巖石壓裂滲流連續(xù)伺服供液裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)高壓流體等流量或等壓力伺服供液裝置，用于實(shí)驗(yàn)室?guī)r石試樣壓裂滲流。其特征是采用伺服電機(jī)和減速箱并通過滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)高壓活塞泵交替作動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)高壓流體的等流量或等壓力伺服供液，通過壓力傳感器和數(shù)字控制儀實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓活塞泵的流量或者壓力進(jìn)行控制；采用高壓氣源供應(yīng)氣流進(jìn)入先導(dǎo)式雙向電磁閥，先導(dǎo)式雙向電磁閥依靠氣動(dòng)力和電磁力實(shí)現(xiàn)氣路通道的快速切換，氣路通道的快速切換可以驅(qū)動(dòng)四氣路雙向液壓自動(dòng)轉(zhuǎn)換閥來實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)高壓活塞泵在交替作動(dòng)過程中高壓流體供應(yīng)的連續(xù)性，保證高壓流體的等流量或等壓力連續(xù)供液以對(duì)巖石試樣實(shí)施壓裂滲流。
【專利說明】
巖石壓裂滲流連續(xù)伺服供液裝置
[0001]技術(shù)領(lǐng)域巖石力學(xué)試驗(yàn)技術(shù)與設(shè)備領(lǐng)域
[0002]【背景技術(shù)】頁(yè)巖氣的開發(fā)需要將壓裂液高壓栗送進(jìn)入儲(chǔ)層巖石實(shí)施壓裂改造，在低滲透致密巖層中實(shí)施水壓致裂形成三維裂縫網(wǎng)絡(luò)，有效提高儲(chǔ)層巖石滲透率而達(dá)到開發(fā)資源的目的。在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)巖石實(shí)施壓裂滲流的過程中，必須實(shí)現(xiàn)壓裂液的等流量或等壓力高精度伺服供液，以模擬頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的實(shí)際壓裂滲流過程。如何實(shí)現(xiàn)高壓流體的等流量或等壓力伺服供液是一個(gè)難題，特別是如何實(shí)現(xiàn)高壓流體的連續(xù)伺服供液就尤為困難。
[0003]
【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)高壓流體等流量或等壓力伺服供液，用于實(shí)驗(yàn)室?guī)r石試樣壓裂滲流。其特征是采用伺服電機(jī)和減速箱并通過滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)高壓活塞栗交替作動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)高壓流體的等流量或等壓力伺服供液，通過壓力傳感器和數(shù)字控制儀實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓活塞栗的流量或者壓力進(jìn)行控制；采用高壓氣源供應(yīng)氣流進(jìn)入先導(dǎo)式雙向電磁閥，先導(dǎo)式雙向電磁閥依靠氣動(dòng)力和電磁力實(shí)現(xiàn)氣路通道的快速切換，氣路通道的快速切換可以驅(qū)動(dòng)四氣路雙向液壓自動(dòng)轉(zhuǎn)換閥來實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)高壓活塞栗在交替作動(dòng)過程中高壓流體供應(yīng)的連續(xù)性，保證高壓流體的等流量或等壓力連續(xù)供液以對(duì)巖石試樣實(shí)施壓裂滲流。
[0004]動(dòng)態(tài)加載水壓致裂巖石力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)，由高壓流體伺服栗送部分以及氣體驅(qū)動(dòng)液路快速切換部分共兩大部分構(gòu)成，所述高壓流體伺服栗送部分由液體儲(chǔ)存箱1，伺服電機(jī)2，減速箱3，滾珠絲杠4，高壓活塞栗5，閥門6，壓力傳感器7，數(shù)字控制儀8，伺服電機(jī)9，減速箱10，滾珠絲杠11，高壓活塞栗12，閥門13，壓力傳感器14，數(shù)字控制儀組成15組成；所述氣體驅(qū)動(dòng)液路快速切換部分由高壓氣源16，先導(dǎo)式雙向電磁閥17 ;先導(dǎo)式雙向電磁閥18 ;四氣路雙向液壓自動(dòng)轉(zhuǎn)換閥19 ;閥門20組成。
[0005]基本原理與技術(shù):針對(duì)在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)伺服供液來模擬真實(shí)頁(yè)巖儲(chǔ)層壓裂過程的需求，采用伺服電機(jī)提供驅(qū)動(dòng)力，通過減速箱來匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩，通過滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)高壓活塞栗交替作動(dòng)來形成，最終形成高壓流體等的流量或等壓力伺服供液；針對(duì)在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)連續(xù)供應(yīng)高壓流體來實(shí)施巖石壓裂的需求，采用高壓氣源供應(yīng)氣流進(jìn)入先導(dǎo)式雙向電磁閥，先導(dǎo)式雙向電磁閥依靠氣動(dòng)力和電磁力實(shí)現(xiàn)氣路通道的快速切換，氣路通道的快速切換可以驅(qū)動(dòng)四氣路雙向液壓自動(dòng)轉(zhuǎn)換閥來實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)高壓活塞栗在交替作動(dòng)過程中高壓流體供應(yīng)的連續(xù)性，保證高壓流體的等流量或等壓力連續(xù)供液以對(duì)巖石試樣實(shí)施壓裂滲流。
[0006]巖石壓裂滲流連續(xù)伺服供液裝置，由高壓流體伺服栗送部分以及氣體驅(qū)動(dòng)液路快速切換部分共兩大部分構(gòu)成。
[0007]高壓流體伺服栗送部分由由液體儲(chǔ)存箱1，伺服電機(jī)2，減速箱3，滾珠絲杠4，高壓活塞栗5，閥門6，壓力傳感器7，數(shù)字控制儀8，伺服電機(jī)9，減速箱10，滾珠絲杠11，高壓活塞栗12，閥門13，壓力傳感器14，數(shù)字控制儀15組成。伺服電機(jī)2和伺服電機(jī)9可精確控制速度和位置且在整個(gè)速度區(qū)內(nèi)可實(shí)現(xiàn)精確平滑控制，減速箱3和減速箱10的內(nèi)部布置同軸式減速器，滾珠絲杠4和滾珠絲杠11能夠?qū)⑿D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)且保持運(yùn)轉(zhuǎn)順暢，高壓活塞栗5和高壓活塞栗12需滿足壓力以及流量的要求，壓力傳感器7和壓力傳感器14需要能夠及時(shí)檢測(cè)并反饋高壓流體壓力值，數(shù)字控制儀8和伺服電機(jī)2組成雙閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)活塞栗5中高壓流體的精確伺服控制，數(shù)字控制儀15和伺服電機(jī)9組成雙閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)活塞栗12的精確伺服控制。
[0008]氣體驅(qū)動(dòng)液路快速切換部分由高壓氣源16，先導(dǎo)式雙向電磁閥17 ;先導(dǎo)式雙向電磁閥18 ;四氣路雙向液壓自動(dòng)轉(zhuǎn)換閥19 ;閥門20組成。高壓氣源16所供應(yīng)的高壓氣流必須滿足先導(dǎo)式雙向電磁閥17和先導(dǎo)式雙向電磁閥18對(duì)高壓氣源的要求，另外高壓氣源16所供應(yīng)的高壓氣流的壓力必須足以驅(qū)動(dòng)四氣路雙向液壓自動(dòng)轉(zhuǎn)換閥19，先導(dǎo)式雙向電磁閥17和先導(dǎo)式雙向電磁閥18完全依靠氣動(dòng)力和電磁力實(shí)現(xiàn)氣路通道A和氣路通道B之間的切換，四氣路雙向液壓自動(dòng)轉(zhuǎn)換閥19的雙向液壓AA 口和AB 口之間的切換時(shí)間應(yīng)小于0.1秒以保證輸出高壓流體的連續(xù)性，最終的高壓流體通過閥門20輸出。
[0009]【附圖說明】:附圖是真三軸水壓致裂巖石力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖中1:液體儲(chǔ)存箱；2:伺服電機(jī)；3:減速箱；4:滾珠絲杠；5:高壓活塞栗；6:閥門；7:壓力傳感器；8:數(shù)字控制儀；9:伺服電機(jī)；10:減速箱；11:滾珠絲杠；12:高壓活塞栗；13 ;閥門；14:壓力傳感器；15:數(shù)字控制儀；16:高壓氣源；17:先導(dǎo)式雙向電磁閥；18:先導(dǎo)式雙向電磁閥；19:四氣路雙向液壓自動(dòng)轉(zhuǎn)換閥；20:閥門。
[0010]【具體實(shí)施方式】1.由伺服電機(jī)2提供驅(qū)動(dòng)力，通過減速箱3來降低調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速并提高輸出扭矩，帶動(dòng)滾柱絲杠4來推動(dòng)高壓活塞栗5的活塞實(shí)現(xiàn)從液體存儲(chǔ)箱I中抽取液體并輸出等流量或等壓力伺服控制的高壓流體，所輸出的高壓流體通過AA 口進(jìn)入四氣路雙向液壓自動(dòng)轉(zhuǎn)換閥19。
[0011]2.由伺服電機(jī)9提供驅(qū)動(dòng)力，通過減速箱10來降低調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速并提高輸出扭矩，帶動(dòng)滾柱絲杠11來推動(dòng)高壓活塞栗12的活塞實(shí)現(xiàn)從液體存儲(chǔ)箱I中抽取液體并輸出等流量或等壓力伺服控制的高壓流體，所輸出的高壓流體通過AB 口進(jìn)入四氣路雙向液壓自動(dòng)轉(zhuǎn)換閥19。
[0012]3.高壓氣源16產(chǎn)生的高壓氣體進(jìn)入先導(dǎo)式雙向電磁閥17和先導(dǎo)式雙向電磁閥18，之后高壓氣體分為氣路A和氣路B兩路氣流，通電后電磁力可以實(shí)現(xiàn)氣路A和氣路B控制閥門打開和關(guān)閉，高壓氣體通過先導(dǎo)式雙向電磁閥17的氣路A和氣路B輸出，之后分別進(jìn)入四氣路雙向液壓自動(dòng)轉(zhuǎn)換閥19的Al 口和BI 口驅(qū)動(dòng)閥門，通過閥門的打開和閉合來控制由高壓活塞栗5輸出并進(jìn)入AA 口的高壓流體，高壓氣體通過先導(dǎo)式雙向電磁閥18的氣路A和氣路B輸出，之后分別進(jìn)入四氣路雙向液壓自動(dòng)轉(zhuǎn)換閥19的A2 口和B2 口驅(qū)動(dòng)閥門，通過閥門的打開和閉合來控制由高壓活塞栗12輸出并進(jìn)入AB 口的高壓流體，高壓活塞栗5和高壓活塞栗12交替作動(dòng)輸出的高壓流體通過四氣路雙向液壓自動(dòng)轉(zhuǎn)換閥19完成對(duì)進(jìn)AAA 口和AB 口高壓流體的快速切換，最終的高壓流體通過閥門20輸出。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種能夠?qū)崿F(xiàn)高壓流體等流量或等壓力伺服供液，用于實(shí)驗(yàn)室?guī)r石試樣壓裂滲流，由高壓流體伺服栗送部分以及氣體驅(qū)動(dòng)液路快速切換部分共兩大部分構(gòu)成，所述高壓流體伺服栗送部分由由液體儲(chǔ)存箱(1)，伺服電機(jī)(2)，減速箱(3)，滾珠絲杠(4)，高壓活塞栗(5)，閥門(6)，壓力傳感器(7)，數(shù)字控制儀(8)，伺服電機(jī)(9)，減速箱(10)，滾珠絲杠(11)，高壓活塞栗(12)，閥門(13)，壓力傳感器(14)，數(shù)字控制儀(15)組成，伺服電機(jī)(2)和伺服電機(jī)(9)可精確控制速度和位置且在整個(gè)速度區(qū)內(nèi)可實(shí)現(xiàn)精確平滑控制，減速箱(3)和減速箱(10)的內(nèi)部布置同軸式減速器，滾珠絲杠(4)和滾珠絲杠(11)能夠?qū)⑿D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)且保持運(yùn)轉(zhuǎn)順暢，高壓活塞栗(5)和高壓活塞栗(12)需滿足壓力以及流量的要求，壓力傳感器(7)和壓力傳感器(14)需要能夠及時(shí)檢測(cè)并反饋高壓流體壓力值，數(shù)字控制儀⑶和伺服電機(jī)⑵組成雙閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)活塞栗(5)中高壓流體的精確伺服控制，數(shù)字控制儀(15)和伺服電機(jī)(9)組成雙閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)活塞栗(12)的精確伺服控制；所述氣體驅(qū)動(dòng)液路快速切換部分由高壓氣源(16)，先導(dǎo)式雙向電磁閥(17);先導(dǎo)式雙向電磁閥(18);四氣路三向液壓自動(dòng)轉(zhuǎn)換閥(19);閥門(20)組成，高壓氣源(16)所供應(yīng)的高壓氣流必須滿足先導(dǎo)式雙向電磁閥(17)和先導(dǎo)式雙向電磁閥(18)對(duì)高壓氣源的要求，另外高壓氣源(16)所供應(yīng)的高壓氣流的壓力必須足以驅(qū)動(dòng)四氣路三向液壓自動(dòng)轉(zhuǎn)換閥(19)，先導(dǎo)式雙向電磁閥(17)和先導(dǎo)式雙向電磁閥(18)完全依靠氣動(dòng)力和電磁力實(shí)現(xiàn)氣路通道A和氣路通道B之間的切換，四氣路雙向液壓自動(dòng)轉(zhuǎn)換閥(19)的雙向液壓AA 口和AB 口之間的切換時(shí)間應(yīng)小于0.1秒以保證輸出高壓流體的連續(xù)性，最終的高壓流體通過閥門(20)輸出。
【文檔編號(hào)】G01N3/02GK105890971SQ201410527997
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2014年10月9日
【發(fā)明人】赫建明, 李曉, 李守定
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所