率定平台温压交替控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种率定平台温压交替控制系统及其控制方法，应用于深部原位保真取芯“五保”能力率定平台，其中率定平台温压交替控制系统通过在模拟舱体与管道内的诸多个监测点上安装温压传感器，通过数据自动采集系统与计算机技术，在保证高温高压管道安全的同时，为深部原位高温高压环境模拟舱提供了可靠的温压控制系统，能够为深地原位岩体力学及深地科学前沿探索提供基础预研条件；率定平台温压交替控制方法在舱体进行加温加压工作时，充分考虑压力

【技术实现步骤摘要】
率定平台温压交替控制系统及其控制方法


[0001]本专利技术属于原位环境实验
，具体涉及一种率定平台温压交替控制系统及其控制方法的设计。

技术介绍

[0002]向地球深部进军是近期和未来我国科技创新的重要方向。目前，地球浅部矿产资源已逐渐枯竭，资源开发不断走向地球深部，煤炭开采深度已达1500m，地热开采深度超过3000m，金属矿开采深度超过4350m，油气资源开采深度达7500m，深部资源开采已成为常态。
[0003]探明深部岩石特性，为深部进军提供强有力的支持，就必须在实际工程的深部原位保真取芯工作前，先在实验室中还原深部环境，并测试取芯系统的可靠性。而目前针对还原原位环境实验的温压控制装置，基本停留在浅部岩石力学实验阶段，甚至是常温常压阶段；同时，很少考虑应力
‑
温度
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渗透压三场耦合的情况，可能在试样内部各点未达到均匀时就开始了钻芯或力学实验，这样做会导致较大的偏差，无法正确还原岩石的原位环境，得出的实验结论或者取出的岩芯与实际情况有所误差。
[0004]在深地环境中，与浅部最明显的区别就是其高温高压的环境，其温压环境可以达到100℃与100MPa以上，为了研究深部原位取芯，必须了解深部原位温压情况下的各种性质。在一些模拟取芯或者原位实验中，温压的加载路径十分重要，特别是在深地中100+℃与100+MPa级别的温压环境，若温压加载路径不一致，会导致水体气化，对整个实验系统造成巨大扰动。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决现有针对还原原位环境实验的温压控制装置基本停留在浅部岩石力学实验阶段，无法正确还原岩石的原位环境，得出的实验结论或者取出的岩芯与实际情况有所误差的问题，提出了一种率定平台温压交替控制系统及其控制方法，在保证流体在施加温压环境过程中不至发生相变的同时，能够保持温压施加过程平稳，防止因温压耦合效应致使温压环境超出单项控制极限。
[0006]本专利技术的技术方案为：率定平台温压交替控制系统，包括分别与模拟舱连接的压力控制子系统和温度控制子系统，压力控制子系统和温度控制子系统共用主控计算机；压力控制子系统包括位于模拟舱体底部的底部油缸以及分别与主控计算机通信连接的渗透压控制模块、孔隙压力控制模块和围压控制模块，围压控制模块设置于模拟舱体底部，渗透压控制模块和孔隙压力控制模块均设置于模拟舱体上，底部油缸内设置有第一超高压伺服推力油源，用于为围压控制模块提供推力；温度控制子系统包括分别与主控计算机通信连接的模拟舱内温度控制模块和模拟舱外壁温度控制模块，模拟舱内温度控制模块与模拟舱体连接，模拟舱外壁温度控制模块设置于模拟舱体外壁。
[0007]进一步地，渗透压控制模块包括第一流量控制器、第一隔离器和第一PLC控制器；第一流量控制器通过第一PLC控制器与主控计算机连接，第一隔离器与第一流量控制器连
接；第一流量控制器和第一隔离器的进出口均设置有第一液控单向阀和第一压力监测单元；第一隔离器的出口处设置有第一泥沙过滤单元和冷却控制单元；冷却控制单元处设置有温度采集模块，温度采集模块设置于模拟舱体上，主控计算机、第一流量控制器、第一隔离器、第一PLC控制器、第一液控单向阀和第一压力监测单元为闭环控制；第一流量控制器包括第二超高压伺服推力油源和第三超高压伺服推力油源，第一液控单向阀和第一压力监测单元均分别位于第二超高压伺服推力油源和第三超高压伺服推力油源的进出口处，且第二超高压伺服推力油源和第三超高压伺服推力油源均与第一隔离器连接。
[0008]进一步地，孔隙压力控制模块包括第二流量控制器、第二隔离器、第二PLC控制器、第一储能器以及位于第二隔离器出口处的第二泥沙过滤单元；第二泥沙过滤单元与模拟舱体连接，第二流量控制器通过第二PLC控制器与主控计算机连接，第二隔离器与第二流量控制器连接，第二流量控制器和第二隔离器的进出口均设置有第二液控单向阀和第二压力监测单元；主控计算机、第二PLC控制器、第二流量控制器、第二隔离器、第二液控单向阀和第二压力监测单元为闭环控制；第二流量控制器包括第二超高压伺服推力油源和第三超高压伺服推力油源，第二液控单向阀和第二压力监测单元均分别位于第二超高压伺服推力油源和第三超高压伺服推力油源的进出口处，且第二超高压伺服推力油源和第三超高压伺服推力油源均与和第二隔离器连接。
[0009]进一步地，围压控制模块包括第三PLC控制器和液压泵，液压泵分别与外部油箱、电磁换向阀中第一管路的一端以及溢流阀的输入端连接，溢流阀的输出端连接至外部油箱，电磁换向阀中第一管路的另一端分别与第三液控单向阀的进液口、增压器换向阀的管路一端和第四液控单向阀的进液口连接，第四液控单向阀的出液口连接至底部油缸，第四液控单向阀与底部油缸的连接管路上设置有第二蓄能器和压力测量仪，第三液控单向阀的出液口分别与第五液控单向阀的进液口和增压缸的顶部连接，增压缸的底部与增压器换向阀的管路另一端连接，增压缸的中部连接至增压器换向阀的阀芯和第六液控单向阀的进液口，第六液控单向阀的出液口与电磁换向阀中第二管路的一端连接，电磁换向阀中第二管路的另一端连接至外部油箱，第五液控单向阀的出液口连接至底部油缸，第三PLC控制器分别与主控计算机、液压泵、电磁换向阀、溢流阀、第三液控单向阀、增压器换向阀、第四液控单向阀、第二蓄能器、压力测量仪、第五液控单向阀以及第六液控单向阀通信连接。
[0010]进一步地，模拟舱内温度控制模块包括降温池、污水池、降温盘管、加热管道、第一高频感应线圈、第二高频感应线圈、低压泵、高压泵、第一温压传感器、第二温压传感器、第三温压传感器、第一压力变送器、第二压力变送器、第一液控阀、第二液控阀、第三液控阀、第四液控阀、第一安全阀、第二安全阀、第三安全阀、第一常温管道、第二常温管道和第三常温管道；降温盘管固定设置于降温池内，降温盘管的输入端通过第二常温管道和模拟舱体固定连接，其输出端固定设置于污水池内，加热管道的一端和第三常温管道的一端均固定设置于降温池内，加热管道的外壁上依次固定设置有第一高频感应线圈、低压泵、第一温压传感器和第二高频感应线圈，加热管道的另一端通过高压泵和第一常温管道的一端固定连接，第一常温管道的第一支路外壁上固定设置有第二液控阀、第一安全阀、第一压力变送器和第二温压传感器，第一常温管道的第二支路外壁上固定设置有第三液控阀、第二安全阀和第二压力变送器；第一支路的另一端和第二支路的另一端均与模拟舱体固定连接，高压泵还与第三常温管道的一端固定连接，第三常温管道的另一端固定设置于降温池内，第三
常温管道的外壁上固定设置有第一液控阀和第三温压传感器，第二常温管道的外壁上固定设置有第四液控阀；低压泵、高压泵、第一压力变送器和第二压力变送器均与主控计算机通信连接；污水池内安装有过滤系统；加热管道、第一常温管道、第二常温管道和第三常温管道的外壁上均固定设置有隔热层。
[0011]进一步地，模拟舱外壁温度控制模块包括设置于模拟舱体外壁的加热层、导热层、隔热层、电源单元和温度控制单元；加热层和隔热层之间固定设置有导热层，导本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.率定平台温压交替控制系统，其特征在于，包括分别与模拟舱连接的压力控制子系统和温度控制子系统，所述压力控制子系统和温度控制子系统共用主控计算机(1)；所述压力控制子系统包括位于模拟舱体(50)底部的底部油缸(2)以及分别与所述主控计算机(1)通信连接的渗透压控制模块、孔隙压力控制模块和围压控制模块，所述围压控制模块设置于模拟舱体(50)底部，所述渗透压控制模块和孔隙压力控制模块均设置于模拟舱体(50)上，所述底部油缸(2)内设置有第一超高压伺服推力油源，用于为围压控制模块提供推力；所述温度控制子系统包括分别与所述主控计算机(1)通信连接的模拟舱内温度控制模块和模拟舱外壁温度控制模块，所述模拟舱内温度控制模块与模拟舱体(50)连接，所述模拟舱外壁温度控制模块设置于模拟舱体(50)外壁。2.根据权利要求1所述的率定平台温压交替控制系统，其特征在于，所述渗透压控制模块包括第一流量控制器(3)、第一隔离器(4)和第一PLC控制器(5)；所述第一流量控制器(3)通过第一PLC控制器(5)与主控计算机(1)连接，所述第一隔离器(4)与第一流量控制器(3)连接；所述第一流量控制器(3)和第一隔离器(4)的进出口均设置有第一液控单向阀(6)和第一压力监测单元(7)；所述第一隔离器(4)的出口处设置有第一泥沙过滤单元(8)和冷却控制单元(9)；所述冷却控制单元(9)处设置有温度采集模块(29)，所述温度采集模块(29)设置于模拟舱体(50)上，所述主控计算机(1)、第一流量控制器(3)、第一隔离器(4)、第一PLC控制器(5)、第一液控单向阀(6)和第一压力监测单元(7)为闭环控制；所述第一流量控制器(3)包括第二超高压伺服推力油源和第三超高压伺服推力油源，所述第一液控单向阀(6)和第一压力监测单元(7)均分别位于所述第二超高压伺服推力油源和第三超高压伺服推力油源的进出口处，且所述第二超高压伺服推力油源和第三超高压伺服推力油源均与第一隔离器(4)连接。3.根据权利要求1所述的率定平台温压交替控制系统，其特征在于，所述孔隙压力控制模块包括第二流量控制器(10)、第二隔离器(11)、第二PLC控制器(12)、第一储能器(25)以及位于第二隔离器(11)出口处的第二泥沙过滤单元(26)；所述第二泥沙过滤单元(26)与模拟舱体(50)连接，所述第二流量控制器(10)通过第二PLC控制器(12)与主控计算机(1)连接，所述第二隔离器(11)与第二流量控制器(10)连接，所述第二流量控制器(10)和第二隔离器(11)的进出口均设置有第二液控单向阀(13)和第二压力监测单元(14)；所述主控计算机(1)、第二PLC控制器(12)、第二流量控制器(10)、第二隔离器(11)、第二液控单向阀(13)和第二压力监测单元(14)为闭环控制；所述第二流量控制器(10)包括第二超高压伺服推力油源和第三超高压伺服推力油源，所述第二液控单向阀(13)和第二压力监测单元(14)均分别位于所述第二超高压伺服推力油源和第三超高压伺服推力油源的进出口处，且所述第二超高压伺服推力油源和第三超高压伺服推力油源均与和第二隔离器(11)连接。4.根据权利要求1所述的率定平台温压交替控制系统，其特征在于，所述围压控制模块包括第三PLC控制器(27)和液压泵(15)，所述液压泵(15)分别与外部油箱、电磁换向阀(16)中第一管路的一端以及溢流阀(17)的输入端连接，所述溢流阀(17)的输出端连接至外部油箱，所述电磁换向阀(16)中第一管路的另一端分别与第三液控单向阀(18)的进液口、增压器换向阀(19)的管路一端和第四液控单向阀(20)的进液口连接，所述第四液控单向阀(20)的出液口连接至底部油缸(2)，所述第四液控单向阀(20)与底部油缸(2)的连接管路上设置
有第二蓄能器(21)和压力测量仪(22)，所述第三液控单向阀(18)的出液口分别与第五液控单向阀(23)的进液口和增压缸(28)的顶部连接，所述增压缸(28)的底部与增压器换向阀(19)的管路另一端连接，所述增压缸(28)的中部连接至增压器换向阀(19)的阀芯和第六液控单向阀(24)的进液口，所述第六液控单向阀(24)的出液口与电磁换向阀(16)中第二管路的一端连接，所述电磁换向阀(16)中第二管路的另一端连接至外部油箱，所述第五液控单向阀(23)的出液口连接至底部油缸(2)，所述第三PLC控制器(27)分别与主控计算机(1)、液压泵(15)、电磁换向阀(16)、溢流阀(17)、第三液控单向阀(18)、增压器换向阀(19)、第四液控单向阀(20)、第二蓄能器(21)、压力测量仪(22)、第五液控单向阀(23)以及第六液控单向阀(24)通信连接。5.根据权利要求1所述的率定平台温压交替控制系统，其特征在于，所述模拟舱内温度控制模块包括降温池(30)、污水池(31)、降温盘管(32)、加热管道(33)、第一高频感应线圈(34)、第二高频感应线圈(35)、低压泵(36)、高压泵(37)、第一温压传感器(38)、第二温压传感器(39)、第三温压传感器(40)、第一压力变送器(41)、第二压力变送器(42)、第一液控阀(43)、第二液控阀(44)、第三液控阀(45)、第四液控阀(46)、第一安全阀(47)、第二安全阀(48)、第三安全阀(49)、第一常温管道(51)、第二常温管道(52)和第三常温管道(53)；所述降温盘管(32)固定设置于降温池(30)内，所述降温盘管(32)的输入端通过第二常温管道(52)和模拟舱体(50)固定连接，其输出端固定设置于污水池(31)内，所述加热管道(33)的一端...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢和平，张茹，高明忠，陈领，张志龙，张泽天，李怡航，杨阳，李佳南，黄伟，任利，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：