這套別具特色德國wille巖石真三軸試驗機系統(tǒng)是為研究各種尺寸及各向應力約束(σ1≠σ2≠σ3)條件下的巖石特性量身定制的解決方案,適用于地球熱能方向的研究者、水文學家、石油資源工程師和礦產(chǎn)開發(fā)、地球物理和巖土工程技術(shù)領(lǐng)域的研究者的研究用途。
巖石真三軸試驗系統(tǒng)可以滿足標準測試參數(shù)和各種不同測試條件下的要求。 可進行產(chǎn)品和服務的訂制,以滿足您 的各種需求。 不同的升級選項可根據(jù)測試選項需求設(shè)置。 用于不同的試驗領(lǐng)域,例如:
??巖石力學研究
??采礦和建筑
??石油天然氣的勘探和生產(chǎn)
??地熱能開發(fā)
德國wille巖石真三軸試驗系統(tǒng)能夠測試從花崗巖到泥石的各種廣泛材料,以及高強度易碎巖石的破壞條件。巖石真三軸試驗系統(tǒng)在通過三個獨立的受控主軸(σ1≠σ2 ≠σ3)在立方體試樣上施加應力,產(chǎn)生高達1200kN(或 更高)的荷載力。 試樣室可容納300mm 的立方體試件,可選配高達150° C 的溫度控制以及孔隙壓力測量裝置,可以連續(xù)進行聲發(fā)射記錄、超聲波測試、水力壓裂和滲透(瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài))測量。巖石真三軸試驗系統(tǒng)完全自動化,由靈活且可編程的 GEOsys軟件控制。 提供各種傳感器、變送器、測量和試驗選項。
巖石真三軸測試室
立方體巖石真三軸高壓測試室安裝在剛性框架上,設(shè)計用于對巖石試件進行三軸測試。 這使得在每個主應力方向(sigma 1、sigma 2、sigma 3)上進行靜態(tài)應力應變測量成為可能。 測試室設(shè)計用于 300x300x 300mm 的不同立方體試件尺寸(可根據(jù)要求提供更大的試件尺寸)。測試室設(shè)計可將液體(可以是鹽水)注入立方體的每個表面以進行壓裂測試(鉆孔注入測試)或荷載作用條件下的滲透率測試。
以下組件是執(zhí)行巖石真三軸試驗所需的。 這些測試可以在不同應力下的不同樣本尺寸上進行:
??6 個伺服液壓作動器,荷載高達1200kN
??各個面的加載壓板
?? 壓力控制精度0.1%
??6個集成的高分辨率位移傳感器 (LVDT),可在每個應力方向上進行應變測量,分辨率為0.0001mm
主要特點
??大的開口,使試件安裝更簡單
??圍壓可達50MPa
??巖石真三軸測試室能夠施加不同的應力路徑或應變率
??巖石真三軸測試室能夠承受動態(tài)載荷
??使用輔助機械部件和適配器,系統(tǒng)可測試更小尺寸的試樣(邊長150mm,100mm 和 50mm)
??包括用于升高和降低底部執(zhí)行器的內(nèi)置機構(gòu)
??測試室能夠容納以下附加儀器:聲發(fā)射系統(tǒng)、P波和S波超聲波測量、額外的安裝,例如被動式電子測量系統(tǒng)、用于將液體(可以是鹽水)注入立方體的每個表面,以在加載條件下進行壓裂測試的組件(鉆孔注入測試)
液壓源
德國wille液壓源系列產(chǎn)品,液壓增壓器和伺服液壓試驗系統(tǒng)提供合適的液壓油,以滿足其試驗系統(tǒng)的需求。液壓系統(tǒng)的動態(tài)性能取決于輸入的液壓油流量和作動器中的壓力,因此我們提供了多種流量以滿足您的應用所需的動態(tài)性能。所有組件均方便安裝、易于檢修。液壓動力總成的主要特點是它們提供了與需求相關(guān)的流量控制,可在210Bar、280Bar或340Bar的穩(wěn)定壓力下工作,可在位于加載架旁邊或距離比較遠的位置。
通過水冷系統(tǒng)或風冷系統(tǒng)控制液壓油溫度。當液壓油溫度超過預設(shè)值時,溫度開關(guān)會關(guān)閉液壓動力裝置,前面板上的指示燈會亮起提示溫度超限??砂葱枨筇峁╅]環(huán)再冷卻系統(tǒng)(用于油、水冷卻),并可將其集成到系統(tǒng)中。
主要特點
??產(chǎn)生平穩(wěn)的液壓流體,不會出現(xiàn)壓力尖峰
??流速范圍從 3.8 LPM 到 54 LPM
??使用特殊隔音罩以降低噪音水平
??自動可變流量/恒壓
??電源操作鍵位于前面板,也可作為附加選項進行遙控操作
??設(shè)備上有實體的緊急停止按鈕
??高溫度保護(限制)
??熱恒溫調(diào)節(jié)閥確保非常小用水量
??安靜的內(nèi)置齒輪泵,具有恒定的供油量
??帶電氣保護模式的電機功率指示
??可提供控制軟件
??各種油箱容量
??使用壽命長
??整個液壓源包括:高壓伺服閥、熱交換器、液壓油加注口、液壓軟管組(標準長度)、油濾清器、油壓和/或液位計、溫度指示器、緊急停止按鈕、多重隔振、靜音內(nèi)置齒輪泵、泄壓閥
選配:循環(huán)水系統(tǒng)(冷水機),減少冷卻水用量;提供風冷和水冷兩種類型
前面板布局
指示燈:主開關(guān)、緊急停止、“開始”、“啟動”(指示燈)、重置、壓力表、油濾(臟)、油位低(閃爍)、油溫高(閃爍)、電機溫度(油泵電機過載)、急停(按下急停按鈕后亮起)
風冷方式
風冷卻方法使用大型風扇,該風扇迫使空氣通過散熱器的葉片,以快速有效地降低熱液壓油的溫度。熱液壓油在散熱器中循環(huán)變涼恢復工作狀態(tài)。對于大流量的動力裝置,風扇須產(chǎn)生大量的冷風,或者建議使用水冷方法。
水冷方式
在這種方法中,使用冷卻水來降低油的溫度,使其達到工作溫度條件。 須根據(jù)液壓源的功率,正確計算冷水的流量,以提供非常適合的制冷性能。 采用水冷方式裝置的噪音水平要優(yōu)于風冷方式。 例如,流量為7LPM的液壓源,水冷方式的噪音水平為51db,非常安靜,而風冷方式為62db(該值以1米距離為單位測量)。
增壓器
增壓器為測試樣品提供閉環(huán)的伺服控制的液體壓力。多通道電子控制系統(tǒng)控制增壓器內(nèi)的伺服閥,以產(chǎn)生相關(guān)的圍壓或孔隙壓力,可進行滲透率測量或水力壓裂測試。增壓器可在加壓的同時,測量滲透率測試的水量以及三軸測試中的體積變化。
在巖石三軸試驗中,需要單獨的液壓源為增壓器提供動力,即主液壓動力單元。液壓動力單元將流體加壓至21MPa (3,000psi),隨即填充到增壓器的儲液罐。然后增壓器將儲液器中的流體升高到所需的壓力,例如140兆帕或210兆帕。當需要連續(xù)流量時,可以選配帶有兩個伺服閥的雙活塞增壓器作為準確壓力或體積控制。
壓力控制的不同模式:??恒壓????連續(xù)無級很定速率增加或減少壓力????恒定流量????恒定體積條件閉環(huán)控制模式????壓力控制方式????位移控制方式
可選配件:腐蝕性孔隙液體特殊設(shè)計方案、特定壓力范圍的靜音高精度電機控制增壓器、孔隙液體的溫控系統(tǒng),控制高達140℃
前面板
前面板包括:閥門示意圖、液位指示器、壓力指示器、手動閥(壓力開關(guān),沖洗閥或壓力供應/出口作為選配)
且可根據(jù)需求定制:開始/停止按鈕、電子溫度指示器、緊急關(guān)閉按鈕
增壓器具有溫度極限范圍須加以考慮。由于許多試驗都是在高溫下進行的,因此重要的是讓三軸室中的液體在循環(huán)到增壓器中之前先冷卻下來。另外在試驗過程中,孔隙壓力也可能被加熱到溫度極限,也應特別請注意。如忽略了溫度范圍,儲存器、密封件和其他撓性管可能會損壞。內(nèi)部傳感器能夠應對各種試驗所使用的溫度。德國wille增壓器,可將液體加熱到大約140℃,并施加孔隙壓力或滲透性試驗的液體。在該系列中,所有儲液罐、管路和連接件都完全隔熱,以確保將熱量損失降至很低。
配置組成:金屬柜(可選帶腳輪)、儲液器、用于二次加壓獨立油箱的加注泵、閥門控制系統(tǒng)、MOOG伺服閥、高精度壓力傳感器、泄壓閥、高精度線性位移傳感器,可指示活塞相對位置、增壓器(作動器)、操作控制面板、連接到作動器的高壓軟管,連接到液壓動力源的液壓軟管
備注:增壓器需要液壓動力裝置來提供高達21 MPa(3,000 psi)的液壓油(需另訂購)。在打開液壓動力裝置之前,請檢查使用相同液壓動力源的所有系統(tǒng),確保它們處于正確的狀態(tài)。
閉環(huán)控制模式
在對三軸室加壓期間以及整個試驗過程中,增壓器中有壓力傳感器、線性位移傳感器和集成控制器,可從兩個傳感器接收反饋信號實現(xiàn)閉環(huán)控制,以不同的模式選擇閉環(huán)控制。
壓力控制模式
在此控制模式下,來自壓力傳感器的信號(顯示為三軸室壓力)將作為控制反饋信號。在巖石三軸試驗中,壓力控制模式是首要選擇且常用的控制模式,適合在溫度條件下進行試驗。
請注意在溫度條件下進行試驗時,當密閉液體和試樣的溫度升高時,還須考慮熱膨脹效應。熱膨脹會增加三軸室壓力,但是由于控制模式僅控制壓力,因此當溫度升高時,三軸室內(nèi)部的壓力通常不會增加。
位移控制模式
位移控制模式,將位移傳感器的輸出信號選擇為系統(tǒng)的控制反饋信號。這種控制模式并不流行,因為在這種模式下控制器對壓力變化不進行調(diào)整,位移的微小變化會導致三軸室的壓力發(fā)生了顯著變化。尤其是在溫度條件下進行試驗時,三軸室內(nèi)部的密閉液體會發(fā)生熱膨脹,三軸室內(nèi)部的壓力會增加,并且無法通過控制器來調(diào)整。
孔壓系統(tǒng)
機械和水力壓裂試驗可以在干燥和飽和條件下進行,無需施加孔隙水壓力。在后一種情況下,試件將在三軸室外飽和并在飽和條件下安裝。
可以升級以施加和測量孔隙水壓力,允許在增加孔隙水壓力條件下進行高達50MPa的機械和水力壓裂試驗。每個壓盤表面的一個孔隙流體端口沿每個主應力軸方向傳送和測量流體孔隙壓力。
首先要為每個設(shè)備上添加高達150MPa的立方體高壓外殼,以便在增加孔隙水壓力高達100MPa的條件下進行機械和水力壓裂測試。其次,要施加孔隙壓力,須在每個方向(上游和/或下游)都有一個增壓器。每個壓盤表面有兩個獨立的孔隙流體端口,一個用于輸送流體,另一個獨立的測量每個沿主應力方向的孔隙壓力。
滲透試驗
系統(tǒng)可以升級實現(xiàn)滲透率試驗,可升級三軸室以進行全方向的滲透測試,包括對每個面進行特殊密封。 在每個壓板的表面,應該有一個端口連接一個增壓器,以施加沿每個不同應力方向的孔隙壓力,從而進行定向的滲透測試。 這包括專門制造的立方密封件以區(qū)別每個表面(孔隙壓力)方向。壓力泵可以設(shè)置為恒定流速或恒定壓力工作模式。流體通過試件,然后通過過濾器,再從低處流出,被收集在儲液器中。
穩(wěn)態(tài)滲透:該方法基于恒定壓力差,需要兩個單獨的注射泵,兩個注射泵在試樣的頂部和底部產(chǎn)生恒定的壓力差。在這種方法中,使用兩個單獨的注射泵或雙機型注射泵進行試驗。
瞬態(tài)滲透:該方法需要一個注射泵,該泵控制試樣頂部的孔隙壓力,并需要監(jiān)測底部的孔隙壓力響應。
水力壓裂試驗
主系統(tǒng)可結(jié)合高壓注射泵或高壓增壓器及相關(guān)部件,通過鋼管對空心試件上施加恒定的高壓流體,進行水力壓裂試驗。 當試件處于所需的主應力和溫度下時,在立方體試件一側(cè)的中心施加壓力。 專用軟件模塊將集成到主控制軟件中。為了進行水力壓裂試驗,需要在試件的一個表面中心鉆一個孔,水力壓裂口貼在這個面上,并在加載板上進行密封。 然后通過端口將所需的壓裂壓力施加到預鉆孔。
備注:每個樣本尺寸都需要特制對應尺寸的專用組件。為了注入流體,我們提供了一個高壓泵系統(tǒng),和與試件尺寸結(jié)合的高壓壓板。(該壓板具有將流體注入試件表面中間的通道。)
主要特點
可以在不同壓力范圍內(nèi)進行水力斷裂試驗
可選具有不同端口配置的壓板
包括用于水力壓裂測試軟件模塊的主軟件
可以在有或沒有圍壓的情況下進行測試
必配附件:高壓注射泵、鉆孔設(shè)備 (單獨訂購)
溫度控制組件
該組件允許用戶在三軸室內(nèi)以 0.1°C 的精度控制和監(jiān)測從環(huán)境溫度到150°C的溫度。溫度可以通過主軟件控制。專業(yè)的控溫方法,每個模板上有9個特殊加熱器,可高速加熱,比傳統(tǒng)方法達到所需溫度耗時更短??刂破鲗崿F(xiàn)閉環(huán)反饋控溫,溫度可在外部顯示器(應要求)和軟件中顯示。整套組件使三軸室和試件內(nèi)的溫度差異非常小。
主要特點
??特殊的加熱方式
??隔熱部件可很大限度地減少溫度損失
??溫度傳感器直接測量試件的溫度
??加熱元件和傳感器固定在板層之間的壓力密封外殼中
??加熱元件內(nèi)置于板中,使用 PT100 熱敏電阻和 Eurotherm溫度控制器進行閉環(huán)溫度控制。加熱系統(tǒng)功率高達5400 瓦
??內(nèi)部溫度傳感器閉環(huán)控制加熱
??溫度范圍從環(huán)境溫度到150°C,精度<0,1°C
??測試過程中同時監(jiān)測溫度
??控制系統(tǒng)在測試過程中同顯示設(shè)定溫度和實際溫度
??通過PC軟件實現(xiàn)可編程功能的完全自動化
??測試期間所有控溫過程可自由編程,如增加或減少斜率、恒溫或改變功能
??PC 控制加熱系統(tǒng)的控制和數(shù)據(jù)采集軟件模塊(包括電纜連接和協(xié)議)
超聲波試驗系統(tǒng)
這是一套完整的超聲試驗系統(tǒng),包含所有需要的電氣和機械硬件,如信號調(diào)節(jié)器和脈沖發(fā)生器、超聲速度和數(shù)據(jù)采集控制器,包括P波和S波(可選S1和S2)組合換能器的超聲底座、上帽以及所需的軟件。該軟件可對巖石試樣進行超聲波速測量試驗。該試驗適用于高達200℃的溫度和高達210 MPa的壓力。
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數(shù)字控制器
數(shù)字高速高分辨率可擴展實時控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),24位分辨率,高達10KHz 的控制和數(shù)據(jù)采集。動態(tài)控制器適用于電機控制系統(tǒng)和液 壓控制系統(tǒng)。可驅(qū)動±10V的液壓設(shè)備,能夠采集各種傳感器的信號,例如荷載傳感器、LVDT、應變計、引伸計、熱電偶等。
控制器功能強大,允許通過智能傳感器插頭對測量傳感器和控制參數(shù)進行模塊化設(shè)計,模塊可存儲校準參數(shù),因此可以根據(jù)應用靈活使用。
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主要特點
??多達32個低噪聲閉環(huán)控制通道,用于靜態(tài)和動態(tài)試驗
??每個軸24位分辨率(例如,力、位移、壓力、應變等)
??具有數(shù)字控制器參數(shù)設(shè)置和所有控制功能之間的無擾切換
??所有控制功能之間平滑轉(zhuǎn)換
??完整、同步傳輸數(shù)據(jù),無任何數(shù)據(jù)丟失
??數(shù)字可調(diào)控制器參數(shù)(PID 參數(shù))
??簡單靈活的試驗或設(shè)定點參數(shù)調(diào)整
??外部連接的I / 0處理
??使用電腦軟件進行配置和設(shè)置