CN220063761U - 一种适配有围压参与情况下的气密性实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种适配有围压参与情况下的气密性实验装置，包括围压舱、GDS压力‑体积控制器、薄膜试样组件、压力水箱、供气单元及气体回收仓。工作时，首先通过压力水箱对安装在围压舱内的薄膜试样组件进行供水，完成饱和试样制作；其次，通过对GDS压力‑体积控制器的控制，可实现围压舱内不同围压实验环境的设定；供气单元供出的气体流经第一压力表通入所述薄膜试样组件内，气体在饱和试样中完成渗透过程后，经第二压力表进入气体回收仓内，完成试样在围压环境下气密性实验过程。本实用新型实验装置实现了饱和、通气一体化的模拟调控；能模拟在不同围压和气压梯度变化的环境下，对试样进行的渗气性能监测及最终发生渗气破坏压力的测试。

Description

一种适配有围压参与情况下的气密性实验装置

技术领域

本实用新型涉及土力学试件测试设备技术领域，尤其涉及一种适配有围压参与情况下的气密性实验装置。

背景技术

在地下工程、水利水电工程、安全工程等领域，诸多工程问题均属于流固耦合问题，涉及流体（气体或液体）与岩体间的相互作用，如隧道涌水突水、盐岩储气库流体运移、水电站地下结构失稳、煤与瓦斯突出等。物理模型试验可以模拟岩体在工程状态下的情况，是该问题的有效研究手段。

揭示特殊土料和土力学试件气体封闭性能的机理，为解决洞室改造中遇到的气密困难、材料昂贵、施工工艺复杂等问题，保证地下储气库安全运行提供理论支撑和技术支持。应力状态发生改变时，样品将发生变形。传统土力学实验中常采用围压室中加压介质的体积变化作为测量体积变形的依据，但在灵活约束条件下，采用应变片测定等常规方法测定试样体积变形情况在复杂应力状态下不够精确的。而当试验方案中涉及围压状态的实时变化，这将导致围压室内出现难以精确测量的应变差异，若采用传统土力学中体积变形的测量方法，介质受气压产生的体积膨胀难以精确计算，可能会导致更大的测量误差。现有实验装置主要聚焦于液固耦合相似材料的研发。由于水的动力黏度高于气体，这些现有装置适用的实验环境渗透率很高，不适用于渗透率极低的气固耦合模型试验。此外，由于气体密封以及气体流通路径难以控制，对设备密封性和精度要求也相对较高。

实用新型内容

本实用新型目的是提供一种适配可调控围压情况下的气密性实验装置，能实现了饱和通气一体化的模拟调控，模拟不同围压环境和气压梯度变化，在此环境下对试样进行的渗气性能监测，至最终发生的渗气破坏压力的测试。为了实现上述的技术特征，本实用新型的目的是这样实现的：

一种适配有围压参与情况下的气密性实验装置，所述装置包括围压舱、GDS 压力-体积控制器、薄膜试样组件、压力水箱、供气单元及气体回收仓；

所述围压舱包括舱罩，所述舱罩套设在密封板上的安装台阶上；所述密封板的底部通过管道连接所述GDS 压力-体积控制器，所述GDS 压力-体积控制器为所述围压舱提供可控围压环境，所述舱罩顶部设有与大气相通的排气管道；

所述密封板的顶部通过可拆卸方式安装有薄膜试样组件，所述薄膜试样组件包括定位座和薄膜试管；所述定位座通过可拆卸方式安装在所述围压舱的密封板上，所述定位座上安置有第一透水石，所述第一透水石的顶部设有第一过滤纸，所述第一过滤纸的顶部安置有试样，所述试样的顶部设有第二过滤纸，所述第二过滤纸的顶部安置有第二透水石，所述第二透水石的顶部安装有定位盘；所述薄膜试管的下端通过第一卡箍固定在所述定位座的第一凸台上，所述薄膜试管的上端通过第二卡箍固定在所述定位盘的第二凸台上，所述第一卡箍和所述第二卡箍起到紧固密封作用；

所述薄膜试样组件通过底部设有的管道与压力水箱及供气单元连接；所述压力水箱为试样供水；所述供气单元的供气管道上设有第一压力表，所述气体回收仓（6）的进气管道上设有第二压力表。

所述供气单元包括压力气泵；所述压力气泵与所述第一压力表之间设有缓冲容器，所述缓冲容器对所述压力气泵供出气体进行压力调控，用以保证进入所述薄膜试样组件内的气压平衡稳定。

所述舱罩与所述安装台阶之间设有第一密封件。

所述薄膜试管的材质为橡胶。

所述装置包括底座，所述底座的顶部设有工作台，所述围压舱的顶部设有上压板，所述上压板与所述工作台通过紧固件连接。

所述装置还包括安装在高度调整支架上的压力传感器，所述压力传感器通过螺母与压头一端连接，所述压头与固设在所述上压板顶部的定位套构成滑动配合；所述压头的另一端置入所述围压舱内并与所述定位盘的顶部接触，所述压头的轴线垂直于所述定位盘的顶部平面。

所述压头与舱罩之间设有第二密封件。

本实用新型提供的设备包括围压舱、GDS 压力-体积控制器、薄膜试样组件、压力水箱、供气单元及气体回收仓。工作时，首先通过压力水箱对安装在围压舱内的薄膜试样组件进行供水，完成饱和试样制作；其次，通过对GDS 压力-体积控制器的控制，可实现围压舱内不同围压实验环境的设定；供气单元供出的气体流经第一压力表通入所述薄膜试样组件内，气体在饱和试样中完成渗透过程后，经第二压力表进入气体回收仓内，完成了试样在围压环境下气密性实验过程。本实用新型实验装置能实现了饱和、通气一体化的模拟调控；能模拟在不同围压和气压梯度变化的环境下，对试样进行的渗气性能监测及最终发生渗气破坏压力的测试。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1 为本实用新型的结构示意图。

图2 为本实用新型的图1中M局部放大图。

图3为本实用新型的图1中N局部放大图。

图4 为本实用新型的薄膜试样组件结构示意图。

图5为本实用新型的密封板结构示意图。

图中：围压舱1、GDS 压力-体积控制器2、薄膜试样组件3、压力水箱4、供气单元5、气体回收仓6、底座7、高度调整支架8、压力传感器9、密封板11、舱罩12、排气管道13、定位座31、第一透水石32、第一过滤纸33、试样34、第二过滤纸35、第二透水石36、定位盘37、薄膜试管38、第一压力表51、压力气泵52、缓冲容器53、第三压力表54、第二压力表61、工作台71、上压板72、紧固件73、螺母91、压头92、定位套93、安装台阶111、第一密封件112、第二密封件113、第一凸台311、第二凸台371、第一卡箍391、第二卡箍392。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式做进一步的说明。

参见图1-5，一种适配有围压参与情况下的气密性实验装置，所述装置包括围压舱1、GDS 压力-体积控制器2、薄膜试样组件3、压力水箱4、供气单元5及气体回收仓6；所述围压舱1包括舱罩12，所述舱罩12套设在密封板11上的安装台阶111上；所述密封板11的底部通过管道连接所述GDS 压力-体积控制器2，所述GDS 压力-体积控制器2为所述围压舱1提供可控围压环境，所述舱罩12顶部设有与大气相通的排气管道13；所述密封板11的顶部通过可拆卸方式安装有薄膜试样组件3，所述薄膜试样组件3包括定位座31和薄膜试管38；所述定位座31通过可拆卸方式安装在所述围压舱1的密封板11上，所述定位座31上安置有第一透水石32，所述第一透水石32的顶部设有第一过滤纸33，所述第一过滤纸33的顶部安置有试样34，所述试样34的顶部设有第二过滤纸35，所述第二过滤纸35的顶部安置有第二透水石36，所述第二透水石36的顶部安装有定位盘37；所述薄膜试管38的下端通过第一卡箍391固定在所述定位座31的第一凸台311上，所述薄膜试管38的上端通过第二卡箍392固定在所述定位盘37的第二凸台371上，所述第一卡箍391和所述第二卡箍392起到紧固密封作用；

所述薄膜试样组件3通过底部设有的管道与压力水箱4及供气单元5连接；所述压力水箱4为试样34供水；所述供气单元5的供气管道上设有第一压力表51，所述气体回收仓6的进气管道上设有第二压力表。

本实用新型提供的设备包括围压舱1、GDS 压力-体积控制器2、薄膜试样组件3、压力水箱4、供气单元5及气体回收仓6。工作时，首先通过压力水箱4对安装在围压舱1内的薄膜试样组件3进行供水，完成饱和试样制作；其次，通过对GDS 压力-体积控制器2的控制，可实现围压舱1内不同围压实验环境的设定；供气单元5供出的气体流经第一压力表51通入所述薄膜试样组件3内，气体在饱和试样中完成渗透过程后，经第二压力表进入气体回收仓内6，完成试样在围压环境下气密性实验过程。由此可见，本实用新型实验装置能实现了饱和、通气一体化的模拟调控；能模拟在不同围压和气压梯度变化的环境下，对试样进行的渗气性能监测及最终发生渗气破坏压力的测试。

进一步的，所述供气单元5包括压力气泵52；所述压力气泵52与所述第一压力表51之间设有缓冲容器53，所述缓冲容器53对所述压力气泵52供出气体进行压力调控，用以保证进入所述薄膜试样组件3内的气压平衡稳定。

进一步的，所述舱罩12与所述安装台阶111之间设有密封件112，用以保证围压舱1的气密性。

进一步的，所述薄膜试管38的材质为橡胶。

进一步的，所述装置包括底座7，所述底座7的顶部设有工作台71，所述围压舱1的顶部设有上压板72，所述上压板72与所述工作台71通过紧固件73连接；使得围压舱1稳定可靠的固定在工作台71上。

进一步的，所述装置还包括安装在高度调整支架8上的压力传感器9，所述压力传感器9通过螺母91与压头92一端连接，所述压头92与固设在所述上压板72顶部的定位套93构成滑动配合；所述压头92的另一端置入所述围压舱1内并与所述定位盘37的顶部接触，所述压头92的轴线垂直于所述定位盘37的顶部平面。通过对高度调整支架8进行高度调整，可以实现压头92底端在围压舱1内的位置控制，所述压力传感器9用于对试样34的应力场进行研究。

进一步的，所述压头92与舱罩12之间设有第二密封件113。

下面对本实用新型提供的实验装置的工作步骤及过程作进一步说明：

步骤1、关闭阀门602、阀门604，开启阀门603、阀门605；实现压力水箱4与薄膜试样组件3之间的管道d、管道c的连通。启动压力水箱4，对薄膜试样组件3中的试样34进行通水饱和，完成饱和试样的制作，关闭压力水箱4、停止供水。

步骤2、关闭阀门603、开启阀门604，排出管道d中残留水；排水完毕后关闭阀门605。

步骤3、调控高度调整支架8，使得压头92下端面与定位盘37的顶部接触，开启压力传感器9。

步骤4、开启阀门608，启动GDS 压力-体积控制器2，由GDS 压力-体积控制器2开始向围压舱1内注水，舱内空气通过排气口13排出。待空气排尽后，关闭阀门608，调节GDS 压力-体积控制器2对围压舱1中围压进行设定。

步骤5、关闭阀门604、阀门603，开启阀门601、阀门602、阀门605、阀门606、阀门607；实现缓冲容器53与薄膜试样组件3之间的管道d、管道b的连通，气体回收仓6与薄膜试样组件3连通。调节缓冲容器53完成压力设定，向薄膜试样组件3供气；所供气体通过第一压力表51后经第一透水石32、第一过滤纸33、试样34、第二过滤纸35、第二透水石36，最后经过第二压力表61流至气体回收仓6内。

Claims (7)

1.一种适配有围压参与情况下的气密性实验装置，其特征在于：所述装置包括围压舱（1）、GDS 压力-体积控制器（2）、薄膜试样组件（3）、压力水箱（4）、供气单元（5）及气体回收仓（6）；

所述围压舱（1）包括舱罩（12），所述舱罩（12）套设在密封板（11）上的安装台阶（111）上；所述密封板（11）的底部通过管道连接所述GDS 压力-体积控制器（2），所述GDS 压力-体积控制器（2）为所述围压舱（1）提供可控围压环境，所述舱罩（12）顶部设有与大气相通的排气管道（13）；

所述密封板（11）的顶部通过可拆卸方式安装有薄膜试样组件（3），所述薄膜试样组件（3）包括定位座（31）和薄膜试管（38）；所述定位座（31）通过可拆卸方式安装在所述围压舱（1）的密封板（11）上，所述定位座（31）上安置有第一透水石（32），所述第一透水石（32）的顶部设有第一过滤纸（33），所述第一过滤纸（33）的顶部安置有试样（34），所述试样（34）的顶部设有第二过滤纸（35），所述第二过滤纸（35）的顶部安置有第二透水石（36），所述第二透水石（36）的顶部安装有定位盘（37）；所述薄膜试管（38）的下端通过第一卡箍（391）固定在所述定位座（31）的第一凸台（311）上，所述薄膜试管（38）的上端通过第二卡箍（392）固定在所述定位盘（37）的第二凸台（371）上，所述第一卡箍（391）和所述第二卡箍（392）起到紧固密封作用；

所述薄膜试样组件（3）通过底部设有的管道与压力水箱（4）及供气单元（5）连接，所述供气单元（5）对外供气管道上设有第一压力表（51）；所述薄膜试样组件（3）通过顶部设有的气管与气体回收仓（6）连接，连接所述气体回收仓（6）和所述薄膜试样组件（3）的气管上设有第二压力表（61）。

2.根据权利要求1所述的一种适配有围压参与情况下的气密性实验装置，其特征在于：所述供气单元（5）包括压力气泵（52）；所述压力气泵（52）与所述第一压力表（51）之间设有缓冲容器（53），所述缓冲容器（53）对所述压力气泵（52）供出气体进行压力调控，用以保证进入所述薄膜试样组件（3）内的气压平衡稳定。

3.根据权利要求1所述的一种适配有围压参与情况下的气密性实验装置，其特征在于：所述舱罩（12）与所述安装台阶（111）之间设有第一密封件（112）。

4.根据权利要求1所述的一种适配有围压参与情况下的气密性实验装置，其特征在于：所述薄膜试管（38）的材质为橡胶。

5.根据权利要求1所述的一种适配有围压参与情况下的气密性实验装置，其特征在于：所述装置包括底座（7），所述底座（7）的顶部设有工作台（71），所述围压舱（1）的顶部设有上压板（72），所述上压板（72）与所述工作台（71）通过紧固件（73）连接。

6.根据权利要求5所述的一种适配有围压参与情况下的气密性实验装置，其特征在于：所述装置还包括安装在高度调整支架（8）上的压力传感器（9），所述压力传感器（9）通过螺母（91）与压头（92）一端连接，所述压头（92）与固设在所述上压板（72）顶部的定位套（93）构成滑动配合；所述压头（92）的另一端置入所述围压舱（1）内并与所述定位盘（37）的顶部接触,所述压头（92）的轴线垂直于所述定位盘（37）的顶部平面。

7.根据权利要求6所述的一种适配有围压参与情况下的气密性实验装置，其特征在于：所述压头（92）与舱罩（12）之间设有第二密封件（113）。