高压下二氧化碳致裂器用激发药剂燃速的测试装置及方法

本发明涉及co2相变，尤其涉及一种高压下二氧化碳致裂器用激发药剂燃速的测试装置及方法。

背景技术：

1、随着绿色环保建设美丽家园的号召的提出，无破坏性震动以及扬尘比例小的液态二氧化碳相变爆破技术已经广泛应用于大规模的矿石采挖，快速安全爆破，岩层致裂、储罐罐壁的清淤等领域。随着液态二氧化碳相变爆破技术的大规模普及应用，对于该技术的做功效能以及精准控制的要求越来越高。

2、液态二氧化碳相变致裂技术主要原理是在控制器给电后，储液管内的激发药剂中点火药头受电点火，引燃激发药剂，药剂燃烧放热并传热给液态二氧化碳，使其转变为超临界二氧化碳,当相变管内压力达到爆破片破坏强度，爆破片破裂，高压超临界二氧化碳瞬间转变为气态二氧化碳冲出储液管。气态二氧化碳体积是同质量液态二氧化碳体积的500～600倍，二氧化碳体积瞬间膨胀将近600倍，二氧化碳气体不断膨胀过程中产生的高压，二氧化碳气体以极高的速度向周围扩散，从而对周围介质产生破坏。

3、可见激发药剂是液态二氧化碳相变爆破技术做功的初始能量源，激发药剂的燃烧速度直接决定了储液管内建压的快慢，从而影响爆破片打开的时间。对于单根二氧化碳致裂器，如果爆破片打开时药剂未燃烧完，则其做功能力会下降；对于大规模多根二氧化碳致裂器集中爆破，爆破片打开的时间快慢，会影响爆破激发时序的调控，如果二者不匹配，则会大大降低爆破效果影响产量。因此必须准确掌握激发药剂的燃烧速度，才能掌握其对储液管建压时间以及调整爆破片厚度的影响，从而有效提高做功效能以及完成对大规模二氧化碳爆破时序的精准控制。

4、激发药剂性能与黑火药类似，在不同压力环境下显示出不同的燃烧速度，燃速随着压力上升呈现指数增长。一般的采用密闭爆发器进行测试得到燃速随压力变化曲线。但是激发药剂在液态二氧化碳中燃烧时，产生的热量会被液态二氧化碳吸收，从而影响燃速，所呈现的燃速随压力变化关系与密闭爆发器所测得的燃速不一致，难以直接应用到工程指导中。在密闭爆发器中直接填充液态二氧化碳，由于二氧化碳吸热会瞬间产生数百兆帕的压力，密闭爆发器除非增强壁厚，否则会产生爆炸事故，密闭爆发器增加壁厚，则会十分笨重，失去便捷性。

5、因此需要提供一种专门针对高压下二氧化碳致裂器用激发药剂燃速的测试装置，高效、便捷、安全的测试其燃速。

技术实现思路

1、针对以上技术问题，本发明提供了一种用于测试压下二氧化碳致裂器用激发药剂燃速的测试装置及方法，能够测试不同压力下液态二氧化碳中二氧化碳致裂器用激发药剂的燃速。通过将测试得到的不同压力下的激发药剂燃速数据进行拟合，即可得到激发药剂燃速与压力的关系式，为二氧化碳致裂器更好的应用在爆破领域提供指导。

2、本发明的技术方案是：一种高压下二氧化碳致裂器用激发药剂燃速的测试装置包括耐高压可视模块，其特征在于，还包括恒压阀、压力表、点火组件和耐高温透明石英装药管；

3、所述耐高压可视模块内设有用于贮存液体二氧化碳的腔体，所述耐高压可视模块的底部设有底座，顶部设有与所述腔体相通的管口，在所述管口处设置有爆破片式安全阀，并在所述爆破片式安全阀的顶部盖设压环；所述可视模块的轴向壁面上设有一观察窗，所述装药管安装于所述腔体内，且所述装药管朝向所述观察窗的一侧设有多个标记组；所述点火组件连接爆破片式安全阀和耐高温透明石英装药管；所述爆破片式安全阀上设有用于向所述腔体内注入液体二氧化碳的注液阀；

4、所述恒压阀与压力表均安装在所述可视模块上并与腔体相通，所述恒压阀与压力表电连接。

5、优选的，所述爆破片式安全阀的顶部设有能在压力过高时破裂的十字刻槽。

6、优选的，所述可视模块还包括容器、第一密封圈、第二密封圈和压盖，所述容器包括管体，所述管体的底部设置所述底座，顶部设置所述管口，所述腔体位于所述管体的内部；所述管体上设有用于安装观察窗的窗口，所述观察窗与窗口之间设置所述第二密封圈，并通过所述压盖将观察窗与窗口固定；所述管体内设有用于安装所述第一密封圈的安装环槽，在所述第一密封圈上设置所述爆破片式安全阀。

7、优选的，所述管体的内底面上设有卡座，所述耐高温透明石英装药管与卡座以轴孔卡接的方式固定。

8、优选的，所述窗口处沉降形成安装台，所述观察窗以嵌装的方式置于所述安装台上。。

9、优选的，自所述安装台再向内沉降形成有安装凹槽，所述第二密封圈置于所述安装凹槽上。

10、优选的，所述高压下二氧化碳致裂器用激发药剂燃速的测试装置还包括放气阀，所述放气阀安装在所述耐高压可视模块上并与所述腔体内部相通。

11、优选的，多个标记组的间隔形成时间值。

12、本发明还提供一种采用高压下二氧化碳致裂器用激发药剂燃速的测试装置进行测试的方法，包括：

13、1)给恒压阀设定耐高压可视模块内的液态二氧化碳的压力值a；

14、2)通过注液阀向耐高压可视模块内充注液态二氧化碳使其内部压力达设定值；

15、3)架设摄像机并对准观察窗的位置的装药管，并开启摄像机完成调试；

16、4)点燃点火组件，所述点火组件引燃并激发装药管内的药剂，激发药剂瞬时向液态二氧化碳传递热量，耐高压可视模块内的压力瞬间升高超过设定值，恒压阀开始工作使耐高压可视模块内压力保持在该设定值范围内；

17、5)计算分析：激发药剂在被点火组件引燃后发生燃烧时，所述装药管内的燃烧面自上而下传递，依次经过多个标记组形成时间参数，根据该时间参数输出在预设压力值为a时的激发药剂的燃速；

18、6)打开放气阀排空可视模块内的气体，取出并更换装药管；

19、7)设定可视模块内的液态二氧化碳的压力值b；

20、重复步骤2)-步骤6)，输出在预设压力值为b时的激发药剂的燃速；

21、重复步骤1)-步骤6)，直至输出n个预设压力值的激发药剂燃速测试；

22、8)将获得的n个工况下压力以及对应的燃速进行数据拟合，获得二氧化碳致裂器用激发药剂的燃速与围压的关系式。。

23、优选的，在步骤5)中，设定多个标记组中每两个之间的间距为a，多个标记组自上向下依次形成时间t1-tm；设定恒压阀将可视模块内的压力保持在设定值并在打开放气之前的时间为t；分别比较t1-tm与t的值，选取大于t的值；再用a除以选取的大于t的值，由此得到激发药剂的燃速。

24、与相关技术相比，本发明的有益效果为：

25、一、所述高压下二氧化碳致裂器用激发药剂燃速的测试装置能够测试不同压力下液态二氧化碳中二氧化碳致裂器用激发药剂的燃速；

26、二、通过将测试得到的不同压力下的激发药剂燃速数据进行拟合，即可得到激发药剂燃速与压力的关系式，为二氧化碳致裂器更好的应用在爆破领域提供指导。

27、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

技术特征：

1.一种高压下二氧化碳致裂器用激发药剂燃速的测试装置，包括耐高压可视模块(1)，其特征在于，还包括恒压阀(3)、压力表(6)、点火组件(12)和耐高温透明石英装药管(2)；

2.根据权利要求1所述的高压下二氧化碳致裂器用激发药剂燃速的测试装置，其特征在于，所述爆破片式安全阀(1-3)的顶部设有能在压力过高时破裂的十字刻槽(1-3-4)。

3.根据权利要求1所述的高压下二氧化碳致裂器用激发药剂燃速的测试装置，其特征在于，所述可视模块(1)还包括容器(1-1)、第一密封圈(1-2)、第二密封圈(1-5)和压盖(1-8)，所述容器(1-1)包括管体(1-1-1)，所述管体(1-1-1)的底部设置所述底座(1-1-10)，顶部设置所述管口，所述腔体位于所述管体(1-1-1)的内部；所述管体(1-1-1)上设有用于安装观察窗(1-6)的窗口，所述观察窗(1-6)与窗口之间设置所述第二密封圈(1-5)，并通过所述压盖(1-8)将观察窗(1-6)与窗口固定；所述管体(1-1-1)内设有用于安装所述第一密封圈(1-2)的安装环槽(1-1-11)，在所述第一密封圈(1-2)上设置所述爆破片式安全阀(1-3)。

4.根据权利要求3所述的高压下二氧化碳致裂器用激发药剂燃速的测试装置，其特征在于，所述管体(1-1-1)的内底面上设有卡座(1-1-12)，所述耐高温透明石英装药管(2)与卡座(1-1-12)以轴孔卡接的方式固定。

5.根据权利要求3所述的高压下二氧化碳致裂器用激发药剂燃速的测试装置，其特征在于，所述窗口处沉降形成安装台(1-1-4)，所述观察窗(1-6)以嵌装的方式置于所述安装台(1-1-4)上。

6.根据权利要求5所述的高压下二氧化碳致裂器用激发药剂燃速的测试装置，其特征在于，自所述安装台(1-1-4)再向内沉降形成有安装凹槽(1-1-5)，所述第二密封圈(1-5)置于所述安装凹槽(1-1-5)上。

7.根据权利要求1所述的高压下二氧化碳致裂器用激发药剂燃速的测试装置，其特征在于，还包括放气阀(5)，所述放气阀(5)安装在所述耐高压可视模块(1)上并与所述腔体内部相通。

8.根据权利要求1所述的高压下二氧化碳致裂器用激发药剂燃速的测试装置，其特征在于，多个标记组(2-1)的间隔形成时间值。

9.一种采用如权利要求1-8任一项所述的高压下二氧化碳致裂器用激发药剂燃速的测试装置进行测试的方法，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的测试方法，其特征在于，在步骤5)中，设定多个标记组(2-1)中每两个之间的间距为a，多个标记组(2-1)自上向下依次形成时间t1-tm；设定恒压阀(3)将可视模块(1)内的压力保持在设定值并在打开放气之前的时间为t；分别比较t1-tm与t的值，选取大于t的值；再用a除以选取的大于t的值，由此得到激发药剂的燃速。

技术总结
本发明提供一种高压下二氧化碳致裂器用激发药剂燃速的测试装置及其方法，其包括耐高压可视模块、恒压阀、压力表、点火组件和耐高温透明石英装药管；所述耐高压可视模块内设有腔体，底部设有底座，顶部设有管口，在管口处设置有爆破片式安全阀和压环；所述耐高温透明石英装药管安装于所述腔体内，且所述耐高温透明石英装药管上设有多个标记组；所述点火组件连接爆破片式安全阀和耐高温透明石英装药管；爆破片式安全阀上设有注液阀；所述恒压阀与压力表均安装在所述可视模块上，所述恒压阀与压力表电连接。本发明能够测试不同压力下液态二氧化碳中二氧化碳致裂器用激发药剂的燃速，输出激发药剂燃速与压力的关系式，掌握激发药剂燃速规律。

技术研发人员：王志富,鲁寨军,姚术健,钟睦,史湘石
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13