[发明专利]用于岩石超重力高温高压实验的大吨位加压装置

说明书

本发明公开了一种用于岩石超重力高温高压实验的大吨位加压装置。底座固定在离心机吊篮筐，顶板和底座间用顶板拉杆结合螺母拉紧连接，顶板拉杆和顶板间光滑套接；顶板和底座间安装有实验腔体，实验腔体嵌装连接于顶板的凹槽中，实验腔体和底座之间设有样品，样品通过活塞圆筒式结构或者多面砧式结构装配于实验腔体和底座之间，且使得实验腔体压紧到底座上的受力点聚集在样品处；配重块的中心通过配重块中心拉杆和螺母固定连接于顶板远离底座的一侧端面并通过定位销定位。本发明装置利用实验装置与配重块的离心力来获取在超重力环境下开展岩石高温高压实验所需的大吨位压力，可对样品施加与常重力岩石高温高压实验装备媲美的大吨位压力。

技术领域

本发明涉及了一种超重力离心机的内部加压装置，尤其是涉及了一种用于岩石超重力高温高压实验的大吨位加压装置，尤其是适用于在长臂离心机中进行岩石超重力高温高压实验。

背景技术

岩石高温高压实验是深入研究地球深部物质演化和成岩成矿规律的主要手段。在离心机形成的超重力环境下开展岩石高温高压实验是这一领域的当今重要的发展趋势，可以凸显地球上无处不在的重力因素的作用，在实验室较短的时间内揭示地球深部物质在漫长地质历史时期的演化规律，为深入了解我们赖以生存的星球以及发现社会发展所须的矿藏资源提供重要探索途径。

通常岩石高温高压实验中的温度是通过电阻加热实现，在离心机中也同样可以实现，而高压则是通过大吨位压机获取。然而，即便是世界最大的长臂离心机也无法放入大吨位压机，且在离心机中也难以为施压液压缸提供必须的液压动力，故目前国际上岩石超重力高温高压实验中压力只能在离心机外预先加载，然后通过锁压装置保压后置入到离心机中再进行加温(如苏黎世联邦理工学院，Schmidt et al.,2006；Connolly et al.,2009)。但因锁压装置中的关键部件—拉杆在大吨位拉力长时间作用下存在的明显的应力松弛现象、保压液压缸在超重力环境下自身变形、以及岩石样品熔融后可能发生体积缩小等因素，均可能会导致保压装置的严重失压，使得实验压力只能维持在较低的水平(如苏黎世联邦理工学院岩石矿物研究所装置最高压力只能达到1.8GPa)，难以满足涉及地幔深部科学问题的研究需求。

因此，如何提高实验压力是岩石超重力高温高压实验迫切需要解决的技术难题。虽然设计更大吨位加压锁压装置是解决问题的一种途径，但大吨位加压锁压装置不仅同样存在上述缺陷，而且自重过大(例如800t加压锁压装置的自重可达1.5t)，增加离心机的负担，使得实验难以在较高的重力加速度下进行，从而导致实验效果严重受限。

发明内容

为解决背景技术中所提及的技术难题，本发明的目的是提出了一种用于岩石超重力高温高压实验的大吨位加压装置，利用高速长臂离心机的大载荷能力优势，借助实验装置本身和配重块的离心力对样品施加压力，为岩石超重力高温高压实验提供大吨位压力，拓展这类科学装置研究能力、并简化装置结构提高系统可靠性目前世界上尚未见这种、或与此类似的设计方案。

本发明采用的技术方案是：

本发明包括底座、实验腔体、顶板和配重块；底座用螺丝固定在离心机的吊篮筐沿离心力方向远端的内壁上，顶板和底座的外边缘之间用多根沿圆周间隔均匀分布的顶板拉杆结合螺母拉紧连接，顶板拉杆平行于离心力方向，顶板拉杆一端从底座底端穿过底座的通孔后再穿过顶板的通孔后螺纹套装螺母，顶板拉杆和顶板的通孔之间是光轴和光孔的光滑套接；顶板和底座的中部之间安装有实验腔体，顶板在靠近底座的端面中心开设有凹槽，实验腔体嵌装连接于顶板的凹槽中，实验腔体和底座之间设有样品，样品通过活塞圆筒式结构或者多面砧式结构装配于实验腔体和底座之间，且使得实验腔体压紧到底座上的受力点聚集在样品处；配重块的中心通过配重块中心拉杆和螺母固定连接于顶板远离底座的一侧端面，配重块中心拉杆平行于离心力方向，配重块中心拉杆一端从顶板底端穿过顶板的中心通孔后再穿过配重块的通孔后用螺母旋紧，使得配重块和顶板之间被紧密压紧固定；配重块和顶板的外边缘之间用多根沿圆周间隔均匀分布的配重块定位销连接，配重块定位销平行于离心力方向，配重块定位销一端从顶板底端穿过顶板的边缘通孔后再插装到配重块的边缘通孔中，对配重块和顶板之间的装配进行定位。