一种流化床用煤泥应力测量试样的制备方法

技术领域

本发明涉及一种应力测试用试样的制备技术，特别是将煤泥制作成试样的制备技术。

背景技术

煤炭从地下开采出来后，并不能直接利用，需要进行洗选分离后按质利用。煤泥是煤炭洗选过程中分离出的以煤炭颗粒为主、含有各种杂质的高水分排放物。煤泥遇水流失，风干飞扬，容易对环境产生较大污染，因此，不能随意丢弃，最好能够有效利用。循环流化床燃烧是目前规模化利用煤泥的有效方式。针对循环流化床锅炉，煤泥的主要给入方式为炉膛顶部给料、炉膛中部给料和炉膛下部给料。前述煤泥的不同的给料方式，使得其入炉的形态不同，从而影响其在炉膛内的干燥及燃烧过程。因此，煤泥入炉形态的研究至关重要。

不同给料方式下的煤泥入炉形态，主要取决于煤泥的受力状态。煤泥是由矿物质和水组成的高粘性非牛顿流体，其物理组成成分类似于粘土。因此，煤泥的受力状态的研究主要借鉴粘土的相关研究方法。目前测量粘土受力情况的主要方法为单轴拉伸法，通过制备粘土的试样进行拉伸试验。但煤泥的含水率、粘结性都高于粘土，而且煤泥在通常情况下表现出非牛顿流体的性质，因此用粘土试样的制备方法无法对煤泥进行成型制样。例如采用粘土试样的通常制备方法——分层击实法制备煤泥试样，制备出的煤泥试样很容易从各层的结合面处开裂，无法测量到煤泥真实的应力值。

发明内容

为了解决现有的粘土制备试样的方法不适于制备煤泥试样的问题，本发明提供了一种流化床用煤泥应力测量试样的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种流化床用煤泥应力测量试样的制备方法，包括如下步骤：

A、试样模具包括具有敞口的容器，将待测煤泥置入所述容器中；

B、在所述容器的所述敞口放置活动压盖；

C、采用杠杆机构通过所述活动压盖向所述待测煤泥施加压力；配重砝码的重力作为所述杠杆机构的动力；

D、逐次增加所述配重砝码的重量，当所述活动压盖停止压缩所述待测煤泥时所对应的所述配重砝码的重量，为所述待测煤泥的压实度为100％时所对应的所述配重砝码的第一重量。

可选地，所述一种流化床用煤泥应力测量试样的制备方法还包括如下步骤：

E、要制备所述待测煤泥的压实度为a的试样，所需要的砝码的第二重量为所述第一重量与a的乘积。

可选地，通过所述制备方法制备的所述待测煤泥的试样的长径比值为2.5。

可选地，在步骤A，在所述容器内，沿所述容器的长度方向的至少一个端部设置防裂强化架。

可选地，所述防裂强化架的形状包括树形；所述树形包括主干和与所述主干连接的枝干。

可选地，所述树形包括与所述枝干连接的次枝干。

可选地，所述主干的一端设置在所述容器的与所述活动压盖相对的底部。

可选地，如果通过所述制备方法制备的所述待测煤泥的试样的长度为b，则所述防裂强化架的长度小于等于0.25b。

可选地，所述杠杆机构的动力臂大于阻力臂。

可选地，在步骤A后，还包括如下步骤：将所述容器置于密封防水容腔中存放预定的时间。

可选地，所述待测煤泥的含水率大于25％时，所述容器的形状为圆柱形；所述待测煤泥的含水率小于等于25％时，所述容器的形状为哑铃形。

本发明的技术效果：

首先，采用本发明的煤泥应力测量试样的制备方法，通过一次添加煤泥，避免了分层添加方法形成的层与层之间的割裂，可以使得最终的试样的测试结果能够反映真实的煤泥的应力值。其次，采用杠杆机构压制煤泥，配重砝码作为施加的动力，使得施加的力能够准确测量到，并且煤泥是否因压力而继续收缩能通过杠杆的位移准确观察到。第三，获得压实度为100％的试样的方法简便可行，为后续获得其他压实度的试样打下了基础。

上述可选方式所具有的进一步效果，将在下文中结合具体实施方式加以说明。

附图说明

图1为本发明流化床用煤泥应力测量试样的制备方法一个实施例的流程图。

图2为本发明制备方法采用的杠杆机构的一个实施例的原理图。

图3为本发明制备方法采用的防裂强化架的一个实施例的结构示意图。

图中标识说明如下：

201、支点；202、活动压盖；203、试样模具容器；204、底部；205、砝码；206、杠杆；207、支杆；

301、主干；302、次枝干；303、枝干。

具体实施方式

以下结合附图所示的实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。

图1显示了本发明的试样的制备方法的一个实施例。

首先结合图2对本发明的制备方法采用的制备工具进行说明。

制备工具包括试样模具。试样模具是用于盛放待测煤泥，并借助于压力最终使得待测煤泥形成试样的工具。所述试样模具包括试样模具容器203。在本实施例中，试样模具容器203是内部形状为圆柱形的具有敞口的容器，整体呈带有敞口的圆筒形结构。该圆筒形结构为沿轴线方向分开的两部分结构扣合后形成的。该圆柱形的轴线与重力方向(即图1中上下竖直方向)平行，该圆柱形的底部204相对的圆柱形底部部分为敞口。在该敞口上设置有圆形的活动压盖202，活动压盖202封盖住所述敞口，与试样模具容器203其余部分形成所述圆柱形的空间。活动压盖202的径向尺寸与所述圆柱形的径向尺寸(即底部204的直径)相匹配。这里的相匹配是指活动压盖202与所述圆柱形的侧壁之间的空隙能够同时满足以下两个条件：一是活动压盖202在所述圆柱形内挤压试样模具容器203内的煤泥时不会与圆柱形的侧壁触碰；二是在活动压盖202挤压试样模具容器203内的煤泥时，煤泥不会从活动压盖202与所述圆柱形的侧壁之间的空隙处泄漏。

制备工具还包括杠杆机构。杠杆机构包括杆状的杠杆206。杠杆206的一端铰接在支点201上，另一端悬挂有砝码205。在杠杆206中部，杠杆206与支杆207的一端铰接。支杆207的另一端活动连接于活动压盖202的中心部位。从图2可见，砝码205作为杠杆机构的动力来源；支杆207顶压活动压盖202时反馈给杠杆206的力为杠杆机构的阻力来源；杠杆机构的动力臂大于阻力臂。

以下结合图1，对本发明流化床用煤泥应力测量试样的制备方法的具体步骤进行说明。

第一，将前述两部分结构扣合而成试样模具容器203后，用刷子清理试样模具容器203内壁。然后在试样模具容器203的内壁涂抹凡士林，这可以避免煤泥与内壁粘接，同时也避免煤泥中的水分被内壁材质吸附进而影响煤泥的含水率。

第二，煤泥置入试样模具。

将待测煤泥从敞口处置入试样模具容器203中，铺平露出的煤泥部分并压实该部分。然后将试样模具容器203的敞口处用塑料膜封住，再将试样模具容器203置于密封的塑料袋中，以避免水分散失。将封闭在塑料袋中的试样模具容器203静置12至24小时，以使得煤泥中的水分均匀分布。

第三，将试样模具容器203按图2所示装配到位，活动压盖202从所述敞口处顶压在露出的煤泥部分。

第四，向煤泥施加压力

这一步骤是通过悬挂砝码205，利用砝码205的重力，通过杠杆206、支杆207和活动压盖202向煤泥施加压力。煤泥在受到压力后会被压缩，使得活动压盖202向下(图2中的下方)移动，相应地，砝码205所在的杠杆206端部也向下移动。由于杠杆的特性，砝码205处移动的距离要大于活动压盖202向下移动的距离，当活动压盖202向下移动的距离较小时，这更利于观察与测量。

第五，增加砝码

向煤泥施加的压力应该是逐渐增加，即应该逐步增加砝码205(即逐次增加所述配重砝码的重)。这是避免第二次增加砝码时，煤泥不再压缩，此时无法确认第一次施加的砝码是否过重。因此，第一次添加的砝码的重量要比预估的重量小一些，后续增加的砝码重量也应该逐渐减轻，以保证最后测量的精度。

第六，煤泥是否压缩

如果观察煤泥仍然被压缩，则重复上一步骤增加砝码。当然，增加的砝码的重量应该比上一次减少。

第七，获得压实度为100％的煤泥试样

当活动压盖202不再下移时，则认为此时待测煤泥的压实度为100％，记录此时所对应的砝码205的重量。为了后续引用方便，这里将该重量命名为第一重量。当增加砝码后，活动压盖202不再下移(可以静置2个小时后进行观察确认)，则增加该砝码之前所有砝码的重量为第一重量。

至此，获得了特定含水率的待测煤泥压实度100％时对应的第一重量。可以根据杠杆的力学公式将第一重量转换成需要的压力、压强等，在此不再赘述。

当需要制备上述特定含水率的待测煤泥的其他压实度的试样时，假设该压实度为a，则对应的砝码重量(第二重量)为第一重量与a的乘积。

制备的煤泥试样在测试过程中，需要将试样的两端粘接到测试装置上，然后在两端施加拉力直至试样从中部断裂，从而进行应力测量。在试验过程中，经常会发生在邻近试样端部发生断裂的情况。在邻近试样端部发生断裂，通常会认为测试结果不准确，测试失败。理想的情况，应当是断裂发生在试样的中部。

为了避免上述测试失败情况的发生，对煤泥试样的制备进行了改进，现将进一步的改进方案进行说明。

针对不同含水率的煤泥，制备的试样的形状不同。具体的说，当煤泥的含水率大于25％时，试样的形状为圆柱形。相应的图2所示的试样模具容器203的内部形状为圆柱形。当煤泥的含水率小于等于25％时，试样的形状为哑铃型，哑铃型的两个端部便于测试装置夹持。相应的图2所示的试样模具容器203的内部形状为哑铃形。经过试验验证，上述方案有利于避免前述测试失败情况的发生。

同样是为了前述测试失败情况的发生，对煤泥试样的制备进行了进一步的改进，以下对这一改进进行说明。

这一改进的方案是将煤泥的试样的长径比值设定为2.5，这种情况下，可以进一步避免前述测试失败情况的发生。即前述圆柱形试样，圆柱形的轴向长度与底部直径之比的比值为2.5；前述哑铃型试样的中间细部(不包括两端粗大部分)的轴向长度与径向尺寸之比的比值为2.5。下面的表一是将圆柱形试样和哑铃型试样分别针对长径比的对比试验结果。

表一

同样是为了避免在邻近试样端部发生断裂的情况，本发明进一步采用的措施是在试样的至少一个端部设置防裂强化架。这种防裂强化架采用具有相当强度的材质制成，例如图3所示实施例中采用的钢材。这样防裂强化架在受到测试时的拉伸力时方可不发生变形，否则发生的变形会降低试样端部的强度，进而引发在邻近试样端部发生断裂的事故。

图3显示了本发明采用的防裂强化架的一个实例。图3显示的是一个树形的防裂强化架，即该防裂强化架的形状与树木的形状类似。图3是从一个角度显示的该防裂强化架的平面视图，实际上该树形防裂强化架是在三维空间延展的立体结构。与树木的结构类似，图3显示的防裂强化架包括一根主干301和与主干301连接的枝干303。枝干303的一端连接于主干301上，另一端还与次枝干302的中部连接。树形防裂强化架的主干301、枝干303和次枝干302对应于树木的主干、枝、叶。在采用图1所示流化床用煤泥应力测量试样的制备方法时，在置入煤泥前，可以将图3所示的防裂强化架设置在底部204(参考图2)，具体的是将图3中主干301的下端部放置在底部204上，使得在图2中，防裂强化架以图3所示形态竖立于底部204上，然后再置入煤泥。为了保证在置入煤泥时煤泥的冲击或者后续的压制使得防裂强化架倾倒，可以采用胶结等方式将防裂强化架(即主干301的端部)固定于底部204上。在本实施例中，采用焊接方式将防裂强化架固定于底部204上。当制备试样完成后，防裂强化架就埋藏于试样中，可以采用切割的方式将底部204与主干301割离。此时，防裂强化架的部分区域(即主干301的端部)在试样的顶端显露，而该顶端会粘接于测试装置上，防裂强化架也因此会被粘接于测试装置上。当测试装置施加拉伸力时，施加于主干301的端部的力可以被分解到防裂强化架与试样内部的各个接触部分，避免拉伸力集中于试样的所述顶端，更利于避免在试样的顶端开裂。防裂强化架的径向尺寸当然应该小于其所在试样部位的最小径向尺寸；防裂强化架的轴向尺寸应该不大于整个试样长度的四分之一。即如果制备的待测煤泥的试样的长度为b，则所述防裂强化架的长度应当小于等于0.25b。

本发明方法制备的煤泥的试样可以进行各项应力的有效测试，例如试样的抗拉应力、抗剪应力等。

值得注意的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非因此限定本发明的专利保护范围，本发明还可以采用等同技术进行替换。故凡运用本发明的说明书及图示内容所作的等效变化，或直接或间接运用于其他相关技术领域均包含于本发明所涵盖的范围内。