微波破岩试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种微波破岩试验装置，它包括机壳、微波发生器、导波路径、吸波系统和散热系统；机壳内设有隔板在内腔分隔出独立的加热腔，加热腔的腔壁上设有多个馈波口；微波发生器和导波路径成套设置，数量与馈波口的数量相匹配，导波路径的一端与微波发生器相连、另一端伸至对应的馈波口，导波路径外设有功率计；吸波系统包括水负载，水负载设置于波导组件外用以吸收反射微波的能量；散热系统设置于外壳内、加热腔外部区域。使用时，放入岩样，开启微波发生器即可，适用各种岩样。产生的微波经导波路径传至岩样使其破裂，功率计测试岩样吸收的微波能，吸波系统吸收反射微波的能量，同时开启散热系统排出机壳内热量，提高试验可靠性。

【技术实现步骤摘要】
微波破岩试验装置
本专利技术属于采矿与岩土工程测试设备
，特别是涉及一种微波破岩试验装置。
技术介绍
在采矿和岩土工程中，尤其是金属矿硬岩开采领域，寻求新的破岩方法实现矿体一步骤连续开采是国内外矿业界和工程界一直追求的目标。在煤矿开采中，各类连续采煤机的应用已成功实现软岩的连续开采。而在金属矿硬岩开采中，传统爆破法和机械破岩法依旧在破岩方法中占据主导地位，达到90％以上。虽然爆破法在大型岩石破碎工程中具有效率高，技术成熟等优势，在当前和今后仍将长期存在，但该方法对岩体扰动作用大，施工精度低，围岩支护困难以及存在较大的作业安全隐患等缺点。因此，机械破岩方法在近年了得到快速发展，高性能的硬岩切割刀具和切割设备得到国内外广泛关注。但是对于硬岩的机械方式破岩，无论是切削、冲凿、碾压还是研磨等不同的破岩方法和技术，在遇到硬度和抗压强度较高岩石时，刀具磨损大，维修量大，造成成本高和效率低。因此，将一些新的技术引入到机械破岩系统中，实施机械和辅助方式联合破岩成为目前公认行之有效的技术途径，如水射流辅助机械破岩、微波辅助机械破岩，以及液态二氧化碳、激光、等离子等新型辅助破岩技术。其中，微波由于具有加热不需介质传热，升温速度快、穿透性强、过程易于控制等特点，成为一种重要的辅助破岩手段。微波在矿冶领域于上个世纪60、70年代最早应用于矿物加工，包括微波辅助选矿、磨碎和提纯以及微波对矿石的反应机理。自本世纪初以来，加拿大麦吉尔大学、美国科罗拉多矿业学院、奥地利奥本矿业大学及国内西安科技大学、东北大学等相关科研院所先后开展了微波辅助机械破岩的研究。由于微波加热具有选择性特点，因此对于微波对岩石材料介质的物理力学的作用和影响机制是微波辅助机械破岩的基本研究内容之一。但是，目前国内外开展的微波破岩机理研究多采用常规工业微波炉开展实验，甚至是家用微波炉，设备功能单一，不能满足试验的相关要求，试验结果的可靠性较低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种适用范围广、试验可靠性高的微波破岩试验装置。本专利技术提供的微波破岩试验装置，它包括机壳、微波发生器、导波路径、吸波系统和散热系统；机壳内设有隔板在内腔分隔出独立的加热腔，加热腔的腔壁上设有多个馈波口；微波发生器和导波路径成套设置，数量与馈波口的数量相匹配，导波路径的一端与微波发生器相连、另一端伸至对应的馈波口，导波路径外设有功率计；吸波系统包括水负载，水负载设置于波导组件外用以吸收反射微波的能量；散热系统设置于外壳内、加热腔外部区域。为了防止微波逆流，所述导波路径包括波导管和环形器；波导管包括竖直段和水平段，竖直段的上端与环形器的底端相连、水平段的末端穿过馈波口伸至所述加热腔内，环形器的顶端与微波发生器相连。为了提高系统稳定性，在所述波导管的竖直段外设有三销钉，三销钉位于功率计的下方。作为优选，所述吸波系统还包括水泵和水箱，水负载上设有进水口和出水口，水泵将水箱中的水泵入进水口后自出水口回流至水箱内。为了便于散热，在所述机壳的顶部设有两排风口，一排风口与所述加热腔连通，另一排风口位于微波发生器的上方；所述散热系统包括若干轴流风机，各轴流风机分别装配于对应的风口内。在一个具体实施方式中，所述加热腔为六棱柱型腔，其底部设有托盘；所述馈波口有三个，分设于加热腔的顶面和两个侧面，馈波口对正托盘。为了便于监测，在所述加热腔的底部设有托盘支架和驱动托盘支架转动的电机，所述托盘位于托盘支架上。作为优选，在所述机壳外对应加热腔区域设有腔门，腔门与加热腔之间设有密封圈。为了便于实时监测，在所述机壳上对应加热腔区域设有观察窗，观察窗处设有用于对岩样进行数据采集的图像采集模块和温度采集模块。作为优选，所述微波发生器和导波路径有三套，微波发生器为磁控管。本专利技术在使用时，将岩样放入加热腔中，开启微波发生器即可，可以加热多种尺寸和形状的岩样，适用范围广。微波发生器开启后产生的微波经过导波路径通过馈波口传递至岩样即可使其破裂，该过程中通过功率计测试岩样吸收的微波能，通过吸波系统吸收反射微波的能量用以提高系统的稳定性，同时开启散热系统工作排出机壳内热量，提高试验可靠性，为岩石在微波照射下的损伤与破坏机理研究提供支撑。各磁微波发生器能够独立开闭，即可实现各个馈波口的组合使用，从而能够实现多向或单向馈波的组合。附图说明图1为本专利技术一个优选实施例的轴测示意图。(机壳一侧剖开)图2为本优选实施例另一角度的轴测示意图。(机壳两侧剖开)图3为本优选实施例中加热腔的主视放大示意图。图4为图2中C处的放大示意图。图5为图2中D处的放大示意图。图6为图2中E处的放大示意图。图示序号：1—机壳，11—加热腔，12—腔门，13—密封圈，14—托盘，15—托盘支架，16—电机，17—馈波口，18—风口；2—微波发生器；3—波导路径，31—环形器，32—波导管；4—功率计；5—吸波系统，51—水负载，52—水泵，53—水箱；6—微波电源；7—三销钉；8—轴流风机。具体实施方式如图1、图2所示，本实施例公开的这种微波破岩试验装置，包括机壳1、微波发生器2、导波路径3、功率计4、吸波系统5和散热系统。机壳1为长方体型壳体。机壳内设有隔板在内腔中分隔出独立的加热腔11，机壳上设有封闭加热腔的腔门12，并在腔门与加热腔的腔体之间设置有密封圈13以防微波外泄。如图3所示，加热腔11为六棱柱型腔；其底部设有托盘14、托盘支架15和电机16，托盘中心预留有通孔以便实验需要测试岩体内部温度时接入热电偶等测温传感器；托盘支架的底端与电机的输出轴相连，托盘置于托盘支架上，电机转动驱动托盘支架转动，使托盘上的岩样能够转动，从而便于施加微波和试验过程中进行实时监测；其顶面和两个相邻的侧壁上均设有馈波口17，三个馈波口均朝向托盘的中心，馈波口与波导管3连通用以将微波发生器发出的微波能传递至岩样上；其外壁设有观察窗，观察窗处设有图像采集模块和温度采集模块，图像采集模块选用海康公司生产的腔内内监控摄像和配套的电脑，用于岩样在微波加热过程中图像数据的实时采集，温度采集模块选用热成像仪，用于岩样在微波加热过程中温度数据的实时采集。微波发生器2选用风冷磁控管，各磁控管输出功率在量程范围内无极可调，将微波电源提供的电能转化成微波能；导波路径3包括环形器31和波导管32，波导管3设计为L型，包括竖直段和水平段，竖直段的顶端与环形器相连，水平段的末端与馈波口相连，导波路径以其环形器与微波发生器相连；波导管将微波自微波发生器传递至岩样上，环形器用于阻止反向微波返回磁控管。在实际使用时将吸波系统配套环形器使用，如图4所示，吸波系统5包括水负载51、水泵52和水箱53，水负载与环形器成对并列设置，水负载上设进水口和出水口，水泵将水箱中的水自进水口泵入水负载中，水负载中水吸收环形器中的反向功率后自出水口回流至水箱内。在实施时将微波发生器2、导波路径3、功率计4和吸波系统5成套设置，由于馈波口17有三个，故有三套该系统，并设置有三个独立的微波电源6向各套系统供电，使得三个磁控管能够独立开闭，即可实现各个馈波口的组合使用，从而能够实现多向或单向馈波的组合。如图2、图5所示，在使用时将功率计4设置于环形器31下方的波导管外，用于实时监测微波正、反向功率，计算岩样本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微波破岩试验装置，其特征在于：它包括机壳、微波发生器、导波路径、吸波系统和散热系统；机壳内设有隔板在内腔分隔出独立的加热腔，加热腔的腔壁上设有多个馈波口；微波发生器和导波路径成套设置，数量与馈波口的数量相匹配，导波路径的一端与微波发生器相连、另一端伸至对应的馈波口，导波路径外设有功率计；吸波系统包括水负载，水负载设置于波导组件外用以吸收反射微波的能量；散热系统设置于外壳内、加热腔外部区域。

【技术特征摘要】
1.一种微波破岩试验装置，其特征在于：它包括机壳、微波发生器、导波路径、吸波系统和散热系统；机壳内设有隔板在内腔分隔出独立的加热腔，加热腔的腔壁上设有多个馈波口；微波发生器和导波路径成套设置，数量与馈波口的数量相匹配，导波路径的一端与微波发生器相连、另一端伸至对应的馈波口，导波路径外设有功率计；吸波系统包括水负载，水负载设置于波导组件外用以吸收反射微波的能量；散热系统设置于外壳内、加热腔外部区域。2.如权利要求1所述的微波破岩试验装置，其特征在于：所述导波路径包括波导管和环形器；波导管包括竖直段和水平段，竖直段的上端与环形器的底端相连、水平段的末端穿过馈波口伸至所述加热腔内，环形器的顶端与微波发生器相连。3.如权利要求2所述的微波破岩试验装置，其特征在于：所述波导管的竖直段外设有三销钉，三销钉位于功率计的下方。4.如权利要求2所述的微波破岩试验装置，其特征在于：所述吸波系统还包括水泵和水箱，水负载上设有进水口和出水口，水泵将水箱中的水泵入进水口后自出水口回流...

【专利技术属性】
技术研发人员：高峰，周科平，马水，邵焱，熊信，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43