一种地下能源储库模型试验装置

1.本发明涉及液化天然气地下储库生产运行技术领域，特别是一种地下能源储库模型试验装置。


背景技术：

2.液化天然气、液氢等能源的需求量正在全世界范围内增加，国家正常运转、战略需要及一些无法预料的不稳定因素都要求国家必须储存石油、天然气等能源。地面储存低温能源的钢罐虽然能够储存大量的低温能源，但其占地面积大，且安全性能不够，钢罐泄露轻则发生污染，重则发生毁灭性的爆炸，因此大规模的地面储存需要更多的土地及保证安全的措施。
3.能源储库是将输送来能源的重新注入地下空间而形成的一种人工储藏，具备储存量大、机动性强、经久耐用及安全性高的特点。能源储库的主要功能是用气调峰和安全供气、战略储备、提高管线利用系数节省投资、降低输气成本等。
4.室内模型试验是研究复杂多场环境中储库密封性和稳定性可靠和经济的研究方法，同时利用先进的三维实体模型成型方法—3d打印技术可以快速、精确、可控制作储库模型。本专利可基于3d打印技术，制造地下能源储库模型试验装置，提供一种地下能源储库模型试验装置。
5.在地下能源储库的实际应用中，确保资源不会因为振动而流失是非常重要的。因此，在储库的规划、设计和运营过程中，必须充分考虑地震风险和振动对储存系统的影响，并采取相应的措施来减轻这些可能带来的不良后果，地下能源储库模型试验中的振动是为了模拟与储存过程相关的地质效应，以评估储存系统的行为和稳定性。在实际应用中，需要综合考虑地震风险和振动对储存系统的影响，并采取相应的预防和保护措施来确保储存系统的安全和可靠运行，基于此，本发明提供了一种地下能源储库模型试验装置以解决上述背景技术中提出的问题。


技术实现要素：

6.本发明提出了一种地下能源储库模型试验装置及方法，可解决初建地下能源储库不能直接观察运行过程中储库变形、围岩开裂、温度、应力等失效机制，从而不能很好的分析能源储库的失效机制，无法克服技术难题。
7.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种地下能源储库模型试验装置，其包括壳体、密封门、试验槽、试验机构和裂隙围岩，所述壳体内开设有试验槽，试验槽的槽口于壳体表面活动连接有密封门，密封门上表面设置有卡扣，且壳体表面下方设置有卡接槽，卡接槽对称设置有两组，且卡接槽与卡扣之间相互配合，所述试验槽内设置有齿轮传动的试验机构，试验机构上设置有裂隙围岩，裂隙围岩内设置有储库模型，且壳体一侧设置有检测组件，检测组件与储库模型之间相互配合。
8.作为本发明所述一种地下能源储库模型试验装置的一种优选方案，其中：所述裂
隙围岩内设置有声发射传感器、应变传感器、温度传感器等传感器。
9.作为本发明所述一种地下能源储库模型试验装置的一种优选方案，其中：所述储库模型内部间隔布置温度传感器、应变传感器、声发射传感器等。
10.作为本发明所述一种地下能源储库模型试验装置的一种优选方案，其中：试验机构包括电机、传动槽、调节板、滑轨、固定座、传动轮、凸轮、缓冲座、试验箱、转动轴、缓冲弹簧和缓冲杆，所述壳体的试验槽下方开设有传动槽，且传动槽一侧中部嵌入安装有电机，所述传动槽内中部设置有固定座，固定座上活动连接有双向丝杆，且传动槽内对称活动连接有转动轴，转动轴上对称设置有凸轮，且凸轮之间于转动轴上设置有传动轮。
11.作为本发明所述一种地下能源储库模型试验装置的一种优选方案，其中：所述传动槽内表面设置有滑轨，滑轨上对称滑动连接有调节板，调节板内部呈螺纹结构，且调节板与双向丝杆之间螺纹相互配合。
12.作为本发明所述一种地下能源储库模型试验装置的一种优选方案，其中：两侧所述调节板远离滑轨的一侧表面呈齿条结构，且调节板与传动轮之间齿轮相互啮合。
13.作为本发明所述一种地下能源储库模型试验装置的一种优选方案，其中：所述传动槽内四角设置有缓冲座，缓冲座内开设有缓冲槽，缓冲槽内设置有缓冲杆，缓冲杆一侧于缓冲槽之间设置有缓冲弹簧，缓冲杆远离缓冲座的一侧设置有试验箱。
14.作为本发明所述一种地下能源储库模型试验装置的一种优选方案，其中：检测组件是由液氮泵、第一输送管、波纹输送管、导向轴、逆止阀、流量计、压力表、传感器和球型喷嘴组合而成，所述壳体一侧设置有液氮泵，液氮泵的输出端固定连接有第一输送管，第一输送管远离液氮泵的一侧贯穿壳体表面。
15.作为本发明所述一种地下能源储库模型试验装置的一种优选方案，其中：所述试验箱上设置有裂隙围岩，裂隙围岩内设置有储库模型，所述壳体的试验槽上方嵌入设置有导向轴，导向轴上滑动连接有第二输送管，且第一输送管与第二输送管之间设置有波纹输送管，且波纹输送管两侧与第一输送管和第二输送管之间设置有密封垫片，第二输送管一侧设置有球型喷嘴，器球型喷嘴位于储库模型内。
16.作为本发明所述一种地下能源储库模型试验装置的一种优选方案，其中：所述第二输送管上自上而下依次设置有流量计和压力表，且第二输送管靠近波纹输送管的一侧内设置有逆止阀。
17.本发明的有益效果：
18.1.壳体是整个系统的外部保护结构，内部设有试验槽，用于容纳储库模型和相应的传感器，密封门位于试验槽的槽口，在壳体表面可活动连接，密封门的上表面设置有卡扣，与之相配合的卡接槽位于壳体表面下方，这种结构可以保证试验槽的密封性和稳固性，试验机构通过齿轮传动装置与裂隙围岩连接，裂隙围岩是模拟地下储库的实体材料，用于容纳储库模型，裂隙围岩内部设置有声发射传感器、应变传感器、温度传感器等传感器，用于监测和记录裂隙围岩内部的动力学和热力学变化，储库模型位于裂隙围岩内部，通过检测组件与壳体侧的检测组件配合，储库模型内部也间隔布置了温度传感器、应变传感器、声发射传感器等传感器，用于监测和记录储库模型内部的状态和性能。
19.2.传动槽内部的滑轨和调节板的配合使得调节板可以沿着传动槽内的滑轨滑动，双向丝杆连接固定座和调节板，通过调节板的旋转，可以实现调节板的上下运动，调节板的
一侧表面呈齿条结构，与传动轮的齿轮相互啮合，当电机带动传动轮旋转时，齿轮与齿条的啮合将使得调节板产生上下运动，从而控制试验箱的位置，传动槽的四个角落设置有缓冲座，缓冲座内部开设有缓冲槽，并安装有缓冲杆和缓冲弹簧，当试验箱发生冲击或位移时，缓冲杆会受到力的作用，通过缓冲弹簧的压缩吸收能量，起到减震和缓冲的作用，且当地下能源储库模型在检测过程中发生震动，通过振动可以进行检测，振动检测是一种常用的非破坏性检测方法，可以用于分析物体的结构、性能和状态，在地下能源储库模型中，当模型发生震动时，振动信号将传递到试验箱以及其中的设备上，这些振动信号可以通过合适的传感器进行采集和监测，通过分析振动信号的特征，可以得到有关模型的信息，例如，可以通过振动频率、振幅和波形等参数来评估模型的稳定性、变形情况或是否存在故障，振动检测还可以用于监测地下能源储库模型的振动响应，例如在注入或抽取过程中的压力变化、流体动力学行为等，这些振动信号可以提供有关模型内部情况的重要信息，帮助研究人员评估模型的运行状态和性能。
20.3.液氮泵位于壳体一侧，通过固定连接的方式将液氮引入系统，液氮泵的输出端与第一输送管连接，将液氮输送到模型中，第一输送管穿过壳体表面，贯穿试验箱上的裂隙围岩，并将液氮输送到储库模型内，在导向轴上滑动连接有第二输送管，导向轴帮助引导液氮流向储库模型，波纹输送管安装在第一输送管与第二输送管之间，它具有一定的弯曲弹性，可以缓解振动和应力，同时保证液氮的顺畅输送，第二输送管上方依次安装有流量计和压力表，用于测量液氮的流量和压力，以监测模型内部的液氮状态，逆止阀位于第二输送管靠近波纹输送管的一侧，用于防止液氮倒流，球型喷嘴位于储库模型内，它可以通过调整出口的形状和大小来改变液氮的流动方式，从而对模型进行控制和调节，传感器安装在试验箱上，用于检测和监测模型中的各种参数和信号，例如温度、压力、振动等，以获取模型的运行数据，通过以上的组件和工作原理，可以实现对地下能源储库模型的液氮输送、流量控制、压力监测以及模型状态的检测与调节，这些数据和信息对于评估模型的性能和运行状态非常重要。
附图说明
21.图1为本公开实施例中的整体结构示意图。
22.图2为本公开实施例中的整体俯视结构示意图。
23.图3为图2中a－a的剖面结构示意图。
24.图4为图3中a的局部放大示意图。
25.图5为本公开实施例中的试验机构的结构示意图。
26.图6为本公开实施例中的试验机构中缓冲座的结构示意图。
27.图7为本公开实施例中的第二输送管的结构示意图。
28.图8为本公开实施例中的裂隙围岩的结构示意图。
29.附图标记：1、壳体；2、密封门；3、卡扣；4、卡接槽；5、试验槽；6、试验机构；601、电机；602、传动槽；603、调节板；604、滑轨；605、固定座；606、传动轮；607、凸轮；608、缓冲座；609、试验箱；610、转动轴；611、缓冲弹簧；612、缓冲杆；613、双向丝杆；614、缓冲槽；7、裂隙围岩；8、液氮泵；9、第一输送管；10、波纹输送管；11、导向轴；12、逆止阀；13、流量计；14、压力表；15、传感器；16、储库模型；17、球型喷嘴；18、第二输送管。
具体实施方式
30.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
31.实施例1
32.参照图1、2，该实施例提供了一种地下能源储库模型试验装置，包括壳体1、密封门2、试验槽5、试验机构6和裂隙围岩7，所述壳体1内开设有试验槽5，试验槽5的槽口于壳体1表面活动连接有密封门2，密封门2上表面设置有卡扣3，且壳体1表面下方设置有卡接槽4，卡接槽4对称设置有两组，且卡接槽4与卡扣3之间相互配合，所述试验槽5内设置有齿轮传动的试验机构6，试验机构6上设置有裂隙围岩7，裂隙围岩7内设置有储库模型16，且壳体1一侧设置有检测组件，检测组件与储库模型16之间相互配合；
33.所述裂隙围岩7内设置有声发射传感器、应变传感器、温度传感器等传感器15；
34.所述储库模型16内部间隔布置温度传感器、应变传感器、声发射传感器等；壳体1是整个系统的外部保护结构，内部设有试验槽5，用于容纳储库模型16和相应的传感器，密封门2位于试验槽5的槽口，在壳体1表面可活动连接，密封门2的上表面设置有卡扣3，与之相配合的卡接槽4位于壳体1表面下方，这种结构可以保证试验槽5的密封性和稳固性，试验机构6通过齿轮传动装置与裂隙围岩7连接，裂隙围岩7是模拟地下储库的实体材料，用于容纳储库模型16，裂隙围岩7内部设置有声发射传感器、应变传感器、温度传感器等传感器15，用于监测和记录裂隙围岩7内部的动力学和热力学变化，储库模型16位于裂隙围岩7内部，通过检测组件与壳体1侧的检测组件配合，储库模型16内部也间隔布置了温度传感器、应变传感器、声发射传感器等传感器，用于监测和记录储库模型16内部的状态和性能。
35.实施例2
36.参照图3～6，该实施例基于上一个实施例，与上一个实施例不同之处在于，试验机构6包括电机601、传动槽602、调节板603、滑轨604、固定座605、传动轮606、凸轮607、缓冲座608、试验箱609、转动轴610、缓冲弹簧611和缓冲杆612，所述壳体1的试验槽5下方开设有传动槽602，且传动槽602一侧中部嵌入安装有电机601，所述传动槽602内中部设置有固定座605，固定座605上活动连接有双向丝杆613，且传动槽602内对称活动连接有转动轴610，转动轴610上对称设置有凸轮607，且凸轮607之间于转动轴610上设置有传动轮606；
37.所述传动槽602内表面设置有滑轨604，滑轨604上对称滑动连接有调节板603，调节板603内部呈螺纹结构，且调节板603与双向丝杆613之间螺纹相互配合；
38.两侧所述调节板603远离滑轨604的一侧表面呈齿条结构，且调节板603与传动轮606之间齿轮相互啮合；
39.所述传动槽602内四角设置有缓冲座608，缓冲座608内开设有缓冲槽614，缓冲槽614内设置有缓冲杆612，缓冲杆612一侧于缓冲槽614之间设置有缓冲弹簧611，缓冲杆612远离缓冲座608的一侧设置有试验箱609；传动槽602内部的滑轨604和调节板603的配合使得调节板603可以沿着传动槽602内的滑轨604滑动，双向丝杆613连接固定座605和调节板603，通过调节板603的旋转，可以实现调节板603的上下运动，调节板603的一侧表面呈齿条结构，与传动轮606的齿轮相互啮合，当电机601带动传动轮606旋转时，齿轮与齿条的啮合将使得调节板603产生上下运动，从而控制试验箱609的位置，传动槽602的四个角落设置有缓冲座608，缓冲座608内部开设有缓冲槽614，并安装有缓冲杆612和缓冲弹簧611，当试验
箱609发生冲击或位移时，缓冲杆612会受到力的作用，通过缓冲弹簧611的压缩吸收能量，起到减震和缓冲的作用，且当地下能源储库模型在检测过程中发生震动，通过振动可以进行检测，振动检测是一种常用的非破坏性检测方法，可以用于分析物体的结构、性能和状态，在地下能源储库模型中，当模型发生震动时，振动信号将传递到试验箱609以及其中的设备上，这些振动信号可以通过合适的传感器15进行采集和监测，通过分析振动信号的特征，可以得到有关模型的信息，例如，可以通过振动频率、振幅和波形等参数来评估模型的稳定性、变形情况或是否存在故障，振动检测还可以用于监测地下能源储库模型的振动响应，例如在注入或抽取过程中的压力变化、流体动力学行为等，这些振动信号可以提供有关模型内部情况的重要信息，帮助研究人员评估模型的运行状态和性能。
40.实施例3
41.参照图7～8，该实施例基于上一个实施例，与上一个实施例不同之处在于，检测组件是由液氮泵8、第一输送管9、波纹输送管10、导向轴11、逆止阀12、流量计13、压力表14、传感器15和球型喷嘴17组合而成，所述壳体1一侧设置有液氮泵8，液氮泵8的输出端固定连接有第一输送管9，第一输送管9远离液氮泵8的一侧贯穿壳体1表面；
42.所述试验箱609上设置有裂隙围岩7，裂隙围岩7内设置有储库模型16，所述壳体1的试验槽5上方嵌入设置有导向轴11，导向轴11上滑动连接有第二输送管18，且第一输送管9与第二输送管18之间设置有波纹输送管10，且波纹输送管10两侧与第一输送管9和第二输送管18之间设置有密封垫片，第二输送管18一侧设置有球型喷嘴17，器球型喷嘴17位于储库模型16内；
43.所述第二输送管18上自上而下依次设置有流量计13和压力表14，且第二输送管18靠近波纹输送管10的一侧内设置有逆止阀12；液氮泵8位于壳体1一侧，通过固定连接的方式将液氮引入系统，液氮泵8的输出端与第一输送管9连接，将液氮输送到模型中，第一输送管9穿过壳体1表面，贯穿试验箱609上的裂隙围岩7，并将液氮输送到储库模型16内，在导向轴11上滑动连接有第二输送管18，导向轴11帮助引导液氮流向储库模型16，波纹输送管10安装在第一输送管9与第二输送管18之间，它具有一定的弯曲弹性，可以缓解振动和应力，同时保证液氮的顺畅输送，第二输送管18上方依次安装有流量计13和压力表14，用于测量液氮的流量和压力，以监测模型内部的液氮状态，逆止阀12位于第二输送管18靠近波纹输送管10的一侧，用于防止液氮倒流，球型喷嘴17位于储库模型16内，它可以通过调整出口的形状和大小来改变液氮的流动方式，从而对模型进行控制和调节，传感器15安装在试验箱609上，用于检测和监测模型中的各种参数和信号，例如温度、压力、振动等，以获取模型的运行数据，通过以上的组件和工作原理，可以实现对地下能源储库模型的液氮输送、流量控制、压力监测以及模型状态的检测与调节，这些数据和信息对于评估模型的性能和运行状态非常重要。

技术特征：
1.一种地下能源储库模型试验装置，其特征在于：包括壳体(1)、密封门(2)、试验槽(5)、试验机构(6)和裂隙围岩(7)，所述壳体(1)内开设有试验槽(5)，试验槽(5)的槽口于壳体(1)表面活动连接有密封门(2)，密封门(2)上表面设置有卡扣(3)，且壳体(1)表面下方设置有卡接槽(4)，卡接槽(4)对称设置有两组，且卡接槽(4)与卡扣(3)之间相互配合，所述试验槽(5)内设置有齿轮传动的试验机构(6)，试验机构(6)上设置有裂隙围岩(7)，裂隙围岩(7)内设置有储库模型(16)，且壳体(1)一侧设置有检测组件，检测组件与储库模型(16)之间相互配合。2.如权利要求1所述的一种地下能源储库模型试验装置，其特征在于：试验机构(6)包括电机(601)、传动槽(602)、调节板(603)、滑轨(604)、固定座(605)、传动轮(606)、凸轮(607)、缓冲座(608)、试验箱(609)、转动轴(610)、缓冲弹簧(611)和缓冲杆(612)，所述壳体(1)的试验槽(5)下方开设有传动槽(602)，且传动槽(602)一侧中部嵌入安装有电机(601)，所述传动槽(602)内中部设置有固定座(605)，固定座(605)上活动连接有双向丝杆(613)，且传动槽(602)内对称活动连接有转动轴(610)，转动轴(610)上对称设置有凸轮(607)，且凸轮(607)之间于转动轴(610)上设置有传动轮(606)。3.如权利要求2所述的一种地下能源储库模型试验装置，其特征在于：所述传动槽(602)内表面设置有滑轨(604)，滑轨(604)上对称滑动连接有调节板(603)，调节板(603)内部呈螺纹结构，且调节板(603)与双向丝杆(613)之间螺纹相互配合。4.如权利要求3所述的一种地下能源储库模型试验装置，其特征在于：两侧所述调节板(603)远离滑轨(604)的一侧表面呈齿条结构，且调节板(603)与传动轮(606)之间齿轮相互啮合。5.如权利要求3所述的一种地下能源储库模型试验装置，其特征在于：所述传动槽(602)内四角设置有缓冲座(608)，缓冲座(608)内开设有缓冲槽(614)，缓冲槽(614)内设置有缓冲杆(612)，缓冲杆(612)一侧于缓冲槽(614)之间设置有缓冲弹簧(611)，缓冲杆(612)远离缓冲座(608)的一侧设置有试验箱(609)。6.如权利要求5所述的一种地下能源储库模型试验装置，其特征在于：检测组件是由液氮泵(8)、第一输送管(9)、波纹输送管(10)、导向轴(11)、逆止阀(12)、流量计(13)、压力表(14)、传感器(15)和球型喷嘴(17)组合而成，所述壳体(1)一侧设置有液氮泵(8)，液氮泵(8)的输出端固定连接有第一输送管(9)，第一输送管(9)远离液氮泵(8)的一侧贯穿壳体(1)表面。7.如权利要求6所述的一种地下能源储库模型试验装置，其特征在于：所述试验箱(609)上设置有裂隙围岩(7)，裂隙围岩(7)内设置有储库模型(16)，所述壳体(1)的试验槽(5)上方嵌入设置有导向轴(11)，导向轴(11)上滑动连接有第二输送管(18)，且第一输送管(9)与第二输送管(18)之间设置有波纹输送管(10)，且波纹输送管(10)两侧与第一输送管(9)和第二输送管(18)之间设置有密封垫片，第二输送管(18)一侧设置有球型喷嘴(17)，器球型喷嘴(17)位于储库模型(16)内。8.如权利要求7所述的一种地下能源储库模型试验装置，其特征在于：所述第二输送管(18)上自上而下依次设置有流量计(13)和压力表(14)，且第二输送管(18)靠近波纹输送管(10)的一侧内设置有逆止阀(12)。9.如权利要求7所述的一种地下能源储库模型试验装置，其特征在于：所述裂隙围岩
(7)内设置有声发射传感器、应变传感器、温度传感器等传感器(15)。10.如权利要求1所述的一种地下能源储库模型试验装置，其特征在于：所述储库模型(16)内部间隔布置温度传感器、应变传感器、声发射传感器等。

技术总结
本发明公开了一种地下能源储库模型试验装置，其包括壳体、密封门、试验槽、试验机构和裂隙围岩，所述壳体内开设有试验槽，试验槽的槽口于壳体表面活动连接有密封门，密封门上表面设置有卡扣，且壳体表面下方设置有卡接槽，卡接槽对称设置有两组，且卡接槽与卡扣之间相互配合，所述试验槽内设置有齿轮传动的试验机构，试验机构上设置有裂隙围岩，裂隙围岩内设置有储库模型，且壳体一侧设置有检测组件，检测组件与储库模型之间相互配合；通过调节板的移动控制试验箱的位置，振动检测可以用于分析模型的结构、性能和状态，通过合适的传感器采集和监测振动信号，可以评估模型的稳定性、变形情况和是否存在故障。形情况和是否存在故障。形情况和是否存在故障。


技术研发人员：马国伟 惠添 王酉钰
受保护的技术使用者：河北工业大学
技术研发日：2023.08.16
技术公布日：2023/10/7