专利名称：用于气体试验的装置及其应用的制作方法
技术领域：
本发明属于气体压力和流量测试领域，特别涉及一种用于煤岩瓦斯压力下的渗透模拟测试和天然气储气库内压力变化模拟测试的装置。
背景技术：
地下埋藏的煤炭中通 常含有瓦斯气体，并具有一定压力，在煤炭开采过程中对煤岩体的扰动，会造成煤岩体内部出现裂纹及发生破坏，当煤炭中的瓦斯气体沿煤岩体裂隙通道在一定空间内聚集的压力和浓度达到一定量值时，则会导致瓦斯突出及瓦斯爆炸等灾害事故。因此，如何通过试验掌握在煤炭地下开采过程中高瓦斯压力对煤岩体的力学行为影响，以及开采扰动造成的煤岩体破坏对瓦斯在煤岩体中渗透性的影响，不仅对于如何有效预防灾害事故的发生研究尤为重要，也更是当今试验测试中需解决的难题。此外，地下天然气储气库的运营过程中，溶腔内压呈周期性的高压和低压循环，会导致溶腔围岩出现疲劳损伤，如何通过试验对溶腔在内压周期性变化过程中的疲劳特性进行模拟试验，以及在实验室对天然气开采过程中裂纹形成过程和分布特征进行模拟和研究，目前也还缺乏可以进行有效测试的相关设备。

发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于气体试验的装置，所述装置可在瓦斯渗透模拟试验和溶腔内压模拟试验中应用。本发明所述用于气体试验的装置，包括气源、真空泵、第一流量计、第二流量计、第一压力表、第二压力表、第一气体储存器、第二气体储存器、数据处理器、第一气体输出管和第二气体输出管；所述所述第一压力表通过管件分别与第一流量计和三轴压力试验机中的三轴压力室的第二管路连接，所述第二压力表通过管件分别与三轴压力试验机中的三轴压力室的第一管路和第二流量计连接，第二流量计还与总排气管连接，在总排气管上设置有第三减压阀；第一流量计与第一压力表之间的管件上设置有第一截止阀，第一压力表与三轴压力室之间的管件上设置有第二截止阀，三轴压力室与第二压力表之间的管件上设置有第三截止阀，第二压力表与第二流量计之间的管件上设置有第四截止阀，第二截止阀与三轴压力室之间的管件上连接有第一检验管，所述第一检验管上设置有第五截止阀，三轴压力室与第三截止阀之间的管件上连接有第二检验管，所述第二检验管上设置有第六截止阀；所述气源通过第一气体输出管分别与真空泵和第一流量计连接，真空泵与第一气体输出管的连接位点在第一流量计与第一气体输出管的连接位点之下，在第一气体输出管的靠近气源端设置有第一减压阀；所述气源通过第二气体输出管与总排气管连接，连接位点在第二流量计和第三减压阀之间，在第二气体输出管的靠近气源端设置有第二减压阀；所述第一气体储存器通过管件与第一气体输出管连接，连接位点在第一减压阀和第一流量计与第一气体输出管的连接位点之间，在连接第一气体储存器的管件上设置有第七截止阀；所述第二气体储存器通过管件与第二气体输出管连接，连接位点在第二减压阀的气体输出端一侧，在连接第二气体储存器的管件上设置有第八截止阀；所述数据处理器的接口分别与第一流量计、第二流量计、第一压力表、第二压力表连接，将接收到的气体流量和气体压力电信号进行处理后予以显示和储存。本发明所述用于气体试验的装置，其数据处理器为计算机或单片机。本发明所述用于气体试验的装置，可在瓦斯渗透模拟试验和溶腔内压模拟试验中应用，在进行瓦斯渗透模拟试验和溶腔内压模拟试验时，需要三轴压力试验机配合。本发明所述用于气体试验的装置可在瓦斯渗透模拟试验中应用，也可在溶腔内压模拟试验中应用。本发明所述用于气体试验的装置中涉及的第一气体储存器、第二气体储存器、第一流量计、第二流量计、第一压力表、第二压力表均有市售商品，可通过市场购买。本发明具有以下有益效果 I、本发明为瓦斯压力模拟测试和天然气储气库内压力变化模拟测试提供了一种新的测试装置。2、本发明所述装置既可用于瓦斯压力模拟测试，又可用于天然气储气库内压力变化模拟测试，且操作方便。3、由于本发明所述装置设置有第一检验管和第二检验管，因而便于发现模拟测试中施加围压压力造成的试件保护膜局部失效问题，有利于流量计的保护。4、本发明所述装置还可以拓展应用到岩石在高压、低下气体循环变化下致使岩石中形成裂隙网络的压裂模拟研究。


图I是本发明所述用于气体试验的装置的结构示意图；图2是三轴压力试验机中的三轴压力室的结构示意图及试件安装和管路布置示意图；图3是溶腔内压模拟试验所用试件的示意图。图中，I一气源、2—真空栗、3—第一流量计、4一第一压力表、5—第二压力表、6—第二流量计、7—数据处理器、8—第一气体储存器、9 一第二气体储存器、10—三轴压力室、11—第二减压阀、12—第一减压阀、13—第七截止阀、14 一第八截止阀、15—第一截止阀、16—第二截止阀、17—第五截止阀、18—第六截止阀、19—第二截止阀、20—第四截止阀、21一第三减压阀、22—第二气体输出管、23—第一气体输出管、24—总排气管、25—第一检验管、26—第二检验管、27—加载立柱、28—三轴压力室外壳、29—上部加载压头、30—保护胶膜、31—瓦斯渗透模拟试件、32—下部加载压头、33—围压管路、34—三轴压力室底座、35—第一管路、36—第二管路、37—溶腔内压模拟试件、38—腔内压模拟试件中心孔。
具体实施例方式下面通过实施例并结合附图对本发明所述用于气体试验的装置的结构和使用作进一步说明。实施例I本实施例中，用于气体试验的装置的结构如图I所示，包括气源I、真空泵2、第一流量计3、第二流量计6、第一压力表4、第二压力表5、第一气体储存器8、第二气体储存器9、数据处理器7、第一气体输出管23、第二气体输出管22、第一减压阀、第二减压阀11、第三减压阀21、第一截止阀15、第二截止阀16、第三截止阀19、第四截止阀20、第五截止阀17、第六截止阀18、第七截止阀13、第八截止阀14、第一检验管25、第二检验管26和总排气管24;上述各器件、管件、减压阀、截止阀以及数据处理器、真空泵的安装方式和连接关系如图I所示。所述气源3为供气瓶，其初始压力为12MPa ;所述数据处理器7为计算机，安装有将接收到的气体流量和气体压力电信号进行处理后予以显示和储存的软件。本实施例所述用于气体试验的装置，其配套使用的三轴压力试验机型号为MTS815(美国MTS公司生产)。
实施例2本实施例使用实施例I所述用于气体试验的装置与型号为MTS815的三轴压力试验机进行瓦斯渗透模拟试验，操作如下I、准备阶段的操作①将包裹有保护胶膜30的瓦斯渗透模拟试件31安装在三轴压力试验机的三轴压力室10的试样台上(如图2所示)，将三轴压力试验机中的三轴压力室的第二管路36通过管件与实施例I所述装置的第一压力表4连接，将三轴压力试验机中的三轴压力室的第一管路35通过管件与实施例I所述装置的第二压力表5连接(如图I、图2所示)，然后对瓦斯渗透模拟试件31施加围压压力；②在对瓦斯渗透模拟试件31施加围压压力的过程中，使第一截止阀15、第四截止阀20、第五截止阀17、第六截止阀18处于关闭状态，第二截止阀16、第三截止阀19处于开启状态，观察第一压力表4和第二压力表5是否压力增加，若压力增加，则表明被测试件保护胶膜可能破损，此时需打开第五截止阀17、第六截止阀18，看是否有围压液体排出，若无围压液体排出，则表明被测试件保护胶膜完好，若有围压液体排出，则表明被测试件保护胶膜破损，若被测试件保护胶膜破损，需更换被测试件；③待三轴压力试验机的三轴压力室10中的围压压力加载至目标围压后，使实施例I所述装置中的气源I、第三减压阀21、第五截止阀17、第六截止阀18处于关闭状态，其它所有截止阀和减压阀均处于开启状态，然后启动真空泵2对管路、各气体储存器和被测试件抽真空，使压力降至O. 08、. I MPa，抽真空完成后关闭真空泵2和所有已开启的截止阀与减压阀；2、瓦斯渗透模拟试验阶段的操作①当采用稳态法测试时，保持第七截止阀13、第八截止阀14、第五截止阀17、第六截止阀18、第二减压阀11、第三减压阀21处于关闭状态，使第一截止阀15、第二截止阀16、第三截止阀19、第四截止阀20处于开启状态，将第一减压阀12的压力调整至5MPa后开启，再开启第三减压阀21，并打开气源I的开关，开始进行试验，启动数据处理器7接收、处理和记录数据。②当采用瞬态法测试时，保持第五截止阀17、第六截止阀18、第三减压阀21处于关闭状态，使第七截止阀13、第八截止阀14、第一截止阀15第四截止阀20处于开启状态，将第一减压阀12的压力调整至6MPa、第二减压阀11的压力调整至3MPa后并开启，然后打开气源1，使第一气体储存器8、第二气体储存器9中分别储存满6MPa和3MPa压力的气体，继后关闭第一减压阀12、第二减压阀11，同时打开第二截止阀16、第三截止阀19，开始进行试验，启动数据处理器7接收、处理和记录数据。实施例3本实施例使用实施例I所述用于气体试验的装置与型号为MTS815的三轴压力试验机进行溶腔内压模拟试验，的操作如下I、准备阶段的操作将包裹有保护胶膜30的溶腔内压模拟试件37安装在三轴压力试验机的三轴压力室10的试样台上，其它操作与实施例2准备阶段的操作相同。
2、溶腔内压模拟试验阶段的操作保持第二减压阀11、第七截止阀13、第八截止阀14、第五截止阀17、第六截止阀18处于关闭状态，使第一截止阀15、第二截止阀16、第三截止阀19、第四截止阀20处于开启状态，将第一减压阀12的压力调整至SMPa后开启该阀，使三轴压力室10中被测试件37的气压保持至预定时间30min，然后关闭第一减压阀12，将第三减压阀21压力调整至3MPa并开启，释放被测试件37内的压力到3MPa ;重复上述操作30次；或保持第一减压阀12、第七截止阀13、第八截止阀14、第二截止阀16、第五截止阀17、第六截止阀18处于关闭状态，将第三截止阀19、第四截止阀20处于开启状态，将第二减压阀11的压力调整至SMPa后开启该阀，使三轴压力室10中被测试件37的气压保持至预定时间30min，然后关闭第二减压阀11，将第三减压阀21压力调整至3MPa并开启，释放被测试件37内的压力到3MPa ;重复上述操作30次；测试过程中，启动数据处理器7接收、处理和记录数据。将瓦斯渗透模拟试验中数据处理器所记录的瓦斯气体的流量与压力数据代入相应瓦斯渗透率计算理论公式，可计算得到被测试件在测试状态下的瓦斯渗透率，结合三轴压力试验机记录的被测试件的变形数据和应力数据，可得到被测试件不同变形状态所对应的瓦斯渗透率。溶腔内压模拟试验中数据处理器所记录的被测试件所承受的气体流量与压力数据结合三轴压力试验机记录的被测试件的变形数据和应力数据，可得到被测试件所承受的压力变化次数、累计时间与被测试件变形的关系，并可把被测试件用工业CT机对其测试前后的内部损伤分布进行扫描，从而可得到被测试件内部在进行天然气储气库溶腔内压模拟测试前后的损伤分布特征。上述数据对于研究煤炭开采的安全性及地下天然气储气库的安全运营具有重要的指导作用。
权利要求
1.一种用于气体试验的装置，其特征在于包括气源(I)、真空泵(2)、第一流量计(3)、第二流量计(6)、第一压力表(4)、第二压力表(5)、第一气体储存器(8)、第二气体储存器(9)、数据处理器(7)、第一气体输出管(23)和第二气体输出管(22); 所述第一压力表(4)通过管件分别与第一流量计(3)和三轴压力试验机中的三轴压力室(10)的第二管路(36)连接，所述第二压力表(5)通过管件分别与三轴压力试验机中的三轴压力室(10)的第一管路(35)和第二流量计(6)连接，第二流量计(6)还与总排气管(24)连接，在总排气管(24)上设置有第三减压阀(21)； 第一流量计(3)与第一压力表(4)之间的管件上设置有第一截止阀(15)，第一压力表(4)与三轴压力室(10)之间的管件上设置有第二截止阀(16)，三轴压力室(10)与第二压力表(5)之间的管件上设置有第三截止阀(19)，第二压力表(5)与第二流量计(6)之间的管 件上设置有第四截止阀(20)，第二截止阀(16)与三轴压力室(10)之间的管件上连接有第一检验管(25)，所述第一检验管上设置有第五截止阀(17)，三轴压力室(10)与第三截止阀(19)之间的管件上连接有第二检验管(26)，所述第二检验管上设置有第六截止阀(18); 所述气源(I)通过第一气体输出管(23)分别与真空泵(2)和第一流量计(3)连接，真空泵(2)与第一气体输出管(23)的连接位点在第一流量计(3)与第一气体输出管(23)的连接位点之下，在第一气体输出管(23)的靠近气源端设置有第一减压阀(12)； 所述气源(I)通过第二气体输出管(22)与总排气管(24)连接，连接位点在第二流量计(6)和第三减压阀(21)之间，在第二气体输出管(22)的靠近气源端设置有第二减压阀(11)； 所述第一气体储存器(8)通过管件与第一气体输出管(23)连接，连接位点在第一减压阀(12)和第一流量计(3与第一气体输出管(23)的连接位点之间，在连接第一气体储存器(8)的管件上设置有第七截止阀(13)； 所述第二气体储存器(9)通过管件与第二气体输出管(22)连接，连接位点在第二减压阀(11)的气体输出端一侧，在连接第二气体储存器(9)的管件上设置有第八截止阀(14)； 所述数据处理器(7)的接口分别与第一流量计(3)、第二流量计(6)、第一压力表(4)、第二压力表(5)连接，将接收到的气体流量和气体压力电信号进行处理后予以显示和储存。
2.根据权利要求I所述用于气体试验的装置，其特征在于所述数据处理器(7)为计算机或单片机。
3.权利要求I或2所述用于气体试验的装置在瓦斯渗透模拟试验中的应用。
4.权利要求I或2所述用于气体试验的装置在溶腔内压模拟试验中的应用。
全文摘要
一种用于气体试验的装置，包括气源、真空泵、第一流量计、第二流量计、第一压力表、第二压力表、第一气体储存器、第二气体储存器、数据处理器、第一气体输出管和第二气体输出管。上述用于气体试验的装置可在瓦斯渗透模拟试验中应用，也可在溶腔内压模拟试验中应用。
文档编号G01N15/08GK102967544SQ201210514830
公开日2013年3月13日 申请日期2012年12月4日 优先权日2012年12月4日
发明者陈亮, 王驹, 苏锐, 王春萍, 满柯, 宗自华, 王锡勇, 田霄 申请人:核工业北京地质研究院