CN205786624U - 不规则岩样室内渗流加压供水设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种不规则岩样室内渗流加压供水设备，所要解决的技术问题，针对现有不规则岩样渗流仪无法满足等应力控制测试需求，渗流方式上存在恒压差控此类难以突破的技术难关，尚难实现稳压条件下多组交叉裂隙紊流状态特征参数室内获取。采取的技术方案，不规则岩样室内渗流加压供水设备,包括壳体、减速器、步进电机驱动器、主线路板变压器、主控制板、活塞缸、压力传感器、水位指示针、推进丝杆和导向杆。优点，设备各部件独立工作并直接跟计算机交换数据，可开展数据集中采集处理，有助发挥大尺寸、不规则原状裂隙岩高压渗流压力室反压恒压控制及精确体变测量功效。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种不规则岩样室内渗流加压供水设备，是一种用于大尺寸、不规则原状裂隙岩室内高压渗流的加压供水设备，适宜解决利用现有岩石渗流仪进行不规则岩样测试时难以实现恒压差控的技术难题。尤其适用于包含纵横交切裂隙且地质信息丰富的非常规岩样及渗流水流呈现紊流状态的大尺寸原状裂隙岩渗流测试过程中加压供水所需。
背景技术
裂隙岩体是十分复杂的非均匀各向异性介质，是经构造运动、风化作用、溶蚀及卸荷作用往复改造后形成的地质体。裂隙岩体渗流性与其宏观力学特性一样常受节理、裂隙分布状况的影响和控制。天然岩体经构造、风化、卸荷等地质作用后常发育尺寸多样、错落交切的裂隙，导致岩体非连续渗流计算中需定量考察裂隙系统的影响作用。
野外采集包含多组交叉裂隙的大尺寸、不规则原状岩样放入渗流压力室开展室内高压渗流测试是岩体裂隙系统渗流特征考察普遍采用的一种试验手段。然而现有不规则岩样渗流仪无法满足等应力控制测试需求，渗流方式上存在恒压差控此类难以突破的技术难关，尚难实现稳压条件下多组交叉裂隙紊流状态特征参数室内获取。采用步进电机驱动技术与MCS单片机控制技术集成反压调控和体变测量功能，为不规则岩样压力室提供恒压差控式渗流条件，可有效解决交叉裂隙紊态水流下水力特性客观考察难题并顺利实现大尺寸、不规则原状裂隙岩高压测试目标。本实用新型充分发挥设备在反压调控和体变测量方面的集成优势，以高精度、稳操控方式对试样施加稳定反压的同时记录渗流水流体变值，实时对应的稳态数据显著提升测试结果可信性及分析结论可靠度，有助于室内条件下实现地质工作者最为关心、地质信息丰富的多组交叉裂隙渗流属性考察及裂隙系统渗流特征研究。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是：针对现有不规则岩样渗流仪无法满足等应力控制测试需求，渗流方式上存在恒压差控此类难以突破的技术难关，尚难实现稳压条件下多组交叉裂隙紊流状态特征参数室内获取。
本实用新型提供一种集反压调控和体变测量于一体的不规则岩样压力室加压供水设备，为包含多组交叉裂隙的不规则岩样水力特征室内考察提供恒压差控式渗流条件。
本实用新型采取的技术方案是：
一种不规则岩样室内渗流加压供水设备，包括壳体、减速器、步进电机驱动器、主线路板变压器、主控制板、活塞缸、压力传感器、水位指示针、推进丝杆和导向杆；减速器、步进电机驱动器、主线路板变压器、主控制板、活塞缸、压力传感器、推进丝杆和导向杆均置于壳体内部；水位指示针设置于壳体正面外壁；
壳体背面外壁设置进水管端口和出水管端口；
活塞缸内置注水压力调节室，活塞位于注水压力调节室内，活塞轴通过减速器连接推进丝杆；注水压力调节室上部设置排气阀和三通阀，三通阀进口通过导管与壳体背面外壁的进水管端口连接，出口通过导管与壳体背面外壁的出水管端口连接；
推进丝杆通过导向杆连接水位指示针；
压力传感器输入端口连接注水压力调节室用于实时感应活塞缸内部水压值，输出端口则与主控制板相连；
步进电机驱动器与蜗轮蜗杆减速器连接用于驱动活塞缸内作为执行机构的活塞往复运动，主控制板与步进电机驱动器连接调控所设水压值，驱动器利用内置于壳体的电源对其供电；
壳体正面外壁设有操作面板，操作面板上设有与主控制板相连的体积显示窗、压力显示窗、电源指示灯、启动指示灯、出液指示灯、进液指示灯、启停按钮、出液停止按钮、进液停止按钮、恒压设定按钮、恒流量设定按钮、压力清零按钮、体变清零按钮和复位按钮。
采用本实用新型技术方案进行不规则岩样室内渗流测试时，壳体背面外壁进水管端口经三通阀、导管与渗流压力室出水端相连；壳体背面外壁出水管端口经三通阀、导管与渗流压力室进水端相连；测试时，水流在一定压力驱使下流经岩样内开口较小的裂隙时因粗糙起伏表面阻力影响而承受反作用力，根据测试目的调控该反作用力并记录相应渗流水流体变值而获取裂隙导水参数。本实用新型设备创新优势在于利用反压控制流经岩样裂隙的水压值，避免直接加压造成水头损失导致渗流压力值并非施加压力值的现象出现，有助量测客观数据进而捕获裂隙真实水力属性。
本实用新型技术方案中的主控制板、压力传感器均为现有技术中的常规产品。
本实用新型的改进，不规则岩样室内渗流加压供水设备还包括满水位限位开关和空水位限位开关；满水位限位开关和空水位限位开关均设置在壳体内分别用于限定推进丝杆的最大行程和最小行程。本技术方案中的满水位限位开关和空水位限位开关有效地保证了此设备的安全操作性能；同时满水位限位开关和空水位限位开关均为现有技术中的常规限位开关。
本实用新型的改进，减速器为蜗轮蜗杆减速器。此技术方案中设置的减速器有效地提高了输出转矩；同时蜗轮蜗杆减速器为现有技术中的常规产品。
本实用新型的改进，驱动器通过变压器连接活塞缸驱动缸内活塞往复运动。本技术方案中变压器的设置使得驱动器获得一个稳定的电压；同时变压器为现有技术中的常规产品。
本实用新型的改进，壳体侧壁上设置排风板。
本实用新型与现有技术相比：
1、体积小、功能全。本实用新型联合步进电机驱动技术和MCS单片机控制技术顺利实现反压调控和体变测量集成功效，以高精度、稳操控方式对试样施加稳定反压的同时记录渗流水流体变值，实时对应的稳态数据显著提升测试结果可信性及分析结论可靠度。
2、恒压差控稳、实时测量精。本实用新型利用步进电机驱动的蜗轮蜗杆减速器实现不规则岩样恒压差控渗流，经高灵敏度压力传感器实时反馈及主线路板变压器辅助修正达稳定调控、精确测量目标。
3、水量供给足、压力维持稳、适用范围广。本实用新型采用活塞缸内置注水压力调节室的方式提供高压渗流水流，大容量活塞缸与高灵敏调节室的有机结合为稳压水流的持续供给提供了充足保障，能满足大尺寸岩样测试时其较长渗流路径的水量需求，有效拓宽设备适用对象与应用范围。
4、避免水压损失、数据客观真实。本实用新型通过反压控制流经岩样交叉裂隙的水压值，避免直接加压造成水头损失导致渗流压力值并非施加压力值的现象出现，所获数据客观、计算结果真实。
附图说明
图1是本实用新型的外观立体图。
图2是本实用新型的内部结构简图。
图3是本实用新型的主视图。
图4是本实用新型进行渗流试验的布置图。
其中，1、壳体，2、控制器，3、活塞缸，5、水位指示针，6、导向杆，7、驱动器，8、注水压力室，9、减速器，10、操作面板，11、电源，12、变压器，13、渗流压力室，14、不规则岩样室内渗流加压供水设备，15、储水容器，16、体积显示窗，17、压力显示窗，18、启动指示灯，19、出液指示灯，20、进液指示灯，21、出液停止按钮，22、进液停止按钮，23、恒压设定按钮，24、恒流量设定按钮，25、压力清零按钮，26、体变清零按钮，27、复位按钮，28、启停按钮，29、1MPa按钮。
具体实施方式
为使本实用新型的内容更加明显易懂，以下结合附图1-4和具体实施方式做进一步的描述。
本实用新型的不规则岩样室内渗流加压供水设备包括壳体1、控制器2、活塞缸3、压力传感器、水位指示针5、推进丝杆6、导向杆和驱动器7；控制器、活塞缸、压力传感器、推进丝杆和驱动器均位于壳体内；水位指示针设置在壳体侧壁上；壳体侧壁上设置排风板，壳体背板上设置进水管端口和出水管端口；活塞缸内设置注水压力室8，活塞缸的活塞轴一端位于注水压力室内、另一端通过减速器9连接推进丝杆，此减速器为蜗轮蜗杆减速器；注水压力室的上部设置排气阀且注水压力室上设置三通阀，三通阀的进口通过导管连接壳体背板上的进水管端口，三通阀的出口通过导管连接壳体背板上的出水管端口；推进丝杆6通过导向杆连接水位指示针；压力传感器的输入连接活塞缸内的注水压力室用于实时的反应注水压力室的，输出连接控制器；驱动器连接减速器间接驱动活塞缸内活塞轴动作且驱动器连接控制器，
驱动器通过设置在壳体内的电源11和变压器12对其进行供电；壳体面板上设置操作面板10，操作面板上设置有与控制器相连的体积显示窗、压力显示窗、电源指示灯、启动指示灯、出液指示灯、进液指示灯、出液停止按钮、进液停止按钮、恒压设定按钮、恒流量设定按钮、压力清零按钮、体变清零按钮和复位按钮。
如图4所示，将渗流压力室13的入渗端通过进液管连接不规则岩样室内渗流加压供水设备14，出渗端通过出液管连接储水容器15，不规则岩样室内渗流加压供水设备14通过导管连接储水容器15后实现水流循环利用。待各部件连接完毕，启动不规则岩样室内渗流加压供水设备，水流在预设压力下沿岩样内连通裂隙网络持续渗流并饱和样品，调节不规则岩样室内渗流加压供水设备的控制面板设定渗流压力值，达稳流状态后记录压力、流量等数据，进一步改变渗流压力值，获取一组对应不同渗流压力的稳态测试数据。对渗流压力室2重复上述连接设备、启动设备、改变压力值、记录稳态数据等操作最终分别获取样品1、2多组高压稳态渗流测试数据。对所获数据展开计算分析，得到剪切与张拉两种性质裂隙的定量导水特征结果，经对比判识可得局部构造应力场作用下的控水裂隙组，有助于地质灾害防治和环境污染治理措施的有效针对实施。
本实施例中操作面板上设置的体积显示窗16，显示的是注水压力室8内水的体积变化测量值，显示单位：ml。压力显示窗17，显示的是反压力测量值与发压力设定值交替显示，显示单位：MPa。启动指示灯18，启动指示灯灯亮表示活塞缸中活塞作为执行机构对反压力的设定值进行控制；灯灭则表示活塞停止运动。出液指示灯19，出液指示灯灯亮表示活塞缸中活塞以4mm/min速率上升；灯灭则停止。进液指示灯20，进液指示灯灯亮表示活塞缸中活塞以4mm/min速率后退；灯灭则停止。出液停止按钮21，出液停止按钮在启动、进液灯亮、标志处于左限位或处于设定状态时按键失灵。反之出液灯亮时，按下则出液灯灭；出液灯灭时，按下则亮。进液停止按钮22，进液停止按钮在启动、出液灯亮、标志处于右限位或处于设定状态时按键失灵。反之进液灯亮时，按下则进液灯灭；进液灯灭时，按下则亮。恒压设定按钮23，恒压设定按钮在进液、出液或启动灯亮时按键失灵。反之按此键，蜂鸣一声，压力显示窗17显示前一次的反压力设定值，进入设定状态。恒流量设定按钮24，恒流量设定按钮在进液、出液或启动灯亮时按键失灵。反之按此键，蜂鸣一声，体积变化显示窗显示前一次的设定的恒流量，进入设定状态。压力清零按钮25，在启动、出液、进液灯灭或设定完毕时，按此键对显示的反压力清零，在反压力设定状态下按此键对0.1MPa位进行加1。体变清零按钮26，体变清零按钮在启动、出液、进液灯灭或设定完毕时，按此键对显示的体积变化清零；在反压力设定状态下，按此键对0.01MPa位进行加1。复位按钮27，复位按钮按下此键，回到初始状态。实时显示体变量000.0ml和反压力值或反压力设定值0.1MPa。启停按钮28，启停按钮在进液指示灯、出液指示灯亮或设定状态时按键失灵。反之启动灯亮时，按下则灭；启动灯灭时，按下则亮。
本实施例中操作面板上还设置1MPa按钮29，1MPa按钮21在启动、出液、进液灯灭或设定状态下，按此键对反压力的MPa位进行加1。
本实施例设备的工作说明如下：
1、试验前准备
a.将此控制器安放平稳，将主机放置在牢固的工作台上，用随机带的尼龙管将压力室反压力的两通阀与控制器后端的接头相连接。
b.接通电源，预热20分钟，用压力清零按钮25和体变清零按钮26对反压力显示值和体积变化显示值清零。
c.选择反压力设定值：按下恒压设定按钮23，反压力显示窗显示上次反压力设定值，按下1MPa、0.1MPa、0.01MPa键设定所需的反压力，再按一次恒压设定按钮23，即完成反压力设定。
d.此时可以从反压力显示窗直接读出反压力值读数。
2、试验
a.当土样需要施加反压力时，先将注水压力室8内注水，待注水压力室8中的水注满后，将注水压力室8上部的排气螺钉拧紧，然后，使用“孔压测量与轴向应变控制器”施加周围压力，使注水压力室8内保持设定的周围压力值。打开反压力三通阀，按启停按钮28，启动灯亮，此时活塞缸中的活塞作为执行机构对土样施以反压力，使土样内部保持设定的反压力。试验过程中，可以通过体积变化、反压力显示窗直接读出体变量和反压力值。
b.试验过程中，标志处于右位蜂鸣时，表示活塞缸中的水已全部排出，应该给活塞缸补水。方法如下：先转动反压力阀，使控制器与储水瓶相通(储水瓶中必须有水)，按进液停止按钮22，此时进液灯亮，活塞缸中的活塞向左移动，储水瓶中的水注向活塞缸，直至控制器中标志处于左位，蜂鸣不已，可按出液停止按钮21，使标志左移，当听不到蜂鸣声后，即按出液停止按钮21，停止出液，活塞缸中已注满水。转动周围压力阀，使控制器与土样相通，按启停按钮28，对土样施以反压力，使土样内保持设定的反压力值。
3、试验结束
a.当试验完毕，可按下启停按钮28，启动灯灭，按下进液停止按钮22，将反压力退回大气状态。再按下进液停止按钮22，进液灯灭。
b.活塞缸补水.
转动反压力阀，使控制器2与储水容器15相通(储水瓶中必须有水)，按下进液停止按钮22，活塞以4mm/min的速度后退，直至控制器中标志处于左位，蜂鸣不已，可按出液停止按钮21，使标志左移，当听不到蜂鸣声后，即按出液停止按钮21，停止出液。
c.试验结束，立即关掉控制器电源。
本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或采用现有技术加以实现。
Claims (5)
1.一种不规则岩样室内渗流加压供水设备，其特征在于，包括壳体、减速器、步进电机驱动器、主线路板变压器、主控制板、活塞缸、压力传感器、水位指示针、推进丝杆和导向杆；减速器、步进电机驱动器、主线路板变压器、主控制板、活塞缸、压力传感器、推进丝杆和导向杆均置于壳体内部；水位指示针设置于壳体正面外壁；
壳体背面外壁设置进水管端口和出水管端口；
活塞缸内置注水压力调节室，活塞位于注水压力调节室内，活塞轴通过减速器连接推进丝杆；注水压力调节室上部设置排气阀和三通阀，三通阀进口通过导管与壳体背面外壁的进水管端口连接，出口通过导管与壳体背面外壁的出水管端口连接；
推进丝杆通过导向杆连接水位指示针；
压力传感器输入端口连接注水压力调节室用于实时感应活塞缸内部水压值，输出端口则与主控制板相连；
步进电机驱动器与蜗轮蜗杆减速器连接用于驱动活塞缸内作为执行机构的活塞往复运动，主控制板与步进电机驱动器连接调控所设水压值，驱动器利用内置于壳体的电源对其供电；
壳体正面外壁设有操作面板，操作面板上设有与主控制板相连的体积显示窗、压力显示窗、电源指示灯、启动指示灯、出液指示灯、进液指示灯、启停按钮、出液停止按钮、进液停止按钮、恒压设定按钮、恒流量设定按钮、压力清零按钮、体变清零按钮和复位按钮。
2.如权利要求1所述的不规则岩样室内渗流加压供水设备，其特征在于，不规则岩样室内渗流加压供水设备还包括满水位限位开关和空水位限位开关；满水位限位开关和空水位限位开关均设置在壳体内分别用于限定推进丝杆的最大行程和最小行程。
3.如权利要求1所述的不规则岩样室内渗流加压供水设备，其特征在于，减速器为蜗轮蜗杆减速器。
4.如权利要求1所述的不规则岩样室内渗流加压供水设备，其特征在于，驱动器通过变压器连接活塞缸驱动缸内活塞往复运动。
5.如权利要求1所述的不规则岩样室内渗流加压供水设备，其特征在于，壳体侧壁上设置排风板。
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| Date | Code | Title | Description |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20170105 Address after: 611756 Chengdu high tech Zone West Park, Southwest Jiao Tong University, Sichuan Patentee after: Xi-nan Jiatoong Univ. Patentee after: Wuhan investigation and Design Co., Ltd. Patentee after: JIANGSU POWER TRANSMISSION & TRANSFORMATION CORPORATION Address before: 611756 College of Earth Science and environmental engineering,, Chengdu high tech park, Southwest Jiao Tong University Patentee before: Guo Liang |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20161207 Termination date: 20180706 |