专利名称：一种三轴压力下岩样加热装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种岩样加热装置，尤其是一种适用于岩石三轴试验的岩样加热
装置，属于岩石力学工程领域。
背景技术：
随着人类社会的发展和科学技术的飞速进步，诸如煤炭地下气化、高温岩体地热 开发、深部油气开采、废料处置等与温度有关的工程问题越来越多，迫切需要了解深部岩体 在温度、应力和流体共同作用下的耦合特性，而这些问题的解决离不开实验技术的发展和 进步，离不开试验机技术的发展。例如石油钻井的深度已达到8000m，高温岩体地热资源 开采深度在5000m以上，金属矿山开采深度达到3000m，煤炭地下气化与井下火灾温度在 IOO(TC以上。国内外现有的高温高压试验机，尽管试验的温度和压力都很高，但所测试件 多为小20X40mm，非常小，且功能单一，仅可以进行变形特性和弹性波等地球物理方面的研 究，根本无法提供与人类工程活动相关的岩体性态。 美国MTSMTS8504600KW试验机，能实验尺寸为①50X 100mm的试样，采用液压油加 载围压，油温控制在-20°C《T《20(TC范围之内，一般在200吨至300吨之间，但仍存在加 载温度低，压力小的缺点。中国科学院工程地质力学重点实验室岩石力学试验室TAW-2000 电液伺服试验机具有轴压、围岩、孔隙水压和温度独立闭环控制系统，主机采用美国MTS 三轴主机结构，刚度大于10GN/m，轴压2000kN，围压lOOMPa，孔隙水压60MPa，温度-50 20(TC，试件直径25mm 100mm，最小采样时间间隔为lms。可进行单轴、三轴应力应变全过 程试验，恒速、变速、循环加卸载及多种波形控制试验，孔隙水和高低温特性试验等。 目前，国内外岩石力学实验室研究主要以①50X100mm的小岩石试样为主，压力 试验机刚度小，实际操作中存在破断后回弹的现象，同时在三轴试验中，采用液体施加围 压，不具备高温、高压耦合的条件。岩石力学工程要求对岩体力学有更深入的研究和认识， 从宏观上解决实际工程中遇到的问题。
发明内容技术问题本实用新型的目的是针对已有技术中存在有问题，提供一种结构简单， 易操作，可对大直径岩样进行三轴力学性能试验装置。 技术方案本实用新型的岩样加热装置，包括推移小车底座，推移小车底座上设置 由内外两层厚壁圆筒预应力縮套为一体的三轴压力室体炉体，推移小车底座的中部开有与 内厚壁圆筒相同直径的通孔，通孔内设有围压套，围压套内设有轴压头，轴压头上设有支撑 在岩样体下端的下压头，岩样体上端设有上压头；内厚壁圆筒的内壁上附着有隔热层；上 压头和轴压头的外圆周上附着有上下连通的电热合金片，岩样体的外圆周上附着有绝缘隔 热层；轴压头和下压头与内厚壁圆筒所围成的空间内装有下叶腊石粉，岩样体与内厚壁圆 筒所围成的空间内装有工业盐，并装有多个热电偶；上压头与内厚壁圆筒所围成的空间内 装有上叶腊石粉；内厚壁圆筒上部设有带有铜电极的盖板，盖板上设有将热电偶引线导出的锥塞，外厚壁圆筒的外圆周上布有水冷却铜管。 所述的绝缘隔热层由设在电热合金片内外的内云母纸层和外云母纸层构成；所述 的隔热层为云母纸；所述上压头和下压头外圆周上的电热合金片外部设有将其箍紧的铜 套；所述内厚壁圆筒、外厚壁圆筒采用H13钢铸造；所述的热电偶铠装有瓷管。 有益效果本实用新型解决了长期以来小岩样、低温的、液体施加围压的实验条 件；装置采用①200 X 400mm的大岩石试样，是普通岩石试样的64倍，同时允许岩石试样有 大的裂隙，可以模拟构造面对岩体强度的影响；采用固体颗粒工业盐来施加围压，允许高 温、高压耦合场，最高温度可以达到60(TC，试件最大轴向压力318MPa，最大侧向固体传压 压力250MPa，最大孔隙压压力250MPa ;高温三轴压力室具有高精度的温度稳定控制功能， 温度控制灵敏度不大于±0. 3% ; 可以研究高温高压下，或常温下，岩体变形特性、强度特性、固流热耦合特性、流变 特性、渗透特性、热传导特性；研究热与应力复合作用下，固体矿物(煤、油母页岩等)相变、 熔融、传热传质，液化、气化，化学反应等特性与规律；研究高温高压下，岩体变形与钻机具 的相互作用，水力压裂规律等。 设备主要用于探索深部采矿、煤炭地下直接液化与气化、地热开采、煤层气开采、 深部油气开采、废料处置、矿山安全、建筑安全等极为广泛的工程领域的深刻的科学规律与 自然现象，为能源与资源开发提供原创性的思路与研究方向。
图1是本实用新型的岩样加热装置结构示意图。 图2是本实用新型图1中局部I放大图。 图3是本实用新型图1中局部II放大图。 图中l-热电偶引线，2-锥塞，3-盖板，4-上压头，5-上叶腊石粉，6-工业盐，7-岩 石试样，8-冷却铜管，9-推移小车底座，10-下叶腊石粉，11-下压头，12-轴压头，13-围压 套，14_内厚壁圆筒，15_外厚壁圆筒，16-铜套，17_内云母纸层，IS-电热合金片，19_外云 母纸层，20-热电偶，21-瓷管，22-云母纸。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施例作进一步的描述 本实用新型的岩样加热装置，主要由推移小车底座9、设在推移小车底座9上的 三轴压力室炉体、三轴压力室炉体内设置的固定岩样体7的上下压头和围压材料构成，三 轴压力室炉体由内厚壁圆筒14和外厚壁圆筒15采用H13钢铸造而成，为两直径不同的 厚壁圆筒，内厚壁圆筒14的内径03OOmm外径051Omm;外厚壁圆筒15的内径为,051O咖外径 01060nm，高度皆约为1000mm，内层厚壁圆筒精加工后内壁进行渗氮处理，之后两圆筒预应 力縮套装配；推移小车底座9的中部开有与内厚壁圆筒14相同直径的通孔，通孔内设有围 压套13，围压套13内设有轴压头12，轴压头12上设有支撑在岩样体7下端的下压头11，岩 样体7上端设有上压头4 ;内厚壁圆筒14的内壁上附着有云母纸隔热层22 ;上压头4和下 压头12的外圆周上附着有上下连通的电热合金片18，电热合金片18外部设有将其箍紧的 铜套16。岩样体7的外圆周上附着有绝缘隔热层，绝缘隔热层由设在电热合金片18内外的内云母纸层17和外云母纸层19构成。轴压头12和下压头11与内厚壁圆筒14所围成的 空间内装有下叶腊石粉10，岩样体7与内厚壁圆筒14所围成的空间内装有工业盐6并装有 多个热电偶20，每个热电偶20除触头外均铠装有瓷管21，以保证绝缘效果。上压头4与内 厚壁圆筒14所围成的空间内装有上叶腊石粉5;内厚壁圆筒14上部设有用H13钢制成的盖 板3，盖板3设有铜电极，并设有将热电偶引线1导出的锥塞2，为了防止实验过程中铸钢温 度过高，超过设计温度30(TC，在紧贴外厚壁圆筒15的外圆柱体周向缠绕冷却用的铜管8。 铜管8的直径为02Omm，进水出水间隔安装，冷却水经增压泵后进入铜管8，所产生的高温水 由回水口进入冷却水水箱。
权利要求一种三轴压力下岩样加热装置，其特征在于它包括推移小车底座(9)，推移小车底座(9)上设有由内外两层厚壁圆筒(14、15)预应力缩套为一体的三轴压力室炉体，推移小车底座(9)的中部开有与内厚壁圆筒(14)相同直径的通孔，通孔内设有围压套(13)，围压套(13)内设有轴压头(12)，轴压头(12)上设有支撑在岩样体(7)下端的下压头(11)，岩样体(7)上端设有上压头(4)；内厚壁圆筒(14)的内壁上附着有隔热层(22)；上压头(4)和轴压头(12)的外圆周上附着有上下连通的电热合金片(18)，岩样体(7)的外圆周上附着有绝缘隔热层；轴压头(12)和下压头(11)与内厚壁圆筒(14)所围成的空间内装有下叶腊石粉(10)，岩样体(7)与内厚壁圆筒(14)所围成的空间内装有工业盐(6)，并装有多个热电偶(20)；上压头(4)与内厚壁圆筒(14)所围成的空间内装有上叶腊石粉(5)；内厚壁圆筒(14)上部设有带铜电极的盖板(3)，盖板(3)上设有将热电偶引线(1)导出的锥塞(2)，外厚壁圆筒(15)的外圆周上布有水冷却铜管(8)。
2. 根据权利要求1所述的岩样加热装置，其特征在于所述的绝缘隔热层由设在电热 合金片(18)内外的内云母纸层(17)和外云母纸层(19)构成。
3. 根据权利要求l所述的岩样加热装置，其特征在于所述的隔热层(22)为云母纸。
4. 根据权利要求l所述的岩样加热装置，其特征在于所述的发热层(22)为电热合金片。
5. 根据权利要求1所述的岩样加热装置，其特征在于所述上压头(4)和下压头(11) 外圆周上的电热合金片(18)外部设有将其箍紧的铜套(16)。
6. 根据权利要求l所述的岩样加热装置，其特征在于所述内厚壁圆筒(14)、外厚壁圆 筒(15)采用H13钢铸造。
专利摘要一种三轴压力下岩样加热装置，主要由推移小车底座、三轴压力室炉体、上下压头和围压材料构成，推移小车底座上设置由内外缸体套合为一体的三轴压力室炉体，上下压头设在三轴压力室炉体内，三轴压力室炉体内壁上附着有隔热层，上下压头的外圆周上附着有绝缘隔热层；轴压头、上下压头和岩样体与内缸体所围成的空间内装有压力层，并装有多个热电偶，外缸体的外圆周上布有冷却铜管。利用三轴压力机对轴压头和围压套加压，调节温控柜输出电流大小，实现改变电热合金片发热量的大小，热量穿过云母纸传递到岩样中，热电偶实时测量电热合金片周围温度，通过温控柜显示并记录，对比显示温度与实验拟定温度，调节电流大小，实现岩样温度可控。
文档编号G01N3/18GK201548462SQ20092004922
公开日2010年8月11日 申请日期2009年10月21日 优先权日2009年10月21日
发明者万志军, 冯子军, 张源, 李根威, 王冲 申请人:中国矿业大学