一种三轴补偿压力实验装置、测试系统以及测试方法与流程

本发明涉及样品的测试设备，具体而言，涉及一种三轴补偿压力实验装置、测试系统以及测试方法。

背景技术：

1、目前，相关技术的三轴压力实验装置主要用于对处于高温环境下的样品例如地质样品在空间三个坐标方向施加压力以进行三轴实验，以测定样品的力学数据。

2、其中，现有的三轴压力实验装置主要包括容器主体，容器主体包括容器外壳、三轴压力总成和加热装置，在三轴压力总成内设有用于安放样品的安装位，三轴压力总成设置于容器外壳内，而加热装置套设于直筒形状的容器外壳的外侧，用于对容器外壳进行加热，以将热量经容器外壳传递至样品内部；在设计三轴压力实验装置时，随着容器主体的压力的提高，需要相应增加容器外壳的壁厚，但是容器外壳的壁厚的增加会显著降低加热装置对容器外壳的加热效率，换言之，由于容器主体的压力上限与温度存在此消彼长的相互竞争关系，从而无法满足当前对超高温、高压的实验需求。

技术实现思路

1、本发明解决的问题是如何使容器主体在满足一定耐高压安全性的基础上，提高对容器主体中样品的加热效率。

2、为解决上述问题，本发明提供一种三轴补偿压力实验装置，应用于测试系统，包括容器主体，所述容器主体包括容器外壳、三轴压力总成和加热装置，所述容器外壳在自身轴向两端之间处设有环形凹槽结构，所述环形凹槽结构的中心轴与所述容器主体的中心轴重合，所述容器外壳内部设有主腔体，所述三轴压力总成安装于所述主腔体内，所述三轴压力总成的内部设有用于安装样品的样品仓，所述环形凹槽结构环绕于所述样品仓设置，所述加热装置套设于所述环形凹槽结构处且与所述容器外壳连接。

3、可选地，所述加热装置包括呈环形排列的多个加热罩，且多个所述加热罩用于合围以包裹于所述环形凹槽结构处；所述加热罩包括罩本体和两个连接部，两个所述连接部分别设置于所述罩本体沿所述容器主体的中心轴方向的两端，且所述连接部用于与所述容器外壳临近所述环形凹槽结构的部位连接。

4、可选地，三轴补偿压力实验装置还包括防护罩，所述防护罩套设于所述容器外壳的至少部分外，用于对所述加热装置进行保温及安全防护。

5、可选地，所述三轴压力总成包括设置于所述主腔体内且沿所述容器主体的轴向依次排列设置的轴压杆结构、第一隔热件、第一样品堵头、第二样品堵头、第二隔热件和第一容器堵头，所述第一样品堵头与所述第二样品堵头之间形成所述样品仓；

6、所述第一容器堵头用于连接所述测试系统的压机的平台，所述轴压杆结构远离所述第一隔热件的一端连接所述压机的伸缩杆。

7、可选地，所述三轴压力总成还包括第二容器堵头和限位套，所述主腔体包括沿所述容器主体的轴向分布且依次连通的第一腔体、第二腔体和第三腔体，所述第二容器堵头和所述第一容器堵头分别对应设置于所述第一腔体和所述第三腔体内，所述第一样品堵头和所述第二样品堵头均设置于所述第二腔体内；

8、所述轴压杆结构包括同轴设置的轴压杆主体和环形凸起，所述环形凸起套设于所述轴压杆主体的周向外壁，所述第二容器堵头的内部设有沿所述轴压杆主体的轴向方向依次连通的第四腔体和第五腔体，所述环形凸起处于所述第四腔体内，所述限位套套设于所述轴压杆主体上且处于所述第五腔体内。

9、可选地，所述三轴压力总成还包括样品护套，所述样品护套套设于所述第一样品堵头与所述第二样品堵头的至少部分以及所述样品；所述第二容器堵头上设有围压入口、轴压补偿流道和围压流道，所述围压入口用于连通围压系统，所述轴压补偿流道和所述围压流道分别连通所述围压入口，所述环形凸起的顶端与所述第四腔体的内顶壁之间围成轴压补偿仓，所述轴压补偿流道与所述轴压补偿仓连通，用于补偿所述压机轴向加载时，所述轴压杆结构进出所述主腔体造成的围压波动，所述第二腔体与所述围压流道连通，以将所述围压系统提供且经过所述围压流道的围压流体导向至所述样品护套。

10、可选地，所述三轴压力总成还包括多个连接件，所述第一样品堵头和所述第二样品堵头的相对位置处均设置间隔排列的多个连接孔，所述连接件依次穿过所述第一样品堵头和所述第二样品堵头上的所述连接孔、所述第二隔热件并连接所述第一容器堵头。

11、可选地，所述三轴压力总成还包括流体进入管线和流体排出管线，所述第一容器堵头上设有流体进入流道和流体排出流道，所述第二样品堵头的周向边缘处开设有间隔排列的多个安装槽，所述第一样品堵头上还设有相互连通的进液口和第一导流流道，所述流体进入管线的一端连通孔隙压力系统，所述流体进入管线的另一端依次穿设于所述流体进入管线、所述第二隔热件、一所述安装槽以连通所述进液口，所述第一导流流道用于将所述孔隙压力系统提供且经所述流体进入管线通过所述进液口进入的孔隙流体均匀地导流至所述样品的表面，所述第二样品堵头上还设有相互连通的第二导流流道和回液口，所述第二导流流道处于所述样品的下方，所述流体排出管线的一端连通所述回液口，所述流体排出管线的另一端依次穿设于所述第二隔热件和所述流体排出流道。

12、可选地，所述流体进入管线处于所述第二样品堵头与所述进液口之间的部位缠绕于所述样品外。

13、可选地，所述第一容器堵头在临近所述第二隔热件的部位处与所述容器外壳之间安装第一密封圈，所述第一容器堵头的内部设有用于对所述第一密封圈进行冷却降温的第一水冷仓，所述第一容器堵头的内部还设有与所述第一水冷仓连通的第一进液降温流道和第一出液降温流道。

14、与现有技术相比，本发明通过在容器外壳的自身轴向两端之间处开设环形凹槽结构，且加热装置套设于环形凹槽结构处并与容器外壳连接，从而使得环形凹槽结构成为加热装置对容器外壳的加热段；由于所述环形凹槽结构的中心轴与所述容器主体的中心轴重合，且环形凹槽结构环绕于样品仓设置，且环形凹槽结构处的容器外壳直径小，壁体薄，加热装置距离样品仓更近，从而使得环形凹槽结构可以将加热装置产生的热量更加均匀地传递至样品仓。

15、其中，环形凹槽结构的直径小于容器外壳的其他部位，换言之，容器外壳在环形凹槽结构处具有较小的直径和较薄的容器周向侧壁，从而使得在保证容器主体满足一定耐高压安全性的基础上，位于环形凹槽结构处的加热装置能够更快更集中地将产生的热量传递至样品仓内，以提升加热装置对样品仓的加热效率，以相应提高样品周围环境温度，进而使得容器主体能够满足当前超高温和高压的实验需求。

16、另外，由于三轴压力总成安装于容器外壳内部的主腔体内，且在三轴压力总成的内部设置样品仓，样品仓内安装样品，从而可通过三轴压力总成对样品仓内的样品进行三轴实验。

17、本发明还提供一种测试系统，包括压机、围压系统、孔隙压力系统以及如上所述的三轴补偿压力实验装置，还包括旋转装置，所述旋转装置包括支撑架、转轴和安装架，所述三轴补偿压力实验装置的容器主体可拆卸安装于所述安装架上，所述安装架通过所述转轴安装于所述支撑架上，所述安装架用于带动所述容器主体绕所述转轴旋转。

18、由于，测试系统包括三轴补偿压力实验装置，故测试系统至少具有三轴补偿压力实验装置的全部技术效果，在此不再赘述。

19、本发明还提供一种测试方法，基于如上所述的测试系统，包括如下步骤：

20、将容器主体安装于旋转装置上，将样品以及所述容器主体的三轴压力总成组装于所述容器主体的容器外壳内，并通过所述旋转装置将所述容器主体旋转180度，以使所述容器主体的轴压补偿仓和轴压杆结构处于样品的上方；

21、将旋转后的所述容器主体安装于压机上，并通过所述压机对所述容器主体的三轴压力总成施加轴向压力，以进行轴压实验，并实时采集第一轴压数据；

22、控制围压系统向所述容器主体的第二腔体和轴压补偿仓内充入围压流体，以使样品在轴向上受到的轴压与在周向受到的围压相同，以使所述容器主体处于静压状态；

23、控制加热装置工作，以对样品进行加热，待样品温度接近平衡或平衡时，采集所述样品的温度；控制孔隙压力系统向样品输入孔隙流体，多次增加所述围压流体的流量，对所述容器主体的三轴压力总成多次施加轴向压力，采集记录样品的力学数据；其中，力学数据包括所述样品在每次增加所述孔隙流体的流量、所述围压流体的流量以及轴向压力时，所述样品所对应的当前孔隙压力数据、当前围压数据和当前轴压数据；

24、保存所述力学数据，卸载所述孔隙压力、所述围压流体和所述轴向压力，通过所述旋转装置将所述容器主体旋转180度，以使所述样品处于所述轴压补偿仓和所述轴压杆结构的上方，取出样品。

25、由此，由于测试方法基于测试系统，故测试方法至少具有测试系统的全部技术效果，在此不再赘述。