恒压阀及渗流实验系统

摘要

本发明公开了一种恒压阀及渗流实验系统，恒压阀包括阀体，阀体内设有阀腔，所述阀腔内设有阀芯，阀体的一端设有控压口；另一端设有直通输液口，阀体的侧壁上设有侧通输液口，阀芯能在控压口与直通输液口之间滑动；阀芯朝向直通输液口的一端设有芯孔；朝向侧通输液口的一侧设有楔形槽，芯孔与所述楔形槽相通。渗流实验系统可以由恒定静压装置提供所需的给定压，由进压阀和回压阀分别控制煤岩试件进口和回口的渗流压力，从而达到试件两端面压差恒定，实现不同压力和压差下气液介质在煤岩中的渗流实验研究。

权利要求

1.一种恒压阀，包括阀体，其特征在于，所述阀体内设有阀腔，所述阀腔内设有阀芯，所述阀体的一端设有控压口；另一端设有直通输液口，所述阀体的侧壁上设有侧通输液口，所述阀芯能在所述控压口与所述直通输液口之间滑动；

所述阀芯朝向所述直通输液口的一端设有芯孔；朝向所述侧通输液口的一侧设有楔形槽，所述芯孔与所述楔形槽相通；

所述阀腔的两端与所述阀芯之间设有限位弹簧。

2.根据权利要求1所述的恒压阀，其特征在于，该恒压阀为进压阀，所述侧通输液口为进口，所述直通输液口为出口，所述楔形槽自所述直通输液口至所述控压口的方向由浅逐渐加深。

3.根据权利要求1所述的恒压阀，其特征在于，该恒压阀为回压阀，所述直通输液口为进口，所述侧通输液口为出口，所述楔形槽自所述直通输液口至所述控压口的方向由深逐渐变浅。

4.一种渗流实验系统，包括渗流管路，其特征在于，所述渗流管路上设有权利要求1至

3任一项所述的恒压阀，所述恒压阀的直通输液口和侧通输液口分别与所述渗流管路连接；

所述恒压阀的控压口与恒定静压系统连接。

5.根据权利要求4所述的渗流实验系统，其特征在于，所述渗流管路包括进流管路、回流管路；

所述进流管路上设有的恒压阀为进压阀；所述回流管路上设有的恒压阀为回压阀；

所述进压阀的侧通输液口为进口，直通输液口为出口，阀芯上的楔形槽自所述直通输液口至所述控压口的方向由浅逐渐加深。

所述回压阀的直通输液口为进口，侧通输液口为出口，阀芯上的楔形槽自所述直通输液口至所述控压口的方向由深逐渐变浅。

6.根据权利要求4或5所述的渗流实验系统，其特征在于，所述恒定静压系统为真三轴蠕变实验系统的液压加载系统。

7.根据权利要求6所述的渗流实验系统，其特征在于，所述液压加载系统通过重力液压恒载蓄能装置保持恒压，所述进压阀和回压阀分别通过变压装置与所述液压加载系统连接。

8.根据权利要求7所述的渗流实验系统，其特征在于，所述变压装置包括缸体、活塞，所述活塞两端的面积不同，所述活塞的两端与所述缸体之间分别形成大活塞腔和小活塞腔，所述大活塞腔和小活塞腔分别与外部相通。

9.根据权利要求4或5所述的渗流实验系统，其特征在于，所述渗流管路中的渗流介质为气体或液体。

说明书

恒压阀及渗流实验系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种煤岩试样渗流试验技术，尤其涉及一种恒压阀及渗流实验系统。

背景技术

[0002] 在煤岩蠕变渗流的实验研究中，需要知道煤岩试样两个端面的压差，从而研究该种渗流介质在煤岩试样中的渗透规律，进而研究蠕变过程与渗透率的关系。在渗流试验中，通常采用高压气瓶、气泵或者液泵作为通过煤岩试样渗流流体的动力源，而随着气瓶中气体浓度及外界温度的变化，从高压气瓶输出到煤岩试样端面的流体压力是不恒定的，那么直接造成试件两端的压差不恒定，从而造成通过试样的渗流量及实验结果处理的试样渗透参数出现误差；气泵或液泵提供的压力取决于泵的特性及流量的大小，流量变化时，其压力随之改变。所以在煤岩试样渗流实验的研究中，需要对进入实验端面的流体压力进行恒定。

[0003] 现有技术中，渗流实验中的恒压装置大都是采用以弹簧或密封气体来给定控压，或液压泵等给定液压进行压力调节。

[0004] 上述现有技术至少存在以下缺点：结构复杂、恒压效果差。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种结构简单、恒压效果好的恒压阀及渗流实验系统。

[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

[0007] 本发明的恒压阀，包括阀体，所述阀体内设有阀腔，所述阀体腔内设有阀芯，所述阀体的一端设有控压口；另一端设有直通输液口，所述阀体的侧壁上设有侧通输液口，所述阀芯能在所述控压口与所述直输通液口之间滑动；

[0008] 所述阀芯朝向所述直通输液口的一端设有芯孔；朝向所述侧通输液口的一侧设有楔形槽，所述芯孔与所述楔形槽相通。

[0009] 本发明的渗流实验系统，包括渗流管路，所述渗流管路上设有上述的恒压阀，所述恒压阀的直通输液口和侧通输液口分别与所述渗流管路连接；所述恒压阀的控压口与恒定静压系统连接。

[0010] 由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的恒压阀及渗流实验系统，由于恒压阀的阀体腔内设有阀芯，阀芯能在控压口与直通输液口之间滑动；阀芯朝向直通输液口的一端设有芯孔、朝向侧通输液口的一侧设有楔形槽，芯孔与楔形槽相通，当控压口给定压力恒定时，控压口与直通输液口之间的压差会引起阀芯的移动，通过楔形槽可以改变通过阀的流量，从而保持渗流实验系统中进入实验端面的流体压力的恒定，结构简单、恒压效果好。

附图说明

[0011] 图1为本发明恒压阀的具体实施例一的结构示意图；

[0012] 图2为本发明恒压阀的具体实施例二的结构示意图；

[0013] 图3为本发明渗流实验系统的结构示意图；

[0014] 图4为本发明中变压装置的结构示意图。

具体实施方式

[0015] 本发明的恒压阀，其较佳的具体实施方式如图1、图2所示，包括阀体1，阀体1内设有阀腔，阀体腔内设有阀芯21、22，阀体1的一端设有控压口K；另一端设有直通输液口B，阀体1的侧壁上设有侧通输液口A，阀芯21、22能在控压口K与直通输液口B之间滑动。阀芯21、22朝向直通输液口B的一端设有芯孔6；朝向侧通输液口A的一侧设有楔形槽7，芯孔6与楔形槽7相通。当控压口K给定压力恒定时，控压口K与直通输液口B之间的压差会引起阀芯21、22的移动，通过楔形槽7可以改变通过阀的流量，从而实现恒压。

[0016] 具体实施例一，如图1所示：

[0017] 恒压阀为进压阀时，侧通输液口A为进口，直通输液口B为出口，阀芯21上的楔形槽7自直通输液口B至控压口K的方向由浅逐渐加深。

[0018] 具体实施例二，如图2所示：

[0019] 恒压阀为回压阀时，直通输液口B为进口，侧通输液口A为出口，阀芯21上的楔形槽7自直通输液口直通输液口B至控压口K的方向由深逐渐变浅。

[0020] 阀体1内的阀腔的两端与阀芯21、22之间设有限位弹簧，起缓冲作用；阀芯21、22与阀体1的内壁之间设有密封圈5；阀口A、B、K处设有接口3等。

[0021] 本发明的渗流实验系统，其较佳的具体实施方式如图3所示，包括渗流管路，渗流管路上设有上述的恒压阀，恒压阀的直通输液口和侧通输液口分别与渗流管路连接；恒压阀的控压口与恒定静压系统连接。

[0022] 当通过渗流试验系统对试样进行渗流试验时，渗流管路包括进流管路、回流管路，渗流介质自进流管路进入试样，从回流管路回液。

[0023] 可以在进流管路上设进压阀，同时在回流管路上设回压阀。也可以只在进流管路上设进压阀或在回流管路上设回压阀。具体进压阀的侧通输液口可以与气瓶(或气泵或液泵)连接，回压阀的侧通输液口可以与流量计等连接，流量计出口排空。

[0024] 恒定进压阀的工作原理：气瓶气体通过阀进口进入阀体，并通过阀芯上的沟槽及阀芯中孔到达阀出口。当出口压力大于给定压力(控压口)，阀芯右移，通路断面积变小，阻力增大，流量减小，从而使阀的出口压力降低。反之，当出口压力小于给定压力(控压口)，阀芯左移，通路断面积变大，阻力减小，流量增大，从而使阀的出口压力提高。当出口压力等于于给定压力(控压口)，阀芯静止不动，通路断面积、阻力、流量均保持不变，阀的出口压力恒定。在整个实验过程中，阀芯左右移动，出口压力始终与控压口压力最多相差阀芯移动阻力，给定口压力恒定，则通过进压阀输出到试样端面的压力基本恒定，其波动幅度仅为阀芯移动阻力。

[0025] 恒定回压阀的工作原理与进压阀相似：气瓶气体通过阀进口进入阀体，并通过阀芯中孔及阀芯上的沟槽到达阀出口。当进口压力大于给定压力(控压口)，阀芯右移，通路断面积变大，阻力降低，流量增大，从而使阀的进口压力降低。反之，当出口压力小于给定压力(控压口)，阀芯左移，通路断面积变小，阻力增大，流量减小，从而使阀的进口压力提高。当出口压力等于于给定压力(控压口)，阀芯静止不动，通路断面积、阻力、流量均保持不变，阀的进口压力恒定。在整个实验过程中，阀芯左右移动，进口压力始终与控压口压力最多相差阀芯移动阻力，给定口压力恒定，则通过进压阀输出到试样端面的压力基本恒定，其波动幅度仅为阀芯移动阻力。

[0026] 具体实施时，包括以下步骤：(1)将进压阀的进口连接到高压气瓶(气泵、液泵)，将其出口连接到试件的进口，并在管路上安装压力表；(2)将回压阀的进口连接到试件的渗流出口，并在管路上安装压力表，将回压阀的出口连接到流量计；(3)根据渗流介质进入试件端面压力要求，调整蓄能器和变压装置，并将其连接到进压阀的控压口，提供恒定的给定静压；(4)根据渗流介质流出试件端面压力要求，调整蓄能器和变压装置，并将其连接到回压阀的控压口，提供恒定的给定静压；(5)打开气瓶(气泵、液泵)，向进压阀供气(供液)，进行煤岩试件渗流实验；(6)观察压力表的读数，当试件进出口的压力均保持恒定后，记录压力表和流量计的读数，计算渗流参数。

[0027] 本发明的渗流实验系统可以与真三轴蠕变实验系统设置在一起，其中，与恒压阀的控压口连接的恒定静压系统即可以为真三轴蠕变实验系统的液压加载系统。

[0028] 液压加载系统可以通过重力液压恒载蓄能装置保持恒压，渗流实验系统可以通过液压加载系统提供渗流给定恒压。由于整个液压加载系统的压力恒定，通过该系统给定的渗流给定压力也可以实现恒定。

[0029] 进压阀和回压阀分别通过变压装置IV、V与液压加载系统连接。可以根据需要通过变压装置IV、V对液压加载系统进行调定后，分别控制进压阀和回压阀的压力，使进压阀和回压阀的压力恒定，进而为渗流实验系统提供渗流给定恒压。

[0030] 渗流实验系统中还包括：流量计、气瓶、位移计、恒温箱、截止阀、三通及若干管线等。渗流管路中的渗流介质可以为气体或液体等。

[0031] 真三轴蠕变实验系统中，重力液压恒载蓄能装置提供动力源并蓄能，试验过程中，由于试件体积的变化，观测位移计液面的变化，必要时采用手摇泵进行及时的补液或泄液；通过变压装置I、II、III对重力蓄能装置输出的流体进行变压，分别满足试样不同方向的加载要求，并通过变压装置IV、V为进压阀和回压阀提供控压口的给定压，从而恒定渗流试验中试样两端面渗流介质的压力差；通过流量计记录渗流介质通过煤岩试样的渗流量；可以将夹持器及气瓶安置在恒温箱中，通过管线连接构成恒载蠕变与渗流实验系统。

[0032] 如图4所示，上述的变压装置I、II、III、IV、V包括缸体11、活塞12，活塞12两端的面积不同，活塞12的两端与缸体11之间分别形成大活塞腔15和小活塞腔16，大活塞腔15和小活塞腔16分别与外部相通，排气孔17可以排出进入缸体与活塞之间的气体，可以通过活塞12两端的面积差实现变压。活塞12与缸体11之间可以设有密封装置14，缸体11的上部可以设有缸盖13等。实验中可以通过单个变压装置或者多个变压装置串并联获得不同的压力荷载，结合砝码重力达到各种煤岩试样蠕变实验要求，实验过程中如果出现试样体积变化较大的情况时进行及时的手动补液或泄液。具体实施例的数据如表1所示：

[0033] 表1变压装置活塞参数

[0034]大端直径/mm 60 60 60 60 60
大小端直径比 0.93 0.87 0.71 0.50 0.35
小端直径/mm 56.0 52.2 42.4 30.0 21.2
大小端面积比 0.87 0.76 0.50 0.25 0.13
压力缩放倍数 1.15 1.32 2.00 4.00 8.00

[0035] 本发明用在煤岩渗流实验中，控制渗流介质进压(和回压)，可以实现在恒定压差下煤岩渗流的研究，可以由恒定静压装置提供所需的给定压。由进压阀和回压阀分别控制试件进口和回口的渗流压力，从而达到试件两端面压差恒定，严格满足渗流实验要求。

[0036] 在本发明中，渗流实验系统可以与真三轴蠕变实验系统利用一套重力恒压蓄能装置提供初始液压，在调压过程中通过变压装置进行变压从而施加到阀的控压口进行进压或回压恒定。

[0037] 具体实施时，可以包括以下步骤：(1)通过手摇泵向真三轴蠕变实验系统加载，进行蠕变实验，定时观测位移计液面的变化，必要时进行适当的补液或泄液；(2)打开进压阀和回压阀上方的阀门，使进压阀和回压阀控压口压力恒定，打开气瓶进行渗流试验；(3)进压阀和回压阀的阀芯动作，自动调节试件进口和回口的渗流压力(4)观察试件进口和回口管路上的压力表读数，当压力稳定后，读取记录流量计数值即渗流量，并进行数据处理。

[0038] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。