一种用于岩石渗透试验的液压式渗透压力加载装置的制作方法

本实用新型涉及岩石渗透试验设备领域，具体而言，涉及一种用于岩石渗透试验的液压式渗透压力加载装置。

背景技术：

在煤炭开采过程中，若隐伏陷落柱被揭露，常常发生突水灾害。陷落柱中破碎岩石的裂隙和空隙结构形成了突水的通道。进行破碎岩石的渗透试验是研究伴随颗粒迁移的破碎岩体渗流灾变机理的基础。目前，破碎岩石渗透试验的技术难题是渗透压力的加载及控制。

现有的用于岩石渗透试验的渗透压力加载装置是由水泵站、油泵站和注射器式储能器件控制的。一方面，水泵站、油泵站和储能器件之间需要人工切换，增加了试验操作者的工作量，同时频繁切换影响了试验数据的准确采集；另一方面，注射器式储能器件的容积有限，因此试验过程中当破碎岩石渗流突变时，水流量变大，此时注射器式储能器件提供的水源不足，试验不得不中断。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种用于岩石渗透试验的液压式渗透压力加载装置，它以实现水源供给自动化，不会中途供水中断，且提供的渗透压力加载稳定、持续、可调。

本实用新型的实施例是这样实现的：

一种用于岩石渗透试验的液压式渗透压力加载装置，包括水箱以及依次连通的第一油箱、单向变量泵、调速阀、三位四通液动换向阀、双作用增压缸以及渗透仪，单向变量泵连通有安全保护装置。双作用增压缸包括第一水腔、第二水腔、第一油腔以及第二油腔，第一油腔和第二油腔分别通过第一油管和第二油管与三位四通液动换向阀连通。水箱通过设置有第一单向阀的第一水管与第一水腔连通，水箱通过设置有第二单向阀的第二水管与第二水腔连通。第一水腔与渗透仪之间通过设置有第三单向阀的第一供水管连通，第二水腔与渗透仪之间通过设置有第四单向阀的第二供水管连通。第一油腔与三位四通液动换向阀之间还设置有用于控制三位四通液动换向阀切换的第一控制油路，第二油腔与三位四通液动换向阀之间还设置有用于控制三位四通液动换向阀切换的第二控制油路，第一控制油路上设置有第一顺序阀，第二控制油路上设置有第二顺序阀。

在本实用新型较佳的实施例中，第一油箱和单向变量泵之间还设置有过滤器，过滤器的两端分别连通于第一油箱和单向变量泵。

在本实用新型较佳的实施例中，单向变量泵和三位四通液动换向阀之间还设置有冷却器，冷却器的两端分别连通于单向变量泵和三位四通液动换向阀。

在本实用新型较佳的实施例中，用于岩石渗透试验的液压式渗透压力加载装置还包括蓄能器，蓄能器设置于双作用增压缸与渗透仪之间，第一供水管与第二供水管均与蓄能器的进水端连通，蓄能器的出水端与渗透仪连通。

在本实用新型较佳的实施例中，用于岩石渗透试验的液压式渗透压力加载装置还包括压力传感器，压力传感器设置于蓄能器与渗透仪之间的管路上。

在本实用新型较佳的实施例中，用于岩石渗透试验的液压式渗透压力加载装置还包括流量传感器，流量传感器设置于蓄能器和渗透仪之间的管路上。

在本实用新型较佳的实施例中，上述的第一顺序阀和第二顺序阀均为内控外泄式顺序阀。

在本实用新型较佳的实施例中，上述的安全保护装置包括溢流阀，溢流阀通过第三油管与单向变量泵和调速阀之间的管路连通。

在本实用新型较佳的实施例中，安全保护装置还包括第二油箱，溢流阀的出口端与第二油箱连通。

在本实用新型较佳的实施例中，第三油管上还设置有压力表。

本实用新型实施例的有益效果是：用于岩石渗透试验的液压式渗透压力加载装置的双作用增压缸的第一水腔和第二水腔通过第一水管、第二水管与水箱连通，再通过第一供水管以及第二供水管与渗透仪连通，同时双作用增压缸的第一油腔和第二油腔通过第一油管和第二油管与三位四通液动换向阀连通，并且第一油腔和第二油腔分别通过第一控制油路和第二控制油路与三位四通液动换向阀连通，并且第一控制油路和第二控制油路上分别设置有第一顺序阀和第二顺序阀，从而当第一油腔或第二油腔内的压力达到对应的顺序阀的额定压力时，顺序阀可以控制三位四通液动换向阀进行换向操作，从而可以实现双水路自动交互供水、抽水的效果，进而持续对渗透仪进行供水增压，上述过程通过双水路和双型四油路的管路交互作用，以及双通道供水设计，实现了试验过程中渗透压力的自动化控制，节省了工时，节约了试验成本，使得中途供水不用中断，进一步提高了试验数据的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的用于岩石渗透试验的液压式渗透压力加载装置的结构示意图；

图2为本实用新型提供的双作用增压缸的结构示意图。

图标：10-用于岩石渗透试验的液压式渗透压力加载装置；100-水箱；110-第一单向阀；120-第二单向阀；130-第三单向阀；140-第四单向阀；200-第一油箱；201-过滤器；300-单向变量泵；301-冷却器；400-调速阀；500-三位四通液动换向阀；510-第一顺序阀；520-第二顺序阀；600-双作用增压缸；610-第一水腔；620-第二水腔；630-第一油腔；640-第二油腔；650-活塞杆；660-第一活塞；670-第二活塞；680-第三活塞；700-渗透仪；701-蓄能器；702-压力传感器；703-流量传感器；800-安全保护装置；810-压力表；820-溢流阀；830-第二油箱；11-第一水管；12-第二水管；13-第一供水管；14-第二供水管；21-第一油管；22-第二油管；23-第三油管；24-第一控制油路；25-第二控制油路。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连通”应做广义理解，例如，可以是固定连通，也可以是可拆卸连通，或一体地连通；可以是机械连通，也可以是电连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请参照图1，本实施例提供一种用于岩石渗透试验的液压式渗透压力加载装置10，其包括水箱100以及依次连通的第一油箱200、单向变量泵300、调速阀400、三位四通液动换向阀500、双作用增压缸600以及渗透仪700。单向变量泵300连通有安全保护装置800。

第一油箱200是用于储存并向液压系统提供油液的容器，其形状大小可以根据实际的需要进行选择，例如，可以选择长方体形的油箱，也可以选择圆柱形的油箱。此外，其材质可以选择金属材质也可以选择玻璃钢或塑料等其他材质。

单向变量泵300用于控制油液的单向运输，可以将第一油箱200中的油液向三位四通液动换向阀500的方向进行输送。此外，单向变量泵300的排量可以进行变化，从而有利于对管道中的供油量进行控制，稳定压力，进而有利于岩石渗透试验的进行。较佳地，第一油箱200和单向变量泵300之间的管道上设置有过滤器201，过滤器201内有一定规格滤网的滤筒，油液在单向变量泵300的抽吸下先通过过滤器201进行过滤，其中的悬浮物、颗粒物等其它杂质被过滤器201拦截，从而降低后续管道中的油液浊度、减少系统的污垢，保证了液压系统以及各个部件的正常运行。

调速阀400是用于对油路的流量进行控制的阀门，通过调速阀400可以改变和控制管道中的油液流量，使管道中油液流量保持稳定，从而达到控制提供水压的管路流量。优选地，单向变量泵300和三位四通液动换向阀500之间的管道上还设置有冷却器301，进一步地优选地，冷却器301设置在单向变量泵300与调速阀400之间，冷却器301可以有效控制液压系统中的油温，防止油温过高，进而能够保证调速阀400、三位四通液动换向阀500以及双作用增压缸600等能够正常的运行，保证整个用于岩石渗透试验的液压式渗透压力加载装置10的稳定性能，延长装置的使用寿命。

三位四通液动换向阀500有左位、中位以及右位三个工作位置和四个与外部管道连通的工作口。三位四通液动换向阀500和双作用增压缸600通过第一油管21和第二油管22连通。进一步地，由于单向变量泵300的出口的油液流速比较快，为了减少三位四通液动换向阀500受到的冲击，延长三位四通液动换向阀500的使用寿命，优选地，管道与三位四通液动换向阀500中位选择“P”型，如此可以使进入三位四通液动换向阀500的油液发生分流，有效的减少了中位受到的冲击力。

参照图1，图2，双作用增压缸600包括第一水腔610、第二水腔620以及第一油腔630和第二油腔640。第一水腔610和第二水腔620分别设置在由第一油腔630和第二油腔640组成的油腔的两侧。双作用增压缸600内还设置有活塞杆650，活塞杆650的杆部中央位置处设置有第一活塞660，活塞杆650的两端分别设置有第二活塞670和第三活塞680，第一活塞660、第二活塞670以及第三活塞680均与活塞杆650固定连接。第一活塞660位于双作用增压缸600的油腔中，且第一活塞660的两侧分别形成相互隔绝的第一油腔630和第二油腔640，第二活塞670位于第一水腔610中，第三活塞680位于第二水腔620中。第一油腔630与三位四通液动换向阀500通过第一油管21连通，第二油腔640与三位四通液动换向阀500通过第二油管22连通，以此实现油液的供应。双作用增压缸600的第一水腔610与水箱100通过第一水管11连通，双作用增压缸600的第二水腔620与水箱100通过第二水管12连通，第一水管11上设置有第一单向阀110，第二水管12上设置有第二单向阀120，实现水源的供应。其中，第一单向阀110和第二单向阀120的设置，使得水箱100中的水只能流入第一水腔610或第二水腔620，不会在第一水腔610或第二水腔620内水压增大的情况下发生水的回流，只能将水输送至渗透仪700中进行试验。

此外，第一油腔630与三位四通液动换向阀500之间还设置有第一控制油路24，第一控制油路24的两端分别与第一油管21和三位四通液动换向阀500的右位连通，且第一控制油路24上设置有第一顺序阀510。第二油腔640与三位四通液动换向阀500之间还设置有第二控制油路25，第二控制油路25的两端分别与第二油管22和三位四通液动换向阀500的左位连通，且第二控制油路25上设置有第二顺序阀520。进一步地，三位四通液动换向阀500的出油口连通有第三油箱(图未示)，第一控制油路24和第二控制油路25均通过三位四通液动换向阀500与第三油箱连通。

再次参见附图1，单向变量泵300和调速阀400之间设置有安全保护装置800，安全保护装置800包括溢流阀820，溢流阀820通过第三油管23与单向变量泵300和调速阀400之间的管路连通。优选地，溢流阀820通过第三油管23与单向变量泵300和冷却器301之间的管路连通。当系统发生阻塞时，管路压力上升，溢流阀820打开，单向变量泵300卸载，保证整个系统工作的安全性。进一步优选地，安全保护装置800还包括第二油箱830，溢流阀820的出口端与第二油箱830连通，从而溢流阀820中流出的油可以在第二油箱830中进行存储。更进一步优选地，第三油管23上还设置有压力表810，从而通过压力表810可以实时对供油管路中的压力进行观察。

需要说明的是，第一油箱200、第二油箱830以及第三油箱可以是通过管路连通，也可以是同一个油箱。

通过上述的结构设置，使得三位四通液动换向阀500位于左位时，其控制油液进入第一油腔630时，第一油腔630中的油液增多，油压增大，油液作用于活塞杆650，使得活塞杆650向右移动，使得第一水腔610容积增大，水箱100开始供水，水流经过第一单向阀110沿着第一水管11进入第一水腔610，同时，第二水腔620容积减小，第二水腔620中的水的压力增大被压出。当第一油腔630内的油压增大至第一顺序阀510的额定压力时，第一顺序阀510的阀门打开，油液回流至三位四通液动换向阀500，控制三位四通液动换向阀500切换换至右位，活塞杆650向右运动的过程中，第二油腔640内油液回流至三位四通电磁换向阀500并流回至第三油箱进行储蓄，继续工作。活塞杆650向右运动的过程中，第二油腔640内油液回流至三位四通电磁换向阀500并流回至第三油箱进行储蓄。

当三位四通液动换向阀500切换换至右位后，其控制油液进入第二油腔640时，第二油腔640中的油液增多，油压增大，油液作用于活塞杆650，使得活塞杆650向左移动，使得第二水腔620容积增大，水箱100开始供水，水流经过第二单向阀120沿着第二水管12进入第二水腔620，同时，第一水腔610容积减小，第一水腔610中的水的压力增大被压出。当第二油腔640内的油压增大至第二顺序阀520的额定压力时，第二顺序阀520的阀门打开，油液回流至三位四通液动换向阀500，控制三位四通液动换向阀500切换换至左位，继续工作。活塞杆650向左运动的过程中，第一油腔630内油液回流至三位四通电磁换向阀500并流回至第三油箱进行储蓄。

优选地，第一顺序阀510和第二顺序阀520均为内控外泄式顺序阀。第一顺序阀510和第二顺序阀520只有开启和切断两种状态，只有当管道内部压力达到顺序阀的额定压力时，顺序阀才处于开启状态。液压系统维持一定压力的同时，实现了油液在双型四油路的往复循环，使整个液压系统循环、可持续的工作。

渗透仪700是岩石渗透试验中用于放置岩石并将水作用于岩石的装置，渗透仪700通过第一供水管13和第一水腔610连通；此外，渗透仪700还通过第二供水管14和第二水腔620连通。第一供水管13上设置有第三单向阀130，第二供水管14上设置有第四单向阀140。从而第一水腔610和第二水腔620中的水可以交替补充到渗透仪700中，以此来保持渗透仪700内的水压，作用于其内部进行试验的岩石，同时，由于第三单向阀130以及第四单向阀140的存在，使得渗透仪700的水不会回流到第一水腔610或第二水腔620内。

优选地，用于岩石渗透试验的液压式渗透压力加载装置10还包括有蓄能器701，蓄能器701设置于双作用增压缸600与渗透仪700之间，第一供水管13与第二供水管14均与蓄能器701的进水端连通，蓄能器701的出水端与渗透仪700连通。从而既能作用于第一供水管13传输过来的水，也可以作用于第二供水管14传输过来的水，当第一供水管13或者第二供水管14的内部水压超过蓄能器701的内部压力时，第一供水管13或者第二供水管14的水将压缩蓄能器701内部的气体，将水的压力转化为气体内能；第一供水管13或者第二供水管14的内部水压低于蓄能器701的内部压力时，蓄能器701中的水在高压气体的作用下流向液压系统，以此来减缓第一供水管13或第二供水管14上流量的突变，保证了供水的稳定性。从而能够对三位四通液动换向阀500进行油路切换时造成的供水量突变进行减缓，使得渗透仪700内的水压能够更加平缓稳定地增加。

优选地，用于岩石渗透试验的液压式渗透压力加载装置10还包括压力传感器702，压力传感器702设置于蓄能器701与渗透仪700之间的管路上。通过压力传感器702可以对管路上的压力进行实时观察，以便对实验过程进行监控调整。进一步地优选地，用于岩石渗透试验的液压式渗透压力加载装置10还包括流量传感器703，流量传感器703也设置于蓄能器701和渗透仪700之间的管路上。同样地，通过流量传感器703可以实时的观察通入渗透仪700内的水的流量，以达到对实验过程的监控。

需要说明的是，压力传感器702和流量传感器703可以进行互换，即可以沿水流动方向先设置压力传感器702，再设置流量传感器703；也可以是沿水流动方向先设置流量传感器703，再设置压力传感器702。

通过上述对用于岩石渗透试验的液压式渗透压力加载装置10的结构描述可知，其具体操作步骤如下：

步骤1：启动单向变量泵300，当三位四通液动换向阀500的工作位置处于中位时，双作用增压缸600销紧，各个油路和水路的管道均不工作，处于待命状态。

步骤2：当三位四通液动换向阀500的左位接通时，第一油箱200开始供油，油液通过第一油管21进入双作用增压缸600的第一油腔630。活塞杆650向右运动的过程中，第一水腔610容积增大，水箱100开始供水，水流经第一单向阀110沿着第一水管11进入第一水腔610，直至第一水腔610充满水。同时，第二水腔620容积减小，水流经第四单向阀140沿着第二供水管14经过蓄能器701、压力传感器702和流量传感器703进入渗透仪700并作用于渗透仪700内进行试验的岩石。

步骤3：当活塞杆650向右运动至极限位置时，即第一油腔630的压力达到第一顺序阀510的额定压力时，第一控制油路24上的第一顺序阀510工作，从而控制三位四通液动换向阀500工作，三位四通液动换向阀500换向至右位，此时第一油腔630中的油液依次过第一控制油路24、三位四通液动换向阀500回流至第三油箱，继续工作。

步骤4：三位四通液动换向阀500接通至右位，油液通过第二油管22，进入双作用增压缸600的第二油腔640。活塞杆650向左运动的过程中，第二水腔620容积增大，水箱100开始供水，水流经第二单向阀120沿着第二水管12进入第二水腔620，直至第二水腔620充满水。同时，第一水腔610容积减小，水流经第三单向阀130沿着第一供水管13经过蓄能器701、压力传感器702和流量传感器703持续进入渗透仪700并继续作用于渗透仪700内进行试验的岩石。

步骤5：当活塞杆650向左运动至极限位置时，即双作用增压缸600的第二油腔640的压力达到第二顺序阀520的额定压力，第一控制油路24的第二顺序阀520工作，控制三位四通液动换向阀500工作，三位四通液动换向阀500换向至左位，此时第二油腔640中的油液依次通过第二控制油路25、三位四通液动换向阀500回流至第三油箱，继续工作。

步骤6：重复步骤2至步骤5，实现自动、持续供水，直至完成岩石的渗透试验。

步骤7：当系统发生阻塞时，管路压力上升，溢流阀820打开，单向变量泵300卸载，保证整个系统工作的安全性。

综上所述，用于岩石渗透试验的液压式渗透压力加载装置通过双作用增压缸实现双水路自动交互供水、抽水的效果，利用压力控制两类油路形成往复循环回路，进而控制双作用增压缸的双供水通道自动切换、自动水源供给，解决了原来由水泵站、油泵站和注射器式储能器件控制时中途供水中断的弊端；同时利用双作用增压缸和压力控制往复循环回路，实现了一条管路供油-供水、另一条管路回油-抽水的双管路交互工作方式，达到了自动抽水的效果，取代了水泵站，解决了水泵站中溢流阀容易生锈的弊端；并且通过双水路和双型四油路的管路交互作用，以及双通道供水设计，实现了试验过程中渗透压力的自动化控制，且加载的压力稳定、持续、可调，节省了工时，节约了试验成本。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。