氣體壓力和流量測試裝置及其應用的製作方法

2023-09-23 15:21:55

專利名稱：氣體壓力和流量測試裝置及其應用的製作方法
氣體壓力和流量測試裝置及其應用技術領域
本發明屬於氣體壓力和流量測試領域，特別涉及一種用於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，並具有一定壓力，在煤炭開採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採過程中高瓦斯壓力對煤巖體的力學行為影響，以及開採擾動造成的煤巖體破壞對瓦斯在煤巖體中滲透性的影響，不僅對於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採過程中裂紋形成過程和分布特徵進行模擬和研究，目前也還缺乏可以進行有效測試的相關設備。發明內容
本發明的目的是提供氣體壓力和流量測試裝置，該裝置不僅可進行瓦斯壓力模擬測試和天然氣儲氣庫內壓力變化模擬測試，而且解決了在瓦斯壓力模擬測試中對瓦斯氣體加溫和加高壓的難題，以及解決了在模擬測試中防止因施加圍壓壓力造成試件保護膜局部失效而導致三軸圍壓液體進入氣體滲透系統對流量計造成損壞的難題。
本發明所述壓力和流量測試裝置有以下三種結構，但其屬於一個總的發明構思。
I、第一種結構的氣體壓力和流量測試裝置
此種氣體壓力和流量測試裝置包括氣源、第一氣體儲存器、第二氣體儲存器、第三氣體儲存器、第一流量計、第二流量計、第一壓力表、第二壓力表、數據處理器、第一氣體輸出管和第二氣體輸出管；所述第一氣體儲存器、第一流量計通過管件串聯連接，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；第一氣體儲存器與第一流量計之間的管件上設置有第二減壓閥，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與第一氣體儲存器連接，第一氣體輸出管上設置有第一減壓閥；所述第二氣體儲存器通過管件連接在第二減壓閥與第一流量計之間的管件上，在連接第二氣體儲存器的管件上設置有第七截止閥；所述第三氣體儲存器通過管件與總排氣管連接，其連接位點在第三減壓閥與第二流量計之間，在連接第三氣體儲存器的管件上設置有第八截止閥；所述第一氣體儲存器連接有真空泵，並通過第二氣體輸出管與總排氣管連接，在第二氣體輸出管上設置有第四減壓閥；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後予以顯示和儲存。
2、第二種結構的氣體壓力和流量測試裝置
此種氣體壓力和流量測試裝置包括空氣壓縮機、空氣乾燥機、增壓機、氣源、第一氣體儲存器、第二氣體儲存器、第三氣體儲存器、第一流量計、第二流量計、第一壓力表、第二壓力表、數據處理器、第一氣體輸出管和第二氣體輸出管；所述第一氣體儲存器、第一流量計通過管件串聯連接，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；第一氣體儲存器與第一流量計之間的管件上設置有第二減壓閥，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；所述空氣壓縮機、空氣乾燥機、增壓機依次串聯連接，增壓機的氣體輸出口通過管件與第一氣體儲存器連接，所述氣源通過第一氣體輸出管與增壓機連接，在第一氣體輸出管上設置有第一減壓閥；所述第二氣體儲存器通過管件連接在第二減壓閥與第一流量計之間的管件上，在連接第二氣體儲存器的管件上設置有第七截止閥；所述第三氣體儲存器通過管件與總排氣管連接，其連接位點在第三減壓閥與第二流量計之間，在連接第三氣體儲存器的管件上設置有第八截止閥；所述第一氣體儲存器連接有真空泵，設置有安全閥，並通過第二氣體輸出管與總排氣管連接，在第二氣體輸出管上設置有第四減壓閥；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後予以顯示和儲存。
3、第三種結構的氣體壓力和流量測試裝置
此種氣體壓力和流量測試裝置包括空氣壓縮機、空氣乾燥機、增壓機、氣源、第一氣體儲存器、第二氣體儲存器、第三氣體儲存器、第一流量計、第二流量計、第一壓力表、第二壓力表、數據處理器、第一氣體輸出管、第二氣體輸出管、第三氣體輸出管和第四氣體輸出管；所述第一氣體儲存器、第一流量計通過管件串聯連接，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；第一氣體儲存器與第一流量計之間的管件上設置有第二減壓閥，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；所述空氣壓縮機、空氣乾燥機、增壓機依次串聯連接，增壓機的氣體輸出口通過管件與第一氣體儲存器連接，所述氣源通過第一氣體輸出管與增壓機連接，在第一氣體輸出管上設置有第一減壓閥和第九截止閥，第一減壓閥靠近氣源，第九截止閥靠近增壓機； 所述第三氣體輸出管的一端與氣源連接，其另一端與總排氣管連接，在第三氣體輸出管上設置有第五減壓閥；所述第四氣體輸出管的一端與第一氣體輸出管連接，其連接位點在第一減壓閥與第九截止閥之間，第四氣體輸出管的另一端連接在第二減壓閥與第一流量計之間的管件上，在第四氣體輸出管上設置有第十截止閥；所述第二氣體儲存器通過管件與第四氣體輸出管連接，其連接位點在第十截止閥之後；所述第三氣體儲存器通過管件與第三氣體輸出管連接，其連接位點在第五減壓閥之後，在連接第三氣體輸出管與第三氣體儲存器的所述管件上設置有第八截止閥；所述第一氣體儲存器連接有真空泵，設置有安全閥，並通過第二氣體輸出管與總排氣管連接，在第二氣體輸出管上設置有第四減壓閥；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後予以顯示和儲存。
上述三種氣體壓力和流量測試裝置，其數據處理器均為計算機或單片機。
上述三種氣體壓力和流量測試裝置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。
上述三種氣體壓力和流量測試裝置中涉及的第一氣體儲存器、第二氣體儲存器、 第三氣體儲存器、第一流量計、第二流量計、第一壓力表、第二壓力表，以及空氣壓縮機、空氣乾燥機、增壓機均有市售商品，可通過市場購買。
本發明所述氣體壓力和流量測試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。
本發明具有以下有益效果
I、本發明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新的測試裝置。
2、本發明所述測試裝置既可用於瓦斯壓力模擬測試，又可用於天然氣儲氣庫內壓力變化模擬測試，且操作方便。
3、本發明所述測試裝置可對模擬瓦斯氣體加溫或/和加高壓，解決了在瓦斯壓力模擬測試中對瓦斯氣體加溫和加高壓的難題。
4、由於本發明所述測試裝置設置有第一檢驗管和第二檢驗管，因而便於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，有利於流量計的保護。
5、本發明所述測試裝置設置還可以拓展應用到巖石在高壓、低壓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I是本發明所述氣體壓力和流量測試裝置的第一種結構示意圖2是本發明所述氣體壓力和流量測試裝置的第二種結構示意圖3是本發明所述氣體壓力和流量測試裝置的第三種結構示意圖4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5是溶腔內壓模擬試驗所用試件的示意圖。
圖中，I一空氣壓縮機、2—空氣乾燥機、3—氣源、4一增壓機、5—第一氣體儲存器、 6 一真空泵、7—第一流量計、8—第一壓力表、9 一第二壓力表、10 一第二流量計、11 一數據處理器、12—安全閥、13—第二氣體儲存器、14 一第三氣體儲存器、15—三軸壓力室、16—第五減壓閥、17—第一減壓閥、18—第二減壓閥、19 一第四減壓閥、20—第九截止閥、21—第十截止閥、22一第七截止閥、23一第八截止閥、24一第一截止閥、25一第二截止閥、26一第五截止閥、27—第六截止閥、28—第二截止閥、29—第四截止閥、30—第二減壓閥、31—第二氣體輸出管、32—第一氣體輸出管、33—第四氣體輸出管、34—第二氣體輸出管、35—總排氣管、 36—第一檢驗管、37第二檢驗管、38—加載立柱、39—三軸壓力室外殼、40—上部加載壓頭、 41 一保護膠膜、42—瓦斯滲透模擬試件、43—下部加載壓頭、44 一圍壓管路、45—三軸壓力室底座、46—第一管路、47—第二管路、48—溶腔內壓模擬試驗所用試件、49 一溶腔內壓模擬試驗所用試件的中心孔。
具體實施方式
下面通過實施例並結合附圖對本發明所述氣體壓力和流量測試裝置的結構和使用作進一步說明。
實施例I
本實施例中，氣體壓力和流量測試裝置的結構如圖I所示，包括氣源3、第一氣體儲存器5、第二氣體儲存器13、第三氣體儲存器14、第一流量計7、第二流量計10、第一壓力表8、第二壓力表9、數據處理器11、第一氣體輸出管32、第二氣體輸出管34、第一減壓閥17、第二減壓閥18、第三減壓閥30、第四減壓閥19、第一截止閥24、第二截止閥25、第三截止閥28、第四截止閥29、第五截止閥26、第六截止閥27、第七截止閥22、第八截止閥23、真空泵6、第一檢驗管36和第二檢驗管37。氣源3為供氣瓶，其初始壓力為12MPa ;第一氣體儲存器5為配置有加溫設施的耐高溫高壓緩衝容器，儲存氣體的溫度可達150°C，壓力可達 25MPa ;數據處理器11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後予以顯示和儲存的軟體。
本實施例中，使用的三軸壓力試驗機型號為MTS815 (美國MTS公司生產)。
用本實施例所述氣體壓力和流量測試裝置與三軸壓力試驗機進行瓦斯滲透模擬試驗的操作如下
I、準備階段的操作
①將包裹有保護膠膜41的瓦斯滲透模擬試件42安裝在三軸壓力試驗機的三軸壓力室15的試樣臺上(如圖4所示)，將三軸壓力試驗機中的三軸壓力室的第二管路47通過管件與本實施例所述氣體壓力和流量測試裝置的第一壓力表8連接，將三軸壓力試驗機中的三軸壓力室的第一管路46通過管件與本實施例所述氣體壓力和流量測試裝置的第二壓力表9連接(如圖I、圖4所示)，然後對瓦斯滲透模擬試件42施加圍壓壓力；
②在對瓦斯滲透模擬試件42施加圍壓壓力的過程中，使第二截止閥25和第三截止閥28處於開啟狀態，使第一截止閥24、第四截止閥29、第五截止閥26和第六截止閥27處於關閉狀態，觀察第一壓力表8和第二壓力表9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，此時需打開與壓力表相連的第五截止閥26和第六截止閥27，看是否有圍壓液體排出，若無圍壓液體排出，貝1J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15中的圍壓壓力加載至目標圍壓後，使本實施例所述氣體壓力和流量測試裝置中的氣源3、第三減壓閥30、第五截止閥26和第六截止閥27處於關閉狀態，其它所有截止閥和減壓閥均處於開啟狀態，然後啟動真空泵6對管路、 各氣體儲存器和被測試件抽真空，使壓力降至O. 08、. I MPa，抽真空完成後關閉真空泵6 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調整第一減壓閥17到SMPa並開啟該閥，再開啟氣源3的開關，經第一減壓閥17 減壓後輸出的瓦斯氣體通過第一氣體輸出管32進入第一氣體存儲器5中；
②當採用穩態法測試時，保持第七截止閥22、第八截止閥23、第五截止閥26和第六截止閥27處於關閉狀態，使第一截止閥24、第二截止閥25、第三截止閥28和第四截止閥 29處於開啟狀態，將第二減壓閥18調整至3MPa並開啟該閥，開啟第三減壓閥30，開始進行試驗，並啟動數據處理器11接收、處理和記錄數據；
當進行瞬態法測試時，保持第五截止閥26、第六截止閥27及第三減壓閥30處於關閉狀態，使第七截止閥22、第八截止閥23、第一截止閥24和第四截止閥29處於開啟狀態， 將第二減壓閥18調整至4MPa、第四減壓閥19調整至7MPa並開啟，使第二氣體儲存器13、 第三氣體儲存器14中分別儲存滿壓力為4MPa和7MPa的瓦斯氣體，繼後關閉第二減壓閥18 和第四減壓閥19，同時打開第二截止閥25和第三截止閥28，開始進行試驗，並啟動數據處理器11接收、處理和記錄數據。
用本實施例所述氣體壓力和流量測試裝置與三軸壓力試驗機進行溶腔內壓模擬試驗的操作如下
I、準備階段的操作
將包裹有保護膠膜41的溶腔內壓模擬試件48安裝在三軸壓力試驗機的三軸壓力室15的試樣臺上，其它操作與上述進行瓦斯滲透模擬試驗時準備階段的操作相同。
2、溶腔內壓模擬試驗階段的操作
①調整第一減壓閥17到9MPa並開啟該閥，再開啟氣源3的開關，經第一減壓閥17 減壓後輸出的氣體通過第一氣體輸出管32進入第一氣體存儲器5中；
②保持第二減壓閥18、第八截止閥23、第二截止閥25、第五截止閥26和第六截止閥27處於關閉狀態，使第三截止閥28、第四截止閥29處於開啟狀態，調節第四減壓閥19到 8MPa並開啟該閥，使三軸壓力室15中被測試件48內的氣壓保持至預定時間30min，繼後關閉第四減壓閥19，將第三減壓閥30壓力調整至3MPa並開啟，釋放被測試件48內的壓力到 3MPa ;重複上述操作30次；
或保持第四減壓閥19、第七截止閥22、第八截止閥23、第五截止閥26和第六截止閥27處於關閉狀態，使第一截止閥24、第二截止閥25、第三截止閥28和第四截止閥29處於開啟狀態，調節第二減壓閥18到8MPa並開啟該閥，使三軸壓力室15中被測試件48內的氣壓保持至預定時間30min，繼後關閉第二減壓閥18，將第三減壓閥30壓力調整至3MPa並開啟，釋放被測試件48內的壓力到3MPa ;重複上述操作30次；
測試過程中，啟動數據處理器11接收、處理和記錄數據。
實施例2
本實施例中，氣體壓力和流量測試裝置的結構如圖2所示，包括空氣壓縮機I、空氣乾燥機2、增壓機4、氣源3、第一氣體儲存器5、第二氣體儲存器13、第三氣體儲存器14、 第一流量計7、第二流量計10、第一壓力表8、第二壓力表9、數據處理器11、第一氣體輸出管32、第二氣體輸出管34、第一減壓閥17、第二減壓閥18、第三減壓閥30、第四減壓閥19、 第一截止閥24、第二截止閥25、第三截止閥28、第四截止閥29、第五截止閥26、第六截止閥 27、第七截止閥22、第八截止閥23、真空泵6、第一檢驗管36和第二檢驗管37。氣源3為供氣瓶，其初始壓力為12MPa ;第一氣體儲存器5為配置有加溫設施的耐高溫高壓緩衝容器， 儲存氣體的溫度可達150°C，壓力可達25MPa ;數據處理器11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後予以顯示和儲存的軟體。
本實施例中，使用的三軸壓力試驗機型號為MTS815 (美國MTS公司生產)。
用本實施例所述氣體壓力和流量測試裝置與三軸壓力試驗機進行瓦斯滲透模擬試驗的操作如下
I、準備階段的操作
準備階段的操作與實施例I中瓦斯滲透模擬試驗準備階段的操作相同。
2、瓦斯滲透模擬試驗階段的操作
①啟動空氣壓縮機I對空氣進行壓縮，並將壓縮後的空氣輸入空氣乾燥機2進行乾燥，然後打開氣源3的開關，將氣源3中的瓦斯氣體經第一減壓閥17輸入增壓機4，用乾燥後的空氣對瓦斯氣體進行增壓至ISMPa後輸入到第一氣體儲存器5中；
或啟動啟動空氣壓縮機I對空氣進行壓縮，並將壓縮後的空氣輸入空氣乾燥機2 進行乾燥，然後打開氣源3的開關，將氣源3中的瓦斯氣體經第一減壓閥17輸入增壓機4， 用乾燥後的空氣對瓦斯氣體進行增壓至ISMPa後輸入到第一氣體儲存器5中，然後對增壓後的瓦斯氣體加溫至120°C ；
②當進行穩態法滲透測試時，保持第七截止閥22、第八截止閥23、第五截止閥26、 第六截止閥27處於關閉狀態，使第一截止閥24、第二截止閥25、第三截止閥28、第四截止閥 29處於開啟狀態，調節第二減壓閥18至IOMPa後並打開，打開第三減壓閥30，開始進行試驗，並啟動數據處理器11接收、處理和記錄數據；
當進行瞬態法測試時，保持第五截止閥26、第六截止閥27、第三減壓閥30處於關閉狀態，使第七截止閥22、第八截止閥23、第一截止閥24、第四截止閥29處於開啟狀態，調節第二減壓閥18到目標滲透壓力4MPa、第四減壓閥19到目標滲透壓力8MPa，使第二氣體儲存器13、第三氣體儲存器14中分別儲存滿4MPa和8MPa的瓦斯氣體，然後關閉第二減壓閥18、第四減壓閥19，再同時打開第二截止閥25、第三截止閥28，開始進行試驗，並啟動數據處理器11接收、處理和記錄數據。
用本實施例所述氣體壓力和流量測試裝置與三軸壓力試驗機進行溶腔內壓模擬試驗的操作如下
I、準備階段的操作
將包裹有保護膠膜41的溶腔內壓模擬試件48安裝在三軸壓力試驗機的三軸壓力10室15的試樣臺上，其它操作與上述進行瓦斯滲透模擬試驗時準備階段的操作相同。
2、溶腔內壓模擬試驗階段的操作
①啟動空氣壓縮機I對空氣進行壓縮，並將壓縮後的空氣輸入空氣乾燥機2進行乾燥，然後打開氣源3的開關，將氣源3中的氣體經第一減壓閥17輸入增壓機4，用乾燥後的空氣對氣源輸出的氣體進行增壓至17MPa後輸入到第一氣體儲存器5中；
或啟動空氣壓縮機I對空氣進行壓縮，並將壓縮後的空氣輸入空氣乾燥機2進行乾燥，然後打開氣源3的開關，將氣源3中的氣體經第一減壓閥17輸入增壓機4，用乾燥後的空氣對氣源輸出的氣體進行增壓至17MPa後輸入到第一氣體儲存器5中，然後對增壓至後的氣體加溫至120°C ；
②保持第二減壓閥18和第八截止閥23、第二截止閥25、第五截止閥26、第六截止閥27處於關閉狀態，使第三截止閥28、第四截止閥29處於開啟狀態，調節第四減壓閥19到 14MPa並開啟，使三軸壓力室15中的被測試件48內的氣壓保持達到預定時間30min，然後關閉第四減壓閥19，將第三減壓閥30壓力調整至6MPa並開啟，釋放被測試件48內的壓力到6MPa ;重複上述操作25次；
或保持第四減壓閥19和第七截止閥22、第八截止閥23、第五截止閥26、第六截止閥27處於關閉狀態，使第一截止閥24、第二截止閥25、第三截止閥28、第四截止閥29處於開啟狀態，調節第二減壓閥18到14MPa並開啟，使三軸壓力室15中的被測試件48內的氣壓保持達到預定時間30min，然後關閉第二減壓閥18，將第三減壓閥30壓力調整至6MPa並開啟，釋放被測試件48內的壓力到6MPa ;重複上述操作25次；
測試過程中，啟動數據處理器11接收、處理和記錄數據。
實施例3
本實施例中，氣體壓力和流量測試裝置的結構如圖3所示，包括空氣壓縮機I、空氣乾燥機2、增壓機4、氣源3、第一氣體儲存器5、第二氣體儲存器13、第三氣體儲存器14、 第一流量計7、第二流量計10、第一壓力表8、第二壓力表9、數據處理器11、第一氣體輸出管 32、第二氣體輸出管34、第三氣體輸出管31、第四氣體輸出管33、第一減壓閥17、第二減壓閥18、第三減壓閥30、第四減壓閥19、第五減壓閥16、第一截止閥24、第二截止閥25、第三截止閥28、第四截止閥29、第五截止閥26、第六截止閥27、第七截止閥22、第八截止閥23、 真空泵6、第一檢驗管36和第二檢驗管37。氣源3為供氣瓶，其初始壓力為12MPa ;第一氣體儲存器5為配置有加溫設施的耐高溫高壓緩衝容器，儲存氣體的溫度可達150°C，壓力可達25MPa ;數據處理器11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後予以顯示和儲存的軟體。
本實施例中，使用的三軸壓力試驗機型號為MTS815 (美國MTS公司生產)。
用本實施例所述氣體壓力和流量測試裝置與三軸壓力試驗機進行瓦斯滲透模擬試驗的操作如下
I、準備階段的操作
準備階段的操作與實施例I中瓦斯滲透模擬試驗準備階段的操作相同。
2、瓦斯滲透模擬試驗階段的操作
①不啟動空氣壓縮機I、空氣乾燥機2和增壓機4，保持第九截止閥20、第二減壓閥 18和第四減壓閥19處於關閉狀態；
當進行穩態法滲透測試時，保持第五減壓閥16、第七截止閥22、第八截止閥23、第五截止閥26、第六截止閥27處於關閉狀態，使第十截止閥21、第一截止閥24、第二截止閥 25、第三截止閥28、第四截止閥29處於開啟狀態，調節第一減壓閥17到壓力5MPa，打開氣源3和第三減壓閥30，開始進行試驗，並啟動數據處理器11接收、處理和記錄數據；
當進行瞬態法測試時，保持第五截止閥26、第六截止閥27和第三減壓閥30處於關閉狀態，使第十截止閥21、第七截止閥22、第八截止閥23、第一截止閥24、第四截止閥29 處於開啟狀態，調節第五減壓閥16到3MPa、第一減壓閥17到壓力5MPa並打開，然後打開氣源3，使第二氣體儲存器13、第三氣體儲存器14中分別儲存滿壓力為5MPa和3MPa的瓦斯氣體，然後關閉第五減壓閥16、第一減壓閥17，再同時打開第二截止閥25、第三截止閥28， 開始進行試驗，並啟動數據處理器11接收、處理和記錄數據；
②保持第十截止閥21和第五減壓閥16處於關閉狀態，啟動空氣壓縮機I對空氣進行壓縮，並將壓縮後的空氣輸入空氣乾燥機2進行乾燥，然後打開氣源3的開關，將氣源3 中的瓦斯氣體經第一減壓閥17、第九截止閥20輸入增壓機4，用乾燥後的空氣對瓦斯氣體進行增壓至15MPa後輸入到第一氣體儲存器5中；
當進行穩態法滲透測試時，保持第四減壓閥19、關閉第七截止閥22、第八截止閥 23、第五截止閥26、第六截止閥27處於關閉狀態，使第一截止閥24、第二截止閥25、第三截止閥28、第四截止閥29處於開啟狀態，調節第二減壓閥18到滲透壓力6MPa，打開第三減壓閥30，開始進行試驗，並啟動數據處理器11接收、處理和記錄數據；
當進行瞬態法測試時，保持第五截止閥26、第六截止閥27和第三減壓閥30處於關閉狀態，使第七截止閥22、第八截止閥23、第一截止閥24、第四截止閥29處於開啟狀態，調節第二減壓閥18到目標滲透壓力6MPa、第四減壓閥19到目標滲透壓力SMPa並打開，使第二氣體儲存器13、第三氣體儲存器14中分別儲存滿6MPa和8MPa的氣體，然後關閉第二減壓閥18、第四減壓閥19，再同時打開第二截止閥25、第三截止閥28，開始進行試驗，並啟動數據處理器11接收、處理和記錄數據。
③保持第十截止閥21和第五減壓閥16處於關閉狀態，啟動空氣壓縮機I對空氣進行壓縮，並將壓縮後的空氣輸入空氣乾燥機2進行乾燥，然後打開氣源3的開關，將氣源3 中的瓦斯氣體經第一減壓閥17、第九截止閥20輸入增壓機4，用乾燥後的空氣對瓦斯氣體進行增壓至15MPa後輸入到第一氣體儲存器5中，然後對增壓至後的空氣再加溫至100°C ；
當進行穩態法滲透測試時，保持第四減壓閥19、關閉第七截止閥22、第八截止閥 23、第五截止閥26、第六截止閥27處於關閉狀態，使第一截止閥24、第二截止閥25、第三截止閥28、第四截止閥29處於開啟狀態，調節第二減壓閥18到滲透壓力6MPa，打開第三減壓閥30，開始進行試驗，並啟動數據處理器11接收、處理和記錄數據；
當進行瞬態法測試時，保持第五截止閥26、第六截止閥27和第三減壓閥30處於關閉狀態，使第七截止閥22、第八截止閥23、第一截止閥24、第四截止閥29處於開啟狀態，調節第二減壓閥18到目標滲透壓力6MPa、第四減壓閥19到目標滲透壓力SMPa並打開，使第二氣體儲存器13、第三氣體儲存器14中分別儲存滿6MPa和8MPa的氣體，然後關閉第二減壓閥18、第四減壓閥19，再同時打開第二截止閥25、第三截止閥28，開始進行試驗，並啟動數據處理器11接收、處理和記錄數據。
用本實施例所述氣體壓力和流量測試裝置與三軸壓力試驗機進行溶腔內壓模擬試驗的操作如下
I、準備階段的操作
將包裹有保護膠膜41的溶腔內壓模擬試件48安裝在三軸壓力試驗機的三軸壓力室15的試樣臺上，其它操作與上述進行瓦斯滲透模擬試驗時準備階段的操作相同。
2、溶腔內壓模擬試驗階段的操作
①不啟動空氣壓縮機I、空氣乾燥機2和增壓機4，保持第九截止閥20、第二減壓閥18、第四減壓閥19處於關閉狀態；
保持第一減壓閥17和第八截止閥23、第二截止閥25、第五截止閥26、第六截止閥 27處於關閉狀態，使第三截止閥28、第四截止閥29處於開啟狀態，調節第五減壓閥16到 6MPa，使三軸壓力室15中的被測試件48內的氣壓保持達到預定時間30min，然後關閉第五減壓閥16，將第三減壓閥30壓力調整至3MPa並開啟，釋放被測試件48內的壓力到3MPa ； 重複上述操作30次；
或保持第五減壓閥16和第七截止閥22、第八截止閥23、第五截止閥26、第六截止閥27處於關閉狀態，使第十截止閥21、第一截止閥24、第二截止閥25、第三截止閥28、第四截止閥29處於開啟狀態，調節第一減壓閥17到6MPa，使三軸壓力室15中的被測試件48 內的氣壓保持達到預定時間30min，然後關閉第一減壓閥17，將第三減壓閥30壓力調整至 3MPa並開啟，釋放被測試件48內的壓力到3MPa ;重複上述操作30次；
實驗過程中，啟動數據處理器11接收、處理和記錄數據。
②保持第十截止閥21、第七截止閥22、第八截止閥23和第五減壓閥16處於關閉狀態，啟動空氣壓縮機I對空氣進行壓縮，並將壓縮後的空氣輸入空氣乾燥機2進行乾燥， 然後打開氣源3的開關，將氣源3中的氣體經第一減壓閥17、第九截止閥20輸入增壓機4， 用乾燥後的空氣對氣源輸出的氣體增壓至17MPa後輸入到第一氣體儲存器5中；
保持第二減壓閥18和第二截止閥25、第五截止閥26、第六截止閥27處於關閉狀態，使第三截止閥28、第四截止閥29處於開啟狀態，調節第四減壓閥19到13MPa，使三軸壓力室15中的被測試件48內的氣壓保持達到預定時間30min，然後關閉第四減壓閥19，將第三減壓閥30壓力調整至6MPa並開啟，釋放被測試件48內的壓力到6MPa ;重複上述操作30 次；
或保持第四減壓閥19和第七截止閥22、第八截止閥23、第五截止閥26、第六截止閥27處於關閉狀態，使第一截止閥24、第二截止閥25、第三截止閥28、第四截止閥29處於開啟狀態，調節第二減壓閥18到13MPa，使三軸壓力室15中的被測試件48內的氣壓保持達到預定時間30min，然後關閉第二減壓閥18，將第三減壓閥30壓力調整至6MPa並開啟，釋放被測試件48內的壓力到6MPa ;重複上述操作30次；
實驗過程中，啟動數據處理器11接收、處理和記錄數據。
③保持第十截止閥21、第七截止閥22、第八截止閥23和第五減壓閥16處於關閉狀態，啟動空氣壓縮機I對空氣進行壓縮，並將壓縮後的空氣輸入空氣乾燥機2進行乾燥， 然後打開氣源3的開關，將氣源3中的氣體經第一減壓閥17、第九截止閥20輸入增壓機4， 用乾燥後的空氣對氣源輸出的氣體增壓至17MPa後輸入到第一氣體儲存器5中，並對增壓後的氣體加溫至60°C ；
保持第二減壓閥18和第二截止閥25、第五截止閥26、第六截止閥27處於關閉狀13態，使第三截止閥28、第四截止閥29處於開啟狀態，調節第四減壓閥19到13MPa，使三軸壓力室15中的被測試件48內的氣壓保持達到預定時間30min，然後關閉第四減壓閥19，將第三減壓閥30壓力調整至6MPa並開啟，釋放被測試件48內的壓力到6MPa ;重複上述操作30 次；
或保持第四減壓閥19和第七截止閥22、第八截止閥23、第五截止閥26、第六截止閥27處於關閉狀態，使第一截止閥24、第二截止閥25、第三截止閥28、第四截止閥29處於開啟狀態，調節第二減壓閥18到13MPa，使三軸壓力室15中的被測試件48內的氣壓保持達到預定時間30min，然後關閉第二減壓閥18，將第三減壓閥30壓力調整至6MPa並開啟，釋放被測試件48內的壓力到6MPa ;重複上述操作30次；
實驗過程中，啟動數據處理器11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係，並可把被測試件用工業CT機對其測試前後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後的損傷分布特徵。
上述數據對於研究煤炭開採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
1.一種氣體壓力和流量測試裝置，其特徵在於包括氣源(3)、第一氣體儲存器(5)、第二氣體儲存器(13)、第三氣體儲存器(14)、第一流量計(7)、第二流量計(10)、第一壓力表(8)、第二壓力表(9)、數據處理器(11)、第一氣體輸出管(32)和第二氣體輸出管(34)； 所述第一氣體儲存器(5)、第一流量計(7)通過管件串聯連接，所述第一壓力表(8)通過管件分別與第一流量計(7)和三軸壓力試驗機中的三軸壓力室(15)的第二管路(47)連接，所述第二壓力表(9)通過管件分別與三軸壓力試驗機中的三軸壓力室(15)的第一管路(46)和第二流量計(10)連接，第二流量計(10)還與總排氣管(35)連接，在總排氣管(35)上設置有第三減壓閥(30); 第一氣體儲存器(5)與第一流量計(7)之間的管件上設置有第二減壓閥(18)，第一流量計(7)與第一壓力表(8)之間的管件上設置有第一截止閥(24)，第一壓力表(8)與三軸壓力室(15)之間的管件上設置有第二截止閥(25)，三軸壓力室(15)與第二壓力表(9)之間的管件上設置有第三截止閥(28)，第二壓力表(9)與第二流量計(10)之間的管件上設置有第四截止閥(29)，第二截止閥(25)與三軸壓力室(15)之間的管件上連接有第一檢驗管(36)，所述第一檢驗管上設置有第五截止閥(26)，三軸壓力室(15)與第三截止閥(28)之間的管件上連接有第二檢驗管(37 )，所述第二檢驗管上設置有第六截止閥(27 ); 所述氣源(3)通過第一氣體輸出管(32)與第一氣體儲存器(5)連接，第一氣體輸出管上設置有第一減壓閥(17); 所述第二氣體儲存器(13)通過管件連接在第二減壓閥(18)與第一流量計(7)之間的管件上，在連接第二氣體儲存器(13)的管件上設置有第七截止閥(22)； 所述第三氣體儲存器(14)通過管件與總排氣管(35)連接，其連接位點在第三減壓閥(30)與第二流量計(10)之間，在連接第三氣體儲存器(14)的管件上設置有第八截止閥(23)； 所述第一氣體儲存器(5)連接有真空泵(6)，並通過第二氣體輸出管(34)與總排氣管(35)連接，在第二氣體輸出管(34)上設置有第四減壓閥(19)； 所述數據處理器(11)的接口分別與第一流量計(7)、第二流量計(10)、第一壓力表(8)、第二壓力表(9)連接，將接收到的氣體流量和氣體壓力電信號進行處理後予以顯示和儲存。
2.一種氣體壓力和流量測試裝置，其特徵在於包括空氣壓縮機(I)、空氣乾燥機(2)、增壓機(4)、氣源(3)、第一氣體儲存器(5)、第二氣體儲存器(13)、第三氣體儲存器(14)、第一流量計(7)、第二流量計(10)、第一壓力表(8)、第二壓力表(9)、數據處理器(11)、第一氣體輸出管(32)和第二氣體輸出管(34)； 所述第一氣體儲存器(5)、第一流量計(7)通過管件串聯連接，所述第一壓力表(8)通過管件分別與第一流量計(7)和三軸壓力試驗機中的三軸壓力室(15)的第二管路(47)連接，所述第二壓力表(9)通過管件分別與三軸壓力試驗機中的三軸壓力室(15)的第一管路(46)和第二流量計(10)連接，第二流量計(10)還與總排氣管(35)連接，在總排氣管(35)上設置有第三減壓閥(30); 第一氣體儲存器(5)與第一流量計(7)之間的管件上設置有第二減壓閥(18)，第一流量計(7)與第一壓力表(8)之間的管件上設置有第一截止閥(24)，第一壓力表(8)與三軸壓力室(15)之間的管件上設置有第二截止閥(25)，三軸壓力室(15)與第二壓力表(9)之間的管件上設置有第三截止閥(28)，第二壓力表(9)與第二流量計(10)之間的管件上設置有第四截止閥(29)，第二截止閥(25)與三軸壓力室(15)之間的管件上連接有第一檢驗管(36)，所述第一檢驗管上設置有第五截止閥(26)，三軸壓力室(15)與第三截止閥(28)之間的管件上連接有第二檢驗管(37 )，所述第二檢驗管上設置有第六截止閥(27 ); 所述空氣壓縮機(I)、空氣乾燥機(2)、增壓機(4)依次串聯連接，增壓機(4)的氣體輸出口通過管件與第一氣體儲存器(5)連接，所述氣源(3)通過第一氣體輸出管(32)與增壓機(4)連接,在第一氣體輸出管上設置有第一減壓閥(17)； 所述第二氣體儲存器(13)通過管件連接在第二減壓閥(18)與第一流量計(7)之間的管件上，在連接第二氣體儲存器(13)的管件上設置有第七截止閥(22)； 所述第三氣體儲存器(14)通過管件與總排氣管(35)連接，其連接位點在第三減壓閥(30)與第二流量計(10)之間，在連接第三氣體儲存器(14)的管件上設置有第八截止閥(23)； 所述第一氣體儲存器(5)連接有真空泵(6)，設置有安全閥(12)，並通過第二氣體輸出管(34)與總排氣管(35)連接,在第二氣體輸出管(34)上設置有第四減壓閥(19); 所述數據處理器(11)的接口分別與第一流量計(7)、第二流量計(10)、第一壓力表(8)、第二壓力表(9)連接，將接收到的氣體流量和氣體壓力電信號進行處理後予以顯示和儲存。
3.一種氣體壓力和流量測試裝置，其特徵在於包括空氣壓縮機(I)、空氣乾燥機(2)、增壓機(4)、氣源(3)、第一氣體儲存器(5)、第二氣體儲存器(13)、第三氣體儲存器(14)、第一流量計(7)、第二流量計(10)、第一壓力表(8)、第二壓力表(9)、數據處理器(11)、第一氣體輸出管(32)、第二氣體輸出管(34)、第三氣體輸出管(31)和第四氣體輸出管(33)； 所述第一氣體儲存器(5)、第一流量計(7)通過管件串聯連接，所述第一壓力表(8)通過管件分別與第一流量計(7)和三軸壓力試驗機中的三軸壓力室(15)的第二管路(47)連接，所述第二壓力表(9)通過管件分別與三軸壓力試驗機中的三軸壓力室(15)的第一管路(46)和第二流量計(10)連接，第二流量計(10)還與總排氣管(35)連接，在總排氣管(35)上設置有第三減壓閥(30); 第一氣體儲存器(5)與第一流量計(7)之間的管件上設置有第二減壓閥(18)，第一流量計(7)與第一壓力表(8)之間的管件上設置有第一截止閥(24)，第一壓力表(8)與三軸壓力室(15)之間的管件上設置有第二截止閥(25)，三軸壓力室(15)與第二壓力表(9)之間的管件上設置有第三截止閥(28)，第二壓力表(9)與第二流量計(10)之間的管件上設置有第四截止閥(29)，第二截止閥(25)與三軸壓力室(15)之間的管件上連接有第一檢驗管(36)，所述第一檢驗管上設置有第五截止閥(26)，三軸壓力室(15)與第三截止閥(28)之間的管件上連接有第二檢驗管(37 )，所述第二檢驗管上設置有第六截止閥(27 ); 所 述空氣壓縮機(I)、空氣乾燥機(2)、增壓機(4)依次串聯連接，增壓機(4)的氣體輸出口通過管件與第一氣體儲存器(5)連接，所述氣源(3)通過第一氣體輸出管(32)與增壓機(4)連接，在第一氣體輸出管上設置有第一減壓閥(17)和第九截止閥(20)，第一減壓閥(17)靠近氣源，第九截止閥(20)靠近增壓機； 所述第三氣體輸出管(31)的一端與氣源(3)連接，其另一端與總排氣管(35)連接，在第三氣體輸出管上設置有第五減壓閥(16)；所述第四氣體輸出管(33)的一端與第一氣體輸出管(32)連接，其連接位點在第一減壓閥(17)與第九截止閥(20)之間，第四氣體輸出管(33)的另一端連接在第二減壓閥(18)與第一流量計(7)之間的管件上，在第四氣體輸出管(33)上設置有第十截止閥(21); 所述第二氣體儲存器(13)通過管件與第四氣體輸出管(33)連接，其連接位點在第十截止閥(21)之後； 所述第三氣體儲存器(14)通過管件與第三氣體輸出管(31)連接，其連接位點在第五減壓閥(16)之後，在連接第三氣體輸出管與第三氣體儲存器(14)的所述管件上設置有第八截止閥(23)； 所述第一氣體儲存器(5)連接有真空泵(6)，設置有安全閥(12)，並通過第二氣體輸出管(34)與總排氣管(35)連接,在第二氣體輸出管(34)上設置有第四減壓閥(19); 所述數據處理器(11)的接口分別與第一流量計(7)、第二流量計(10)、第一壓力表(8)、第二壓力表(9)連接，將接收到的氣體流量和氣體壓力電信號進行處理後予以顯示和儲存。
4.根據權利要求I至3中任一權利要求所述一種氣體壓力和流量測試裝置，其特徵在於所述數據處理器(11)為計算機或單片機。
5.權利要求I至4中任一權利要求所述一種氣體壓力和流量測試裝置在瓦斯滲透模擬試驗中的應用。
6.權利要求I至4中任一權利要求所述一種氣體壓力和流量測試裝置在溶腔內壓模擬試驗中的應用。
全文摘要
本發明所述壓力和流量測試裝置有三種結構1、包括氣源、第一氣體儲存器、第二氣體儲存器、第三氣體儲存器、第一流量計、第二流量計、第一壓力表、第二壓力表、數據處理器、第一氣體輸出管和第二氣體輸出管；2、在第一種機構的基礎上增加空氣壓縮機、空氣乾燥機、增壓機；3、在第二種機構的基礎上增加第三氣體輸出管和第四氣體輸出管。本發明所述氣體壓力和流量測試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G01F1/34GK102980709SQ20121051296
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月4日 優先權日2012年12月4日
發明者劉建鋒, 謝和平, 徐進, 鞠楊, 鄧建輝, 王璐, 裴建良, 張茹, 戴 峰, 王昱飛, 劉濤, 邊宇 申請人:四川大學