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专利号: 2023117484364
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种风井混凝土井壁在干湿循环条件下腐蚀的试验系统,包括干湿循环试验单元、围压加压单元、水压加压单元和鼓风干燥单元,其特征在于,还包括试验数据采集单元;

所述干湿循环试验单元由底座(6)、注油筒体(7)、复合式循环管、下压头(5)、空心混凝土试样(9)、上压头(2)、活塞(1)、外管控制杆(8)和热缩管(10)组成;

所述底座(6)水平设置,其上端面的中心区域为试样试验区(61),其上端面外围边缘部分为环形装配区(62),其上端面在试样试验区(61)和环形装配区(62)之间的部分为环形加载区(63);底座(6)内部于相对两侧分别开设有通风通水通道二(23)和通油通道二(26);所述通风通水通道二(23)的一端延伸到底座(6)侧边缘的端面上,并作为出口端A,通风通水通道二(23)的另一端延伸到下沉凹槽(24)中,并作为进口端A;所述通油通道二(26)的一端延伸到底座(6)侧边缘的端面上,并作为进口端B,通油通道二(26)的另一端延伸到环形加载区(63)中,并作为出口端B;所述试样试验区(61)的中心区域开设有下沉凹槽(24);

所述注油筒体(7)竖向地设置在底座(6)的上方,其下开口端的尺寸与环形装配区(62)的尺寸相适配;注油筒体(7)的下开口端固定连接在环形装配区(62)上,同时,二者之间密封配合;

所述下压头(5)的尺寸与试样试验区(61)的尺寸相适配,且其轴心部分的上段和下段分别开设有大径段沉孔(20)和小径段安装孔(50),大径段沉孔(20)和小径段安装孔(50)相互连通形成轴向贯通阶梯孔,并在连通处形成环形台阶(51);所述小径段安装孔(50)的内表面设置有内螺纹结构B;所述环形台阶(51)的尺寸与下沉凹槽(24)的尺寸相适配,且其上遍布地开设有若干个竖向连通孔(25);下压头(5)同轴地固定连接在试样试验区(61)上,且二者之间密封配合;

所述复合式循环管由位于内部的干湿循环内管(3)和套设在干湿循环内管(3)外部的干湿循环外管(4)组成;所述干湿循环内管(3)由位于顶部的上连接段、位于中部的主体段和位于底部的下连接段组成,所述上连接段外表面为光滑结构,所述主体段遍布管身均匀地开设有若干个大孔洞(65),所述下连接段外侧设置有外螺纹结构B,并通过外螺纹结构B和内螺纹结构B之间的螺纹配合固定装配在下压头(5)上的小径段安装孔(50)中;所述干湿循环外管(4)为可折叠式管体结构,干湿循环外管(4)同轴地套装在干湿循环内管(3)的外侧,其上端与干湿循环内管(3)主体段紧密接触,其下端与干湿循环内管(3)主体段的下部之间固定连接,其管身上遍布地开设有若干小孔洞(66),干湿循环外管(4)的上端外侧固定连接有连接台(16),并于连接台(16)的端部开设有竖向的杆体安装孔(64);

所述空心混凝土试样(9)的外径尺寸与试样试验区(61)的外径尺寸相适配,其同轴地套设在复合式循环管的外部,且其下端面抵接在下压头(5)的上端面上,其上端面抵接在上压头(2)的下端面上,并且同时高于复合式循环管的主体段;

所述上压头(2)的尺寸与下压头(5)的尺寸相适配,且其轴心部分的上段和下段分别开设有小径段过液孔(13)和大径段安装孔(52),小径段过液孔(13)和大径段安装孔(52)相互连通形成轴向贯通阶梯孔;所述大径段安装孔(52)的尺寸与干湿循环内管(3)上连接段的尺寸相适配,且其内表面于竖向上开设有多个环形凹槽五(71),并于多个环形凹槽五(71)中对应装配有多个O型密封圈;上压头(2)上偏离轴心地开设有竖向通道二(60);上压头(2)通过大径段安装孔(52)同轴心地套装在干湿循环内管(3)上连接段的外部,且通过多个O型密封圈与干湿循环内管(3)上连接段之间滑动密封配合;

所述活塞(1)由位于中心的主塞体(57)和同轴套设在主塞体(57)外侧的环形连接台(58)组成,所述主塞体(57)的尺寸与上压头(2)的尺寸相适配,其内部相间隔地开设有通风通水通道一(11)和竖向通道一(12),所述通风通水通道一(11)的一端延伸到主塞体(57)下端面的轴心处,并作为出口端C,其另一端延伸到主塞体(57)的侧面,并作为进口端C,所述竖向通道一(12)偏心设置,且竖向贯通主塞体(57),所述环形连接台(58)的外径尺寸与注油筒体(7)上开口端的内径尺寸相适配,其上竖向贯通地开设有通油通道一(14),并于通油通道一(14)的内表面设置有内螺纹结构A;活塞(1)设置在注油筒体(7)内腔的上部空间中,且环形连接台(58)的外缘面与注油筒体(7)的内侧壁之间滑动密封配合,且主塞体(57)的下端面轴向对齐地压接在上压头(2)的上端面上,同时,竖向通道一(12)的下端与竖向通道二(60)的上端之间相互连通,通风通水通道一(11)的出口端C与上压头(2)上小径段过液孔(13)的上端之间相互连通;

所述外管控制杆(8)为空心杆体,其下端依次穿过竖向通道一(12)与竖向通道二(60)后固定插装于连接台(16)上的杆体安装孔(64)中;

所述热缩管(10)同轴地套设在空心混凝土试样(9)的外部,且其上端密封地套装在上压头(2)的外部,其下端密封地套装在下压头(5)的外部;同时,在活塞(1)、上压头(2)、热缩管(10)、下压头(5)、注油筒体(7)和底座(6)之间形成环形的围压加载腔(68);

所述围压加压单元由液压油箱(53)、液压泵(47)、液压快速接头一(46)、蓄能器(43)、三向阀门二(40)、液压快速接头二(42)、液压快速接头三(44)、三通管路(72)、溢流阀(49)、压力表一(45)、压力表二(41)和压力表三(39)组成;所述液压泵(47)的吸油口与液压油箱(53)连接,其排油口通过液压快速接头一(46)与蓄能器(43)的工作油口连接,所述蓄能器(43)的工作油口通过液压快速接头二(42)与三向阀门二(40)的第一进口端连接,三向阀门二(40)的出口端与三通管路(72)的第一接口端连接,三向阀门二(40)的第二进口端通过液压快速接头三(44)连接有螺纹接头(74),所述螺纹接头(74)上的外螺纹结构A与通油通道一(14)中的内螺纹结构A相适配;三通管路(72)的第二接口端与通油通道二(26)的进口端A连接,三通管路(72)的第三接口端通过溢流阀(49)与液压油箱(53)连接;所述压力表一(45)与蓄能器(43)的工作油口连接连接,所述压力表二(41)与三向阀门二(40)的第一进口端连接,所述压力表三(39)与三向阀门二(40)的第二进口端连接;

所述水压加压单元由耐腐蚀水箱(54)、抽液泵(28)、液压快速接头四(29)、流速表四(30)、三向阀门一(33)、抽真空泵(55)、液压快速接头五(36)、电磁换向阀(37)、流速表五(35)和组成,所述抽液泵(28)的吸液口与耐腐蚀水箱(54)连接,其排液口依次通过液压快速接头四(29)和流速表四(30)与三向阀门一(33)的第一进口端连接,三向阀门一(33)的出口端与通风通水通道一(11)的进口端B连接;所述抽真空泵(55)通过液压快速接头五(36)与电磁换向阀(37)的B口连接,电磁换向阀(37)的P口通过流速表五(35)与通风通水通道二(23)的出口端A连接,电磁换向阀(37)的A口连接有外排管路(75);

所述鼓风干燥单元主要由鼓风机(31)和干燥管路(56)组成,所述鼓风机(31)的出风口通过干燥管路(56)与三向阀门一(33)的第二进口端连接;

所述试验数据采集单元由数据采集仪(38)、应变传感器和PH检测传感器组成;所述应变传感器和PH检测传感器均贴合在空心混凝土试样(9)的内侧壁上,二者所连接的信号线均通过外管控制杆(8)的内腔延伸到主塞体(57)上端的外部,并与数据采集仪(38)连接。

2.根据权利要求1所述的一种风井混凝土井壁在干湿循环条件下腐蚀的试验系统,其特征在于,所述鼓风干燥单元还包括计时器(32),所述计时器(32)串接在供风管路中。

3.根据权利要求1或2所述的一种风井混凝土井壁在干湿循环条件下腐蚀的试验系统,其特征在于,在液压泵(47)和液压油箱(53)之间的进油管路上串接有滤芯二(48),且滤芯二(48)位于液压泵(47)的吸油口侧,在抽液泵(28)和耐腐蚀水箱(54)之间的进液管路上串接有滤芯一(27),且滤芯一(27)位于抽液泵(28)的吸液口侧。

4.根据权利要求3所述的一种风井混凝土井壁在干湿循环条件下腐蚀的试验系统,其特征在于,所述活塞(1)上环形连接台(58)的外缘面开设有多个环形凹槽一(59),每个环形凹槽一(59)中均装配有密封圈一(15),活塞(1)上环形连接台(58)通过密封圈一(15)与注油筒体(7)的内侧壁滑动密封配合。

5.根据权利要求4所述的一种风井混凝土井壁在干湿循环条件下腐蚀的试验系统,其特征在于,所述底座(6)的环形装配区(62)中环向均匀地开设有多个螺纹孔A(22),底座(6)的环形装配区(62)的上端在多个螺纹孔A(22)所在的区域错位地固定连接有多个定位柱(21),底座(6)的环形装配区(62)的上端在多个螺纹孔A(22)的内侧同轴地开设有多个环形凹槽二(17),且每个环形凹槽二(17)中均装配有密封圈二(34);

所述注油筒体(7)的下端面对应多个定位柱(21)地开设有多个定位孔,并在对应多个螺纹孔A(22)的位置开设有多个螺纹孔B;注油筒体(7)下端的多个定位孔套装在多个定位柱(21)上,且通过穿设于多个螺纹孔A(22)和多个螺纹孔B中的多根连接螺栓与底座(6)固定连接,且注油筒体(7)的下端面通过密封圈二(34)与底座(6)的上端面之间密封配合。

6.根据权利要求5所述的一种风井混凝土井壁在干湿循环条件下腐蚀的试验系统,其特征在于,所述干湿循环内管(3)的主体段下端环向开设有多个内管卡槽(18),所述干湿循环外管(4)的下端内部对应多个内管卡槽(18)地固定连接有多个外管压缩弹簧钩(19),多个外管压缩弹簧钩(19)钩挂在多个内管卡槽(18)中将干湿循环外管(4)的下端和干湿循环内管(3)的主体段下端定位连接。

7.根据权利要求6所述的一种风井混凝土井壁在干湿循环条件下腐蚀的试验系统,其特征在于,所述小径段过液孔(13)的上端向外部同轴地开设有缓冲扩大孔(67),所述缓冲扩大孔(67)的尺寸大于通风通水通道一(11)的出口端C的尺寸。

8.根据权利要求7所述的一种风井混凝土井壁在干湿循环条件下腐蚀的试验系统,其特征在于,还包括控制器,所述控制器分别与液压泵(47)、抽液泵(28)、电磁换向阀(37)和鼓风机(31)连接。

9.一种风井混凝土井壁在干湿循环条件下腐蚀的试验方法,采用如权利要求1至8任一项所述的一种风井混凝土井壁在干湿循环条件下腐蚀的试验系统,其特征在于,包括以下步骤:

步骤一:先将待试验的空心混凝土试样(9)装配于下压头(5)和上压头(2)之间,再将热缩管(10)同轴地套设在空心混凝土试样(9)的外部,利用热风枪对热缩管(10)的上端和下端在进行加热,使热缩管(10)的上端热缩后密封地套装在上压头(2)的外部,使其下端热缩后密封地套装在下压头(5)的外部,然后,完成干湿循环试验单元的组装作业,并建立围压加压单元、水压加压单元、鼓风干燥单元和干湿循环试验单元之间的连接;

步骤二:利用杠杆式固结仪配合荷重传感器将设定的轴压加载到活塞(1)的主塞体(57)上,并进一步传递到空心混凝土试样(9)的上端,同时,利用轴压的作用使主塞体(57)的下端面将上压头(2)上环形凹槽四(70)中的密封圈四向下压紧,使得上压头(2)和主塞体(57)之间形成良好的密封配合;

然后,先关闭三向阀门二(40)的第二进口端一侧的阀门,打开三向阀门二(40)的第一进口端一侧的阀门,并设置溢流阀(49)的开启压力为试验所需的围压压力;再启动液压泵(47)开始工作,利用液压泵(47)将液压油箱(53)中的液压油抽出并通过液压快速接头一(46)输出至蓄能器(43),再经过蓄能器(43)的稳压作用后通过液压快速接头二(42)输送至三向阀门二(40)的第一进口端,这部分液压油经三向阀门二(40)的出口端输送至三通管路(72)的第一接口端,再经三通管路(72)的第二接口端输送至通油通道二(26)的进口端A,进而进入到围压加载腔(68)中并不断蓄积;通过通油通道一(14)观察到液压油充满围压加载腔(68)后,先打开三向阀门二(40)的第二进口端一侧的阀门,再将螺纹接头(74)通过螺纹配合插装于通油通道一(14)中,使由围压加载腔(68)溢出的液压油通过液压快速接头三(44)输送至三向阀门二(40)的第二进口端,并与第一进口端进入的液压油合流后共同维持围压加载腔(68)内部压力的恒定状态;

该过程中,利用压力表一(45)实时采集蓄能器(43)的压力信号A,利用压力表二(41)实时采集三向阀门二(40)的第一进口端一侧的压力信号B,利用压力表三(39)实时采集三向阀门二(40)的第二进口端一侧的压力信号C;利用溢流阀(49)维持围压加载腔(68)内围压压力的恒定,当围压加载腔(68)中压力超过试验所需要的围压压力时,溢流阀(49)自动打开以将部分液压油排入液压油箱(53)中,当围压加载腔(68)中压力小于等于试验所需要的围压压力时,溢流阀(49)自动关闭以保证试验所需要的围压压力;

步骤三:使电磁换向阀(37)得电工作在右位,使电磁换向阀(37)的P口和A口之间处于连通的状态;

步骤四:先关闭三向阀门一(33)第二进口端一侧的阀门,并打开三向阀门一(33)第一进口端一侧的阀门,再启动抽液泵(28)开始工作,利用抽液泵(28)将耐腐蚀水箱(54)中的腐蚀溶液抽出并通过液压快速接头四(29)输送至三向阀门一(33)的第一进口端,再经三向阀门一(33)的出口端输送至通风通水通道一(11)的进口端C,接着,流过通风通水通道一(11)和小径段过液孔(13)后进入到干湿循环内管(3)的内腔中,然后经干湿循环内管(3)上的若干个大孔洞(65)喷出并进入干湿循环外管(4)的内腔中,再经干湿循环外管(4)上若干个小孔洞(66)的雾化后均匀地喷向空心混凝土试样(9)的内侧壁,并不断侵蚀空心混凝土试样(9)的内侧壁;同时,利用大径段沉孔(20)实时收集由空心混凝土试样(9)内侧壁流下的腐蚀溶液,并经竖向连通孔(25)排入下沉凹槽(24)中,最后,通过通风通水通道二(23)、连通管路二和电磁换向阀(37)排出,再经外排管路(75)向外部排出;

该过程中,利用流速表四(30)实时采集三向阀门一(33)的第一进口端一侧的流速信号A,利用流速表五(35)实时采集通风通水通道二(23)的出口端A处的流速信号B;

持续该过程设定时间A后,使抽液泵(28)停止工作,停止侵蚀过程;

步骤五:先关闭三向阀门一(33)第一进口端一侧的阀门,并打开三向阀门一(33)第二进口端一侧的阀门,同时,下压外管控制杆(8),使干湿循环外管(4)向下折叠收缩,再启动鼓风机(31)开始工作,通过鼓风机(31)对空气进行压缩形成高速气流并输送至干燥管路(56),利用干燥管路(56)对高速气流进行干燥再供给三向阀门一(33)的第二进口端,再经三向阀门一(33)的出口端输送至通风通水通道一(11)的进口端C,接着,流过通风通水通道一(11)和小径段过液孔(13)后进入到干湿循环内管(3)的内腔中,然后经干湿循环内管(3)上的若干个大孔洞(65)均匀且快速地喷向空心混凝土试样(9)的内侧壁,对经过腐蚀喷淋的空心混凝土试样(9)内侧壁进行快速干燥处理;该过程中,风干后的气依次流过大径段沉孔(20)、竖向连通孔(25)、下沉凹槽(24)和通风通水通道二(23)进入到电磁换向阀(37)的P口,再经外排管路(75)向外部排出;

持续该过程设定时间B后,使鼓风机(31)停止工作,停止风干过程;

步骤六:循环执行步骤四和步骤五进行干湿循环试验,在整个试验过程中,利用应变传感器实时采集空心混凝土试样(9)内表面的应力变化信号并实时发送给数据采集仪(38),利用PH检测传感器实时采集喷到空心混凝土试样(9)内表面的腐蚀溶液的PH变化信号并实时发送给数据采集仪(38),利用数据采集仪(38)获得并记录空心混凝土试样(9)内表面的应力变化数据和腐蚀溶液的PH变化数据;在循环达到设定试验次数后结束这一组试验过程;

步骤七:关闭液压泵(47),将溢流阀(49)的开启压力调至最低,使围压加载腔(68)中的液压油通过三通管路(72)和溢流阀(49)回流至液压油箱(53)中,以便于在下一组试验时循环使用。

10.根据权利要求9所述的一种风井混凝土井壁在干湿循环条件下腐蚀的试验方法,其特征在于,在步骤四中,当通风通水通道二(23)出口端A的流速远低于设定流速值时,控制电磁换向阀(37)得电工作在左位,并启动抽真空泵(55)开始工作,利用抽真空泵(55)向电磁换向阀(37)的B口提供负压,并通过P口作用于通风通水通道二(23),将流动缓慢或因堵塞原因无法正常流出的腐蚀溶液向外部抽出。