2.2快開門密閉機(jī)構(gòu)
快開門密閉機(jī)構(gòu)主要用于實(shí)現(xiàn)容器罐體的快速開啟和密閉,由法蘭盤、移動小車、旋轉(zhuǎn)卡箍、伸縮氣缸和空壓機(jī)等組成(見圖3) 。法蘭盤置于移動小車上,通過電機(jī)驅(qū)動小車前后移動實(shí)現(xiàn)法蘭盤與容器罐體的分開和閉合 。采用齒嚙式卡箍連接結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)法蘭盤和容器罐體的密閉連接 。旋轉(zhuǎn)卡箍兩端與氣動伸縮桿相鉸連,氣動伸縮桿的另一端固定在基座上,并通過換向電磁閥、氣管與空壓機(jī)相連 。旋轉(zhuǎn)卡箍和法蘭盤外圓周方向上有均勻分布的楔塊,兩者楔塊的傾斜方向相反,當(dāng)空壓機(jī)壓力達(dá)到一定值時,氣動伸縮缸驅(qū)動旋轉(zhuǎn)卡箍轉(zhuǎn)動一定角度,法蘭盤楔塊和卡箍楔塊之間利用斜面摩擦自鎖原理實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)卡箍的鎖緊和錯開,達(dá)到容器罐體密閉和承壓的功能要求,旋轉(zhuǎn)卡箍旋轉(zhuǎn)角度的大小由氣動伸縮桿的伸縮行程控制 。
2.3爆源系統(tǒng)
2.3.1爆源初始參數(shù)設(shè)計
本裝置物理模擬方法中,采用空腔氣體壓力P膨脹到自由面氣體壓力Pa時的勢能A來表征氣體拋擲破碎巖石的能量[13],其與空腔氣體能量E、壓力P、空腔體積Vn和氣體絕熱指數(shù)χ之間的關(guān)系為:
不同巖石中地下爆炸空腔氣體勢能A的計算表達(dá)式[13]見表1,其中ηw為巖石的含水量,ηCO2為巖石的含氣量,ηm為巖石的混合含氣量 。
表1地下爆炸空腔氣體勢能計算表達(dá)式
這樣,不同巖石中地下爆炸空腔大小rn和氣體生成物能量A就作為模型實(shí)驗(yàn)的兩個已知參數(shù) 。當(dāng)采用半徑為r的球殼模擬爆炸空腔時,模擬比尺為N=rn/r,根據(jù)能量比尺關(guān)系確定模型中的氣體勢能(A)M=(A)P/N4(下標(biāo)P表示實(shí)物中的參數(shù),下標(biāo)M表示模型中的參數(shù)),利用式(5)就可以確定模型中球殼內(nèi)氣體的壓力(P)M 。
2.3.2爆源裝置研制
爆源裝置由玻璃球罩、柔性導(dǎo)爆索、電雷管、起爆器、空壓機(jī)、真空泵、電磁閥以及密封連接構(gòu)件組成(見圖4),各部件連接設(shè)計原理如圖5所示 。采用薄壁玻璃球罩模擬爆炸空腔(見圖6),玻璃球中心處內(nèi)置一定長度的螺旋狀柔性導(dǎo)爆索,利用導(dǎo)爆索爆炸產(chǎn)生的沖擊波擊碎玻璃球罩,從而達(dá)到釋放壓縮氣體的目的 。為了減少導(dǎo)爆索爆生氣體對玻璃球內(nèi)部氣體能量的影響,柔爆索與不銹鋼管的穿入端進(jìn)行了密封處理 。當(dāng)模擬比尺較大時,由地下爆炸的能量比尺關(guān)系(4)可知,玻璃球罩中的壓力可能低于大氣壓,因此也配置了小型真空泵 。
圖4爆源系統(tǒng)
圖5爆源裝置設(shè)計原理圖
圖6爆源裝置
2.3.3爆源適用性分析
為了檢驗(yàn)玻璃球罩爆破的球形度,并證明爆源裝置的可靠性和其力學(xué)效應(yīng)的相似性,分別在空氣、沙和水三種介質(zhì)中開展了玻璃球罩爆炸的高速分幅攝影實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)參數(shù)及結(jié)果見表2,其中玻璃球罩水中爆炸的情形分別選取長度為20cm和10cm螺旋狀導(dǎo)爆索 。通過玻璃球罩爆破過程高速攝影鏡頭(見圖7)以及回收的玻璃碎片(見圖8)可以看出,玻璃球罩碎片的膨脹運(yùn)動是球形的,盡管柔爆索入口處玻璃球罩爆破的球形度稍差,當(dāng)經(jīng)過幾個微秒的傳播后,球形度就變得很好,以球形面的長軸直徑和短軸直徑的相對差別定義的不對稱度小于5%,此外玻璃碎片的尺寸大小對壓縮氣體的釋放過程不會產(chǎn)生影響 。采用10cm長的螺旋狀柔性導(dǎo)爆索中心起爆比采用20cm長的可以減少其自身爆炸對玻璃球罩內(nèi)氣體能量的影響,爆破效果滿足大當(dāng)量地下爆炸效應(yīng)模擬裝置的功能設(shè)計要求,能夠?qū)崿F(xiàn)對爆源起爆的精確控制 。
圖7不同介質(zhì)中玻璃球罩爆破鏡頭
為了評估柔爆索爆炸對拋擲成坑的影響,在石英砂中開展了模擬驗(yàn)證實(shí)驗(yàn) 。實(shí)驗(yàn)方法如下,玻璃球罩和沙箱容器中均不抽真空,即沒有所謂的高壓氣體,將玻璃球埋置在10cm深的石英砂中,之后起爆柔爆索,由高速攝像機(jī)記錄石英砂自由面變化情況 。通過回收的玻璃碎片及回填實(shí)驗(yàn)結(jié)果(玻璃球罩和漏斗沙坑的體積均為480cm3)可以看出(見圖9),玻璃球罩的碎片較大,并且布滿了裂紋,柔爆索的爆炸能量主要用于擊碎玻璃球罩,石英砂自由面并無觀察到隆起和拋擲現(xiàn)象,只是形成了漏斗沙坑 。由此可見,采用10cm長的螺旋狀柔性導(dǎo)爆索中心起爆對拋擲成坑的影響微乎其微 。
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