[发明专利]一种梯级保压含瓦斯煤围压SHPB实验密封装置及方法

说明书

本发明为一种梯级保压含瓦斯煤围压SHPB实验密封装置及方法，适用于瓦斯吸附解吸及材料动态力学性能的冲击加载实验技术领域。由中间腔、保压腔、直线导轨、卡箍体、充气口、放气口、密封件组成；其中中间腔和保压腔组成的左右腔体，固定于直线导轨上，密封件安装在与杆接触的圆孔的凹槽内和左右两腔体合并的接触边沿凹槽。腔体侧面的两个充气口连接空气气瓶管件，腔体中间的充气口连接吸附气体管件，放气口连接真空泵和废气收集罐。将装置连接到霍普金森杆上，将中间腔抽真空后，向中间腔和保压腔分别注入气体，保压腔气体压强约为中间腔体的一半。试样吸附气体完毕后，开始冲击试验。该发明同时解决了围压对试样的影响和含瓦斯对试样的影响问题的研究，同时采用梯度保压来保证设备的密闭性能，装置结构简单，设计合理，操作方便，能提高实验的成功率，具有较强的实用性。

技术领域

本发明属于瓦斯吸附解吸及材料动态力学性能的冲击加载实验技术领域，具体涉及一种梯级保压含瓦斯煤围压SHPB实验密封装置及方法。

背景技术

随着社会的发展，我国的工程项目逐渐由地表走向更深处，材料的高应变率动态力学性能的迫切需要，动态力学性能的研究越来越引起人们的重视，霍普金森压杆成为目前应用最为普遍的材料高应变力学性能实验装置。分离式霍普金森杆是研究一维应力状态下材料动态力学性能的实验装置。目前，分离式霍普金森杆实验装置已经有了大的改进，但是大多材料在使用过程中不仅受到轴向动载荷，且还受到围压作用，因此研究围压情况下材料受到轴向动载荷对材料的力学影响成为了必然。此外，煤岩等作为一种多孔介质，原始煤岩体含有大量甲烷等瓦斯气体，吸附气体含量的多少会影响煤岩等材料的动态力学性质，应该考虑实际情况中瓦斯的存在对煤体力学性能的影响。目前市场上出现的含瓦斯煤霍普金森冲击实验装置，解决了霍普金森压杆实验中围压研究的问题和煤体试样含瓦斯的问题，但是在实验过程中发现该种装置由于内外压差大，装置密闭性成为难以保证，在实际的吸附解析过程中长时间的保压效果差，无法保证吸附效果，对含瓦斯煤动力学特性影响难以克服。

针对现有技术的局限和不足，本发明提出一种梯级保压含瓦斯煤围压SHPB实验密封装置及方法，结构简单可靠，既能解决霍普金森压杆实验试样受围压影响的问题和含煤试样中煤体内瓦斯对试样力学性能影响，同时设计出一种梯度保压装置，保证良好的实验效果。也提出一种对于密封要求高的场合下的分级梯度保压的理念。

发明内容

本发明的目的是提供一种梯级保压含瓦斯煤围压SHPB实验密封装置及方法，既能解决 SHPB实验中材料受到围压和多孔材料吸附气体的条件，而且梯度保压装置保证材料在长时间吸附过程中装置密闭性良好。

本发明技术方法：

一种梯级保压含瓦斯煤围压SHPB实验密封装置及方法，由直线导轨、卡箍体、密封件、左右腔体、充气口、放气口组成。其中左右两腔体各包含一个保压腔体，左右两腔体组合合并后形成的中间腔体为气体围压和吸附的腔体。直线导轨将左右两个腔体精准固定于一条直线上，方便左右两腔体开合。密封件分别安装在腔体中间与杆件接触的环形凹槽内，和左右两腔体合并的接触边沿凹槽上。卡箍体固定于左右两腔体合并中间凸出位置，使用螺母将卡箍体固定，确保实验过程的密闭性。将本装置固定于SHPB实验基台上，将左右腔体拉开将入射杆、透射杆插入左右腔体的圆形孔中，将试件夹持在入射杆和透射杆之间，将左右两腔体合并，并使用卡箍体锁死。将空气的充气杆件连接于两侧面充气口，将要吸附的气体杆件连接于中间腔体的充气口，将抽真空设备连接于放气口。待真空泵设备将中间腔抽至真空状态时，向中间腔充所需要吸附气体，同时向保压腔内充空气，气压约为中间腔一半，使得中间腔的气压与外界大气压形成梯度压强，有效保证密封件的密闭性。静置24小时等待试样吸附瓦斯完毕，即可开始进行霍普金森压杆冲击试验。

本发明的有益效果是：

装置结构简单，设计合理，操作方便，在一个装置内同时实现围压条件和气体吸附条件，能够准确夹持固定试样，并且实验密闭性大幅提高，提高实验的成功率，延长设备的使用寿命。

附图说明