[实用新型]一种重力驱动式的大颗粒应力-冲蚀试验装置

说明书

本实用新型提供了一种重力驱动式的大颗粒应力‑冲蚀试验装置，包括：支架、颗粒分步加载装置、第一气密阀门、固定支架、PVC真空管、第二气密阀门、应力加载装置、抽气管和真空泵；所述PVC真空管通过固定支架固定在支架上，PVC真空管顶部连接有颗粒分步加载装置，且PVC真空管顶部与颗粒分步加载装置之间设置有第一气密阀门；PVC真空管的底部设置有第二气密阀门，PVC真空管下端连接真空室，真空室内放置应力加载装置，同时真空室侧面通过抽气管连接真空泵。上述的一种适用于大颗粒矿石应力‑冲蚀试验的试验装置，用于探究大颗粒冲蚀下受力结构的损伤机理和演化规律。

技术领域

本实用新型涉及一种试验装置，尤其涉及一种重力驱动式的大颗粒应力-冲蚀试验装置。

背景技术

随着陆上矿产资源逐渐枯竭，深海矿产资源开发逐渐受到重视。目前管道提升法是当前深海采矿最具商业化应用前景的采矿方式。然而，水力矿物举升存在海水腐蚀和特有的大颗粒矿物冲蚀问题，给结构设计带来了巨大挑战，揭示大颗粒矿石(直径20～70mm)冲蚀下的材料损伤机理和规律是指导结构设计的重要工作，对保证深海采矿输送系统的安全运营具有重要的意义。此外，深海提升立管、提升泵由于自重和环境荷载，承受巨大的结构应力，荷载的存在会进一步加剧冲蚀损伤演化。

在已有冲蚀研究中，主要聚焦在油气采输中油田出砂问题中，由于割缝筛管在地层的过滤，油气管中的砂粒尺寸一般在0.1～0.5mm之间，矿石粗颗粒典型尺寸比油气田出砂中的砂粒大1～2个数量级，这导致传统的冲射式试验(典型喷嘴内径在7mm以下)无法用于粗颗粒矿石的冲蚀机理和规律研究(如CN211205998U“一种固液两相冲蚀试验机”，CN201510598187.4“一种角度流速与距离可调具有节水功能的四面环形冲蚀试验机”、CN201110195083.0“一种模拟高压管汇的冲蚀试验机”、CN201220516317.7“一种气固液三相流冲蚀试验机”)。若简单增大喷嘴内径，在要求达到指定流速以实现颗粒高速撞击前提下，则要求大大增大泵的功率，给试验成本和系统设计均带来挑战。

此外，传统冲射式试验机有诸多局限性：

1.需通过高速载流体给颗粒运动加速，要求大功率流量泵或空压机支持，在大颗粒条件下，管路、喷嘴尺寸要大大增加，为到达高流速给配套设备带来极大困难；

2.为建立冲蚀模型，需得到准确的颗粒运动信息，然而由于颗粒和载流体之间存在速度滑移，颗粒运动速度并不等于流速，需配备复杂的图像监测处理软件，以获得较准确的颗粒运动速度；

3.由于载流体的粘性，会对运动颗粒产生拖曳，由此导致颗粒撞击靶材角度并不等于入射角，进一步导致颗粒撞击角度信息不准确，由此增加模型开发误差。

此外，目前尚无可考虑荷载效应的大颗粒应力-冲蚀试验装置，无法将结构服役过程中承受的荷载效应纳入考虑。为了进行合理的选材和结构尺寸设计，需开发新型大颗粒应力-冲蚀试验机。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有冲蚀试验装置的不足，提供一种适用于大颗粒矿石应力-冲蚀试验的试验装置，用于探究大颗粒冲蚀下受力结构的损伤机理和演化规律。

为了解决上述的技术问题，本实用新型提供了一种重力驱动式的大颗粒应力-冲蚀试验装置，包括：支架、颗粒分步加载装置、第一气密阀门、固定支架、PVC真空管、第二气密阀门、应力加载装置、抽气管和真空泵；

所述PVC真空管通过固定支架固定在支架上，PVC真空管顶部连接有颗粒分步加载装置，且PVC真空管顶部与颗粒分步加载装置之间设置有第一气密阀门；PVC真空管的底部设置有第二气密阀门，PVC真空管下端连接真空室，真空室内放置应力加载装置，同时真空室侧面通过抽气管连接真空泵。

在一较佳实施例中：所述真空室为圆柱形。

在一较佳实施例中：所述颗粒分步加载装置包括颗粒储槽、颗粒分步加载旋转轮、单颗粒储槽、颗粒垂向导槽；