CN206772773U - 一种基于中子照相平台研究岩石非饱和渗流的加载套筒 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例的目的在于提出一种基于中子照相平台研究岩石非饱和渗流的加载套筒，加载套筒固定在固定台上，旋转电机固定于固定台上并位于加载套筒上方，液体槽置于电动升降台上并位于加载套筒正下方，固定台固定于电动旋转台的旋转表面，电动升降台固定于电动旋转台的旋转表面并位于加载套筒正下方。加载套筒组成为旋转臂、转动螺纹、加压锤、套筒和承重底板，其中旋转臂贯穿于转动螺纹上方小孔，两侧伸出长度相等，加载锤焊接于转动螺纹下方并内置于加载套筒内部，承重底板中心为栅格孔，最终将岩心放置于承重底板中心，旋转电机的夹持臂夹持住加载套筒的旋转臂，旋转电机开启后夹持臂转动旋转臂带动转动螺纹前进，实现加载锤对岩心试样的加压，液体槽随电动升降台上升，直至液体透过加载套筒承重底板的栅格孔使受载岩心接触液面，达到中子射线谱仪可从正面照射，并做液体沿受载岩石渗吸的三维立体图像及数据记录、实时定量化研究流体在非饱和受载岩石渗吸过程中，饱和度随着入渗时间的空间演化过程的目的。

Description

一种基于中子照相平台研究岩石非饱和渗流的加载套筒

技术领域

本实用新型涉及多孔介质在加载状态下的非饱和渗流领域，尤其涉及基于中子照相平台研究岩石非饱和渗流的加载套筒，具体是一种运用中子扫描成像技术研究岩石受载过程中非饱和渗流状态的加载套筒。

背景技术

NR(Neutron Radiography)即中子射线照相技术，作为一种先进的无损检测技术，在工业生产中应用越来越广泛。在做检测或实验研究时需要选择合适的中子源，目前可选用的中子源主要有核反应堆中子源、含有大型加速装置的中子源、小放射性或有加速装置的中子源。根据中子源的不同，可产生快中子、慢中子、伽马等射线，对中子散射和成像仪器的设计及其性能有直接的影响。该技术的基本原理是：发射中子射线束对被测工件进行扫描，探测器阵列测定透过工件的射线束强度，并转换成电信号，数据采集系统对电信号经过一系列处理后，获取与扫描透射射线强度成比例的数字化像素阵列数据，最后经由图像重建系统成像。

目前，利用中子照相技术研究岩石非饱和渗流大多为无加载状态下岩石自发渗吸，部分研究将岩石工件进行加载处理后再进行扫描，且无法对工件进行多角度扫描，从而生成图像多为二维图像。鲜有研究在原位加载条件下进行，并对工件进行多角度扫描，实时定量化研究流体在非饱和受载岩石渗吸过程中，饱和度随着入渗时间的空间演化过程。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的在于提出基于中子照相平台研究岩石非饱和渗流的加载套筒，加载套筒固定在固定台上，旋转电机固定于固定台上并位于加载套筒上方，液体槽置于电动升降台上并位于加载套筒正下方，固定台固定于电动旋转台的旋转表面，电动升降台固定于电动旋转台的旋转表面并位于加载套筒正下方。加载套筒组成为旋转臂、转动螺纹、加压锤、套筒和承重底板，其中旋转臂贯穿于转动螺纹上方小孔，两侧伸出长度相等，加载锤焊接于转动螺纹下方并内置于加载套筒内部，承重底板中心为栅格孔，最终将岩心放置于承重底板中心，旋转电机的夹持臂夹持住加载套筒的旋转臂，旋转电机开启后夹持臂转动旋转臂带动转动螺纹前进，实现加载锤对岩心试样的加压，液体槽随电动升降台上升，直至液体透过加载套筒承重底板的栅格孔使受载岩心接触液面，达到中子射线谱仪可从正面照射，并做液体沿受载岩石渗吸的三维立体图像及数据记录、实时定量化研究流体在非饱和受载岩石渗吸过程中，饱和度随着入渗时间的空间演化过程的目的。为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

基于中子照相平台研究岩石非饱和渗流的加载套筒，包括：

旋转电机、加载套筒、固定台、液体槽、电动升降台和电动旋转台，所述加载套筒固定在固定台上，所述旋转电机固定于固定台上并位于加载套筒上方，所述液体槽置于电动升降台上并位于加载套筒正下方，所述固定台固定于电动旋转台的旋转表面，所述电动升降台固定于电动旋转台的旋转表面并位于加载套筒正下方。所述加载套筒组成为旋转臂、转动螺纹、加压锤、套筒和承重底板，其中旋转臂贯穿于转动螺纹上方小孔，两侧伸出长度相等，加载锤焊接于转动螺纹下方并内置于加载套筒内部，承重底板中心为栅格孔；所述旋转电机的夹持臂夹持住加载套筒的旋转臂。

优选地，所述加载套筒为铝合金材质做成，旋转臂贯穿于转动螺纹上方小孔，两侧伸出长度相等，承重底板中心为栅格孔，栅格孔能使液体顺利流过；

优选地，所述旋转电机的夹持臂长度可随所述加载套筒组成中转动螺纹的前进和后退发生变化，两侧夹持臂的夹持孔在夹持臂伸缩过程中保持同一水平；

优选地，所述液体槽中加的液体能保证当所述液体槽随所述电动升降台上升至固定台的下表面时，液体通过所述加载套筒中承重底板的栅格孔与岩心下表面接触；

优选地，所述电动升降台的升降速度在上升或下降过程中可以远程调控，及时调整使升降过程中液体槽中的水平面保持稳定；

优选地，所述电动旋转台的旋转速度可以远程调控，及时调整使旋转过程中液体槽中的水平面保持稳定且上部实验装置的运行不受旋转的影响。

与相关装置相比，本实用新型具有如下优点：

本实用新型述及的基于中子照相实验台研究受载岩石非饱和渗流的加载套筒，具有加卸载系统、原位系统、渗流系统、液面平衡系统和转动平衡系统，设计合理，安装简单，解决了如何基于中子照相平台研究多孔介质在加载状态下的非饱和渗流问题，实现了三维多角度观测；所述加载套筒为铝合金材质做成，中子射线对铝合金材质穿透力强，但可以敏锐地捕捉到流体中的氢原子，实时定量化研究流体在加载状态下的非饱和岩石渗吸过程中，饱和度随着入渗时间的空间演化过程；中子射线可以敏锐地捕捉到流体中的氢原子，故本实用新型也可用于研究其它富含氢元素的流体；所选用的旋转电机、电动升降台和电动旋转台可以实现远程操控，规避了射线照射过程中人直接操作的风险；加载套筒中的承重底板可以保证岩心在加载过程中保持原位状态，承重底板的栅格孔又能使岩心在加载过程中进行渗流；电动旋转台可以实现中子射线的多角度照射与观测，得到三维立体的实验数据与图像记录；整体装置操作过程简单，平台搭设小巧方便。

附图说明

图1为本实用新型实施例的基于中子照相实验台研究受载岩石非饱和渗流的加载套筒的立体结构示意图；

图2为本实用新型实施例的平面结构示意图；

图3为本实用新型实施例的旋转电机的上部立体结构示意图；

图4为本实用新型实施例的旋转电机的下部立体结构示意图；

图5为本实用新型实施例的旋转电机组成中的夹持臂的平面结构示意图；

图6为本实用新型实施例的加载套筒的闭合立体结构示意图；

图7为本实用新型实施例的加载套筒的打开立体结构示意图；

图中：1—旋转电机；2—加载套筒；3—固定台；4—液体槽；5—电动升降台；6—电动旋转台；7—电子控制显示屏；8—夹持臂；9—旋转臂；10—转动螺纹；11—承重底板；12—栅格孔。

具体实施方式

下面对本实用新型做进一步描述，但本实用新型的保护范围并不局限于以下所描述具体实施方式的范围：

结合图1、图4、图6所示，基于中子照相平台研究岩石非饱和渗流的加载套筒，所述加载套筒2固定在固定台3上；所述旋转电机1固定于固定台3上并位于加载套筒2上方；所述液体槽4置于电动升降台5上并位于加载套筒2正下方；所述固定台3固定于电动旋转台6的旋转表面；所述电动升降台5固定于电动旋转台6的旋转表面并位于加载套筒2正下方；所述旋转电机1底部为旋转盘，旋转盘两侧安装有夹持臂8；所述加载套筒2组成为旋转臂9、转动螺纹10、加压锤、套筒和承重底板11，其中旋转臂9贯穿于转动螺纹10上方小孔，两侧伸出长度相等，加载锤焊接于转动螺纹10下方并内置于加载套筒2内部，承重底板11中心为栅格孔12。

结合图2、图3、图5、图7所示，组装完毕本实用新型后，先打开加载套筒2底部的承重底板11，将岩心试样放置于栅格孔12中心位置，再将托有岩心试样的承重底板11装回加载套筒2，再在液体槽4中加满液体，人员撤至安全试验区域，远程控制旋转电机1、电动升降台5、电动旋转台6和中子射线成像谱仪进行实验。首先开启中子成像谱仪实时观测岩心，远程控制旋转电机1的电子控制显示屏7，使旋转电机1底部的夹持臂8随旋转盘转动，带动所夹持的旋转臂9转动，旋转螺纹10前进，加载锤接触岩心试样并随旋转螺纹10的继续推进对岩心试样进行加载，同时加载锤中内置的压力传感器对所施加压力进行实时记录；控 制电动升降台5带动液体槽4上升，当上升至液面刚好透过栅格孔12接触到岩心试样时，电动升降台5制动；控制电动旋转台6转动，使岩心试样在加载过程中渗流的过程能被中子照相平台从多角度观测。通过中子成像谱仪进行岩石加载过程中渗吸的图像及相关记录、实时定量化研究多孔介质在加载状态下的非饱和渗吸过程中，饱和度随着入渗时间的空间演化过程直至实验结束。

本实用新型最终利用旋转电机的夹持臂夹持住加载套筒的旋转臂，旋转电机开启后夹持臂转动旋转臂带动转动螺纹前进，实现加载锤对岩心试样的加压，液体槽随电动升降台上升，直至液体透过加载套筒承重底板的栅格孔使受载岩心接触液面，达到中子射线谱仪可从正面照射，并做液体沿受载岩石渗吸的三维立体图像及数据记录、实时定量化研究流体在非饱和受载岩石渗吸过程中，饱和度随着入渗时间的空间演化过程的目的。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。为本实用新型的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (6)

1.一种基于中子照相平台研究岩石非饱和渗流的加载套筒，其特征在于：所述基于中子照相平台研究岩石非饱和渗流的加载套筒包括：

旋转电机、加载套筒、固定台、液体槽、电动升降台和电动旋转台，所述加载套筒固定在固定台上，所述旋转电机固定于固定台上并位于加载套筒上方，所述液体槽置于电动升降台上并位于加载套筒正下方，所述固定台固定于电动旋转台的旋转表面，所述电动升降台固定于电动旋转台的旋转表面并位于加载套筒正下方。

2.根据权利要求1所述的基于中子照相平台研究岩石非饱和渗流的加载套筒，其特征在于：所述加载套筒为铝合金材质做成，所述加载套筒组成为旋转臂、转动螺纹、加压锤、套筒和承重底板，其中旋转臂贯穿于转动螺纹上方小孔，两侧伸出长度相等，加载锤焊接于转动螺纹下方并内置于加载套筒内部，通过转动旋转臂带动转动螺纹的前进和后退，实现加载锤对岩心试样的加压和卸载，加载锤中内置压力传感器，可以实时监测与记录加载锤对岩心试样施加的压力；承重底板中心为栅格孔，栅格孔能使液体顺利流过。

3.根据权利要求1所述的基于中子照相平台研究岩石非饱和渗流的加载套筒，其特征在于：所述旋转电机顶部为电子控制显示屏，底部为旋转盘，旋转盘两侧安装有夹持臂，夹持臂长度可随所述加载套筒组成中转动螺纹的前进和后退发生变化，两侧夹持臂的夹持孔在夹持臂伸缩过程中保持同一水平；所述旋转电机内置距离传感器，可以实时监测与记录夹持臂长度的变化，即加载锤的行程变化。

4.根据权利要求1所述的基于中子照相平台研究岩石非饱和渗流的加载套筒，其特征在于：所述液体槽中加的液体能保证当所述液体槽随所述电动升降台上升至固定台的下表面时，液体通过所述加载套筒中承重底板的栅格孔与岩心下表面接触。

5.根据权利要求1所述的基于中子照相平台研究岩石非饱和渗流的加载套筒，其特征在于：所述电动升降台的升降速度可以保证在上升或下降的过程中液体槽中的水平面保持稳定。

6.根据权利要求1所述的基于中子照相平台研究岩石非饱和渗流的加载套筒，其特征在于：所述电动旋转台的旋转速度可以保证在旋转过程中液体槽中的水平面保持稳定且上部实验装置的运行不受旋转的影响。