[發明專利]一種高溫環境中不同載荷下膠結顆粒強度測試裝置及方法

有效

• 申請號: 201710744761.1
• 申請日: 2017-08-25
• 公開（公告）號: CN107402181B
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發明（設計）人: 張建光;王傳睿;呂愛民;張旭;趙健男
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G01N19/04
• 分類號: G01N19/04
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 王楠

1.一種高溫環境中不同載荷下膠結顆粒強度測試裝置，其特征在于，所述裝置包括：應力場加載裝置、溫度場加載裝置；

應力場加載裝置包括顆粒夾持器、上部加載部件、下部加載部件，顆粒夾持器用以夾持待測試的膠結顆粒試樣，待測試的膠結顆粒試樣有兩個、呈豎直上下設置，上部加載部件、下部加載部件用于向膠結顆粒試樣施加加載力；

溫度場加載裝置包括高溫環境箱，高溫環境箱內設有空腔，空腔內設置應力場加載裝置，高溫環境箱內壁上設有加熱系統、溫度傳感器，加熱系統、溫度傳感器與外部的溫度控制器、外置電源相連，溫度控制器控制加熱系統工作。

2.根據權利要求1所述的高溫環境中不同載荷下膠結顆粒強度測試裝置，其特征在于，所述的顆粒夾持器包括豎直部分、連接桿和鎖定扣，每個膠結顆粒試樣對應設置至少兩個豎直部分，豎直部分通過連接桿聯合在一起，上方膠結顆粒試樣對應的豎直部分的上端平面設有旋扭力施力凹槽，上部加載部件通過旋扭力施力凹槽與豎直部分連接；每個豎直部分的側面設有剪切力施力凹槽；下方膠結顆粒試樣對應的豎直部分的側面設有彎扭力施力凹槽；每個膠結顆粒試樣對應設置的豎直部分相向一側水平設有鎖定扣。

3.根據權利要求2所述的高溫環境中不同載荷下膠結顆粒強度測試裝置，其特征在于，剪切力施力凹槽的中心位于與膠結顆粒試樣球心的水平延長線上。

4.根據權利要求2所述的高溫環境中不同載荷下膠結顆粒強度測試裝置，其特征在于，同一豎直部分上的彎扭力施力凹槽位于剪切力施力凹槽的豎直下方，彎扭力施力凹槽的數量為至少兩個，優選三個。

5.根據權利要求2所述的高溫環境中不同載荷下膠結顆粒強度測試裝置，其特征在于，所述的應力場加載裝置還包括上輔助加載楔塊、下輔助加載楔塊、滾柱，上部加載部件的豎直截面為T形臺，T形臺的水平部設有凸起、凸起與豎直部分連接，T形臺的垂直部與上輔助加載楔塊連接；下部加載部件表面、下輔助加載楔塊底面均設有弧形凹槽，弧形凹槽內設有滾柱，下部加載部件通過滾柱連接下輔助加載楔塊；上輔助加載楔塊、下輔助加載楔塊均設有凹球面，凹球面用于貼合膠結顆粒試樣；所述的滾柱用于輔助加載垂向載荷、剪切載荷以及彎矩載荷。

6.根據權利要求5所述的高溫環境中不同載荷下膠結顆粒強度測試裝置，其特征在于，上輔助加載楔塊的頂面設有方形凹槽，上部加載部件通過方形凹槽與上輔助加載楔塊相契合。

7.根據權利要求1所述的高溫環境中不同載荷下膠結顆粒強度測試裝置，其特征在于，加熱系統為熱電阻絲，熱電阻絲纏繞于高溫環境箱內表面。

8.根據權利要求1所述的高溫環境中不同載荷下膠結顆粒強度測試裝置，其特征在于，測試裝置還包括數據采集處理裝置，所述的數據采集處理裝置是由數據采集傳感器、控制信號發生器單元、信號轉換單元、信號傳遞單元、伺服放大器組成的閉環控制回路，與液壓萬能試驗機配套連接，數據采集處理裝置內通過24位A/D轉換通道互連，所述的數據采集處理裝置與液壓萬能試驗機的PC機數據連接。

9.根據權利要求8所述的高溫環境中不同載荷下膠結顆粒強度測試裝置，其特征在于，液壓萬能試驗機的PC機通過I/O接口與溫度控制器相連接。

10.一種利用權利要求1-9任意一項權利要求所述的高溫環境中不同載荷下膠結顆粒強度測試裝置的試驗方法，步驟包括：

步驟1，安裝膠結顆粒試樣；將制作好的膠結顆粒試樣安裝到應力場加載裝置中，調整膠結顆粒試樣位置，保持上下兩顆球體位于垂直方向，利用顆粒夾持器緊固固定膠結顆粒試樣；

步驟2，安裝輔助加載楔塊；分別將上輔助加載楔塊、下輔助加載楔塊與上下兩顆膠結顆粒試樣相連接，將凹球面部分與膠結顆粒試樣的球體表面貼合；

步驟3，安裝加載部件；將上部加載部件安裝到應力場加載裝置中，將上部加載部件T形臺水平部的凸起插入旋扭力施力凹槽中，上部加載部件與上輔助加載楔塊相契合；將滾柱安裝在下輔助加載楔塊與下部加載部件中間，上述完成后將力場加載裝置放置到液壓萬能試驗機上；

步驟4，安裝溫度場加載裝置；首先把溫度傳感器固定在高溫環境箱內部壁面上，然后將熱電阻絲均勻緊貼環布高溫環境箱內部，繞開溫度傳感器，將整套溫度場加載裝置安裝在應力場加載裝置外圍，通過I/O接口與液壓萬能試驗機的PC機相連接，并通電檢查溫度場加載裝置能否正常工作；

步驟5，檢測數據采集處理裝置工作狀態；確保液壓萬能試驗機的測量傳感器與應力場加載裝置應力或應變位置正確接觸，并確保PC機能夠正常運行測控軟件和數據處理軟件；測量傳感器包括壓力傳感器、位移傳感器、變形引伸計；

步驟6，檢查所有裝置連接準確無誤后，開啟溫度控制器、外置電源、PC機、測量傳感器、伺服閥、伺服放大器；

步驟7，從PC機顯示屏上觀察溫度值變化情況，當溫度達到100攝氏度時，在PC機端調節加熱系統的功率使高溫環境箱內溫度達到穩定；

步驟8，進行壓縮、剪切、彎轉、扭轉力學載荷加載試驗，在PC機導出抗壓、抗剪、抗彎、抗扭強度數據以及應力—應變關系、彎矩—轉角關系、扭矩—轉角關系；

步驟9，斷開電源，使高溫環境箱內部及膠結顆粒試樣表面溫度降至室溫后，取走溫度場加載裝置，拆卸應力場加載裝置，取下膠結顆粒試樣。