[發(fā)明專利]地應(yīng)力作用下凍結(jié)管保溫材料性能實(shí)驗(yàn)室測試模型裝置及其測試方法

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• 申請日: 2022-03-14
• 公開（公告）號: CN114577849A
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 薛維培;高聰;張瀚文;孟祥前;昌語
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽理工大學(xué)
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G09B23/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.地應(yīng)力作用下凍結(jié)管保溫材料性能實(shí)驗(yàn)室測試模型裝置及其測試方法，包括凍結(jié)模型試驗(yàn)箱1、吊裝孔2、第一凍結(jié)管3、第二凍結(jié)管4、水平凍結(jié)管31、低溫酒精傳輸管5、自反力架6、下端承壓板7、保溫材料8、密封墊圈9、豎直鋼管10、水平鋼管32、溫度測試儀11、凍結(jié)控制系統(tǒng)12、臥式多級離心泵13、液壓缸14，所述凍結(jié)模型試驗(yàn)箱1上端面四周設(shè)有6個吊裝孔2并與所述承壓柱16相連接，所述吊裝孔2配有尺寸匹配的吊裝螺栓并設(shè)置在所述凍結(jié)模型試驗(yàn)箱1上端面，所述十字鋼梁15、承壓柱16、上端承壓板17、丁字鋼18、螺母19、螺桿20相互連接形成自反力架6，所述承壓柱16頂端與螺桿20連接，所述十字鋼梁15與上端承壓板17、丁字鋼18連接形成整體并通過螺母19同承壓柱16固定連接，所述下端承壓板7兩側(cè)設(shè)有出線孔28并在下端承壓板7兩側(cè)分別開設(shè)兩個圓孔29，所述溫度測試儀11通過測溫線21與所述凍結(jié)模型試驗(yàn)箱1內(nèi)測溫點(diǎn)相連接，所述凍結(jié)控制系統(tǒng)12及所述臥式多級離心泵13分別設(shè)置有一個低溫酒精輸出口22和一個低溫酒精輸入口23，所述凍結(jié)控制系統(tǒng)12與所述臥式多級離心泵13、凍結(jié)管通過輸送管相連接，所述凍結(jié)管包括第一凍結(jié)管3、第二凍結(jié)管4、水平凍結(jié)管31，所述凍結(jié)管通過低溫酒精傳輸管5連接，凍結(jié)管上設(shè)有閥門，所述閥門包括第一閥門26、第二閥門27、第三閥門33，所述液壓缸14包括進(jìn)油口24、出油口25并與電動油泵通過油管相連接，所述保溫材料8固定在所述凍結(jié)管的外表面上，所述密封墊圈設(shè)在所述凍結(jié)管兩端，所述豎直鋼管10、水平鋼管32設(shè)在所述密封墊圈9正中心位置，所述臥式多級離心泵13可承受-30℃低溫。

發(fā)明還提供地應(yīng)力作用下凍結(jié)管保溫材料性能實(shí)驗(yàn)室測試模型裝置測試方法，包括如下步驟：

實(shí)施方式一：

(a)使用吊機(jī)通過凍結(jié)模型試驗(yàn)箱1上的吊裝孔2將凍結(jié)模型試驗(yàn)箱1吊至試驗(yàn)預(yù)留場地；

(b)首先通過測量確定第一凍結(jié)管3、第二凍結(jié)管4穿過下端承壓板7兩側(cè)圓孔29，在第一凍結(jié)管3、第二凍結(jié)管4上側(cè)平行于管軸線等間距布置3個測溫點(diǎn)，將3根測溫線21分別布置在3個測點(diǎn)上，然后使用膠帶將3根測溫線21固定在第一凍結(jié)管3、第二凍結(jié)管4外側(cè)，將保溫材料8固定在第一凍結(jié)管3、第二凍結(jié)管4的外表面上；

(c)在凍結(jié)模型試驗(yàn)箱1內(nèi)每隔40cm布置一層土層，共計布置3～4層不同性質(zhì)的土層，距離第一凍結(jié)管3、第二凍結(jié)管4橫向每隔10cm布置一層測溫點(diǎn)，每個土層縱向布置2層測溫點(diǎn)，共布置6～8層，每層布置10個測溫點(diǎn)，每個測溫點(diǎn)等間距布置，填土完畢后，將下端承壓板7蓋在土體上方，測溫線21從下端承壓板7的出線孔28中伸出；

(d)將密封墊圈9分別焊接在第一凍結(jié)管3、第二凍結(jié)管4的兩端，豎直鋼管10焊接在密封墊圈9的中心，在豎直鋼管10套上輸送管30，一端連接凍結(jié)控制系統(tǒng)12的低溫酒精輸入口23，另一端連接臥式多級離心泵13低溫酒精輸出口22，然后在臥式多級離心泵13的低溫酒精輸入口23套上輸送管30，另一端套在凍結(jié)控制系統(tǒng)12的低溫酒精輸出口22；

(e)使用起重機(jī)將液壓缸14放置在下端承壓板7上，將電動油泵通過油管與液壓缸14上的進(jìn)油口24及出油口25相連接，然后根據(jù)垂向地應(yīng)力計算公式計算出需施加壓力大小并使用電動油泵及液壓缸14對土體施加壓力；

(f)將第一凍結(jié)管3上的第一閥門26打開，第二閥門27關(guān)閉，操作凍結(jié)控制系統(tǒng)12開啟制冷模式，啟動臥式多級離心泵13，低溫酒精不斷循環(huán)通過第一凍結(jié)管3、第二凍結(jié)管4，形成凍結(jié)回路，檢測凍結(jié)管與豎直鋼管、閥門連接處及輸送管有無酒精滲漏現(xiàn)象；

(g)啟動溫度測試儀11，將測溫線21與溫度測試儀11相連接，開始溫度監(jiān)測至試驗(yàn)結(jié)束；

(h)待試驗(yàn)結(jié)束后，卸掉液壓缸14的壓力，關(guān)閉溫度測試儀11，關(guān)閉第一凍結(jié)管3上的第一閥門26，打開第二閥門27使用氣泵向第二閥門27中沖氣將低溫酒精卸出，保存試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析。

實(shí)施方式二：

(a)首先通過測量所述凍結(jié)模型試驗(yàn)箱1兩側(cè)圓孔間距離選取適合長度的所述水平凍結(jié)管31，使得所述水平凍結(jié)管31穿過所述凍結(jié)模型試驗(yàn)箱1并兩端露出箱體10cm，然后在所述水平凍結(jié)管31上側(cè)平行于管軸線的直線上等間距布置3個測溫點(diǎn)，將3根所述測溫線21分別布置在3個測溫點(diǎn)上，使用膠帶將3根所述測溫線21固定在所述水平凍結(jié)管31上側(cè)，其次將所述保溫材料8固定在所述水平凍結(jié)管31的外表面上，并在所述保溫材料8外表面以同樣方式布置3個測溫點(diǎn)；

(b)在距離所述水平凍結(jié)管31下側(cè)每隔15cm布置一層測溫點(diǎn)，共布置3～4層，每層布置3個測溫點(diǎn)，3個測溫點(diǎn)均在一條平行于所述水平凍結(jié)管31軸線的直線上并等間距布置，以同樣的方式在所述水平凍結(jié)管31上側(cè)布置5～6層測溫點(diǎn)；

(c)在所述凍結(jié)模型試驗(yàn)箱1填土至埋設(shè)測溫點(diǎn)層位時，將所述測溫線21的一端埋設(shè)在步驟二中測溫點(diǎn)的位置處，由下而上分層填土并埋設(shè)所述測溫線21，填土完畢后，將所述下端承壓板7蓋在土體上方，所述測溫線21從所述下端承壓板7的出線孔中伸出；

(d)將所述密封墊圈9焊接在所述水平凍結(jié)管31的兩端，在所述密封墊圈9的中心焊接所述水平鋼管32，所述水平鋼管32、所述凍結(jié)控制系統(tǒng)12、所述臥式多級離心泵13之間通過所述低溫酒精傳輸管5連接在一起，形成循環(huán)回路；

(e)將低溫酒精倒入所述凍結(jié)控制系統(tǒng)12并開啟制冷模式，然后打開所述臥式多級離心泵機(jī)13，低溫酒精不斷循環(huán)通過所述水平凍結(jié)管31，將步驟三中伸出的所述測溫線21連接在所述溫度測試儀11上，檢測所述測溫線21是否正常工作，檢測并確保正常工作后，關(guān)閉儀器；

(f)首先使用起重機(jī)將所述液壓缸14放置在所述下端承壓板7上，將電動油泵通過油管與所述液壓缸14上的進(jìn)油口及出油口相連接，然后使用電動油泵及所述液壓缸14對土體施加壓力，其次打開所述溫度測試儀11，開始溫度監(jiān)測至試驗(yàn)結(jié)束；

(g)待試驗(yàn)結(jié)束后，在電腦上保存試驗(yàn)數(shù)據(jù)，卸掉所述液壓缸14的壓力，關(guān)閉所述溫度測試儀11，打開所述水平凍結(jié)管31上的第三閥門33將低溫酒精卸出；

(h)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理及分析，以各層測溫點(diǎn)溫度和所述水平凍結(jié)管1上溫度差值作為標(biāo)準(zhǔn)衡量所述保溫材料8的保溫隔冷性能，同時當(dāng)某層測溫點(diǎn)溫度與室溫保持一致，則該層測溫點(diǎn)到所述水平凍結(jié)管1的距離即是在所述保溫材料8工作時的所述水平凍結(jié)管1冷量作用最大范圍。