本发明专利技术公开了一种用于岩石超重力高温高压实验的大吨位加压装置。底座固定在离心机吊篮筐，顶板和底座间用顶板拉杆结合螺母拉紧连接，顶板拉杆和顶板间光滑套接；顶板和底座间安装有实验腔体，实验腔体嵌装连接于顶板的凹槽中，实验腔体和底座之间设有样品，样品通过活塞圆筒式结构或者多面砧式结构装配于实验腔体和底座之间，且使得实验腔体压紧到底座上的受力点聚集在样品处；配重块的中心通过配重块中心拉杆和螺母固定连接于顶板远离底座的一侧端面并通过定位销定位。本发明专利技术装置利用实验装置与配重块的离心力来获取在超重力环境下开展岩石高温高压实验所需的大吨位压力，可对样品施加与常重力岩石高温高压实验装备媲美的大吨位压力。
A large tonnage pressure device for high temperature and high pressure experiment of rock hypergravity
【技术实现步骤摘要】
用于岩石超重力高温高压实验的大吨位加压装置
本专利技术涉及了一种超重力离心机的内部加压装置，尤其是涉及了一种用于岩石超重力高温高压实验的大吨位加压装置，尤其是适用于在长臂离心机中进行岩石超重力高温高压实验。
技术介绍
岩石高温高压实验是深入研究地球深部物质演化和成岩成矿规律的主要手段。在离心机形成的超重力环境下开展岩石高温高压实验是这一领域的当今重要的发展趋势，可以凸显地球上无处不在的重力因素的作用，在实验室较短的时间内揭示地球深部物质在漫长地质历史时期的演化规律，为深入了解我们赖以生存的星球以及发现社会发展所须的矿藏资源提供重要探索途径。通常岩石高温高压实验中的温度是通过电阻加热实现，在离心机中也同样可以实现，而高压则是通过大吨位压机获取。然而，即便是世界最大的长臂离心机也无法放入大吨位压机，且在离心机中也难以为施压液压缸提供必须的液压动力，故目前国际上岩石超重力高温高压实验中压力只能在离心机外预先加载，然后通过锁压装置保压后置入到离心机中再进行加温(如苏黎世联邦理工学院，Schmidtetal.,2006；Connollyetal.,2009)。但因锁压装置中的关键部件—拉杆在大吨位拉力长时间作用下存在的明显的应力松弛现象、保压液压缸在超重力环境下自身变形、以及岩石样品熔融后可能发生体积缩小等因素，均可能会导致保压装置的严重失压，使得实验压力只能维持在较低的水平(如苏黎世联邦理工学院岩石矿物研究所装置最高压力只能达到1.8GPa)，难以满足涉及地幔深部科学问题的研究需求。因此，如何提高实验压力是岩石超重力高温高压实验迫切需要解决的技术难题。虽然设计更大吨位加压锁压装置是解决问题的一种途径，但大吨位加压锁压装置不仅同样存在上述缺陷，而且自重过大(例如800t加压锁压装置的自重可达1.5t)，增加离心机的负担，使得实验难以在较高的重力加速度下进行，从而导致实验效果严重受限。
技术实现思路
为解决
技术介绍
中所提及的技术难题，本专利技术的目的是提出了一种用于岩石超重力高温高压实验的大吨位加压装置，利用高速长臂离心机的大载荷能力优势，借助实验装置本身和配重块的离心力对样品施加压力，为岩石超重力高温高压实验提供大吨位压力，拓展这类科学装置研究能力、并简化装置结构提高系统可靠性目前世界上尚未见这种、或与此类似的设计方案。本专利技术采用的技术方案是：本专利技术包括底座、实验腔体、顶板和配重块；底座用螺丝固定在离心机的吊篮筐沿离心力方向远端的内壁上，顶板和底座的外边缘之间用多根沿圆周间隔均匀分布的顶板拉杆结合螺母拉紧连接，顶板拉杆平行于离心力方向，顶板拉杆一端从底座底端穿过底座的通孔后再穿过顶板的通孔后螺纹套装螺母，顶板拉杆和顶板的通孔之间是光轴和光孔的光滑套接；顶板和底座的中部之间安装有实验腔体，顶板在靠近底座的端面中心开设有凹槽，实验腔体嵌装连接于顶板的凹槽中，实验腔体和底座之间设有样品，样品通过活塞圆筒式结构或者多面砧式结构装配于实验腔体和底座之间，且使得实验腔体压紧到底座上的受力点聚集在样品处；配重块的中心通过配重块中心拉杆和螺母固定连接于顶板远离底座的一侧端面，配重块中心拉杆平行于离心力方向，配重块中心拉杆一端从顶板底端穿过顶板的中心通孔后再穿过配重块的通孔后用螺母旋紧，使得配重块和顶板之间被紧密压紧固定；配重块和顶板的外边缘之间用多根沿圆周间隔均匀分布的配重块定位销连接，配重块定位销平行于离心力方向，配重块定位销一端从顶板底端穿过顶板的边缘通孔后再插装到配重块的边缘通孔中，对配重块和顶板之间的装配进行定位。离心机旋转运行时，配重块、顶板和实验腔体在离心力作用下向底座施力，共同对实验腔体和底座之间的样品施加实验所需的、与常重力岩石高温高压实验装备相当的大吨位压力。套装在底座通孔处的顶板拉杆端部外径大于底座所开设的通孔，使得顶板拉杆端部轴向限位于底座通孔处。套装在顶板通孔处的配重块中心拉杆端部外径大于顶板所开设的通孔，使得配重块中心拉杆端部轴向限位于顶板通孔处。所述的圆柱形底座、实验腔体、顶板和配重块的中轴线与离心机的转臂的中心线重合。所述的底座和顶板用钢材制成，配重块由金属铅制成。顶板与底座之间连接顶板拉杆后使得顶板和配重块压紧到底座，这样实验腔体、顶板和配重块的轴心与离心机转臂的中心线不会因地心引力作用发生与离心机转臂的中心线的明显偏离。所述的活塞圆筒式结构具体为：实验腔体在朝向底座的端面中央开设沉槽，沉槽的槽底面中央开设具有大小孔的阶梯孔通道，底座在朝向实验腔体的端面中央设有凸台，凸台嵌装于实验腔体的沉槽中并间隙配合，阶梯孔通道的小孔中安装有样品，阶梯孔通道的大孔中安装有活塞并间隙配合，活塞为具有大小端的阶梯轴/杆，活塞的大端连接到底座的凸台中央，活塞的小端连接到样品；在超重力离心机工作前，通过顶板拉杆将顶板和实验腔体沿离心力方向预紧压在底座上，使得样品被活塞沿离心力方向反向地压紧在阶梯孔通道的小孔中，此时活塞的大小端之间的台阶面和阶梯孔通道的大小孔之间的台阶面存在间隙，且底座凸台的端面和实验腔体沉槽的槽底面之间也存在间隙。所述的多面砧式结构具体为：实验腔体在朝向底座的端面中央开设沉槽，沉槽的槽底面中央开设三角形槽，底座在朝向实验腔体的端面中央安装有活塞块，底座端面中心开设有凹槽，活塞块嵌装连接于底座的凹槽中，活塞块在朝向实验腔体的端面中央设有凸台，凸台的端面中央开设有三角形槽，活塞块的凸台嵌装于实验腔体的沉槽中并间隙配合，凸台和沉槽的三角形槽相对接构成矩形内腔，矩形内腔中安装多面砧体，多面砧体中心装有样品；在超重力离心机工作前，通过顶板拉杆将顶板和实验腔体沿离心力方向预紧压在底座上，使得样品被多面砧体沿平行于离心力方向地压紧在实验腔体和活塞块之间的矩形内腔中，此时活塞块的凸台端面和实验腔体沉槽的槽底面之间存在间隙，活塞块的凸台周围台阶面和实验腔体沉槽周围的端面之间也存在间隙。所述的活塞块的凸台端面和实验腔体沉槽的槽底面相平行，但为非垂直于离心力方向的斜面。所述的样品具体为天然岩石，或者由不同矿物粉末按比例调合而成的人工岩石。本专利技术包括底座，实验腔体、顶板和配重块。底座固定在离心机吊蓝垂直离心力方向的侧边框上，其凸起部或底座中部下凹槽与活塞圆筒实验腔体的底部凹槽或多面砧实验腔体的底端卡紧。顶板放置在实验腔体之上，实验腔体的顶端紧密卡入顶板的凹槽之中。顶板与底座之间用8根带有螺母的拉杆拉紧。配重块放置在顶板之上，用一根中心拉杆加8个对称分布的定位销锁紧。圆柱形底座、实验腔体、顶板和配重块的中轴线保持与离心机转臂的中心线重合。当离心机旋转运行时，配重块、顶板和实验腔体在离心力作用下共同对样品施加实验所需的大吨位压力。底座和顶板用高强度钢材制成，配重块由高密度金属铅制成。顶板与底座之间的连接拉杆用螺母以150Nm的扭矩预紧，以保证实验腔体、顶板和配重块的中轴线与离心机转臂的轴心不会因地心引力作用发生与离心机转臂的中心线的偏离。顶板与连接拉杆接触面具有足够的光滑度，在离心机高速运转时保证顶板可以极低的摩擦力顺着本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于岩石超重力高温高压实验的大吨位加压装置，其特征在于：包括底座(1)、实验腔体(2)、顶板(3)和配重块(4)；底座(1)用螺丝(5)固定在离心机的吊篮筐(9)沿离心力方向远端的内壁上，顶板(3)和底座(1)的外边缘之间用多根沿圆周间隔均匀分布的顶板拉杆(6)结合螺母拉紧连接，顶板拉杆(6)平行于离心力方向，顶板拉杆(6)一端从底座(1)底端穿过底座(1)的通孔后再穿过顶板(3)的通孔后螺纹套装螺母，顶板拉杆(6)和顶板(3)的通孔之间是光轴和光孔的光滑套接；顶板(3)和底座(1)的中部之间安装有实验腔体(2)，顶板(3)在靠近底座(1)的端面中心开设有凹槽，实验腔体(2)嵌装连接于顶板(3)的凹槽中，实验腔体(2)和底座(1)之间设有样品(10)，样品(10)通过活塞圆筒式结构或者多面砧式结构装配于实验腔体(2)和底座(1)之间，且使得实验腔体(2)压紧到底座(1)上的受力点聚集在样品(10)处；配重块(4)的中心通过配重块中心拉杆(7)和螺母固定连接于顶板(3)远离底座(1)的一侧端面，配重块中心拉杆(7)平行于离心力方向，配重块中心拉杆(7)一端从顶板(3)底端穿过顶板(3)的中心通孔后再穿过配重块(4)的通孔后用螺母旋紧，使得配重块(4)和顶板(3)之间被紧密压紧固定；配重块(4)和顶板(3)的外边缘之间用多根沿圆周间隔均匀分布的配重块定位销(8)连接，配重块定位销(8)平行于离心力方向，配重块定位销(8)一端从顶板(3)底端穿过顶板(3)的边缘通孔后再插装到配重块(4)的边缘通孔中，对配重块(4)和顶板(3)之间的装配进行定位。/n...
【技术特征摘要】
1.一种用于岩石超重力高温高压实验的大吨位加压装置，其特征在于：包括底座(1)、实验腔体(2)、顶板(3)和配重块(4)；底座(1)用螺丝(5)固定在离心机的吊篮筐(9)沿离心力方向远端的内壁上，顶板(3)和底座(1)的外边缘之间用多根沿圆周间隔均匀分布的顶板拉杆(6)结合螺母拉紧连接，顶板拉杆(6)平行于离心力方向，顶板拉杆(6)一端从底座(1)底端穿过底座(1)的通孔后再穿过顶板(3)的通孔后螺纹套装螺母，顶板拉杆(6)和顶板(3)的通孔之间是光轴和光孔的光滑套接；顶板(3)和底座(1)的中部之间安装有实验腔体(2)，顶板(3)在靠近底座(1)的端面中心开设有凹槽，实验腔体(2)嵌装连接于顶板(3)的凹槽中，实验腔体(2)和底座(1)之间设有样品(10)，样品(10)通过活塞圆筒式结构或者多面砧式结构装配于实验腔体(2)和底座(1)之间，且使得实验腔体(2)压紧到底座(1)上的受力点聚集在样品(10)处；配重块(4)的中心通过配重块中心拉杆(7)和螺母固定连接于顶板(3)远离底座(1)的一侧端面，配重块中心拉杆(7)平行于离心力方向，配重块中心拉杆(7)一端从顶板(3)底端穿过顶板(3)的中心通孔后再穿过配重块(4)的通孔后用螺母旋紧，使得配重块(4)和顶板(3)之间被紧密压紧固定；配重块(4)和顶板(3)的外边缘之间用多根沿圆周间隔均匀分布的配重块定位销(8)连接，配重块定位销(8)平行于离心力方向，配重块定位销(8)一端从顶板(3)底端穿过顶板(3)的边缘通孔后再插装到配重块(4)的边缘通孔中，对配重块(4)和顶板(3)之间的装配进行定位。
2.根据权利要求1所述的一种用于岩石超重力高温高压实验的大吨位加压装置，其特征在于：离心机旋转运行时，配重块(4)、顶板(3)和实验腔体(2)在离心力作用下向底座(1)施力，共同对实验腔体(2)和底座(1)之间的样品(10)施加实验所需的、与常重力岩石高温高压实验装备相当的大吨位压力。
3.根据权利要求1所述的一种用于岩石超重力高温高压实验的大吨位加压装置，其特征在于：套装在底座(1)通孔处的顶板拉杆(6)端部外径大于底座(1)所开设的通孔，使得顶板拉杆(6)端部轴向限位于底座(1)通孔处。
4.根据权利要求1所述的一种用于岩石超重力高温高压实验的大吨位加压装置，其特征在于：套装在顶板(3)通孔处的配重块中心拉杆(7)端部外径大于顶板(3)所开设的通孔，使得配重块中心拉杆(7)端部轴向限位于顶板(3)通孔处。
5.根据权利要求1所述的一种用于岩石超重力高温高压实验的大吨位加压装置，其特征在于：所述的圆柱形底座(1)、实验腔体(2)、顶板(3)和配重块(4)的中轴线与离心机的转臂的中心线重合。
【专利技术属性】
技术研发人员：周建勋，詹良通，陈云敏，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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