连续无脉动的超高压渗流装置

技术领域

本发明涉及渗透性试验技术领域，更具体地说，涉及一种连续无脉动的超高压渗流装置。

背景技术

岩土的渗透性是指在水压力差作用下，岩石的孔隙和裂隙透过水的能力，用岩石渗透系数表示。天然岩石中存在着大量的孔隙和裂隙，水在其中流动对岩土的工程特性会产生很大的影响。工程实践表明，研究工程岩体的渗透特性，选用合理的渗流参数，进而采取有效措施控制渗流是岩土工程设计的必要内容，它不仅关系到工程安全问题，也关系到工程的经济性。

随着开挖深度、大坝高度的增加以及高承压水等特殊条件下的开挖活动，高渗透压问题越来越突出，国内外因岩土渗流而造成的工程失事的实例很多，高渗压下的岩体力学，渗透性研究已成为岩土工程中急待解决的前沿性课题。

岩体渗透性及渗透系数一般通过现场或室内试验确定，室内试验可分为两大类，一类是在试样两端施加一定或者变化的水压差，另一类是向试样的一端以一定流量的注水或者直接施加压力脉冲；而两种试样方法均需要具有将水或者其它介质增压到试验设定压力，并能精确控制流量输出的渗流装置。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种连续无脉动的超高压渗流装置，以实现试样的高压渗流试验。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种连续无脉动的超高压渗流装置中，包括可充入流体介质和输出高压渗流流体介质的增压装置，所述增压装置具有流体进出口；

所述流体进出口连通有的换向阀，所述换向阀具有第一换向通道和第二换向通道；

在流体充入状态时，所述第一换向通道连通有流体注入泵组，并关闭所述第二换向通道；

在流体流出状态时，所述第二换向通道连通至试样渗流试验工装，并关闭所述第一换向通道。

优选地，在上述连续无脉动的超高压渗流装置中，所述增压装置为电动伺服增压缸，所述电动伺服增压缸和所述换向阀包括并行布置的两组，还包括连通两组所述换向阀的第一换向通道的所述电动伺服增压缸流入三通接头，和连通两组换向阀的第二换向通道的电动伺服增压缸流出三通接头；

所述流体注入泵组连通至所述电动伺服增压缸流入三通接头，所述试样渗流试验工装连通至所述电动伺服增压缸流出三通接头。

优选地，在上述连续无脉动的超高压渗流装置中，所述电动伺服增压缸包括工程缸缸体和布置于所述工程缸缸体内的工程缸活塞，所述工程缸缸体连通是所述流体进出口；

还包括驱动所述工程缸活塞移动，压缩所述工程缸缸体的腔体内的流体介质进行高压渗流的动力装置。

优选地，在上述连续无脉动的超高压渗流装置中，所述动力装置包括伺服电机和减速机，以及连通至所述减速机的动力输出端，驱动所述工程缸活塞移动的滚珠丝杠。

优选地，在上述连续无脉动的超高压渗流装置中，还包括与所述工程缸活塞配合，对其移动进行上下极限位置进行防护的上限位开关和下限位开关；以及对所述电动伺服增压缸反馈充入和流出功能切换信号的中间限位开关。

优选地，在上述连续无脉动的超高压渗流装置中，所述换向阀通过上端阀盖、阀壳体和中间阀体组装并密封形成上端密封腔体，所述上端密封腔体通过上端阀芯为上端A腔和上端B腔，所述上端阀芯与所述中间阀体之间安装上端阀芯密封垫；

还具有通过下端阀盖、所述阀壳体和所述中间阀体组装并密封的下端密封腔体，所述下端密封腔体通过下端阀芯为下端A腔和下端B腔，所述下端阀芯和所述中间阀体之间安装下端阀芯密封垫。

优选地，在上述连续无脉动的超高压渗流装置中，还包括驱动所述上端阀芯和所述下端阀芯上下移动，进行腔室切换的换向阀动力源。

优选地，在上述连续无脉动的超高压渗流装置中，还包括柜体，所述电动伺服增压缸布置于所述柜体底座上；

所述柜体的上部布置有流体注入泵组和流体注入箱，还包括控制所述流体注入泵组和所述电动伺服增压缸进行控制的电控系统。

优选地，在上述连续无脉动的超高压渗流装置中，所述柜体的前端还设置有柜体面板，所述柜体面板上嵌装有对所述试样的工作过程进行控制和监测的触控屏、压力表和开关指示灯。

本发明提供的连续无脉动的超高压渗流装置中，包括可充入流体介质和输出高压渗流流体介质的增压装置，增压装置具有流体进出口；流体进出口连通有的换向阀，换向阀具有第一换向通道和第二换向通道，二者在充水状态和出水状态交替开闭，第一换向通道连通有流体注入泵组；第二换向通道连通至试样渗流试验工装。试样渗流试验工装连接增压装置，在对试样进行渗流试验时获取高压渗流流体介质，同时可通过流体进出口充入补充增压装置内流出的流体介质量，通过换向阀的两个换向通道进行流体介质的充入和流出状态切换，实现试样的高压渗流试验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的连续无脉动的超高压渗流装置的柜体面板结构示意图；

图2为本发明中连续无脉动的超高压渗流装置的内部结构示意图；

图3为本发明提供的连续无脉动的超高压渗流装置的增压装置的进出水结构示意图；

图4为图3中增压装置的进出水结构原理图；

图5为图3中增压装置的缸体结构第一方向剖视图；

图6为图3中增压装置的缸体结构第二方向剖视图；

图7为图3中增压装置的进出水结构中换向阀的内部结构示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种连续无脉动的超高压渗流装置，实现了试样的高压渗水试验。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图7所示，图1为本发明提供的连续无脉动的超高压渗流装置的柜体面板结构示意图；图2为本发明中连续无脉动的超高压渗流装置的内部结构示意图；图3为本发明提供的连续无脉动的超高压渗流装置的增压装置的进出水结构示意图；图4为图3中增压装置的进出水结构原理图；图5为图3中增压装置的缸体结构第一方向剖视图；图6为图3中增压装置的缸体结构第二方向剖视图；图7为图3中增压装置的进出水结构中换向阀的内部结构示意图。

本实施例提供了一种连续无脉动的超高压渗流装置中，包括可充入流体介质和输出高压渗流流体介质的增压装置，增压装置具有流体进出口；流体进出口连通有的换向阀，换向阀具有第一换向通道和第二换向通道，二者在充水状态和出水状态交替开闭；在流体充入状态时，第一换向通道连通有流体注入泵组；在流体流出状态时，第二换向通道连通至试样渗流试验工装。试样渗流试验工装连接增压装置，在对试样进行渗流试验时获取高压渗流水，同时可通过流体进出口充入补充增压装置内流出的流体介质量，通过换向阀的两个换向通道进行流体充入和流出状态切换，实现试样的高压渗流试验。

根据不同的高压渗流试验环境，流体介质可以为液体或气体，如水、二氧化碳、甲烷、氮气、超临界流体等。本实施例以水为介质进行具体说明。

在本案一具体实施例中，增压装置为电动伺服增压缸9，电动伺服增压缸9和换向阀11包括并行布置的两组，还包括连通两组换向阀的第一换向通道的电动伺服增压缸流入三通接头10，和连通两组换向阀11的第二换向通道的电动伺服增压缸流出三通接头12；

流体注入泵组7连通至电动伺服增压缸流入三通接头10，试样渗流试验工装连通至电动伺服增压缸流出三通接头12。

本实施例中，换向阀为零体积变换的换向阀11，增压装置采用电动伺服增压缸9，并包括并行布置的两组，可实现对渗流流体介质的压缩增压达到140Mpa超高压，然后将增压后的流体介质输送到试样渗流试验工装，对试样端进行渗流试验。同时，通过采用两个电动伺服增压缸9，每个电动伺服增压缸9电动伺服配备一个零体积变换的换向阀11，实现充入和输出高压渗流流体介质的功能切换，而两个体积变换的换向阀11交替换向，可实现两个电动伺服增压缸9交替渗流工作，并保证交替瞬间增压腔内体积无变化从而确保压力无波动，最终实现渗流流体介质渗入试样端时恒压无波动和无限体积注入功能。

电动伺服增压缸9的流体进出口与零体积变换的换向阀11的中间阀口连接，零体积变换的换向阀11的下端阀口与电动伺服增压缸流入三通接头10的两个接口连接，电动伺服增压缸流入三通接头10的另一个接口与流体注入泵组7连接，两个零体积变换的换向阀11的上端阀口与电动伺服增压缸流出三通接头12的两个接口连接，电动伺服增压缸流出三通接头12的另一个接口为渗水出口，与试样渗流试验工装连接。

在本案一具体实施例中，电动伺服增压缸9包括工程缸缸体9.2和布置于工程缸缸体9.1内的工程缸活塞9.3，工程缸缸体9.1连通是流体进出口；

还包括驱动工程缸活塞9.3移动，压缩工程缸缸体9.1的腔体内的水介质产生高压渗流水的动力装置。

在本案一具体实施例中，动力装置包括伺服电机9.5和减速机9.6，以及连通至减速机9.6的动力输出端，驱动工程缸活塞9.3移动的滚珠丝杠9.8。

电动伺服增压缸9，包括对其内压力进行监测的压力传感器9.1，由工程缸缸体9.2和工程缸活塞9.3围成的进出水通道，压力传感器9.1安装到工程缸缸体9.2上测量腔体压力，工程缸活塞9.3在工程缸缸体9.2内直线运动，径向采用高压密封。工程缸缸体9.2连接有筒状结构的轴承座9.4，工程缸活塞9.3与滚珠丝杠9.8的丝杆铰接，滚珠丝杠9.8的丝母套入轴承9.9，轴承9.9固定在轴承座9.4上。伺服电机9.5与减速机9.6串联，再通过带传动副9.7与滚珠丝杠9.8的丝母连接，驱动滚珠丝杠9.8的丝母旋转，滚珠丝杠9.8的丝杆直线运动推动工程缸活塞9.3向前移动，压缩工程缸缸体9.2腔体内的水产生高压渗流水。

进一步地，还包括与工程缸活塞9.3配合，对其移动进行上下极限位置进行防护的上限位开关9.10和下限位开关9.12；以及对电动伺服增压缸9反馈充水和出水功能切换信号的中间限位开关9.11。

上限位开关9.10、中间限位开关9.11、下限位开关9.12固定在轴承座9.4上，上限位开关9.10和下限位开关9.12用于电动伺服增压缸上下极限位置保护，中间限位开关9.11用于为控制系统反馈电动伺服增压缸充水和出水功能切换信号。

在本案一具体实施例中，换向阀11通过上端阀盖11.1、阀壳体11.2和中间阀体11.6组装并密封形成上端密封腔体，上端密封腔体通过上端阀芯11.3分隔为上端A1腔和上端B1腔，上端阀芯11.3与中间阀体11.6之间安装上端阀芯密封垫11.41；

还具有通过下端阀盖11.8、阀壳体11.2和中间阀体11.6组装并密封的下端密封腔体，下端密封腔体通过下端阀芯11.7为下端A2腔和下端B2腔，下端阀芯11.3和中间阀体11.6之间安装下端阀芯密封垫11.42。

换向阀11为零体积变换的换向阀，包括上端阀盖11.1、阀壳体11.2、上端阀芯11.3、上端阀芯密封垫11.41、下端阀芯密封垫11.42、径向密封圈11.5、中间阀体11.6、下端阀芯11.7和下端阀盖11.8等组成。还包括驱动上端阀芯11.3和下端阀芯7上下移动，进行腔室切换的换向阀动力源。

上端阀盖11.1、阀壳体11.2和中间阀体11.6组装，并采用径向密封圈11.5进行密封，形成上端密封腔体，上端阀芯11.3安装在腔体内，将腔体分隔为上端A1腔和上端B1腔两个腔体，AB两个腔体之间采用径向密封圈11.51密封，上端阀芯11.3与中间阀体11.6之间安装上端阀芯密封垫11.41。

下端阀盖11.8、阀壳体11.2和中间阀体11.6组装并采用径向密封圈11.5进行密封形成下端密封腔体，下端阀芯11.7安装在腔体内，并将腔体分为下端A2腔和下端B2腔两个腔体，下端A2腔和下端B2腔两个腔体之间采用径向密封圈11.52密封，下端阀芯11.7与中间阀体11.6之间安装下端阀芯密封垫11.42。

上端A1腔和上端B1腔，或下端A2腔和下端B2腔内通过流入流出液压源(或气源)控制不同的阀芯动作，上端阀芯11.3和下端阀芯11.7上下移动，当上端阀芯11.3和下端阀芯11.7向上运动时，下端阀芯密封垫11.42被压缩形成密封，上端阀口1101和中间阀口1100连通，下端阀口1102和中间阀口1100关闭；当上端阀芯11.3和下端阀芯11.7向下运动时，上端阀芯密封垫11.41被压缩形成密封，上端阀口1101和中间阀口1100关闭，1102下端阀口和中间阀口1100连通。

在本案一具体实施例中，还包括柜体1，电动伺服增压缸9布置于柜体底座上；柜体1的上部布置有流体注入泵组7和流体注入箱8，还包括控制流体注入泵组7和电动伺服增压缸9进行控制的电控系统6。

柜体1的前端还设置有柜体面板，柜体面板上嵌装有对试样的工作过程进行控制和监测的触控屏3、压力表5和开关指示灯。柜体面板上还布置针阀2旋钮，用于控制两组电动伺服增压缸9对试样渗透水的进出水路切换。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。