CN105675644A - 一种恒温恒压的密封试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种恒温恒压的密封试验装置，其包括底座支架、控压系统、控温实验系统和阀门管道系统；控压系统包括设于底座上的蓄能器和压力表；控温实验系统包括结晶腔体，结晶腔体设有用于密封的上盖，结晶腔体上盖上设有导出管、结晶腔体下部设有溶液进入接口和下排水口，结晶腔体内部设有发热电阻，发热电阻与设于上盖上的发热电阻接口连接，上盖上设有传感器；蓄能器经维压管道与结晶腔体连通，维压管道上设有维压阀门和压力表。本发明不仅结构简单，而且使用时高效方便、可精确控温、长期控压，可以研究恒定温度、恒定压力状态下缺陷岩体与饱和溶液的重结晶物质的相互作用现象。

Description

一种恒温恒压的密封试验装置

技术领域

本发明涉及一种恒温恒压的密封试验装置，属于水溶采矿室内试验领域。

背景技术

盐岩地下能源储备库是通过水溶采矿的方式建造而成的，通过套管（内部）从地下盐层注入高压清水，地下盐矿遇水溶解，形成饱和卤水，饱和卤水从套管（中部）排出，如此循环进行，地下盐矿不断地被溶解，从而形成地下巨大的地下盐穴空腔，由于盐岩具有极低的渗透率和良好的蠕变性能，因而成为地下能源储备的理想介质。水溶造腔是一个非常漫长的过程，一座盐岩地下能源储备库腔体的建造需要经历几年的时间，在此过程中，由于采矿活动的影响，地下岩层形成空腔，腔体周围的围岩将会产生蠕变变形，表现出向腔内移动的趋势，这一过程将会导致岩体内部原来的结构遭到损伤，萌生一些细观缺陷，这些缺陷将会严重威胁盐岩能源储库的安全稳定性；同时，在地压与地热的综合作用下，腔体周围围压呈现溶解、卤水饱和、卤水结晶、再溶解、再饱和、再结晶等一系列循环过程，卤水结晶产生的晶体将会附着在腔壁围岩上，这些重结晶物质粘结、渗入到盐岩的缺陷内部，与岩体内部晶粒一同错动、滑移，这一过程也被称为盐岩内部缺陷的自我修复过程，饱和卤水的重结晶行为与岩体缺陷修复具有十分密切的联系，通过CT扫描实验可以深入研究结晶体的力学行为。

但是目前，没有合适的试验装置来研究恒定温度、恒定压力状态下，缺陷岩体与饱和溶液的重结晶物质的相互作用现象。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、高效方便、且可精确控温、长期控压的结晶密封装置其可以研究恒定温度、恒定压力状态下缺陷岩体与饱和溶液的重结晶物质的相互作用现象。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种恒温恒压的密封试验装置，其关键技术在于：其包括底座支架、控压系统、控温实验系统和阀门管道系统；

所述底座支架包括底座和设于底座上的支撑柱；

所述控压系统包括设于底座上的蓄能器和压力表；

所述控温实验系统包括结晶腔体，所述结晶腔体设有用于密封的上盖，所述结晶腔体上盖上设有导出管、结晶腔体下部设有溶液进入接口和下排水口，所述结晶腔体内部设有发热电阻，所述发热电阻与设于上盖上的发热电阻接口连接，所述上盖上设有用于检测腔体内部温度的传感器；

所述阀门管道系统包括与蓄能器连通的进油管道以及与结晶腔体连通的进液管道，所述进油管道上设有进油阀门，所述进液管道上设有进液阀门；

所述蓄能器经维压管道与结晶腔体连通，所述维压管道上设有维压阀门和压力表。

优选的，所述进液管道和进油管道通过固定套固定于支撑柱上。

进一步的改进，所述结晶腔体内壁上设有有机玻璃套，所述有机玻璃套与结晶腔体内壁之间设有密封圈。

优选的，所述上盖上设有发热电阻接口，所述发热电阻接口与发热电阻连接，所述发热电阻为螺旋状。

优选的，所述上盖上设有温度感应器接口，所述温度感应器接口与温度感应器相接。

优选的，所述下排水口处设有排水阀门。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明设置了底座支架、控压系统、控温实验系统和阀门管道系统四大部分，试验过程中可以实现恒温恒压。其不仅结构简单，而且使用时高效方便、可精确控温、长期控压，采用本发明可以研究恒定温度、恒定压力状态下缺陷岩体与饱和溶液的重结晶物质的相互作用现象。从而实现了在高温高压状态下，饱和卤水的长期结晶实验，为深入研究重结晶晶体与岩体缺陷修复的作用机理提供基础。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明控温实验系统的结构示意图；

其中，1-1底座；1-2支撑柱；2-1蓄能器；2-2压力表；3-1上导出阀门；3-2上导出导管；3-3温度感应器；3-4发热电阻接口；3-5螺栓；3-6小孔；3-7密封圈；3-8温度感应器接口；3-9有机玻璃套；3-10发热电阻；3-11结晶腔体；3-12排水阀门；3-13下排水口；3-14溶液进入接口；3-15上盖；3、控温实验系统；4-1维压管道；4-2进油阀门；4-3进液阀门；4-4固定套；4-5维压阀门；4-6进油管道；4-7进液管道。

具体实施方式

为使本发明的上述目的，特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图和具体实施方式，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见附图1和附图2，本发明包括底座支架，控压系统，控温实验系统3，阀门管道系统四部分。

所述控压系统，控温实验系统3和阀门管道系统分别固定在底座1-1上，阀门管道系统中的进油管道4-7与控压系统相连，进液导管4-6与控温实验系统3进行连接，以便向控压系统和阀门管道系统中输入实验物质。

所述底座支架1包括底座1-1和支撑柱1-2两部分。所述底座1-1呈实心长方形，由钢材制成，具有一定硬度。在底座1-1下面四角处分别有一个支撑脚来支撑底座。在底座1-1上，有两个固定装置分别固定控压系统和控温实验系统3，支撑柱1-2呈厚壁圆筒特征，刚度较大，两侧有凹槽，焊接固定于底座1-1上，所述进液导管4-6和进油导管4-7紧贴凹槽内，支撑柱1-2与两个固定套4-4一起使导管稳定。

所述控压系统包括蓄能器2-1和压力表2-2。所述蓄能器2-1可以持久的储备能量，为整个装置提供压力，以使整个试验系统保持高压的状态。所述压力表2-2连接在阀门管道系统中的维压管道4-1中部，用来测量并显示整个装置的压力情况。控压系统与进油管道4-7相连，使控压系统达到实验要求压力。控压系统与控温实验系统3通过维压管道4-1相连，可以为控温实验系统3提供一定的实验压力。

所述控温实验装置3整体呈厚壁带盖密封圆筒特征。其主要包括结晶腔体3-11、上盖3-15、螺栓3-5、溶液进入接口3-14,、下排水口3-13、上导出导管3-2、上导出阀门3-1、排水阀门3-12、发热电阻3-10、发热电阻接口3-4、温度感应器3-3、密封圈3-7、温度感应器接口3-8和有机玻璃3-9。所述结晶腔体3-11是一个空心的圆柱形的容器，由钢材制成，具有一定的刚度，固定在底座1-1上，它的内部放置缺陷岩体与饱和溶液，作为整个结晶过程的实验场所。上盖3-15通过八个固定螺栓3-5与结晶腔体3-11连接，螺栓3-5均匀分布在上盖3-15边缘，上盖3-15与结晶腔体3-11接触部分布置密封圈，以实现整个装置密封。所述上盖3-15中央留有小孔3-6，小孔3-6外部与导出导管3-2连通，当结晶腔体3-11内部注满溶液时，溶液将会从导管3-2外部流出，导出导管3-2上安装一个上导出阀门3-1，用于控制结晶腔体3-11内部溶液的进出。发热电阻3-10呈螺旋式特征，发热电阻3-10与发热电阻接口3-4连通，可以为结晶腔体3-11内部溶液加热。温度感应器3-3位于上盖3-15内部，温度感应器接口3-8与外部温度显示系统用于监控结晶腔体3-11内部液体的温度。结晶腔体3-11下部设置下排水口3-13，下排水口3-13的外端安装排水阀门3-12，排水阀门3-12用于试验结束后的液体排出。在结晶腔体3-11的底部设置溶液进入接口3-14，溶液进入接口3-14与进液管道4-6相连接，用于向结晶腔体3-11内部注入饱和溶液。所述有机玻璃3-9紧贴结晶腔体3-11的内壁布置，用于整个结晶腔体3-11的保温，所述有机玻璃3-9与上盖3-15之间设有密封圈3-7。

所述阀门管道系统4，主要包括进油管道4-7、进液管道4-6和维压管道4-1、固定套4-4、进油阀门4-2、进液阀门4-3、维压阀门4-5。所述进油管道4-7、进液管道4-6和维压管道4-1由一定刚度的钢材制成，进油管道4-7通过固定套4-4与支撑柱1-2固定，并与蓄能器2-1连通，用于注入高压液压油，使蓄能器2-1储存能量，以维持整个实验系统的高压状态，进液管道4-6通过固定套4-4与支撑柱1-2固定，并与溶液进入接口3-14连通，用于向结晶腔体3-11注入饱和溶液。进油阀门4-2布置于进油管道4-7的外端，用于控制液体进出。进液阀门4-3布置于进液管道4-6的外端，用于控制液体进出。维压阀门4-5布置于维压管道4-1上，用于控制整个装置实验压力。

本恒温恒压结晶试验装置在进行盐水在恒温恒压下结晶的实验步骤如下：

（1）打开控温试验系统上盖3-15，将缺陷岩体放入结晶腔体3-11内部，拧紧螺栓3-5。

（2）打开进液阀门4-3、上导出阀门3-1，关闭排水阀门3-12和维压阀门4-5，从进液管道4-6向结晶腔体3-11内部注入饱和Nacl溶液，待溶液从上导出管道3-2流出时，先后关闭上导出阀门3-1、进液阀门4-3。此时，整个结晶腔体3-11内部充满溶液。

（3）打开进油阀门4-2向进油管道4-7中缓慢注入液压油，打开维压阀门4-5，此时控压系统和控温实验系统3连通，观察压力表2-2示数，使其满足实验要求压力值，关闭进油阀门4-2，停止输入液压油。

（4）连通发热电阻接口3-4与外部设置的加热装置，通过电阻丝3-10开始给结晶腔体3-11内部溶液加热，连通温度感应器接口3-8与外部温度显示系统（外部温度显示系统采用现有设备即可），观察结晶腔体3-11溶液的温度示数，达到实验所需温度停止加热。

（5）放置整个系统到试验规定时间。在此过程中，每间隔24小时检查一下压力表2-2和温度传感器3-3示数，若发现系统压力有降低，则打开进油阀门4-2，通过进油管道4-7缓慢注入液压油，直到压力表2-2示数达到试验规定值。若发现系统温度有降低，连通发热电阻接口3-4与外部加热装置，通过电阻丝3-10开始给结晶腔体3-11内部溶液加热，直到温度满足试验要求。

（6）实验完成后，打开排水阀门3-12将溶液排出，打开上盖3-15取出缺陷岩体，观察缺陷岩体表面的结晶情况，以便开展后期的CT扫描试验。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明创造。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明创造的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明创造将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种恒温恒压的密封试验装置，其特征在于：其包括底座支架、控压系统、控温实验系统（3）和阀门管道系统；

所述底座支架包括底座（1-1）和设于底座（1-1）上的支撑柱（1-2）；

所述控压系统包括设于底座（1-1）上的蓄能器（2-1）和压力表（2-2）；

所述控温实验系统（3）包括结晶腔体（3-11），所述结晶腔体（3-11）上设有用于密封的上盖（3-15），所述结晶腔体（3-11）上盖上设有上导出管（3-2）、结晶腔体（3-11）下部设有溶液进入接口（3-14）和下排水口（3-13），所述结晶腔体（3-11）内部设有发热电阻（3-10），所述发热电阻（3-10）与设于上盖（3-15）上的发热电阻接口（3-4）连接，所述上盖（3-15）上设有用于检测腔体内部温度的温度传感器（3-3）；

所述阀门管道系统包括与蓄能器（2-1）连通的进油管道（4-6）以及与结晶腔体（3-11）连通的进液管道（4-7），所述进油管道（4-6）上设有进油阀门（4-2），所述进液管道（4-7）上设有进液阀门（4-3）；

所述蓄能器（2-1）经维压管道（4-1）与结晶腔体（3-11）连通，所述维压管道（4-1）上设有维压阀门（4-5）和压力表（2-2）。

2.根据权利要求1所述的恒温恒压的密封试验装置，其特征在于：所述进液管道（4-7）和进油管道进油管道（4-6）通过固定套（4-4）固定于支撑柱（1-2）上。

3.根据权利要求2所述的恒温恒压的密封试验装置，其特征在于：所述结晶腔体（3-11）内壁上设有有机玻璃套（3-9），所述有机玻璃套（3-9）与结晶腔体（3-11）内壁之间设有密封圈（3-7）。

4.根据权利要求3所述的恒温恒压的密封试验装置，其特征在于：所述上盖（3-15）上设有发热电阻接口（3-4），所述发热电阻接口（3-4）与发热电阻（3-10）连接，所述发热电阻（3-10）为螺旋状。

5.根据权利要求4所述的恒温恒压的密封试验装置，其特征在于：所述上盖（3-15）上设有温度感应器接口（3-8），所述温度感应器接口（3-8）与温度感应器（3-3）相接。

6.根据权利要求1-5任一项所述的恒温恒压的密封试验装置，其特征在于：所述下排水口（3-13）处设有排水阀门（3-12）。