深部巖層原位保真取心主動保溫系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計
發(fā)布時間:2020-12-19 18:46
深部巖層的原位保溫是深地鉆探、深部資源開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù),但目前該技術(shù)仍是深部巖層原位保真取心研究的難題?紤]到深部巖層的復(fù)雜地質(zhì)條件,大規(guī)模開采活動衍生的強擾動和高成本問題限制了深部鉆取的作業(yè)空間,同時在進行深部鉆取作業(yè)時保真艙距離地表太遠會導(dǎo)致供電、溫度控制和數(shù)據(jù)采集的難度極大。為此,使用功能-行為-結(jié)構(gòu)(function-behavior-structure,FBS)模型對深部巖層原位保真取心主動保溫系統(tǒng)進行功能定義描述,初步提出了該系統(tǒng)的功能需求和功能結(jié)構(gòu)布局;結(jié)合TRIZ(Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch,發(fā)明問題解決理論),對初步提出的主動保溫系統(tǒng)設(shè)計方案中的技術(shù)沖突進行分析和改進,提出了一套由熱管、帕爾貼制冷器以及石墨烯加熱涂層等組成的高效主動保溫系統(tǒng);通過設(shè)定不同的溫度梯度來進行恒溫控制,實現(xiàn)了不同深度下原位溫度的保溫模擬,驗證了所提出的主動保溫系統(tǒng)的可行性。深部巖層原位保真取心主動保溫系統(tǒng)的實現(xiàn)可為后續(xù)的被動保溫以及溫壓耦合研究提供研究思路和方法。
【文章來源】:工程設(shè)計學(xué)報. 2020年04期 北大核心
【文章頁數(shù)】:9 頁
【圖文】:
改進后主動保溫系統(tǒng)的工作原理
在恒溫試驗容器內(nèi)安裝PT100溫度傳感器并連接無紙記錄儀,記錄恒溫試驗容器內(nèi)部循環(huán)介質(zhì)(水)的實時溫度,利用安裝在恒溫試驗容器內(nèi)壁的石墨烯加熱涂層加熱循環(huán)介質(zhì)(水),當循環(huán)介質(zhì)(水)的溫度達到設(shè)定溫度時,無紙記錄儀發(fā)出信號以控制石墨烯加熱涂層和帕爾貼制冷器實時啟停:當恒溫試驗容器內(nèi)循環(huán)介質(zhì)(水)的溫度低于設(shè)定溫度時,石墨烯涂加熱層開始對循環(huán)介質(zhì)(水)進行加熱;當恒溫試驗容器內(nèi)循環(huán)介質(zhì)(水)的溫度高于設(shè)定溫度時,帕爾貼制冷器對循環(huán)介質(zhì)(水)進行冷卻,被冷卻的循環(huán)介質(zhì)(水)在循環(huán)微泵的作用下在管路內(nèi)部循環(huán),使恒溫試驗容器內(nèi)循環(huán)介質(zhì)(水)的溫度降低。通過石墨烯加熱涂層和帕爾貼制冷器的交替工作,可實現(xiàn)對恒溫試驗容器內(nèi)循壞介質(zhì)(水)的恒溫控制。同時,在試驗平臺上安裝增壓系統(tǒng),以給恒溫試驗容器提供一定的壓力,模擬主動保溫系統(tǒng)在高壓工況下的工作情況和恒溫效果,從而探索溫度和壓力的耦合關(guān)系;赑ID溫度控制算法,無紙記錄儀可實現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的采集和儲存。主動保溫系統(tǒng)試驗平臺實物圖如圖9所示。4.2 可行性試驗開展
1)制冷工況。試驗時室溫為28.2℃,循環(huán)介質(zhì)(水)的初始溫度為29.3℃,體積為580 m L;循環(huán)微泵的流量為6 L/min;設(shè)定制冷至21℃。由圖10所示的循環(huán)介質(zhì)(水)的溫度—時間曲線可知,帕爾貼制冷器在0~15 min的制冷效果較為明顯,降溫速率達到0.4℃/min;經(jīng)過40 min的制冷后,在最后的15 min內(nèi)管路中循環(huán)介質(zhì)(水)的溫度基本不變,維持在21℃左右。2)加熱工況。使用石墨烯加熱涂層加熱恒溫試驗容器中的循環(huán)介質(zhì)(水),得到循環(huán)介質(zhì)(水)的溫度—時間曲線,如圖11所示。調(diào)節(jié)無紙記錄儀設(shè)定需要的恒定溫度,并使石墨烯加熱涂層開始加熱,達到設(shè)定溫度后繼續(xù)測定20 min內(nèi)循環(huán)介質(zhì)(水)的溫度變化情況,然后繼續(xù)下一設(shè)定溫度的測試。
【參考文獻】:
期刊論文
[1]基于TRIZ理論的圓草捆打捆機創(chuàng)新設(shè)計[J]. 孫文婷,王強,孟玉剛,楊莉,王振華,邢冀輝. 農(nóng)業(yè)工程. 2019(05)
[2]海洋天然氣水合物保溫保壓取樣工具對比研究[J]. 劉協(xié)魯,趙義,劉海龍,阮海龍,陳云龍,沈立娜,吳海霞,梁秋平. 地質(zhì)裝備. 2018(01)
[3]“深部巖體力學(xué)與開采理論”研究構(gòu)想與預(yù)期成果展望[J]. 謝和平. 工程科學(xué)與技術(shù). 2017(02)
[4]基于TRIZ的管道機器人自適應(yīng)檢測模塊創(chuàng)新設(shè)計[J]. 夏文涵,王凱,李彥,熊艷. 機械工程學(xué)報. 2016(05)
[5]深部巖體力學(xué)研究與探索[J]. 謝和平,高峰,鞠楊. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報. 2015(11)
[6]天然氣水合物取樣裝置的研究現(xiàn)狀及進展[J]. 朱海燕,劉清友,王國榮,俞祖英,姜正陸,鐘雨師. 天然氣工業(yè). 2009(06)
[7]基于TRIZ的新型立體車庫創(chuàng)新設(shè)計[J]. 韓立芳,張明勤,李海青,臧德江,石海龍. 工程設(shè)計學(xué)報. 2008(02)
[8]天然氣水合物保真取樣鉆具的試驗研究[J]. 張永勤,孫建華,趙海濤,劉秀美,王漢寶. 探礦工程(巖土鉆掘工程). 2007(09)
[9]重力活塞式天然氣水合物保真取樣器的研制[J]. 李世倫,程毅,秦華偉,顧臨怡,葉瑛,邱敏秀. 浙江大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版). 2006(05)
[10]精細、原位、保真取樣技術(shù)的進展[J]. 趙爾信,賈美玲,蔡家品,張建元. 探礦工程(巖土鉆掘工程). 2005(S1)
本文編號:2926395
【文章來源】:工程設(shè)計學(xué)報. 2020年04期 北大核心
【文章頁數(shù)】:9 頁
【圖文】:
改進后主動保溫系統(tǒng)的工作原理
在恒溫試驗容器內(nèi)安裝PT100溫度傳感器并連接無紙記錄儀,記錄恒溫試驗容器內(nèi)部循環(huán)介質(zhì)(水)的實時溫度,利用安裝在恒溫試驗容器內(nèi)壁的石墨烯加熱涂層加熱循環(huán)介質(zhì)(水),當循環(huán)介質(zhì)(水)的溫度達到設(shè)定溫度時,無紙記錄儀發(fā)出信號以控制石墨烯加熱涂層和帕爾貼制冷器實時啟停:當恒溫試驗容器內(nèi)循環(huán)介質(zhì)(水)的溫度低于設(shè)定溫度時,石墨烯涂加熱層開始對循環(huán)介質(zhì)(水)進行加熱;當恒溫試驗容器內(nèi)循環(huán)介質(zhì)(水)的溫度高于設(shè)定溫度時,帕爾貼制冷器對循環(huán)介質(zhì)(水)進行冷卻,被冷卻的循環(huán)介質(zhì)(水)在循環(huán)微泵的作用下在管路內(nèi)部循環(huán),使恒溫試驗容器內(nèi)循環(huán)介質(zhì)(水)的溫度降低。通過石墨烯加熱涂層和帕爾貼制冷器的交替工作,可實現(xiàn)對恒溫試驗容器內(nèi)循壞介質(zhì)(水)的恒溫控制。同時,在試驗平臺上安裝增壓系統(tǒng),以給恒溫試驗容器提供一定的壓力,模擬主動保溫系統(tǒng)在高壓工況下的工作情況和恒溫效果,從而探索溫度和壓力的耦合關(guān)系;赑ID溫度控制算法,無紙記錄儀可實現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的采集和儲存。主動保溫系統(tǒng)試驗平臺實物圖如圖9所示。4.2 可行性試驗開展
1)制冷工況。試驗時室溫為28.2℃,循環(huán)介質(zhì)(水)的初始溫度為29.3℃,體積為580 m L;循環(huán)微泵的流量為6 L/min;設(shè)定制冷至21℃。由圖10所示的循環(huán)介質(zhì)(水)的溫度—時間曲線可知,帕爾貼制冷器在0~15 min的制冷效果較為明顯,降溫速率達到0.4℃/min;經(jīng)過40 min的制冷后,在最后的15 min內(nèi)管路中循環(huán)介質(zhì)(水)的溫度基本不變,維持在21℃左右。2)加熱工況。使用石墨烯加熱涂層加熱恒溫試驗容器中的循環(huán)介質(zhì)(水),得到循環(huán)介質(zhì)(水)的溫度—時間曲線,如圖11所示。調(diào)節(jié)無紙記錄儀設(shè)定需要的恒定溫度,并使石墨烯加熱涂層開始加熱,達到設(shè)定溫度后繼續(xù)測定20 min內(nèi)循環(huán)介質(zhì)(水)的溫度變化情況,然后繼續(xù)下一設(shè)定溫度的測試。
【參考文獻】:
期刊論文
[1]基于TRIZ理論的圓草捆打捆機創(chuàng)新設(shè)計[J]. 孫文婷,王強,孟玉剛,楊莉,王振華,邢冀輝. 農(nóng)業(yè)工程. 2019(05)
[2]海洋天然氣水合物保溫保壓取樣工具對比研究[J]. 劉協(xié)魯,趙義,劉海龍,阮海龍,陳云龍,沈立娜,吳海霞,梁秋平. 地質(zhì)裝備. 2018(01)
[3]“深部巖體力學(xué)與開采理論”研究構(gòu)想與預(yù)期成果展望[J]. 謝和平. 工程科學(xué)與技術(shù). 2017(02)
[4]基于TRIZ的管道機器人自適應(yīng)檢測模塊創(chuàng)新設(shè)計[J]. 夏文涵,王凱,李彥,熊艷. 機械工程學(xué)報. 2016(05)
[5]深部巖體力學(xué)研究與探索[J]. 謝和平,高峰,鞠楊. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報. 2015(11)
[6]天然氣水合物取樣裝置的研究現(xiàn)狀及進展[J]. 朱海燕,劉清友,王國榮,俞祖英,姜正陸,鐘雨師. 天然氣工業(yè). 2009(06)
[7]基于TRIZ的新型立體車庫創(chuàng)新設(shè)計[J]. 韓立芳,張明勤,李海青,臧德江,石海龍. 工程設(shè)計學(xué)報. 2008(02)
[8]天然氣水合物保真取樣鉆具的試驗研究[J]. 張永勤,孫建華,趙海濤,劉秀美,王漢寶. 探礦工程(巖土鉆掘工程). 2007(09)
[9]重力活塞式天然氣水合物保真取樣器的研制[J]. 李世倫,程毅,秦華偉,顧臨怡,葉瑛,邱敏秀. 浙江大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版). 2006(05)
[10]精細、原位、保真取樣技術(shù)的進展[J]. 趙爾信,賈美玲,蔡家品,張建元. 探礦工程(巖土鉆掘工程). 2005(S1)
本文編號:2926395
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