CN110082496A - 一种三轴煤样模型实验系统 - Google Patents
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Abstract
一种三轴煤样模型实验系统，包括煤样制备装置以及煤样吸附解吸测试装置，所述煤样制备装置先在煤粉中预制导热管和温度传感器，然后压制成煤样，方便在煤样吸附解吸测试装置中控制煤样的温度，使得煤样吸附解吸测试装置具有围向加压、轴向加压以及温度控制功能，满足煤样吸附解吸测试的需求。
Description
技术领域
本发明涉及三轴煤样实验的技术领域，具体的是一种三轴煤样模型实验系统。
背景技术
三轴煤样模型实验一般包括煤样制备、煤样等温吸附实验以及煤样解吸实验。因此，三轴煤样模型实验系统应该包括煤样制备装置以及完善的煤样吸附解吸测试装置。所述完善的煤样吸附解吸测试应该是在三维应力状态下采用正交试验法，模拟原位状态，分别开展不同吸附平衡压力等条件下，不同放热温度恒温热源激励时煤样吸附解吸实验。这就要三轴煤样模型实验系统需要具有围压加压机构、轴向加压机构以及煤样温度控制机构，现有的三轴煤样模型实验系统达不到上述要求，而且，完成制作的煤样一旦进入煤样吸附解吸测试装置后，对煤样进行温度控制变得十分困难。这就是现有技术的不足之处。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种三轴煤样模型实验系统，包括煤样制备装置以及煤样吸附解吸测试装置，所述煤样制备装置先在煤粉中预制导热管和温度传感器，然后压制成煤样，方便在煤样吸附解吸测试装置中控制煤样的温度，使得煤样吸附解吸测试装置具有围向加压、轴向加压以及温度控制功能，满足煤样吸附解吸测试的需求。
本方案是通过如下技术措施来实现的：一种三轴煤样模型实验系统，包括煤样制备装置以及煤样吸附解吸测试装置；所述煤样制备装置包括筒体，所述筒体的下部滑动连接有顶压模板，所述筒体的上部固定连接有固定模板，所述筒体内还设置有导热管，所述导热管的下端设置在顶压模板上，所述导热管的上部贯穿固定模板，所述导热管与固定模板滑动配合，所述顶压模板与固定模板之间的空腔内设置有温度传感器；所述顶压模板的下方设置有驱动顶压模板向上移动的顶压机构，所述煤样制备装置制作出的煤样连接有导热管和温度传感器，所述导热管内可放置对煤样加热的加热材料；所述煤样吸附解吸测试装置包括围压筒，所述围压筒内由下至上设置有煤样下支撑机构以及煤样上压机构，所述煤样制备装置制作的煤样可放置在煤样下支撑机构于煤样上压机构之间，所述围压筒与煤样之间设置有间隙，所述围压筒上设置有与间隙连通的围压加压接头，所述围压加压接头连接有围压加压气泵，所述煤样下支撑机构连接有轴向加压机构，所述煤样上压机构在轴向上固定设置，所述轴向加压机构可通过煤样下支撑机构对煤样轴向加压。采用本技术方案，所述煤粉制备装置在生产煤样时，将导热管和温度传感器预埋在煤粉中，使得制作出的煤样上设置有导热管和温度传感器，制作出的煤样放置在煤样吸附解吸测试装置中，在导热管中放置加热装置来对煤样进行加热，通过温度传感器来检测煤样的实时温度，方便在煤样吸附解吸测试装置中控制煤样的温度；所述煤样吸附解吸测试装置还具有围向加压机构和轴向加压机构，使得煤样吸附解吸测试装置满足煤样吸附解吸测试的需求。
优选的，所述顶压机构包括轴向加压油缸Ⅰ，所述轴向加压油缸Ⅰ包括缸体Ⅰ以及与缸体Ⅰ固定连接的缸盖Ⅰ，所述缸体Ⅰ内设置有活塞Ⅰ，所述活塞Ⅰ的上部贯穿缸盖Ⅰ，所述活塞Ⅰ与缸盖Ⅰ滑动配合，所述活塞Ⅰ与缸体Ⅰ之间设置有密封机构Ⅰ，所述缸体Ⅰ上连接有轴向加压接头Ⅰ，所述轴向加压接头Ⅰ连接有轴向加压油泵Ⅰ。采用本技术方案，制作煤样时，先将导热管和温度传感器放置在筒体内，打开固定模板，向筒体内加入煤粉和添加剂等，然后将固定模板与筒体固定连接，通过轴向加压泵Ⅰ驱动活塞Ⅰ向上移动，所述活塞Ⅰ推动顶压模板制成煤样，然后打开固定模板将制作完成的煤样取出。
优选的，所述煤样上压机构包括上压帽、上堵头以及上锥度套，所述上压帽设置在上堵头上部的外围，所述上锥度套设置在上堵头下部的外围。
优选的，所述煤样下支撑装置包括下压帽、下堵头以及下锥度套，所述下压帽设置在下堵头下部的外围，所述下锥度套设置在下堵头上部的外围，所述煤样设置在上堵头和下堵头之间。
优选的，所述上锥度套和下锥度套之间设置有胶套，所述胶套设置在围压筒与煤样之间，所述胶套连接有与外界连通的气体接头，所述气体接头连接有充气机构、抽气机构和出气机构；所述充气机构包括充气管以及与充气管连接的气源，所述充气管上设置有充气阀以及参考罐，所述参考罐与充气管之间设置有控制阀；所述抽气机构包括抽气管以及与抽气管连接的真空泵，所述抽气管上设置有抽气阀；所述出气机构包括出气管，所述出气管上设置有出气阀和流量计。采用本技术方案，设置有胶套有效的保证加围压均匀、稳定，所述上锥度套和下锥度套用于对胶套定位；通过围压加压气泵对煤样加围压，通过轴向加压油泵Ⅱ推动活塞Ⅱ向上移动，活塞Ⅱ向上推动下堵头对煤样进行轴向加压，设置有充气机构和抽气机构是为了标定围压筒内围成空间以及连接管线的体积。
优选的，所述轴向加压机构包括轴向加压油缸Ⅱ，所述轴向加压油缸Ⅱ包括缸体Ⅱ以及与缸体Ⅱ固定连接的缸盖Ⅱ，所述缸体Ⅱ内滑动设置有活塞Ⅱ，所述活塞Ⅱ的上部贯穿缸盖Ⅱ，所述活塞Ⅱ与缸体Ⅱ之间设置有密封机构Ⅱ，所述缸体Ⅱ上连接有轴向加压接头Ⅱ，所述轴向加压接头Ⅱ连接有轴向加压油泵Ⅱ。采用本技术方案，通过加压接头向轴向加压油缸内注入液压油，推动活塞向上移动，进而活塞向上推动下堵头，所述下堵头向上挤压煤样进行轴向加压。
优选的，所述缸盖Ⅱ与围压筒的下端通过卡箍固定连接。
优选的，所述上压帽与围压筒固定连接，所述上锥度套与围压筒密封连接，所述导热管的上部贯穿上堵头，所述导热管与上堵头密封连接，进一步地，所述上压帽与围压筒为螺纹连接，所述上锥度套与围压筒螺纹连接，所述导热管与上堵头之间设置有密封机构，所述密封机构为密封圈。
优选的，所述上压帽与上堵头固定连接，进一步地，所述上压帽与上堵头通过螺栓固定连接。
优选的，所述上堵头与上锥度套密封连接或者所述上堵头与上压帽密封连接，进一步地，所述上堵头与上锥度套之间设置有密封机构或者所述上堵头与上压帽之间设置有密封机构，所述密封机构为密封圈。
优选的，所述下压帽与围压筒固定连接或者所述下压帽设置在缸盖上，所述下锥度套与围压筒密封连接，所述下堵头与下压帽、下锥度套均滑动配合，所述下堵头与下压帽之间设置有密封机构或者所述下堵头与下锥度套之间设置有密封机构，进一步地，所述下压帽与围压筒螺纹连接，所述下锥度套与围压筒螺纹连接，所述密封机构为密封圈。
优选的，所述围压加压气泵和/或轴向加压油泵Ⅱ采用具有恒速、恒压驱替功能的单缸恒速恒压泵，所述单缸恒速恒压泵可进行模拟压力、模拟流速的输入和输出以及数字信号的输入，所述单缸恒速恒压泵具有通讯接口和驱动程序，所述单缸恒速恒压泵与计算机连接，所述温度传感器通过导线与计算机连接。
由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为煤样制备装置的结构示意图；
图2为煤样吸附解吸测试装置的结构示意图。
图中：1-围压筒，2-煤样，3-上堵头，4-上压帽，5-上锥度套，6-下堵头，7-下压帽，8-下锥度套，9-导热管，10-温度传感器，11-胶套，12-围压加压接头，13-缸体Ⅱ，14-轴向加压接头Ⅱ，15-活塞Ⅱ，16-缸盖Ⅱ，17-密封机构Ⅱ，18-卡箍，19-气体接头，20-导线，21-围压加压气泵，22-轴向加压油泵Ⅱ，23-充气管，24-充气阀，25-气源，26-参考罐，27-控制阀，28-抽气阀，29-真空泵，30-抽气管，31-筒体，32-固定模板，33-顶压模板，34-缸体Ⅰ，35-缸盖Ⅰ，36-活塞Ⅰ，37-密封机构Ⅰ，38-轴向加压接头Ⅰ，39-轴向加压油泵Ⅰ，40-出气管，41-出气阀，42-流量计。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将运用具体的实施例及附图，对本发明保护的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，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它实施例，都属于本专利保护的范围。
实施例1
一种三轴煤样模型实验系统，包括煤样制备装置以及煤样吸附解吸测试装置。
所述煤样制备装置包括筒体31，所述筒体31的下部滑动连接有顶压模板33，所述筒体31的上部固定连接有固定模板32，所述筒体31内还设置有导热管9，所述导热管9的下端设置在顶压模板33上，所述导热管9的上部贯穿固定模板32，所述导热管9与固定模板32滑动配合，所述顶压模板33与固定模板32之间的空腔内设置有温度传感器10，所述温度传感器10连接的导线20从导热管9内引出；所述顶压模板33的下方设置有驱动顶压模板33向上移动的顶压机构，所述煤样制备装置制作出的煤样2连接有导热管9和温度传感器10，所述导热管9内可放置对煤样2加热的加热材料，所述加热材料优选为由无机相变储热材料制成的热芯。
所述顶压机构包括轴向加压油缸Ⅰ，所述轴向加压油缸Ⅰ包括缸体Ⅰ34以及与缸体Ⅰ34固定连接的缸盖Ⅰ35，所述缸体Ⅰ34内设置有活塞Ⅰ36，所述活塞Ⅰ36的上部贯穿缸盖Ⅰ35，所述活塞Ⅰ36与缸盖Ⅰ35滑动配合，所述活塞Ⅰ36与缸体Ⅰ34之间设置有密封机构Ⅰ37，所述缸体Ⅰ34上连接有轴向加压接头Ⅰ38，所述轴向加压接头Ⅰ38连接有轴向加压油泵Ⅰ39。
所述煤样吸附解吸测试装置包括围压筒1，所述围压筒1内由下至上设置有煤样下支撑机构以及煤样上压机构，所述煤样制备装置制作的煤样2可放置在煤样下支撑机构于煤样上压机构之间，所述围压筒1与煤样2之间设置有间隙，所述围压筒1上设置有与间隙连通的围压加压接头12，所述围压加压接头12连接有围压加压气泵21，所述煤样下支撑机构连接有轴向加压机构，所述煤样上压机构在轴向上固定设置，所述轴向加压机构可通过煤样下支撑机构对煤样2轴向加压。
所述轴向加压机构包括轴向加压油缸Ⅱ，所述轴向加压油缸Ⅱ包括缸体Ⅱ13以及与缸体Ⅱ13固定连接的缸盖Ⅱ16，所述缸体Ⅱ13内滑动设置有活塞Ⅱ15，所述活塞Ⅱ15的上部贯穿缸盖Ⅱ16，所述活塞Ⅱ15与缸体Ⅱ13之间设置有密封机构Ⅱ17，所述缸体Ⅱ13上连接有轴向加压接头Ⅱ14，所述轴向加压接头连接有轴向加压油泵Ⅱ22。
所述煤样上压机构包括上压帽4、上堵头3以及上锥度套5，所述上压帽4设置在上堵头3上部的外围，所述上锥度套5设置在上堵头3下部的外围，所述上压帽4与围压筒1固定连接，所述上锥度套5与围压筒1密封连接，所述导热管9的上部贯穿上堵头3，所述导热管9与上堵头3密封连接，进一步地，所述上压帽4与围压筒1为螺纹连接，所述上锥度套5与围压筒1螺纹连接，所述导热管9与上堵头3之间设置有密封机构，所述密封机构为密封圈，所述上压帽4与上堵头3通过螺栓固定连接；所述煤样下支撑装置包括下压帽7、下堵头6以及下锥度套8，所述下压帽7设置在下堵头6下部的外围，所述下锥度套8设置在下堵头6上部的外围，所述煤样2设置在上堵头3和下堵头6之间，所述下压帽7与围压筒1固定连接或者所述下压帽7设置在缸盖16上，所述下锥度套8与围压筒1密封连接，所述下堵头6与下压帽7、下锥度套8均滑动配合，所述下堵头6与下压帽7之间设置有密封机构或者所述下堵头6与下锥度套8之间设置有密封机构，进一步地，所述下压帽7与围压筒1螺纹连接，所述下锥度套8与围压筒1螺纹连接，所述密封机构为密封圈，保证了三轴煤样模型的密闭性。
所述上锥度套5和下锥度套8之间设置有胶套11，所述胶套11设置在围压筒1与煤样2之间，所述胶套11连接有与外界连通的气体接头19，所述气体接头19连接有充气机构、抽气机构和出气机构；所述充气机构包括充气管23以及与充气管23连接的气源25，所述充气管23上设置有充气阀24以及参考罐26，所述参考罐26与充气管23之间设置有控制阀27；所述抽气机构包括抽气管30以及与抽气管30连接的真空泵29，所述抽气管30上设置有抽气阀28；所述出气机构包括出气管40，所述出气管40上设置有出气阀41和流量计42。
所述缸盖16与围压筒1的下端通过卡箍18固定连接。
使用时，将煤样2放置在下堵头6上，然后将上堵头3装在煤样2的上方，最后固定安装上压帽4，通过围压加压接头12和轴向加压机构将煤样2加压至所需要的围压和轴压，通过温度控制机构来调整煤样2的温度，进而开展不同吸附平衡压力等条件下，不同放热温度恒温热源激励时煤样吸附解吸实验。
实施例2
作为实施例1的优选，所述围压加压气泵和/或轴向加压油泵Ⅱ采用具有恒速、恒压驱替功能的单缸恒速恒压泵，所述单缸恒速恒压泵可进行模拟压力、模拟流速的输入和输出以及数字信号的输入，所述单缸恒速恒压泵具有通讯接口和驱动程序，所述单缸恒速恒压泵与计算机连接，所述温度传感器通过导线与计算机连接。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参考即可。
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。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的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明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、创造性的特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种三轴煤样模型实验系统，其特征是：包括煤样制备装置以及煤样吸附解吸测试装置；
所述煤样制备装置包括筒体(31)，所述筒体(31)的下部滑动连接有顶压模板(33)，所述筒体(31)的上部固定连接有固定模板(32)，所述筒体(31)内还设置有导热管(9)，所述导热管(9)的下端设置在顶压模板(33)上，所述导热管(9)的上部贯穿固定模板(32)，所述导热管(9)与固定模板(32)滑动配合，所述顶压模板(33)与固定模板(32)之间的空腔内设置有温度传感器(10)；所述顶压模板(33)的下方设置有驱动顶压模板(33)向上移动的顶压机构，所述煤样制备装置制作出的煤样(2)连接有导热管(9)和温度传感器(10)，所述导热管(9)内可放置对煤样(2)加热的加热材料；
所述煤样吸附解吸测试装置包括围压筒(1)，所述围压筒(1)内由下至上设置有煤样下支撑机构以及煤样上压机构，所述煤样制备装置制作的煤样(2)可放置在煤样下支撑机构于煤样上压机构之间，所述围压筒(1)与煤样(2)之间设置有间隙，所述围压筒(1)上设置有与间隙连通的围压加压接头(12)，所述围压加压接头(12)连接有围压加压气泵(21)，所述煤样下支撑机构连接有轴向加压机构，所述煤样上压机构在轴向上固定设置，所述轴向加压机构可通过煤样下支撑机构对煤样(2)轴向加压。
2.根据权利要求所述的三轴煤样模型实验系统，其特征是：所述顶压机构包括轴向加压油缸Ⅰ，所述轴向加压油缸Ⅰ包括缸体Ⅰ(34)以及与缸体Ⅰ(34)固定连接的缸盖Ⅰ(35)，所述缸体Ⅰ(34)内设置有活塞Ⅰ(36)，所述活塞Ⅰ(36)的上部贯穿缸盖Ⅰ(35)，所述活塞Ⅰ(36)与缸盖Ⅰ(35)滑动配合，所述活塞Ⅰ(36)与缸体Ⅰ(34)之间设置有密封机构Ⅰ(37)，所述缸体Ⅰ(34)上连接有轴向加压接头Ⅰ(38)，所述轴向加压接头Ⅰ(38)连接有轴向加压油泵Ⅰ(39)。
3.根据权利要求1所述的三轴煤样模型实验系统，其特征是：所述煤样上压机构包括上压帽(4)、上堵头(3)以及上锥度套(5)，所述上压帽(4)设置在上堵头(3)上部的外围，所述上锥度套(5)设置在上堵头(3)下部的外围。
4.根据权利要求3所述的三轴煤样模型实验系统，其特征是：所述煤样下支撑装置包括下压帽(7)、下堵头(6)以及下锥度套(8)，所述下压帽(7)设置在下堵头(6)下部的外围，所述下锥度套(8)设置在下堵头(6)上部的外围，所述煤样(2)设置在上堵头(5)和下堵头(6)之间。
5.根据权利要求4所述的三轴煤样模型实验系统，其特征是：所述上锥度套(5)和下锥度套(8)之间设置有胶套(11)，所述胶套(11)设置在围压筒(1)与煤样(2)之间，所述胶套(11)连接有与外界连通的气体接头(19)，所述气体接头(19)连接有充气机构、抽气机构和出气机构；所述充气机构包括充气管(23)以及与充气管(23)连接的气源(25)，所述充气管(23)上设置有充气阀(24)以及参考罐(26)，所述参考罐(26)与充气管(23)之间设置有控制阀(27)；所述抽气机构包括抽气管(30)以及与抽气管(30)连接的真空泵(29)，所述抽气管(30)上设置有抽气阀(28)；所述出气机构包括出气管(40)，所述出气管(40)上设置有出气阀(41)和流量计(42)。
6.根据权利要求4所述的三轴煤样模型实验系统，其特征是：所述轴向加压机构包括轴向加压油缸Ⅱ，所述轴向加压油缸Ⅱ包括缸体Ⅱ(13)以及与缸体Ⅱ(13)固定连接的缸盖Ⅱ(16)，所述缸体Ⅱ(13)内滑动设置有活塞Ⅱ(15)，所述活塞Ⅱ(15)的上部贯穿缸盖Ⅱ(16)，所述活塞Ⅱ(15)与缸体Ⅱ(13)之间设置有密封机构Ⅱ(17)，所述缸体Ⅱ(13)上连接有轴向加压接头Ⅱ(14)，所述轴向加压接头Ⅱ(14)连接有轴向加压油泵Ⅱ(22)；优选的，所述缸盖Ⅱ(13)与围压筒(1)的下端通过卡箍(18)固定连接。
7.根据权利要求3所述的三轴煤样模型实验系统，其特征是：所述上压帽(4)与围压筒(1)固定连接，所述上锥度套(5)与围压筒(1)密封连接，所述导热管(9)的上部贯穿上堵头(3)，所述导热管(9)与上堵头(3)密封连接；优选的，所述上压帽(4)与上堵头(3)固定连接；优选的，所述上堵头(3)与上锥度套(5)密封连接或者所述上堵头(3)与上压帽(4)密封连接。
8.根据权利要求6所述的三轴煤样模型实验系统，其特征是：所述下压帽(7)与围压筒(1)固定连接或者所述下压帽(7)设置在缸盖(16)上，所述下锥度套(8)与围压筒(1)密封连接，所述下堵头(6)与下压帽(7)、下锥度套(8)均滑动配合，所述下堵头(6)与下压帽(7)之间设置有密封机构或者所述下堵头(6)与下锥度套(8)之间设置有密封机构。
9.根据权利要求1所述的三轴煤样模型实验系统，其特征是：所述围压加压气泵(21)和/或轴向加压油泵Ⅱ(22)采用具有恒速、恒压驱替功能的单缸恒速恒压泵，所述单缸恒速恒压泵可进行模拟压力、模拟流速的输入和输出以及数字信号的输入，所述单缸恒速恒压泵具有通讯接口和驱动程序，所述单缸恒速恒压泵与计算机连接，所述温度传感器(10)通过导线(20)与计算机连接。
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