用于高温膨胀性和渗透性测定仪的压力室的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于高放射性废物地质处置实验研究领域，具体涉及一种用于高温膨胀性和渗透性测定仪的压力室。目的是解决现有压力室体积、重量大，操作不方便等不足。该压力室包括底座、位于底座上方的上盖、位于底座与上盖之间的试样环、以及位于上盖上方的不锈钢活塞；底座下部侧面设有与进水管接头相连的进水孔道；样品环中空，内置试验样品，试验样品上面放置金属透水板，金属透水板顶部高度与样品环高度平齐；上盖底部有圆形凹槽，罩在样品环上；上盖中部有圆柱形孔，不锈钢活塞插入孔内且下端与试验样品上方的金属透水板接触。该压力室实现了轻量化设计，便于精确测量膨胀力。
【专利说明】用于高温膨胀性和渗透性测定仪的压力室
【技术领域】
[0001]本实用新型属于高放射性废物地质处置实验研究领域，具体涉及一种用于高温膨胀性和渗透性测定仪的压力室。
【背景技术】
[0002]我国的高放射性核废物拟采用多重屏障(地质介质属于天然屏障，废物体、包装容器和缓冲回填材料等属于工程屏障)深地质处置的方式进行处置。缓冲材料作为处置库中多重屏障系统的重要组成部分，是填充在废物罐和地质体之间的最后一道人工屏障，起着工程屏障、水力学屏障、化学屏障、传导和散失放射性废物衰变热等重要作用，是地质处置库安全性和稳定性的有效保障。通过国内外近年来的研究，以蒙脱石为主要成分的膨润土被认为是高放废物处置库最合适的缓冲回填材料。处置库围岩中的地下水在高压地下水流的作用下向处置库内发生渗透，膨润土遇水吸湿导致土体膨胀变形，形成阻障围岩中地下水快速渗入处置库内而引起核素迁移与辐射扩散的人工屏障。因此，研究膨润土在各种条件尤其是高温、高水压条件下的膨胀、渗透等性能具有重要意义。
[0003]微机控制高温膨胀性和渗透性测定仪(中国专利ZL200920154214.9)用于研究不同温度、不同进水压力、不同排气条件和不同压实密度膨润土的膨胀力和渗透系数，实现了膨胀力测定和渗透系数测定的一体化，全自动控制，温度、水压控制范围大，稳定性好。但在使用过程中发现该设备的压力室存在一些缺点:体积、重量大，操作不方便；密封方式摩擦力大，不能精确测量膨胀力；出水结构不合理等。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于高温膨胀性和渗透性测定仪的压力室。
[0005]实现本实用新型目的的技术方案为:
[0006]一种用于高温膨胀性和渗透性测定仪的压力室，其特征在于:包括底座、位于底座上方的上盖、位于底座与上盖之间的试样环、以及位于上盖上方的不锈钢活塞；所述底座下部侧面设有与进水管接头相连的进水孔道；所述底座上部中间设有两个圆形凹槽，大凹槽放置样品环，小凹槽内放置一个金属透水板，所述金属透水板置于所述进水孔道上方；所述样品环中空，内置试验样品，所述试验样品上面放置一个金属透水板，所述金属透水板顶部高度与样品环高度平齐；所述上盖底部有圆形凹槽，罩在样品环上；所述上盖中部有圆柱形孔，不锈钢活塞插入孔内且下端与试验样品上方的金属透水板接触。
[0007]如上所述的一种用于高温膨胀性和渗透性测定仪的压力室，其中:所述不锈钢活塞中部直径比下部大，中部突出部分与上盖之间设有密封圈。
[0008]如上所述的一种用于高温膨胀性和渗透性测定仪的压力室，其中:所述不锈钢活塞上套有压力传感器，所述压力传感器通过螺栓与上盖紧固，且压力传感器底部感应面与不锈钢活塞中部突出部分接触。[0009]如上所述的一种用于高温膨胀性和渗透性测定仪的压力室，其中:所述不锈钢活塞底部和侧壁设有孔，底部孔与侧壁孔相通，侧壁孔与上盖内的出水孔道相通，所述出水孔道整体向下倾斜。
[0010]如上所述的一种用于高温膨胀性和渗透性测定仪的压力室，其中:所述不锈钢活塞的底部孔顶端与温湿度传感器孔相通，温湿度传感器孔内设有温湿度传感器，且温湿度传感器孔位于出水孔道上方。
[0011]如上所述的一种用于高温膨胀性和渗透性测定仪的压力室，其中:所述样品环底面与底座接触处以及样品环顶面与上盖接触处各设有一个O型的密封圈，密封圈采用氟橡胶。
[0012]如上所述的一种用于高温膨胀性和渗透性测定仪的压力室，其中:所述底座与上盖通过螺栓紧固，所述进水管接头与进水系统相连。
[0013]本实用新型的效果在于:其实现了轻量化设计，采用新的密封方式和紧固方式，并改进了压力传感器和温湿度传感器的位置及工作方式。具体如下:
[0014](I)本实用新型所述的一种用于高温膨胀性和渗透性测定仪的压力室，使用螺栓紧固的方式代替了螺旋紧固，并且压力室主体由底座、压力室体、上盖三部分变为底座和上盖两部分，使压力室的体积和重量都大幅减小，操作简单方便。
[0015](2)改进了压力传感器的固定方式，将原来隐藏在上盖内部的压力传感器通过螺栓固定于上盖顶部，在压力传感器损坏或需要标定、检定时，方便拆装。
[0016](3)高温膨胀性和渗透性测定仪的压力室通过挤紧活塞与活塞孔壁之间的密封圈实现活塞与上盖间的密封，试样的膨胀力需要克服密封圈与上盖活塞孔壁之间的摩擦力后才能由活塞传递给压力传感器，这不仅造成了膨胀力测量的不准确，同时也无法记录到试验初期试样膨胀力较小时的发展曲线。本实用新型所述的压力室，改进了不锈钢活塞的设计，用活塞压紧密封圈的方式实现活塞与上盖间的密封，消除了密封圈与上盖活塞孔壁之间的磨擦力，实现了膨胀力的精确测量，并且能够得到膨胀力发展的全过程曲线。
[0017](4)现有高温膨胀性和渗透性测定仪的压力室内温湿度传感器孔与出水孔道位于压力室的两侧，倾斜对置设计，下部开口都贴近试样，渗透到试样上表面的水需要填充满这两个孔后才能流出压力室，进入出水测量系统，这不仅造成无法精确测量出水量，而且使温湿度传感器长期浸泡在液态水中，失去测定温湿度的功能。本实用新型所述的压力室出水孔道位于温湿度传感器孔的下方并与其连通，在不影响温湿度测量的同时避免了水流向温湿度传感器孔分流，使出水量测量更加准确，并确保温湿度传感器不接触液态水。
[0018](5)同样是为了准确测定出水量，本实用新型所述的压力室出水孔道向下倾斜，渗出试样上表面的液态水能够尽快通过出水孔道进入出测量系统，有利于准确测量出水量和评估试样的饱和状态，这在对渗透系数极低的高压实膨润土样品进行试验时尤为重要。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型提供的一种用于高温膨胀性和渗透性测定仪的压力室的结构示意图；
[0020]图2为本实用新型提供的一种用于高温膨胀性和渗透性测定仪的压力室的工作示意图；[0021]图中:1.底座；2.试样环；3.不锈钢活塞；4.上盖；5.进水孔道；6.进水管接头；
7.金属透水板；8.试验样品；9.密封圈；10.大螺栓；12.压力传感器；13.小螺栓；14.出水孔道；15.温湿度传感器；16.出水测量装置；17.进水系统；18.电机。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和实施例对本实用新型提供的一种用于高温膨胀性和渗透性测定仪的压力室作进一步描述。
[0023]如图1所示，一种用于高温膨胀性和渗透性测定仪的压力室，主体部分包括底座
1、位于底座I上方的上盖4、位于底座I与上盖4之间的试样环2、以及位于上盖4上方的不锈钢活塞3，这些组成部分采用刚度大、耐腐蚀的不锈钢制成。底座I下部侧面设有进水孔道5，进水孔道5与进水管接头6相连，进水管接头6用于连接进水系统17 ;底座I上部中间有两个圆形凹槽，大凹槽放置样品环2，小凹槽内放置一个金属透水板7，该金属透水板7置于进水孔道5上方；样品环2中空，用于放置试验样品8，试验样品8上面放置一个金属透水板7，金属透水板7顶部高度与样品环2高度平齐，样品环2的底面和顶面各有一个O型的密封圈9，分别与底座I和上盖4接触；密封圈9采用氟橡胶制作，耐高温，弹性好，能够承受一定的挤压变形，防止水从样品环2与底座I和上盖4的缝隙中流出；底座I与上盖4通过大螺栓10紧固，上盖4底部有圆形凹槽，罩在样品环2上；上盖4中部有圆柱形孔，不锈钢活塞3插入该圆柱形孔内且下端与金属透水板7接触；不锈钢活塞3中部直径比下部大，通过中部突出部分压紧密封圈9，实现不锈钢活塞3与上盖4之间的密封；压力传感器12套在不锈钢活塞3上，通过小螺栓13与上盖4紧固，其底部感应面与不锈钢活塞3中部突出部分接触；不锈钢活塞3底部和侧壁设有孔，底部孔与侧壁孔相通，侧壁孔与上盖4内出水孔道14相通，出水孔道14整体向下倾斜；不锈钢活塞3底部孔顶端与温湿度传感器孔相通，温湿度传感器孔用于安装温湿度传感器15 ;温湿度传感器孔位于出水孔道14上方。
[0024]图2为用于高温膨胀性和渗透性测定仪的压力室的工作示意图，具体实施的操作步骤为:首先，压制土样，在试样干密度和直径已定的情况下，称取定质量的土以获得高度为IOmm的试验样品8，称好的土放入试样环2内，使用特制的模具，在压力机上压制成型。将试样环2放入底座I的凹槽内，选择合适高度的金属透水板7放置在试验样品8上方，使金属透水板7上表面与试样环2上表面平齐。试样环2上下表面各放一个氟橡胶O型的密封圈9。使用大螺栓10紧固底座I和上盖4，压紧试样环2上下表面的密封圈9，防止水从试样环2与底座I和上盖4的缝隙流出。将不锈钢活塞3插入上盖4的活塞孔，不锈钢活塞3中部突出部分的下方放置一个密封圈9，将压力传感器12套在不锈钢活塞3上，用小螺栓13将压力传感器12拧紧，压力传感器12的感应面接触不锈钢活塞3上表面，同时压紧密封圈9，防止透过试验样品8的水从不锈钢活塞3与上盖4的缝隙中流出。将温湿度传感器15插入温湿度传感器孔，压力室安装完成。将压力室放入温控系统，通过进水管接头6连接进水系统17，出水管接头连接出水测量装置16，开始试验。试验开始时，将温控系统设定为某一恒定温度，通过电机18给进水系统17施加IMPa的水压力向压力室注入试验用水。试样环2中的试验样品8遇水开始膨胀，挤压不锈钢活塞3，将膨胀力传递给压力传感器12。待通过温湿度传感器15记录的试验样品8上表面的湿度达到98%以上，并且出水测量装置16已收集和记录到稳定的出水量时，可认为试验样品8饱和。通过一定时间间隔内渗流过试验样品8横断面的进水量，根据达西定律计算试样的饱和渗透系数；然后，调节温控系统升高温度，获得另一温度条件下试样的最大膨胀力和饱和渗透系数。与微机控制高温膨胀性和渗透性测定仪(中国专利ZL200920154214.9)中的压力室相比较，该实用新型所述的改进型压力室改进了不锈钢活塞3的设计，用不锈钢活塞3压紧密封圈9的方式实现活塞3与上盖4间的密封，消除了密封圈9与上盖4活塞孔壁之间的摩擦力，实现了膨胀力的精确测量；出水孔道14位于温湿度传感器孔的下方并与其连通，在不影响温湿度测量的同时避免了水流向温湿度传感器孔分流，使出水量测量更加准确，并确保温湿度传感器15不接触液态水；出水孔道14向下倾斜，渗出试验样品8上表面的液态水能够尽快通过出水孔道14进入出水测量装置16，有利于准确测量出水量和评估试样的饱和状态，这在对渗透系数极低的高压实膨润土样品进行试验时尤为重要。
【权利要求】
1.一种用于高温膨胀性和渗透性测定仪的压力室，其特征在于:包括底座(I)、位于底座(I)上方的上盖(4)、位于底座(I)与上盖(4)之间的试样环(2)、以及位于上盖(4)上方的不锈钢活塞(3);所述底座(I)下部侧面设有与进水管接头(6)相连的进水孔道(5);所述底座(I)上部中间设有两个圆形凹槽，大凹槽放置样品环(2 )，小凹槽内放置一个金属透水板(7)，所述金属透水板(7)置于所述进水孔道(5)上方；所述样品环(2)中空，内置试验样品(8)，所述试验样品(8)上面放置一个金属透水板(7)，所述金属透水板(7)顶部高度与样品环(2)高度平齐；所述上盖(4)底部有圆形凹槽，罩在样品环(2)上；所述上盖(4)中部有圆柱形孔，不锈钢活塞(3)插入孔内且下端与试验样品(8)上方的金属透水板(7)接触。
2.根据权利要求1所述的一种用于高温膨胀性和渗透性测定仪的压力室，其特征在于:所述不锈钢活塞(3)中部直径比下部大，中部突出部分与上盖(4)之间设有密封圈。
3.根据权利要求2所述的一种用于高温膨胀性和渗透性测定仪的压力室，其特征在于:所述不锈钢活塞(3)上套有压力传感器(12)，所述压力传感器(12)通过螺栓与上盖(4)紧固，且压力传感器(12)底部感应面与不锈钢活塞(3)中部突出部分接触。
4.根据权利要求3所述的一种用于高温膨胀性和渗透性测定仪的压力室，其特征在于:所述不锈钢活塞(3)底部和侧壁设有孔，底部孔与侧壁孔相通，侧壁孔与上盖(4)内的出水孔道(14)相通，所述出水孔道(14)整体向下倾斜。
5.根据权利要求1所述的一种用于高温膨胀性和渗透性测定仪的压力室，其特征在于:所述不锈钢活塞(3)的底部孔顶端与温湿度传感器孔相通，温湿度传感器孔内设有温湿度传感器(15)，且温湿度传感器孔位于出水孔道(14)上方。·
6.根据权利要求1所述的一种用于高温膨胀性和渗透性测定仪的压力室，其特征在于:所述样品环(2)底面与底座(I)接触处以及样品环(2)顶面与上盖(4)接触处各设有一个O型的密封圈,密封圈采用氟橡胶。
7.根据权利要求1所述的一种用于高温膨胀性和渗透性测定仪的压力室，其特征在于:所述底座(I)与上盖(4)通过螺栓紧固，所述进水管接头(6)与进水系统(17)相连。
【文档编号】G01N33/24GK203502409SQ201320659675
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年10月24日 优先权日:2013年10月24日
【发明者】谢敬礼, 刘月妙, 宗自华, 曹胜飞, 赵星光, 马利科, 马超 申请人:核工业北京地质研究院