專利名稱：用于氣體試驗的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于氣體壓力和流量測試領域，特別涉及一種用于煤巖瓦斯壓力下的滲透模擬測試和天然氣儲氣庫內壓力變化模擬測試的裝置。
背景技術：
地下埋藏的煤炭中通常含有瓦斯氣體，并具有一定壓力，在煤炭開采過程中對煤巖體的擾動，會造成煤巖體內部出現裂紋及發生破壞，當煤炭中的瓦斯氣體沿煤巖體裂隙通道在一定空間內聚集的壓力和濃度達到一定量值時，則會導致瓦斯突出及瓦斯爆炸等災害事故。因此，如何通過試驗掌握在煤炭地下開采過程中高瓦斯壓力對煤巖體的力學行為影響，以及開采擾動造成的煤巖體破壞對瓦斯在煤巖體中滲透性的影響，不僅對于如何有效預防災害事故的發生研究尤為重要，也更是當今試驗測試中需解決的難題。此外，地下天然氣儲氣庫的運營過程中，溶腔內壓呈周期性的高壓和低壓循環，會導致溶腔圍巖出現疲勞損傷，如何通過試驗對溶腔在內壓周期性變化過程中的疲勞特性進行模擬試驗，以及在實驗室對天然氣開采過程中裂紋形成過程和分布特征進行模擬和研究，目前也還缺乏可以進行有效測試的相關設備。
發明內容本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，提供一種用于氣體試驗的裝置，所述裝置可在瓦斯滲透模擬試驗和溶腔內壓模擬試驗中應用。本實用新型所述用于氣體試驗的裝置，包括氣源、真空泵、第一流量計、第二流量計、第一壓力表、第二壓力表、第一氣體儲存器、第二氣體儲存器、數據處理器、第一氣體輸出管和第二氣體輸出管；所述所述第一壓力表通過管件分別與第一流量計和三軸壓力試驗機中的三軸壓力室的第二管路連接，所述第二壓力表通過管件分別與三軸壓力試驗機中的三軸壓力室的第一管路和第二流量計連接，第二流量計還與總排氣管連接，在總排氣管上設置有第三減壓閥；第一流量計與第一壓力表之間的管件上設置有第一截止閥，第一壓力表與三軸壓力室之間的管件上設置有第二截止閥，三軸壓力室與第二壓力表之間的管件上設置有第三截止閥，第二壓力表與第二流量計之間的管件上設置有第四截止閥，第二截止閥與三軸壓力室之間的管件上連接有第一檢驗管，所述第一檢驗管上設置有第五截止閥，三軸壓力室與第三截止閥之間的管件上連接有第二檢驗管，所述第二檢驗管上設置有第六截止閥；所述氣源通過第一氣體輸出管分別與真空泵和第一流量計連接，真空泵與第一氣體輸出管的連接位點在第一流量計與第一氣體輸出管的連接位點之下，在第一氣體輸出管的靠近氣源端設置有第一減壓閥；所述氣源通過第二氣體輸出管與總排氣管連接，連接位點在第二流量計和第三減壓閥之間，在第二氣體輸出管的靠近氣源端設置有第二減壓閥；所述第一氣體儲存器通過管件與第一氣體輸出管連接，連接位點在第一減壓閥和第一流量計與第一氣體輸出管的連接位點之間，在連接第一氣體儲存器的管件上設置有第七截止閥；所述第二氣體儲存器通過管件與第二氣體輸出管連接，連接位點在第二減壓閥的氣體輸出端一側，在連接第二氣體儲存器的管件上設置有第八截止閥；所述數據處理器的接口分別與第一流量計、第二流量計、第一壓力表、第二壓力表連接，將接收到的氣體流量和氣體壓力電信號進行處理后予以顯示和儲存。本實用新型所述用于氣體試驗的裝置，其數據處理器為計算機或單片機。本實用新型所述用于氣體試驗的裝置，可在瓦斯滲透模擬試驗和溶腔內壓模擬試驗中應用，在進行瓦斯滲透模擬試驗和溶腔內壓模擬試驗時，需要三軸壓力試驗機配合。本實用新型所述用于氣體試驗的裝置可在瓦斯滲透模擬試驗中應用，也可在溶腔內壓模擬試驗中應用。本實用新型所述用于氣體試驗的裝置中涉及的第一氣體儲存器、第二氣體儲存器、第一流量計、第二流量計、第一壓力表、第二壓力表均有市售商品，可通過市場購買。本實用新型具有以下有益效果:1、本實用新型為瓦斯壓力模擬測試和天然氣儲氣庫內壓力變化模擬測試提供了一種新的測試裝置。2、本實用新型所述裝置既可用于瓦斯壓力模擬測試，又可用于天然氣儲氣庫內壓力變化模擬測試，且操作方便。3、由于本實用新型所述裝置設置有第一檢驗管和第二檢驗管，因而便于發現模擬測試中施加圍壓壓力造成的試件保護膜局部失效問題，有利于流量計的保護。4、本實用新型所述裝置還可以拓展應用到巖石在高壓、低下氣體循環變化下致使巖石中形成裂隙網絡的壓裂模擬研究。
圖1是本實用新型所述用于氣體試驗的裝置的結構示意圖；圖2是三軸壓力試驗機中的三軸壓力室的結構示意圖及試件安裝和管路布置示意圖；圖3是溶腔內壓模擬試驗所用試件的示意圖。圖中，I一氣源、2—真空栗、3—第一流量計、4一第一壓力表、5—第二壓力表、6—第二流量計、7—數據處理器、8—第一氣體儲存器、9 一第二氣體儲存器、10—三軸壓力室、11—第二減壓閥、12—第一減壓閥、13—第七截止閥、14 一第八截止閥、15—第一截止閥、16—第二截止閥、17—第五截止閥、18一第六截止閥、19一第二截止閥、20—第四截止閥、21一第三減壓閥、22—第二氣體輸出管、23—第一氣體輸出管、24—總排氣管、25—第一檢驗管、26—第二檢驗管、27—加載立柱、28—三軸壓力室外殼、29—上部加載壓頭、30—保護膠膜、31—瓦斯滲透模擬試件、32—下部加載壓頭、33—圍壓管路、34—三軸壓力室底座、35—第一管路、36—第二管路、37—溶腔內壓模擬試件、38—腔內壓模擬試件中心孔。
具體實施方式
下面通過實施例并結合附圖對本實用新型所述用于氣體試驗的裝置的結構和使用作進一步說明。實施例1本實施例中，用于氣體試驗的裝置的結構如圖1所示，包括氣源1、真空泵2、第一流量計3、第二流量計6、第一壓力表4、第二壓力表5、第一氣體儲存器8、第二氣體儲存器
9、數據處理器7、第一氣體輸出管23、第二氣體輸出管22、第一減壓閥、第二減壓閥11、第三減壓閥21、第一截止閥15、第二截止閥16、第三截止閥19、第四截止閥20、第五截止閥17、第六截止閥18、第七截止閥13、第八截止閥14、第一檢驗管25、第二檢驗管26和總排氣管24;上述各器件、管件、減壓閥、截止閥以及數據處理器、真空泵的安裝方式和連接關系如圖1所示。所述氣源3為供氣瓶，其初始壓力為12MPa ;所述數據處理器7為計算機，安裝有將接收到的氣體流量和氣體壓力電信號進行處理后予以顯示和儲存的軟件。本實施例所述用于氣體試驗的裝置，其配套使用的三軸壓力試驗機型號為MTS815(美國MTS公司生產)。實施例2本實施例使用實施例1所述用于氣體試驗的裝置與型號為MTS815的三軸壓力試驗機進行瓦斯滲透模擬試驗，操作如下:1、準備階段的操作①將包裹有保護膠膜30的瓦斯滲透模擬試件31安裝在三軸壓力試驗機的三軸壓力室10的試樣臺上(如圖2所示)，將三軸壓力試驗機中的三軸壓力室的第二管路36通過管件與實施例1所述裝置的第一壓力表4連接，將三軸壓力試驗機中的三軸壓力室的第一管路35通過管件與實施例1所述裝置的第二壓力表5連接(如圖1、圖2所示)，然后對瓦斯滲透模擬試件31施加圍壓壓力；②在對瓦斯滲透模擬試件31施加圍壓壓力的過程中，使第一截止閥15、第四截止閥20、第五截止閥17、第六截止閥18處于關閉狀態，第二截止閥16、第三截止閥19處于開啟狀態，觀察第一壓力表4和第二壓力表5是否壓力增加，若壓力增加，則表明被測試件保護膠膜可能破損，此時需打開第五截止閥17、第六截止閥18，看是否有圍壓液體排出，若無圍壓液體排出，則表明被測試件保護膠膜完好，若有圍壓液體排出，則表明被測試件保護膠膜破損，若被測試件保護膠膜破損，需更換被測試件；③待三軸壓力試驗機的三軸壓力室10中的圍壓壓力加載至目標圍壓后，使實施例I所述裝置中的氣源1、第三減壓閥21、第五截止閥17、第六截止閥18處于關閉狀態，其它所有截止閥和減壓閥均處于開啟狀態，然后啟動真空泵2對管路、各氣體儲存器和被測試件抽真空，使壓力降至0.08、.1 MPa，抽真空完成后關閉真空泵2和所有已開啟的截止閥與減壓閥；2、瓦斯滲透模擬試驗階段的操作①當采用穩態法測試時，保持第七截止閥13、第八截止閥14、第五截止閥17、第六截止閥18、第二減壓閥11、第三減壓閥21處于關閉狀態，使第一截止閥15、第二截止閥16、第三截止閥19、第四截止閥20處于開啟狀態，將第一減壓閥12的壓力調整至5MPa后開啟，再開啟第三減壓閥21，并打開氣源I的開關，開始進行試驗，啟動數據處理器7接收、處理和記錄數據。②當采用瞬態法測試時，保持第五截止閥17、第六截止閥18、第三減壓閥21處于關閉狀態，使第七截止閥13、第八截止閥14、第一截止閥15第四截止閥20處于開啟狀態，將第一減壓閥12的壓力調整至6MPa、第二減壓閥11的壓力調整至3MPa后并開啟，然后打開氣源1，使第一氣體儲存器8、第二氣體儲存器9中分別儲存滿6MPa和3MPa壓力的氣體，繼后關閉第一減壓閥12、第二減壓閥11，同時打開第二截止閥16、第三截止閥19，開始進行試驗，啟動數據處理器7接收、處理和記錄數據。實施例3本實施例使用實施例1所述用于氣體試驗的裝置與型號為MTS815的三軸壓力試驗機進行溶腔內壓模擬試驗，的操作如下:1、準備階段的操作將包裹有保護膠膜30的溶腔內壓模擬試件37安裝在三軸壓力試驗機的三軸壓力室10的試樣臺上，其它操作與實施例2準備階段的操作相同。2、溶腔內壓模擬試驗階段的操作保持第二減壓閥11、第七截止閥13、第八截止閥14、第五截止閥17、第六截止閥18處于關閉狀態，使第一截止閥15、第二截止閥16、第三截止閥19、第四截止閥20處于開啟狀態，將第一減壓閥12的壓力調整至SMPa后開啟該閥，使三軸壓力室10中被測試件37的氣壓保持至預定時間30min，然后關閉第一減壓閥12，將第三減壓閥21壓力調整至3MPa并開啟，釋放被測試件37內的壓力到3MPa ;重復上述操作30次；或保持第一減壓閥12、第七截止閥13、第八截止閥14、第二截止閥16、第五截止閥17、第六截止閥18處于關閉狀態，將第三截止閥19、第四截止閥20處于開啟狀態，將第二減壓閥11的壓力調整至SMPa后開啟該閥，使三軸壓力室10中被測試件37的氣壓保持至預定時間30min，然后關閉第二減壓閥11，將第三減壓閥21壓力調整至3MPa并開啟，釋放被測試件37內的壓力到3MPa ;重復上述操作30次；測試過程中，啟動數據處理器7接收、處理和記錄數據。將瓦斯滲透模擬試驗中數據處理器所記錄的瓦斯氣體的流量與壓力數據代入相應瓦斯滲透率計算理論公式，可計算得到被測試件在測試狀態下的瓦斯滲透率，結合三軸壓力試驗機記錄的被測試件的變形數據和應力數據，可得到被測試件不同變形狀態所對應的瓦斯滲透率。溶腔內壓模擬試驗中數據處理器所記錄的被測試件所承受的氣體流量與壓力數據結合三軸壓力試驗機記錄的被測試件的變形數據和應力數據，可得到被測試件所承受的壓力變化次數、累計時間與被測試件變形的關系，并可把被測試件用工業CT機對其測試前后的內部損傷分布進行掃描，從而可得到被測試件內部在進行天然氣儲氣庫溶腔內壓模擬測試前后的損傷分布特征。上述數據對于研究煤炭開采的安全性及地下天然氣儲氣庫的安全運營具有重要的指導作用。
權利要求1.一種用于氣體試驗的裝置，其特征在于包括氣源(I)、真空泵(2)、第一流量計(3)、第二流量計(6)、第一壓力表(4)、第二壓力表(5)、第一氣體儲存器(8)、第二氣體儲存器(9)、數據處理器(7)、第一氣體輸出管(23)和第二氣體輸出管(22); 所述第一壓力表(4)通過管件分別與第一流量計(3)和三軸壓力試驗機中的三軸壓力室(10)的第二管路(36)連接，所述第二壓力表(5)通過管件分別與三軸壓力試驗機中的三軸壓力室(10)的第一管路(35)和第二流量計(6)連接，第二流量計(6)還與總排氣管(24)連接，在總排氣管(24)上設置有第三減壓閥(21)； 第一流量計(3)與第一壓力表(4)之間的管件上設置有第一截止閥(15)，第一壓力表(4)與三軸壓力室(10)之間的管件上設置有第二截止閥(16)，三軸壓力室(10)與第二壓力表(5)之間的管件上設置有第三截止閥(19)，第二壓力表(5)與第二流量計(6)之間的管件上設置有第四截止閥(20)，第二截止閥(16)與三軸壓力室(10)之間的管件上連接有第一檢驗管(25)，所述第一檢驗管上設置有第五截止閥(17)，三軸壓力室(10)與第三截止閥(19)之間的管件上連接有第二檢驗管(26)，所述第二檢驗管上設置有第六截止閥(18); 所述氣源(I)通過第一氣體輸出管(23)分別與真空泵(2)和第一流量計(3)連接，真空泵(2)與第一氣體輸出管(23)的連接位點在第一流量計(3)與第一氣體輸出管(23)的連接位點之下，在第一氣體輸出管(23)的靠近氣源端設置有第一減壓閥(12)； 所述氣源(I)通過第二氣體輸出管(22)與總排氣管(24)連接，連接位點在第二流量計(6)和第三減壓閥(21)之間，在第二氣體輸出管(22)的靠近氣源端設置有第二減壓閥(11)； 所述第一氣體儲存器(8)通過管件與第一氣體輸出管(23)連接，連接位點在第一減壓閥(12)和第一流量計(3與第一氣體輸出管(23)的連接位點之間，在連接第一氣體儲存器(8)的管件上設置有第七截止閥(13)；所述第二氣體儲存器(9)通過管件與第二氣體輸出管(22)連接，連接位點在第二減壓閥(11)的氣體輸出端一側，在連接第二氣體儲存器(9)的管件上設置有第八截止閥(14)；所述數據處理器(7)的接口分別與第一流量計(3)、第二流量計(6)、第一壓力表(4)、第二壓力表(5)連接，將接收到的氣體流量和氣體壓力電信號進行處理后予以顯示和儲存。
2.根據權利要求1所述用于氣體試驗的裝置，其特征在于所述數據處理器(7)為計算機或單片機。
專利摘要一種用于氣體試驗的裝置，包括氣源、真空泵、第一流量計、第二流量計、第一壓力表、第二壓力表、第一氣體儲存器、第二氣體儲存器、數據處理器、第一氣體輸出管和第二氣體輸出管。上述用于氣體試驗的裝置可在瓦斯滲透模擬試驗中應用，也可在溶腔內壓模擬試驗中應用。
文檔編號G01N15/08GK203011804SQ201220660568
公開日2013年6月19日 申請日期2012年12月4日 優先權日2012年12月4日
發明者陳亮, 王駒, 蘇銳, 王春萍, 滿柯, 宗自華, 王錫勇, 田霄 申請人:核工業北京地質研究院