一种用于高压低温环境下的可视化煤样罐及其使用方法与流程

本发明所涉及一种可视化煤样罐及其使用方法，可用在科研单位和院校，用以观察罐体内物体在一定压力和温度下的变化，特别是研究气体的特性时，在高压低温条件下达到气体的相态变化点时，可观察气体在一定温度、一定压力下由气相向液相或者固相转化的过程。

背景技术：
由煤层瓦斯引起的瓦斯突出和爆炸是危害煤矿安全的源头之一，随着开采深度的增加，瓦斯的赋存环境越来越复杂，研究瓦斯在煤体中各种赋存环境下的吸附特性及其水合物的生成特性，对解决煤矿安全生产的瓦斯难题和瓦斯的清洁高效利用有非常重要的意义。瓦斯气体常压下温度降到-161.5℃以下就可以液化，如果增加压力到4.59MPa，温度降到-82.6℃，也可以液化，因此在对瓦斯气体进行高压低温的研究中，若压力和温度达到气体的相变点，假如能直观观察到气体由气相变成液相或固相的动态过程，对我们掌握瓦斯气体的相变温度和压力，以及相关的瓦斯吸附特性和瓦斯水合物的生成研究会有很大的帮助。在科研单位和院校现阶段均是采用传统的完全封闭的罐体进行样品的特性研究，如公开号为CN203148927U、发明名称为一种煤样罐以及公开号为CN202710542U、发明名称为煤样罐的中国专利，只能通过压力表或者压力传感器间接反应罐内压力的变化，无法直观观测在高压低温下气体在样品中的相态变化过程。

技术实现要素：
本发明为了解决现有传统的非可视化的煤样罐的不足，在保证罐体耐高压、耐低温的前提下，在侧面开孔增加一透明塑料圆柱，利用高清摄像头观察罐内样品的变化。虽然高清摄像头只能观察样品表面气体的变化情况，但因为样品中气体的变化情况是均相的，因此也代表了其整体的变化情况，很好的解决了这一难题。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种用于高压低温环境下的可视化煤样罐，其包括罐体和罐盖，其特征在于，其中，罐体的内部设置有煤样罐腔体，罐体的一个侧面上设置有形状为中空的长方体，且所述长方体的中空部分为直径逐次减小的圆孔，依次为一级圆孔直径、二级圆孔直径、三级圆孔直径；所述中空部分内部设置有透明圆柱体，且所述透明圆柱体的直径小于所述二级圆孔直径，使得两者接触紧密，所述透明圆柱体底部有一直径小于所述三级圆孔直径、厚度大于三级圆孔厚度的透明圆柱体突出部分，以使所述透明圆柱体与所述三级圆孔通过O型圈相接触；所述透明圆柱体外侧设置有圆柱固定体，所述圆柱固定体外直径小于中空一级直径，且周围为螺纹，所述圆柱固定体的内直径与透明圆柱直径相同，圆柱固定体底部通过O型圈与所述中空的长方体密封接触；所述罐盖内部设置有环形槽，且所述环形槽的宽度与所述罐体厚度一致，且环形槽的两侧各设有螺纹，在所述罐盖的环形槽内部有两个O型圈，以使所述罐盖与所述罐体密封接触，所述罐盖中部开有测压孔和测温孔，且所述测压孔和测温孔的顶部均为锥形，所述测压孔外部连接压力传感器，温度传感器直接通过中空特制丝堵密封固定在测温孔内测量罐内温度；所述透明圆柱体的外侧设置有高清摄像头。进一步，作为优选，所述圆柱固定体的两边各设有圆形卡槽，拧紧工具伸入所述圆形卡槽内将圆柱固定体拧紧固定在所述中空的长方体上。进一步，作为优选，所述罐盖的两边各设有圆形卡槽，拧紧工具伸入所述圆形卡槽内将罐盖拧紧固定在所述罐体上。进一步，作为优选，所述圆柱固定体的材质与罐体、罐盖材质一样，均为不锈钢制作。进一步，作为优选，所述测压孔是进出气孔，所述温度传感器直接通过中空特制丝堵密封固定在测温孔内测量罐体内的温度。进一步，作为优选，所述煤样罐腔体的尺寸为高100mm，内直径为50mm。进一步，作为优选，所述高清摄像头通过摄像头支架固定设置，且所述摄像头支架设置在所述固定圆柱体的内部，可自由前后移动。进一步，作为优选，所述透明圆柱体为耐高压、耐低温透明圆柱体。此外，本发明还提供了一种用于高压低温环境下的可视化煤样罐的使用方法，其特征在于，其包括以下步骤：(1)首先将O型圈和透明圆柱体按顺序放入罐体的侧面的中空的长方体内，接着将圆柱固定体通过专用工具通过圆形卡槽拧入中空的长方体内；(2)然后将所述罐盖打开，将实验所需煤样装入所述煤样罐腔体内，然后用专用工具通过圆形卡槽拧紧煤样罐盖，且保证罐盖环形槽内的O型圈使煤样罐上部密封不漏气；在测压孔中插入中空的管路，且所述管路穿过中空的特制丝堵，使所述丝堵和所述测压孔周围为螺纹连接，以保证测压孔不漏气，在所述管路外部连接上压力传感器，通过所述压力传感器测量所述煤样罐腔体内的压力，该管路亦是充气和放气管路；在所述测温孔内通过丝堵连接温度传感器，并将温度传感器和压力传感器通过数据线连接到计算机，通过计算机来显示压力和温度的实时变化；(3)在安装完成之后，在装入煤样且保证煤样罐不漏气的前提下，向煤样罐内充入实验气体至所需压力，并将煤样罐放在设定实验温度的恒温箱中；(4)、打开高清摄像头，利用摄像头支架将其放在合适的位置，调节周围补光灯的亮度使其成像清晰明亮，当罐内气体发生相态变化时，高清摄像头能够将相关图片及影像资料记录在计算机内。本发明的有益效果在于，本发明解决了现有传统的非可视化的煤样罐的不足，在保证罐体耐高压、低温的前提下，在侧面开孔增加一透明塑料圆柱，利用高清摄像头观察罐内样品的变化。虽然高清摄像头只能观察样品表面气体的变化情况，但因为样品中气体的变化情况是均相的，因此也代表了其整体的变化情况。附图说明图1是本发明的一种用于高压低温环境下的可视化煤样罐的剖视图；图2是本发明的一种用于高压低温环境下的可视化煤样罐的透明圆柱体的结构示意图；图3是本发明的一种用于高压低温环境下的可视化煤样罐的中空的长方体和固定圆柱体安装后的侧视图；图4是本发明的一种用于高压低温环境下的可视化煤样罐的中空的长方体和固定圆柱体安装后的三维示意图；其中，1-罐体、2-煤样罐腔体、3-罐盖、4-测压孔、5-测温孔、6，10-圆形卡槽、7-O型圈、8-中空的长方体、9-透明圆柱体、11-圆柱固定体、12-高清摄像头、13-摄像头支架、14-透明圆柱体突出部分、15-一级圆孔直径、16-二级圆孔直径、17-三级圆孔直径。具体实施方式以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。如图1-4所示，本发明提供了一种用于高压低温环境下的可视化煤样罐，其包括罐体1和罐盖3，其中，罐体1的内部设置有煤样罐腔体2，罐体1的一个侧面上设置有形状为中空的长方体8，且中空长方体8的中空部分为直径逐次减小的圆孔，依次为一级圆孔直径15、二级圆孔直径16、三级圆孔直径17；中空部分内部设置有透明圆柱体9，且透明圆柱体9的直径小于二级圆孔直径16，使得两者接触紧密，透明圆柱体9底部有一直径小于三级圆孔直径17、厚度大于三级圆孔直径17的厚度的透明圆柱体突出部分14，以使透明圆柱体9与三级圆孔直径17通过O型圈相接触；透明圆柱体9外侧设置有圆柱固定体11，圆柱固定体11外直径小于中空的长方体的一级直径，且周围为螺纹，圆柱固定体11的内直径与透明圆柱9直径相同，圆柱固定体11底部通过O型圈与中空的长方体8密封接触；罐盖3内部设置有环形槽，且环形槽的宽度与罐体1厚度一致，且环形槽的两侧各设有螺纹，在罐盖3的环形槽内部有两个O型圈7，以使罐盖3与罐体1密封接触，罐盖3中部开有测压孔4和测温孔5，且测压孔4和测温孔5的顶部均为锥形，测压孔4外部连接压力传感器，温度传感器直接通过中空特制丝堵在测温孔5内测量罐体内部的温度；透明圆柱体9的外侧设置有高清摄像头12。在本实施例中，圆柱固定体11的两边各设有圆形卡槽10，拧紧工具伸入所述圆形卡槽10内将圆柱固定体11拧紧固定在中空的长方体8上。罐盖3的两边各设有圆形卡槽6，拧紧工具伸入圆形卡槽6内将罐盖3拧紧固定在罐体1上。圆柱固定体11的材质与罐体1、罐盖3材质一样，均为不锈钢制作。测压孔4是进出气孔，温度传感器直接通过中空特制丝堵密封固定在测温孔5内部测量罐体内的温度。煤样罐腔体2的尺寸为高100mm，内直径为50mm。高清摄像头12通过摄像头支架13固定设置，且摄像头支架13设置在圆柱固定体11的内部。此外，本发明还提供了一种用于高压低温环境下的可视化煤样罐的使用方法，其包括以下步骤：(1)首先将O型圈和透明圆柱体9按顺序放入罐体1的侧面的中空的长方体8内，接着将圆柱固定体11通过专用工具通过圆形卡槽10拧入中空的长方体内；(2)然后将罐盖3打开，将实验所需煤样装入煤样罐腔体2内，然后用专用工具通过圆形卡槽6拧紧煤样罐盖3，且保证罐盖环形槽内的O型圈7使煤样罐上部密封不漏气；在测压孔4中插入中空的管路，且管路穿过中空的特制丝堵，使丝堵和测压孔4周围为螺纹连接，以保证测压孔不漏气，在管路外部连接上压力传感器，通过压力传感器测量煤样罐腔体2内的压力，该管路亦是充气和放气管路；在测温孔5内通过丝堵连接温度传感器，并将温度传感器和压力传感器通过数据线连接到计算机，通过计算机来显示压力和温度的实时变化；(3)在安装完成之后，在装入煤样且保证煤样罐不漏气的前提下，向煤样罐内充入实验气体至所需压力，并将煤样罐放在设定实验温度的恒温箱中；(4)打开高清摄像头12，利用摄像头支架13将其放在合适的位置，调节周围补光灯的亮度使其成像清晰明亮，当罐内气体发生相态变化时，高清摄像头12能够将相关图片及影像资料记录在计算机内。以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。