一种水合物试样水饱和装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种水合物试样水饱和装置及方法，其属于海底沉积物勘探领域，水合物试样水饱和装置包括具有内腔的壳体、滑动设置于内腔中的活塞和与活塞连接的活塞杆，活塞的两侧形成气腔和无气水腔，气腔的进口与试样的出口相连，无气水腔的出口与试样的入口相连；活塞杆的另一端于无气水腔中延伸并伸出壳体之外，气腔的进口还与气压源相连。水合物试样水饱和方法采用如上的水合物试样水饱和装置，气压源向气腔内通入气体，推动活塞移动，活塞两侧的有效面积不同，使得无气水腔内的压力高于气腔；当打开试样的两端的开关，在压差的作用下无气水腔内的水向试样内流动，推动试样内的气体流入气腔，在均匀渗流的情况下逐渐达到饱和，饱和效果好。

A device and method of hydrate sample water saturation

【技术实现步骤摘要】
一种水合物试样水饱和装置及方法
本专利技术涉及海底沉积物勘探领域，尤其涉及一种水合物试样水饱和装置及方法。
技术介绍
在对海底沉积物的力学性质研究中，含水合物沉积物的力学参数是天然气水合物钻探和开采过程中非常重要的基础参数，因此，含水合物沉积物的力学性质研究是目前国内外土力学研究热点。室内试验是掌握含水合物沉积物力学性质的主要手段，为了更好的模拟海底水合物沉积层的水饱和状态，在制备具有一定水合物含量的试样时，需要对试验样品进行水饱和。在饱和过程中，需要使得试验样品的上下两个端面维持相对较小的压力差(10-50kPa)，目前的水饱和方法，无法获得恒定的微压差，过大的不稳定压差易导致试验样品被破坏，影响试验结果的准确性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种水合物试样水饱和装置及方法，以解决现有技术中存在的对水合物试样进行饱和时压差不稳定导致试验样品被破坏的技术问题。如上构思，本专利技术所采用的技术方案是：一种水合物试样水饱和装置，包括：壳体，具有内腔；活塞，滑动设置于所述内腔中，所述活塞的两侧形成气腔和无气水腔，所述气腔的进口与试样的出口相连，所述无气水腔的出口与试样的入口相连；活塞杆，其一端与所述活塞连接，另一端于所述无气水腔中延伸并伸出所述壳体之外；气压源，与所述气腔相连。其中，所述活塞的两侧的有效面积之比为N，N大于1。其中，所述活塞的直径与所述活塞杆的直径之比为5:1。其中，所述壳体上设置有开口，所述活塞杆穿过所述开口伸出所述壳体之外，所述活塞杆与所述开口之间设置有密封圈。其中，所述气腔的进口处和所述无气水腔的出口处均设置有阀门。其中，还包括动力机构，所述动力机构与所述活塞杆相连，用于带动所述活塞杆直线移动。其中，所述动力机构包括：电机；丝杠，与所述电机的输出端相连；滑块，与所述丝杠螺接且与所述活塞杆相连。其中，所述动力机构还包括底座和固定设置于所述底座上的滑轨，所述滑块与所述滑轨滑动连接，所述丝杠与所述底座转动连接。一种水合物试样水饱和方法，采用如上所述的水合物试样水饱和装置，包括：向无气水腔内充满水；开启气压源，使得气腔内的压力达到设定值，推动活塞移动，使得无气水腔内的压力逐渐增大；打开试样的两端的开关，在压差的作用下无气水腔内的水向试样内流动，推动试样内的气体流入气腔，使得试样逐渐达到饱和。其中，在向无气水腔内充水之前，将水进行无气化处理或者充氮处理。本专利技术的有益效果：本专利技术提出的水合物试样水饱和装置，通过气压源向气腔内通入气体，使得气腔内压力达到设定值，推动活塞移动，使得无气水腔内的压力逐渐升高；由于活塞杆与活塞连接，使得活塞两侧的有效面积不同，无气水腔内的有效面积小于气腔内的有效面积，因此无气水腔内的压力高于气腔；当打开试样的两端的开关，在压差的作用下无气水腔内的水向试样内流动，推动试样内的气体流入气腔，使得试样逐渐达到饱和。采用水合物试样水饱和装置，充分利用了压差的作用，使得试样的两端具有恒定的压差，在均匀渗流的情况下逐渐达到饱和，避免气体残留，饱和效果好。附图说明图1是本专利技术实施例提供的水合物试样水饱和装置在使用时的示意图。图中：10、试样；1、壳体；11、气腔；12、无气水腔；2、活塞；3、活塞杆；4、气压源；51、电机；52、丝杠；53、滑块；54、底座；55、滑轨。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。参见图1，本专利技术实施例提供一种水合物试样水饱和装置，包括壳体1、活塞2、活塞杆3和气压源4，壳体1具有内腔，活塞2滑动设置于内腔中，活塞2的两侧形成气腔11和无气水腔12，气腔11的进口与试样10的出口相连，无气水腔12的出口与试样10的入口相连；活塞杆3的一端与活塞2连接，另一端于无气水腔12中延伸并伸出壳体1之外；气压源4与气腔11相连。通过气压源4向气腔11内通入气体，使得气腔11内压力达到设定值，推动活塞2移动，使得无气水腔12内的压力逐渐升高；由于活塞杆3与活塞2连接，使得活塞2两侧的有效面积不同，无气水腔12内的有效面积小于气腔11内的有效面积，因此无气水腔12内的压力高于气腔11；当打开试样10的两端的开关，在压差的作用下无气水腔12内的水向试样10内流动，推动试样10内的气体流入气腔11，使得试样10逐渐达到饱和。采用水合物试样水饱和装置，充分利用了压差的作用，使得试样的两端具有恒定的压差，在均匀渗流的情况下逐渐达到饱和，避免气体残留，饱和效果好。壳体1上设置有开口，活塞杆3穿过开口伸出壳体1之外，活塞杆3与开口之间设置有密封圈，以达到密封的效果。气腔11的进口处和无气水腔12的出口处均设置有阀门，用于控制气腔11和无气水腔12的开闭，防止气和水泄露。由于活塞杆3的设置，使得活塞2两侧的有效面积不同，活塞2的两侧的有效面积之比为N，N大于1，通过面积比可以计算无气水腔12内的压力与气腔11内的压力差值。其中，对活塞2的形状和活塞杆3的形状不作限制。为了便于计算，可以取N为大于1的整数。在本实施例中，活塞2的直径与活塞杆3的直径之比为5:1。活塞2和活塞杆3均为圆形，便于加工生产，便于进行计算。假设气腔11内的压力为p，则无气水腔12内的压力为24p/25，气腔11与无气水腔12的压差为p/25。因活塞2的两侧分别为气腔11和无气水腔12，所以活塞2需要具有较高的密封性，即活塞2与壳体1的内腔应紧密接触，因此在活塞2滑动过程中与壳体1之间会产生摩擦力。为了抵消摩擦力的影响，水合物试样水饱和装置还包括动力机构，动力机构与活塞杆3相连，用于带动活塞杆3直线移动，进而带动活塞2移动。在本实施例中，动力机构包括电机51、丝杠52和滑块53，丝杠52与电机51的输出端相连，滑块53与丝杠52螺接且与活塞杆3相连。电机51带动丝杠52转动，进而带动滑块53沿丝杠52直线移动，滑块53带动活塞杆3和活塞2直线移动。动力机构还包括底座54和固定设置于底座54上的滑轨55，滑块53与滑轨55滑动连接，丝杠52与底座54转动连接。当然，动力机构也可以是气缸，气缸的输出端与活本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水合物试样水饱和装置，其特征在于，包括：壳体(1)，具有内腔；活塞(2)，滑动设置于所述内腔中，所述活塞(2)的两侧形成气腔(11)和无气水腔(12)，所述气腔(11)的进口与试样(10)的出口相连，所述无气水腔(12)的出口与试样(10)的入口相连；活塞杆(3)，其一端与所述活塞(2)连接，另一端于所述无气水腔(12)中延伸并伸出所述壳体(1)之外；气压源(4)，与所述气腔(11)相连。

【技术特征摘要】
1.一种水合物试样水饱和装置，其特征在于，包括：壳体(1)，具有内腔；活塞(2)，滑动设置于所述内腔中，所述活塞(2)的两侧形成气腔(11)和无气水腔(12)，所述气腔(11)的进口与试样(10)的出口相连，所述无气水腔(12)的出口与试样(10)的入口相连；活塞杆(3)，其一端与所述活塞(2)连接，另一端于所述无气水腔(12)中延伸并伸出所述壳体(1)之外；气压源(4)，与所述气腔(11)相连。2.根据权利要求1所述的水合物试样水饱和装置，其特征在于，所述活塞(2)的两侧的有效面积之比为N，N大于1。3.根据权利要求2所述的水合物试样水饱和装置，其特征在于，所述活塞(2)的直径与所述活塞杆(3)的直径之比为5:1。4.根据权利要求1所述的水合物试样水饱和装置，其特征在于，所述壳体(1)上设置有开口，所述活塞杆(3)穿过所述开口伸出所述壳体(1)之外，所述活塞杆(3)与所述开口之间设置有密封圈。5.根据权利要求1所述的水合物试样水饱和装置，其特征在于，所述气腔(11)的进口处和所述无气水腔(12)的出口处均设置有阀门。6.根据权利要求1所述的水合物试样水饱和装置，其特征在于，还包括动力机构，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张民生，王兆祥，王栋，郑敬宾，裴会敏，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：山东,37