CN219391640U - 用于岩石力学试验机压力室的一体式充油增压*** - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于岩石力学试验机压力室的一体式充油增压***，包括压力室、相互连通的充油***和增压***；充油***包括依次连接的油箱、伺服阀和单向阀，单向阀与压力室连通；油箱中设有油泵；增压***包括单级增压器和设置于单级增压器出口端的第一压力表；单级增压器包括活塞以及设置于活塞两端且相互独立的高压腔和低压腔；单级增压器的增压倍数为4～6倍；油箱出油口与伺服阀的P油口连通，伺服阀的A油口与单向阀的进口端连接，单向阀的出口端分别与压力室和高压腔连通，且高压腔与所述压力室连通，伺服阀的B油口与低压腔连通。本实用新型的单级增压器的能源利用效率高，增压倍数大，且维护费用低，节约成本，占用空间小。

Description

用于岩石力学试验机压力室的一体式充油增压***

技术领域

本实用新型涉及岩石力学试验机技术领域，尤其涉及一种用于岩石力学试验机压力室的一体式充油增压***。

背景技术

岩石力学试验机是一种用于测定岩石力学参数的仪器，可以帮助研究人员评估岩石的基本力学参数，如破坏应力、岩石强度及其变形特征等。压力室类型的试验机是应用较为广泛的岩石力学试验机，该类试验机的围压提供方式通常为：先向压力室内注入液压油，为压力室提供一定的围压，即充油；然后通过增压装置进一步为压力室提供液压油作为补充压力，以使压力室达到预设的围压值，即增压。

目前，该类岩石力学试验机中为压力室提供补充压力(即增压)的装置多为螺杆增压器，具体过程为，先通过一套泵送装置向压力室内充油，再通过与螺杆增压器连通的另一动力装置(电机)向压力室内增压(因为如果只用单独的与螺杆增压器匹配的电机先充油再增压，其充油效率非常低，而压力室需要的油压较大，充油量较多，因此会先用功率较大的泵充油)。该过程中，(1)充油和增压需要通过两套动力装置实现，如此，会增加装置的占用空间；(2)向压力室和螺杆增压器的增压腔分别通过不同的管路进行充液，管路设计复杂，进一步增加占用空间，且提供的压力较低，能源利用率低，能耗高；(3)增压结束后或在下次增压前，需要将螺杆增压器的螺杆恢复初始位置，以满足全量程增压范围的操作步骤。可见，传统的螺杆增压器占用空间大、能耗高、操作繁琐，同时压力控制稳定性差。

有鉴于此，有必要设计一种改进的用于岩石力学试验机压力室的一体式充油增压***，以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于岩石力学试验机压力室的一体式充油增压***，通过将充油***和增压***通过部分共用的管路连接，同时通过单级增压器和伺服阀的合理布设，仅通过一台泵即可完成充油和增压操作，单级增压器的能源利用效率更高，能耗低，且增压倍数更大，增压过程的液压出力稳，压力控制更准确，故障率低且维护费用低，节约成本，占用空间小，重量轻、运动惯性小，机械简单。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种用于岩石力学试验机压力室的一体式充油增压***，包括压力室，还包括相互连通的充油***和增压***；

所述充油***包括依次连接的油箱、伺服阀和单向阀，所述单向阀与所述压力室连通；所述油箱中设有油泵；所述伺服阀为四通节流型流量控制阀；所述增压***包括单级增压器和设置于所述单级增压器出口端的第一压力表；所述单级增压器包括活塞以及设置于所述活塞两端且相互独立的高压腔和低压腔；所述单级增压器的增压倍数为4～6倍；

所述油箱出油口与所述伺服阀的P油口连通，所述伺服阀的A油口与所述单向阀的进口端连接，所述单向阀的出口端分别与所述压力室和所述高压腔连通，且所述高压腔与所述压力室连通，所述伺服阀的B油口与所述低压腔连通。

作为本实用新型的进一步改进，所述压力室进油口端设有压力传感器。

作为本实用新型的进一步改进，所述油箱和所述伺服阀的P油口之间设有用于稳定所述油泵压力的蓄能器。

作为本实用新型的进一步改进，所述伺服阀的B油口与所述单级增压器的所述低压腔之间设有第二压力表。

作为本实用新型的进一步改进，所述单级增压器的所述高压腔出油口端设有第一阀门。

作为本实用新型的进一步改进，所述压力室进油口端设有第二阀门。

作为本实用新型的进一步改进，所述用于岩石力学试验机压力室的一体式充油增压***的进油管与所述压力室通过进油管快插头可拆卸连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述伺服阀为MOOG阀。

作为本实用新型的进一步改进，所述MOOG阀为MOOG761系列伺服阀，所述MOOG761系列伺服阀的响应速度为0.01毫秒。

作为本实用新型的进一步改进，所述单向阀出油口端设有第三阀门。

本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型提供的一种用于岩石力学试验机压力室的一体式充油增压***，通过将充油***和增压***通过部分共用的管路连接，同时通过单级增压器和伺服阀的合理布设，仅通过一台泵即可完成充油和增压操作。

充油***和增压***通过部分共用管路与压力室连接，减少了管路的布设，且为压力室充油过程的同时为高压腔充油，后续的增压过程只需向低压腔充油即可，无需再次向高压腔充油。且充油***和增压***形成回路，在对高压腔进行充油时，单级增压器的活塞自动归位，无需单独进行归位操作，简化操作流程。

(2)本实用新型提供的一种用于岩石力学试验机压力室的一体式充油增压***，用单级增压器代替传统的螺杆增压器，同时对管路进行优化设计，单级增压器的能源利用效率更高，能耗低，且增压倍数更大，增压过程的压力控制更准确，且维护费用低，节约成本，占用空间小。

附图说明

图1为本实用新型的用于岩石力学试验机压力室的一体式充油增压***的结构示意图。

图2为单级增压器的结构示意图。

图3为充油过程伺服阀的油口连接关系图。

图4为增压过程伺服阀的油口连接关系图。

附图标记

1-压力室；2-充油***；3-增压***；4-压力传感器；5-蓄能器；6-第一阀门；7-第二阀门；8-进油管快插头；9-第三阀门；21-油箱；22-伺服阀；23-单向阀；24-油泵；31-单级增压器；32-第一压力表；33-第二压力表；311-活塞；312-高压腔；313-低压腔。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与本实用新型的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本实用新型关系不大的其他细节。

另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

请参阅图1至图4所示，本实用新型提供了一种用于岩石力学试验机压力室的一体式充油增压***，包括压力室1，还包括相互连通的充油***2和增压***3，且充油***2和增压***3均与压力室1连通。

充油***2包括依次连接的油箱21、伺服阀22和单向阀23，单向阀23与压力室1连通；油箱21中设有用于提供动力来源的油泵24；伺服阀22为四通节流型流量控制阀，具体包括P油口、A油口、T油口以及B油口，且该伺服阀22为双向伺服阀，即伺服阀22可以改变充油管路和增压管路中液压油的流向，同时可以改变液压油的流量大小。

增压***3包括单级增压器31和设置于单级增压器出口端的第一压力表32。如图2所示，单级增压器31包括活塞311以及设置于活塞311两端且相互独立的高压腔313和低压腔312，第一压力表32设置于靠近单级增压器31高压腔313的一侧。该单级增压器31的增压倍数为4～6倍，优选为5倍，例如，从油泵24出来的压力为1MPa的液压油进入单级增压器31的低压腔312，从单级增压器31的高压腔313输出的液压油的压力为5MPa，通常从单级增压器31的高压腔313输出的液压油的压力为0.1MPa-100MPa。根据实验方案需求，单级增压器31的增压倍数取决于单级增压器31的高压腔313和低压腔312的活塞面积比，在本实施例中，高压腔313和低压腔312的活塞面积比为5，即单级增压器31的增压倍数为5倍。

油箱21出油口与伺服阀22的P油口连通，伺服阀22的A油口与单向阀23的进口端连接，单向阀23的出口端分别与压力室1和单级增压器31的高压腔313连通，且单级增压器31的高压腔313与压力室1连通，伺服阀22的B油口与单级增压器31的低压腔312连通，伺服阀22的T油口与油箱21连通。如此设置，充油管路为依次连通的油箱21、伺服阀22、单向阀23和压力室1；增压管路为油箱21、伺服阀22、单级增压器31和压力室1。同时，油箱21、伺服阀22、单级增压器31之间也形成油路。

在对压力室1进行充油增压过程具体如下：(1)充油过程，伺服阀22各油口的连接关系如图3所示，液压油被油泵24泵入伺服阀22处，此时P油口与A油口连通，B油口与T油口连通(箭头所示为液压油流向)，液压油依次通过P油口、A油口和单向阀23后，一部分液压油进入压力室1为其提供一定的围压，另一部分液压油进入单级增压器31的高压腔313。与此同时，在高压腔313中液压油的推动下，单级增压器31的低压腔312中的液压油(前次增压过程的液压油)依次通过B油口和T油口，再次进入油箱21中。由此可见，首先，充油***2和增压***3通过部分共用管路与压力室1连接，减少了管路的布设，且为压力室1充油过程的同时为高压腔313充油，后续的增压过程只需向低压腔312充油即可；而传统螺杆增压器向压力室和螺杆增压器的增压腔充液需用独立管路，且无法在充油过程直接实现增压腔的充油，而是需要额外的动力装置向螺杆增压器的增压腔充液。其次，本申请的充油***1和增压***2相互连通，在对压力室1进行充油时，不仅对单级增压器31的高压腔313充油，而且该过程中高压腔313中的液压油可以推动活塞311回复原位，即充油过程可以直接将前次增压操作时低压腔313的液压油压入油箱21中，从而使单级增压器31的活塞311回复原位，用以增加可进入高压腔313的液压油量，提高加压倍数，同时进一步减少了管路的布设，且整个过程更为连贯，简化操作程序。而传统的螺杆增压器增压结束后或在下次增压前，需要将增压器的螺杆恢复初始位置，即需要独立的归位操作。(2)增压过程，伺服阀22各油口的连接关系如图4所示，液压油被油泵24泵入伺服阀22处，此时P油口与B油口连通，液压油依次通过P油口和B油口进入单级增压器31的低压腔312，随着油泵24不断向低压腔312中泵入液压油，活塞311向上运动，推动高压腔313的液压油输出，输出后的液压油经过增压后进入压力室1，实现对压力室1增压。虽然此时A油口与T油口连通(箭头所示为液压油流向)，但是由于单向阀23的存在，液压油不会倒流。

在一些实施例中，伺服阀22为MOOG阀，MOOG阀在控制精度上比普通伺服阀更为精准，性能上更为稳定。伺服阀22优选为MOOG761系列伺服阀，MOOG761系列伺服阀的响应速度仅为0.01毫秒，响应速度达业内一流，使得充油增压***响应更快，压力室1保压更稳定。

本申请所用的单级增压器31和传统的螺杆增压器相比，优势在于：(1)单级增压器31只需要一次增压即可达到预期的压力，而螺杆增压器则需要多次增压，可见单级增压器31能源利用效率更高，螺杆增压器的能源利用效率相对较低。这主要取决于二者结构的差别，单级增压器31由压缩室和活塞组成，其工作原理是活塞在压缩室内上下移动，并将低压油压缩到更高的压力。螺杆增压器由压缩室、活塞和螺杆组成，其工作原理是活塞将低压油压缩到一定压力，然后螺杆将压缩后的油再次压缩到更高的压力，这种多次转化过程会降低其能源利用率。(2)单级增压器31的压缩比较大，压力控制更为准确，能源利用效率更高，维护费用较低；螺杆增压器的压缩比较小，压力控制不太准确，能源利用效率较低，维护费用较高。

如图1所示，油箱21和伺服阀22的P油口之间设有用于稳定油泵24压力的蓄能器5。蓄能器5能够吸收液压冲击、消除脉动，使通过伺服阀22的油压平稳，从而为岩石压力试验提供稳定的压力环境，提高测定的准确性。

单级增压器31的高压腔313出口端设有第一压力表32。如此设置，可以通过控制压力表32的压力值，实现增压过程的稳定性和连续性。

压力室1的进油口端设有压力传感器4，如此设置，在通过第一压力表32调控增压的同时，使用压力传感器4实时监测压力变化，使岩石试验过程处于稳定的压力状态。在一些实施例中，可以在压力传感器4处设置报警器，当增压过程的压力值超过或者低于预设压力值时，通过报警器提醒工作人员调整压力。

在另一些实施例中，伺服阀22的B油口与单级增压器31的低压腔312之间设有第二压力表33。如此设置，通过第二压力表33监测进入低压腔312的油压，同时通过第一压力表32监测高压腔313输出的油压，利用两个压力表的压力数据关系可以监测单级增压器31的增压倍数是否与理论值相同，从而判断其是否正常工作，间接监测单级增压器31的性能。

单级增压器31的高压腔313出油口端设有第一阀门6。如此设置，充油过程可以选择性地对单级增压器31的高压腔313进行充油，使两者形成相互独立的通路。

压力室1进油口端设有第二阀门7，在压力达到预设值时，可以选择将其关闭；或者充油增压结束后将其关闭，防止油箱21中的液压油泄露。压力传感器4和第二阀门7的位置可以互换。

该用于岩石力学试验机压力室的一体式充油增压***的进油管与压力室1通过进油管快插头8可拆卸连接。如此设置，便于对该***或者压力室1进行维护和维修。

在一些实施例中，该用于岩石力学试验机压力室的一体式充油增压***还包括自动控制***。自动控制***用于调控第一阀门6、第二阀门7、第三阀门9、伺服阀22、单向阀23和油泵24的开关，用于监测并调整压力传感器4、第一压力表32和第二压力表33数据。压力传感器4实时监测压力变化，将压力数值反馈回自动控制***，自动控制***根据反馈数值实时调整伺服阀22的流量。

该用于岩石力学试验机压力室的一体式充油增压***的工作原理为包括如下步骤：

S1.充油：

在自动控制***内输入充液指令，油泵24、第三阀门9、第二阀门7以及第一阀门6被打开(油泵24、第三阀门9、第二阀门7以及第一阀门6也可以手动打开，不需要自动控制***控制，如果需要自动控制***调控，则这些阀门需要是电动阀；单向阀23作为被动元件，无需手动控制)，同时伺服阀22得电，A、P油口连通，B、T油口连通，液压油依次经过油泵24、伺服阀22、单向阀23和第三阀门9，之后一部分液压油通过第二阀门7和进油管快插头8到达压力室1，另一部分液压油通过第一阀门6到达单级增压器31的高压腔313，对单级增压器31进行充液，且单级增压器31的活塞311回到初始加压位置，低压腔312内的液压油经伺服阀22的BT油口流回油箱21。因单级增压器31的高压腔313体积远小于压力室1的体积，所以压力室1充满液压油前，单级增压器31的高压腔313内部已经充满，此时活塞311回到初始加压位置。

待自动控制***指示充油结束后，输入停止充液指令，油泵24、单向阀23、第三阀门9、第二阀门7以及第一阀门6、伺服阀22均关闭，以停止工作。

S2.增压：

在自动控制***内输入需要的油压指令，油泵24、第一阀门6和第二阀门7被打开，同时伺服阀22得电，A、T油口连通，B、P油口连通，液压油依次通过P油口和B油口进入单级增压器31的低压腔312，随着油泵24不断向低压腔312中泵入液压油，活塞311向上运动，推动高压腔313的液压油输出，输出后的液压油经过增压后进入压力室1，实现对压力室1增压。当活塞311完成一次行程时，伺服阀22会关闭，使输出压力达到最高值。虽然此时A油口与T油口连通(箭头所示为液压油流向)，但是由于单向阀23的存在以及第三阀门9的关闭，液压油不会倒流。

完成试验后，将压力室1中的液压油通过回油管路返回油箱21，油路管路图中未显示。

综上所述，本实用新型于提供的一种用于岩石力学试验机压力室的一体式充油增压***，通过将充油***和增压***通过部分共用的管路连接，同时通过单级增压器和伺服阀的合理布设，仅通过一台泵即可完成充油和增压操作，单级增压器的能源利用效率更高，能耗低，且增压倍数更大，增压过程的压力控制更准确，且维护费用低，节约成本，占用空间小。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于岩石力学试验机压力室的一体式充油增压***，包括压力室，其特征在于，还包括相互连通的充油***和增压***；

所述充油***包括依次连接的油箱、伺服阀和单向阀，所述单向阀与所述压力室连通；所述油箱中设有油泵；所述伺服阀为四通节流型流量控制阀；所述增压***包括单级增压器和设置于所述单级增压器出口端的第一压力表；所述单级增压器包括活塞以及设置于所述活塞两端且相互独立的高压腔和低压腔；所述单级增压器的增压倍数为4～6倍；

所述油箱出油口与所述伺服阀的P油口连通，所述伺服阀的A油口与所述单向阀的进口端连接，所述单向阀的出口端分别与所述压力室和所述高压腔连通，且所述高压腔与所述压力室连通，所述伺服阀的B油口与所述低压腔连通。

2.根据权利要求1所述的用于岩石力学试验机压力室的一体式充油增压***，其特征在于，所述压力室进油口端设有压力传感器。

3.根据权利要求1所述的用于岩石力学试验机压力室的一体式充油增压***，其特征在于，所述油箱和所述伺服阀的P油口之间设有用于稳定所述油泵压力的蓄能器。

4.根据权利要求1所述的用于岩石力学试验机压力室的一体式充油增压***，其特征在于，所述伺服阀的B油口与所述单级增压器的所述低压腔之间设有第二压力表。

5.根据权利要求1所述的用于岩石力学试验机压力室的一体式充油增压***，其特征在于，所述单级增压器的所述高压腔出油口端设有第一阀门。

6.根据权利要求1所述的用于岩石力学试验机压力室的一体式充油增压***，其特征在于，所述压力室进油口端设有第二阀门。

7.根据权利要求1所述的用于岩石力学试验机压力室的一体式充油增压***，其特征在于，所述用于岩石力学试验机压力室的一体式充油增压***的进油管与所述压力室通过进油管快插头可拆卸连接。

8.根据权利要求1所述的用于岩石力学试验机压力室的一体式充油增压***，其特征在于，所述伺服阀为MOOG阀。

9.根据权利要求8所述的用于岩石力学试验机压力室的一体式充油增压***，其特征在于，所述MOOG阀为MOOG761系列伺服阀，所述MOOG761系列伺服阀的响应速度为0.01毫秒。

10.根据权利要求1所述的用于岩石力学试验机压力室的一体式充油增压***，其特征在于，所述单向阀出油口端设有第三阀门。