устройства за счет увеличения доли энергий электрического разряда, приходящейся на образование ударной волны и повышение точности измерения за счет генерирования плоской ударной волны сжатия в малом объеме взрывной камеры.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для нагружения твердых материалов, включающем корпус взрывной камеры с рабочей Жидкостью и выходным отверстием, два электрода, подключенные через разрядник к накопительной конденсаторной батарее, один из которых расположен на задней стенке корпуса взрывной камеры, взрывающийся электропроводник, соединенный с эле1 тродами,датчики регистрирующей аппаратуры и

нагружаемый образец, электроды установлены коаксиально, при этсм один из них выполнен в виде корпуса взрывной камеры, а другой электрод установлен продольно в ней. Кроме того, взрывающийся электропроводник установлен на расстоян от задней стенки взрывной камеры, определяемым из соотношения где V скорость ударной волны в р бочей жидкости, м/с; продолжительность начально импульса давления, с. Помимо того, устройство снабжен фильтром, установленным между выхо ным отверстием взрывной камеры и н ружаемым образцом, при этом фильтр имеет акустическую жесткость, боль шую акустической жесткости рабочей жидкости, но меньшую акустической жесткости материала нагружаемого образца. На чертеже показано устройство для нагружения твердых материалов, разрез. Устройство для нагружения тверд материалов включает камеру 1 высок го давления, заполненную рабочей жидкостью, внутри которой располож образец 2 твердого материала, напр мер горной породы или угля. Перед нагружаемым образцом нахо дится выходное отверстие взрывной камеры 3, имеющей форму тела враще ния , по оси которой расположён конический электрод 4. Взрываюшлйся электропроводник 5 установлен на расстоянии € от задней стенки С взрывной камеры,и предварительно подключен к коаксиальным электродам, одним из которых является электропроводящая внутренняя поверхность А взрывной , а другим электрод 4, установленный продольно во взрывной камере. Электрод подключены к накопительной конденсаторной батарее 6 высокого напряжения через разрядник 7. . Для регистрации-деформаций образ ца, длительности импульсов давления и скорости их прохождения на образц 2 и динамометрическом волноводе 8 установлены датчики 9, подключенные к регистрирующей аппаратуре 10. Впереди торцовой поверхности Б нагружаемого образца, находящейся перед выходным отверстием взрывной камеры, установлен фильтр 11,.контактирующий с поверхностью В ,изготовленный из одной или нескольких пластин материалов, имеющих акустическую жесткость, большую акустичес кой жесткости рабочей жидкости, но меньшую акустической жесткрсти материала образца. Экранирующий элемент 12 .охватывает боковую поверхность образца 2 Устрой ство для, нагружения тверды материалов работает следующим образом. При срабатывании разрядника 7 накопительная конденсаторная батарея 6 высокого напряжения через электроды 3 и 4 разряжается на электропроводник 5, который, взрываясь, испаряется и образует плазму, в плазме возникает радиальный, по отношению к коаксиальным электродам ток, который взаимодействует с концентрическим магнитным полем электрода 4. Возникающая пондемоторная сила независимо от направления тока всегда направлена к выходу из взрывной камеры и подобно поршню действует на плазму разряда, вызывая срльную плоскую ударную волну, параллельную поверхности В нагружаемого образца. Отражения ударной волны от различных деталей взрывной камеры и камеры высокого давления, доходя до фильтра 11, либо преломляются по направлению к оси образца, так как акустическая жесткость фильтра больше акустической жесткости рабочей жидкости, либо вообще отражаются от наружной поверхности фильтра, если угол падения отраженной ударной волны мал. Отражение взрывной волны от задней, стенки С взрывной . камеры доходит до торцовой поверхности образца Б позже основного фронта ударной волны, так как t gи не влияет на результаты измерений. Это резко уменьшает помехи в регистрирующей аппаратуре 10, вызванные отражениями ударной волны. Применение предлагаемого устройства позволяет упростить исследования прочностных и деформационных свойств горных пород и углей, а также сократить расход электроэнергии или уменьшить емкость накопительной конденсаторной батареи высокого напряжения. Формула изобретения 1. Устройство для нагружения образцов горных пород, включающий корпус взрывной камеры с рабочей жидкостью и выходным отверстием,два электрода, подключенные через разрядник к накопительной конденсаторной батарее, один из которых расположен на задней стенке корпуса взрывной камеры,, взрывающийся электропроводник, . соединенный с электродами, да/гчики регистрирующей аппаратуры и нагружаемый образец, отличающееся тем, что,, с целью повышения КПД за счет увеличения доли энергии электрического разряда, приходящейся на образование ударной волны и повышения точности измерений, электроды установлены коаксиально, при этом один из них выполнен в виде корпуса взрывной камеры, а другой электрод установлен продольно в ней. 2. Устройство по п. 1, о т л ичающёеся тем, что, с целью снижения влияния отраженной ударной волны на результаты измерений,взры вающийся электропроводник установлен на расстоянии от задней стенки взрывной камеры, определяемым из соотношения где V - скорость ударной волны в р бочей жидкости, м/с; t - продолжительность начально импульса давления, с. 3. Устройство по пп. 1 и 2, о тличающееся тем, что оно снабжено фильтром, установленным между выходным отверстием взрывной камеры и нагружаемым образцом, при этом фильтр имеет акустическую жесткость, большую акустической жесткости рабочей жидкости, но меньшую акустической жесткости материала нагружаемого образца. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 147162, кл. В 21D 26/06, 1962. 2.Патент США 3640110,кл.72-56, опублик. 1972 (прототип).