本发明属于岩石室内实验技术领域，特别是涉及一种基于岩石室内实验的高压低流量岩芯驱替泵。
背景技术：
目前，对于石油工业、非常规天然气工业(如页岩气开采等)以及干热岩热源开发等领域，都需要进行岩石室内实验，特别是通过岩石室内实验来测试致密岩石基质的渗透性。
由于岩石岩芯的孔隙度非常小，其渗透率可达到纳达西级别，因此对实验精度要求是非常之高的。当下比较主流的岩石室内实验包括室内三轴实验和室内真三轴实验，通过在岩石室内实验中结合驱替泵来完成岩石试样的相关渗透性测试。
但是，随着实验精度要求的不断提高，传统的驱替泵已经越来越难以满足实验要求，在实际使用过程中发现，传统驱替泵的缸体密封处都存在着一定程度的微泄漏，而且这种微泄漏具有不确定性，还会随着实验压力和温度的变化呈现出非线性，由于微泄漏存在导致传统驱替泵的运行精度降低；再有，传统驱替泵中采用的齿轮减速器，由于存在齿轮间隙，在电机正向或反向启动瞬间，会出现启动迟滞和启动冲击，导致传统驱替泵在运行过程中难以保证压力的稳定和流量的恒定，其运行稳定性差；还有，传统驱替泵受到自身结构限制，其输出压力较低，一般不超过70MPa，难以满足更高压力条件下的渗透性测试。
技术实现要素：
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于岩石室内实验的高压低流量岩芯驱替泵，采用了全新的结构设计，有效避免了微泄漏现象，有效消除了电机的启动迟滞和启动冲击，有效提高了岩芯驱替泵的运行精度，在岩芯驱替泵运行过程中有效保证压力的稳定和流量的恒定，岩芯驱替泵的最大输出压力可达140MPa，且最低流量仅为0.0003ml/min。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于岩石室内实验的高压低流量岩芯驱替泵，包括伺服电机、谐波齿轮减速器、扭矩限制器、丝杠、丝母、活塞、活塞杆、壳体、缸体及密封套；所述伺服电机的电机轴与谐波齿轮减速器的高速端相固连，谐波齿轮减速器的低速端与丝杠之间通过扭矩限制器相连接；所述丝杠位于壳体内部，在丝杠与壳体之间安装有轴承套；所述丝母套装在丝杠上，所述活塞固定套装在丝母上；在所述壳体上开设有长条形导向孔，长条形导向孔的长度方向与丝杠的轴线方向相平行；在所述活塞与壳体之间设置有凸轮轴承，凸轮轴承的螺杆端固连在活塞上，凸轮轴承的滚子端位于长条形导向孔内；所述密封套套装在活塞杆上，活塞杆一端与活塞相固连，活塞杆另一端位于缸体内，所述壳体通过密封套与缸体相固连，且壳体与密封套之间、缸体与密封套之间均安装有密封圈；在所述缸体上分别开设有低压吸液口和高压排液口，低压吸液口和高压排液口均与缸体内腔相通。
在所述活塞与壳体之间、活塞杆与密封套之间均安装有导向带。
所述高压排液口连接有压力传感器，所述伺服电机通过压力传感器测量的压力数据进行反馈控制。
本发明的有益效果：
本发明与现有技术相比，采用了全新的结构设计，有效避免了微泄漏现象，有效消除了电机的启动迟滞和启动冲击，有效提高了岩芯驱替泵的运行精度，在岩芯驱替泵运行过程中有效保证压力的稳定和流量的恒定，岩芯驱替泵的最大输出压力可达140MPa，且最低流量仅为0.0003ml/min。
附图说明
图1为本发明的一种基于岩石室内实验的高压低流量岩芯驱替泵的结构示意图；
图中，1—伺服电机，2—谐波齿轮减速器，3—扭矩限制器，4—丝杠，5—丝母，6—活塞，7—活塞杆，8—壳体，9—缸体，10—密封套，11—轴承套，12—长条形导向孔，13—凸轮轴承，14—低压吸液口，15—高压排液口，16—缸体内腔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，一种基于岩石室内实验的高压低流量岩芯驱替泵，包括伺服电机1、谐波齿轮减速器2、扭矩限制器3、丝杠4、丝母5、活塞6、活塞杆7、壳体8、缸体9及密封套10；所述伺服电机1的电机轴与谐波齿轮减速器2的高速端相固连，谐波齿轮减速器2的低速端与丝杠4之间通过扭矩限制器3相连接；所述丝杠4位于壳体8内部，在丝杠4与壳体8之间安装有轴承套11；所述丝母5套装在丝杠4上，所述活塞6固定套装在丝母5上；在所述壳体8上开设有长条形导向孔12，长条形导向孔12的长度方向与丝杠4的轴线方向相平行；在所述活塞6与壳体8之间设置有凸轮轴承13，凸轮轴承13的螺杆端固连在活塞6上，凸轮轴承13的滚子端位于长条形导向孔12内；所述密封套10套装在活塞杆7上，活塞杆7一端与活塞6相固连，活塞杆7另一端位于缸体9内，所述壳体8通过密封套10与缸体9相固连，且壳体8与密封套10之间、缸体9与密封套10之间均安装有密封圈；在所述缸体9上分别开设有低压吸液口14和高压排液口15，低压吸液口14和高压排液口15均与缸体内腔16相通。
在所述活塞6与壳体8之间、活塞杆7与密封套10之间均安装有导向带。通过导向带可防止活塞6与壳体8之间、活塞杆7与密封套10之间的磨损。
所述高压排液口15连接有压力传感器，所述伺服电机1通过压力传感器测量的压力数据进行反馈控制。在岩芯驱替泵运行过程中，能够有效保证压力的稳定和流量的恒定。
下面结合附图说明本发明的一次使用过程：
当本发明的岩芯驱替泵进行吸液时，首先控制伺服电机1正向转动，依次通过谐波齿轮减速器2及扭矩限制器3将动力传递给丝杠4，进而带动丝杠4正向转动，并使丝母5沿着丝杠4向后移动，进而带动活塞6及活塞杆7向后移动，随着活塞杆7向后移动，使缸体内腔16的容积增大，进而通过低压吸液口14完成吸液。
当本发明的岩芯驱替泵进行排液时，首先控制伺服电机1反向转动，依次通过谐波齿轮减速器2及扭矩限制器3将动力传递给丝杠4，进而带动丝杠4反向转动，并使丝母5沿着丝杠4向前移动，进而带动活塞6及活塞杆7向前移动，随着活塞杆7向前移动，使缸体内腔16的容积减小，进而通过高压排液口15完成排液。
本发明的岩芯驱替泵采用整体同轴结构，使用时水平放置，采用谐波齿轮减速器后，有效消除了电机的启动迟滞和启动冲击，提高了岩芯驱替泵的运行稳定性和运行精度。利用丝杠丝母机构作为活塞的传动部件，通过移动活塞来改变缸体内腔的容积，实现岩芯驱替泵的吸液和排液，经实际验证，本发明的岩芯驱替泵最大输出压力可达140MPa，且最低流量仅为0.0003ml/min，已经完成超越了传统的驱替泵。将扭矩限制器3引入本发明的岩芯驱替泵中，用于替换传统的联轴器来使用，当突预过载或由于机械故障导致扭矩超过安全值时，扭矩限制器3将以打滑形式限制扭矩的传递，从而保证岩芯驱替泵的安全，当过载消失后，扭矩限制器3可自行恢复到正常状态。
实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。