检测柔性材料对岩洞内高压空气密封效果的室内试验模型的制作方法

本实用新型涉及一种检测柔性材料对岩洞内高压空气密封效果的室内试验模型。

背景技术：

压缩空气储能电站地下储气库在开建之前需要进过模型试验，否则贸然开建一旦出现问题，损失严重。压缩空气储能电站地下储气库在建设过程中需要用到大量的密封材料，密封材料的好坏直接关系到密封效果，测定不同种类密封材料（橡胶、塑料、沥青和树脂等）达到密封效果所需的厚度、接缝形式，以及密封腔内的压力、温度，对判断其施工可行性具有非常重要的指导意义。

然而，国内外并没有很好的试验模型能够在实验室测出这些参数。目前为止，仅有日本采用很厚的硫化橡胶做了一个大型的现场试验。采用现场大型试验主要存在以下几方面的问题：

1）大型现场试验用于测定密封材料密封效果，成本太高，漏气之后不能判断漏气源是否与密封材料有关。

2）现场试验很难做到测定不同类别、不同厚度、不同接缝形式的柔性材料的密封效果。

3）现场试验测定柔性材料密封性施工周期太长。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型旨在提供一种能够方便准确的检测柔性材料对岩洞内高压空气密封效果的室内试验模型。

本实用新型解决问题的技术方案是：一种检测柔性材料对岩洞内高压空气密封效果的室内试验模型,包括硬岩、用于包裹硬岩外表面防止硬岩炸裂的钢板，所述硬岩顶部钢板与其相邻的钢板可拆卸连接；

从硬岩顶部垂直向下开凿有盲孔，盲孔内表面衬砌有混凝土层，盲孔内设有用于盛装高压空气的柔性材料制成的囊体，该囊体包括头盖、两端开口的囊身、底盖，所述头盖和底盖分别与囊身两端粘接密封，所述囊体与盲孔内的混凝土层之间相对固定；

囊体顶部非固定的设置有密封堵头，该密封堵头的顶部与硬岩顶部钢板接触；

所述囊体顶部设有进气管、出气管、测压管、测温度管，这四根管分别与囊体内腔连通，四根管的另一端向上延伸穿过密封堵头、硬岩顶部钢板后伸出。

上述方案中，为了模拟真实的建设要求,囊体采用组合粘接的结构,而不采用一体式结构。因为在实际建设中不可能一体成型制造出如此巨大的充填高压空气的囊体，必须采用拼接的方式制造囊体。所以，将囊体设计成几个部分粘接的形式，然后可通过模型来测试接缝密封效果。

硬岩外表面包裹的钢板类似于岩洞周围的山体，保证岩石在内部高压空气作用下不被破坏。

混凝土主要用于对硬岩钻孔进行衬砌，提供与密封材料粘结的工作面。

密封堵头将囊体密封于岩石中。

具体的，所述囊体与盲孔内的混凝土层之间通过胶黏剂粘接固定。

进一步的，所述盲孔和囊体为圆柱形，密封堵头为中空圆柱形腔体，其顶部与硬岩顶部钢板固定连接。

一种优选的方案中，所述硬岩为立方体结构，用于包裹硬岩的钢板有六块，其中四块包括硬岩侧面的钢板接缝处焊接，用于包括顶部和底部的两块钢板与其各自相邻的钢板螺栓连接。

所述顶部和底部的两块钢板厚度是侧面钢板的两倍或两倍以上，顶部和底部的两块钢板上分别开有用于安装螺栓的工艺凹槽。顶部和底部的两块钢板之所以要设计这样的厚度，是因为要开工艺凹槽，会削减一部分钢板厚度，为保证足够的强度，需要加厚。

试验时，通过进气管进行充气，充气速率保持恒定，保证充气到预定时间后，囊体内气压刚好到达设计值。接着，暂停充气并保持预定时间。最后，通过出气管进行放气，放气速率保持恒定，保证放气预定时间后，囊体内气压刚好到达预定值。期间每隔一定时间通过测压管与测温度管对囊体内压力与温度进行记录。每天循环上述步骤，经过设定天数后拔出密封堵头，打开囊体头盖，观察并且记录柔性材料囊体变形等情况。

本实用新型设计出了能够方便准确的检测柔性材料对压缩空气储能电站地下储气库岩洞内高压空气密封效果的室内试验模型，为测定柔性材料密封岩洞效果提供了参考依据。

能够根据变形计算不同种类密封材料达到密封效果所需的厚度，以及不同接缝形式对密封效果的影响。同时还可测定密封腔内的压力、温度，对判断其施工可行性具有非常重要的指导意义。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型试验模型立体图。

图2是本实用新型试验模型剖视图。

图3是囊体立体图。

图4是囊体头盖立体图。

图5是囊身立体图。

图6是囊体底盖立体图。

图中：1、螺栓，2、硬岩顶部钢板，3、进气管，4、出气管，5、测压管，6、测温度管，7、硬岩，8、盲孔，9、胶黏剂，10、工艺凹槽，11、密封堵头，12、囊体，13、头盖，14、囊身，15、底盖，16、混凝土层。

具体实施方式

如图1～6所示，一种检测柔性材料对岩洞内高压空气密封效果的室内试验模型,包括硬岩7、用于包裹硬岩7外表面防止硬岩炸裂的钢板，所述硬岩顶部钢板2与其相邻的钢板可拆卸连接。

从硬岩7顶部垂直向下开凿有盲孔8。盲孔8内表面衬砌有混凝土层16。盲孔8内设有用于盛装高压空气的柔性材料制成的囊体12。该囊体12包括头盖13、两端开口的囊身14、底盖15。所述头盖13和底盖15分别与囊身12两端粘接密封。所述囊体12与盲孔8内的混凝土层16之间通过胶黏剂9粘接固定。

囊体12顶部非固定的设置有密封堵头11，该密封堵头11的顶部与硬岩顶部钢板2固定连接。

所述盲孔8和囊体12为圆柱形，密封堵头11为中空圆柱形腔体。

所述囊体12顶部设有进气管3、出气管4、测压管5、测温度管6，这四根管分别与囊体12内腔连通，四根管的另一端向上延伸穿过密封堵头11、硬岩顶部钢板2后伸出。

一种优选的方案中，所述硬岩7为立方体结构，用于包裹硬岩7的钢板有六块，其中四块包括硬岩侧面的钢板接缝处焊接，用于包括顶部和底部的两块钢板与其各自相邻的钢板螺栓连接。

所述顶部和底部的两块钢板厚度是侧面钢板的两倍或两倍以上，顶部和底部的两块钢板上分别开有用于安装螺栓1的工艺凹槽10。

试验时，通过进气管3进行充气，充气速率保持恒定，保证充气到预定时间后，囊体12内气压刚好到达设计值。接着，暂停充气并保持预定时间。最后，通过出气管4进行放气，放气速率保持恒定，保证放气预定时间后，囊体12内气压刚好到达预定值。期间每隔一定时间通过测压管5与测温度管6对囊体12内压力与温度进行记录。每天循环上述步骤，经过设定天数后拔出密封堵头11，打开囊体头盖13，观察并且记录柔性材料囊体变形等情况。