【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及壓氣儲能，尤其是涉及一種壓氣儲能硐室穩定性和氣密性測試裝置及方法。
技術介紹
1、壓氣儲能技術是一種利用壓縮空氣進行儲能的技術。城市用電存在著電網負荷不同步的問題，通過儲能技術“削峰填谷”、“平滑波動”對電力系統的穩定性及氣密性和安全性至關重要。在用電低谷時段，利用電能將空氣壓縮至高壓并存于洞穴或壓力容器中，使電能轉化為空氣的內能存儲起來；在用電高峰時段，將高壓空氣從儲氣室釋放，進入燃燒室燃燒，利用燃料燃燒膨脹做功，驅動渦輪機發電。
2、儲氣庫作為壓氣儲能電站的重要組成部分，其安全性與穩定性及氣密性直接影響到了該項技術的實施。壓氣儲能儲氣庫通常由成排硐室群構成。與常規內襯砌硐室設計不同，儲氣硐室在工作期間受到循環內氣壓長期作用。因此，對于壓氣儲能硐室襯砌穩定性及氣密性的研究，具有重要的工程意義。
3、地下壓縮空氣儲氣硐室襯砌材料通常為素混凝土或鋼筋混凝土，密封層材料通常為高分子材料，如橡膠；或鋼板。襯砌層與密封層通常緊密的固定在一起，在承擔內壓時協同變形。襯砌受到內部高氣壓作用，將出現向外擴張的趨勢，襯砌環向存在較大的拉應力，徑向存在較大的壓應力，而軸向由于堵頭的作用，應變較小，存在壓應力。襯砌的受力狀態較為復雜。
4、常規混凝土構件用于承壓，鋼筋混凝土構件雖可用于承受一定的拉應力，但由于混凝土較低的抗拉強度，通常允許帶裂縫工作。但作為壓氣儲能硐室的襯砌，需要嚴格控制裂縫寬度。另一方面，判斷混凝土材料受拉失效通常采用極限拉應力及極限拉應變，但該參數通常由混凝土單軸拉伸試驗獲得，該
5、當前針對儲氣硐室襯砌穩定性及氣密性問題的研究主要依賴試點工程或數值模擬。試點工程成本較高，數據較少，且具有單一工程局限性；而數值模擬方法中，混凝土材料是一種非勻質、非連續的材料，數值模擬中對材料屬性進行簡化，得到的結果可信度不如物理實驗方法。針對環向受拉、徑向軸向受拉的三軸應力狀態材料測試方法研究較少，且研究主要依賴數值模擬，因此得到的襯砌破壞判據也并不完全可靠。因此，對于壓氣儲能硐室襯砌穩定性及氣密性的研究需要物理試驗方法的佐證。
技術實現思路
1、本專利技術的目的就是為了克服上述現有技術存在試點工程測試的成本高，且測量數據少，具有單一工程局限性；而數據模擬可信度較低的缺陷而提供一種可靠性更高、適用范圍廣的壓氣儲能硐室穩定性和氣密性測試裝置及方法。
2、本專利技術的目的可以通過以下技術方案來實現：
3、本方案提供了一種壓氣儲能硐室穩定性和氣密性測試裝置，包括充氣加壓組件、監測組件和待測密封支護模型，所述待測密封支護模型包括密封支護結構和剛性框架，所述剛性框架固定在密封支護結構外側，并形成儲氣腔，所述充氣加壓組件連通儲氣腔，用于改變儲氣腔內的氣壓，所述監測組件包括氣壓監測單元和變形監測單元，所述氣壓監測單元用于監測充氣加壓組件和儲氣腔內的壓力，所述變形監測單元用于監測密封支護結構的環向應變和軸向應變。
4、優選地，所述密封支護結構包括混凝土襯砌和空心法蘭盤，所述混凝土襯砌的兩端分別連接空心法蘭盤；所述剛性框架包括盲板和連接桿，所述密封支護結構位于兩個盲板之間，所述盲板與空心法蘭盤同軸設置，所述連接桿的兩端分別連接兩個盲板。
5、優選地，所述空心法蘭盤上設有第一螺紋孔和第二螺紋孔，所述空心法蘭盤和混凝土襯砌之間設有鋼筋，所述鋼筋的一端插在混凝土襯砌中，另一端通過第一螺紋孔連接空心法蘭盤；所述盲板上設有與第二螺紋孔位置和形狀相對應的第三螺紋孔，所述盲板通過螺栓連接空心法蘭盤。
6、優選地，所述混凝土襯砌上端的盲板上設有照明孔和拍攝孔，所述照明孔和拍攝孔內分別固定有透光的亞克力塞；
7、所述監測組件還包括圖像監測單元，所述圖像監測單元包括射燈、第一相機和第二相機，所述射燈位于照明孔上方，所述第一相機位于拍攝孔上方，所述第二相機設置在密封支護結構側位，所述第二相機的數量為多個，多個第二相機的拍攝角度范圍之和大于360°。
8、優選地，所述盲板與空心法蘭盤之間設有密封圈，所述密封圈與空心法蘭盤接觸的一端形狀相配合，所述密封圈與空心法蘭盤同軸設置。
9、優選地，所述變形監測單元包括與光纖傳感器以及與光纖傳感器連接的條狀光纖和環狀光纖，所述條狀光纖沿軸向設置在密封支護結構外側，所述環狀光纖同軸設置在密封支護結構外側，所述變形監測單元連接有數據采集單元。
10、優選地，該裝置還包括剛性底座和安全防護組件，所述待測密封支護模型設置在剛性底座上，所述安全防護組件包括防護網，所述防護網設置在待測密封支護模型的外側。
11、本方案還提供了一種壓氣儲能硐室穩定性和氣密性測試裝置的方法，包括以下步驟：
12、通過充氣加壓組件向待測密封支護模型內的儲氣腔逐級充氣；
13、當儲氣腔內的壓力達到預設壓力時，關閉充氣加壓組件，通過氣壓監測單元記錄儲氣腔內的氣壓變化曲線，監測待測密封支護模型的漏氣情況；
14、通過充氣加壓組件向待測密封支護模型內的儲氣腔逐級充氣，直至待測密封支護模型被破壞，獲取待測密封支護模型的氣壓變化曲線、應變變化曲線和破壞形態。
15、進一步地，對待測密封支護模型進行長期充放氣循環的結構穩定性及氣密性分析包括以下步驟：
16、通過充氣加壓組件向待測密封支護模型內充氣，當儲氣腔內的壓力達到預設壓力后，按照等比縮短時間的儲能硐室充放氣時間-內壓曲線，對儲氣腔進行充氣-穩定-放氣-穩定的循環充放氣動作；
17、在循環充放氣的過程中，獲取待測密封支護模型的氣壓變化曲線和應變變化曲線，并通過圖像監測單元獲取密封支護結構的實時變化情況。
18、進一步地，所述待測密封支護模型的制造方法包括以下步驟：
19、在空心法蘭盤上開設第一螺紋孔，并將鋼筋固定在第一螺紋孔內；
20、將兩個pvc管同軸相套，得到模具，將帶有鋼筋的空心法蘭盤通過鋼材卷邊連接模具的一端，向模具內澆筑混凝土，將帶有鋼筋的空心法蘭盤設置在模具的另一端，在養護完成后的混凝土管內側粘貼密封層，得到密封支護結構；
21、在待測密封支護模型的外表面用細墨線劃分網格；
22、將密封圈同軸放置在密封支護結構兩端的空心法蘭盤上，并將盲板固定在空心法蘭盤上，通過連接桿連接兩端的盲板，得到密封支護模型。
23、與現有技術相比，本專利技術具有以下優點：
24、(1)現有的針對壓氣儲能硐室襯砌及密封層穩定性及密封性的研究中，通常采用數值模擬方法，少數借助試點工程。前者由于對材料參數的簡化，結果可信度較低；后者則成本較高。本方案中通過構建模擬硐室的待測密封支護模型，對待測密封支護模型進行充放氣，獲取其內部氣壓、側壁應變曲線已經內外側變化圖像，根據測量數據對待測密封支護模型進行氣密性和穩定性分析。
25、本方案能本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種壓氣儲能硐室穩定性和氣密性測試裝置，其特征在于，包括充氣加壓組件、監測組件和待測密封支護模型，所述待測密封支護模型包括密封支護結構和剛性框架，所述剛性框架固定在密封支護結構外側，并形成儲氣腔，所述充氣加壓組件連通儲氣腔，用于改變儲氣腔內的氣壓，所述監測組件包括氣壓監測單元和變形監測單元，所述氣壓監測單元用于監測充氣加壓組件和儲氣腔內的壓力，所述變形監測單元用于監測密封支護結構的環向應變和軸向應變。
2.根據權利要求1所述的一種壓氣儲能硐室穩定性和氣密性測試裝置，其特征在于，所述密封支護結構包括混凝土襯砌和空心法蘭盤，所述混凝土襯砌的兩端分別連接空心法蘭盤；所述剛性框架包括盲板和連接桿，所述密封支護結構位于兩個盲板之間，所述盲板與空心法蘭盤同軸設置，所述連接桿的兩端分別連接兩個盲板。
3.根據權利要求2所述的一種壓氣儲能硐室穩定性和氣密性測試裝置，其特征在于，所述空心法蘭盤上設有第一螺紋孔和第二螺紋孔，所述空心法蘭盤和混凝土襯砌之間設有鋼筋，所述鋼筋的一端插在混凝土襯砌中，另一端通過第一螺紋孔連接空心法蘭盤；所述盲板上設有與第二螺紋孔位置和形狀相對應
4.根據權利要求2所述的一種壓氣儲能硐室穩定性和氣密性測試裝置，其特征在于，所述混凝土襯砌上端的盲板上設有照明孔和拍攝孔，所述照明孔和拍攝孔內分別固定有透光的亞克力塞；
5.根據權利要求2所述的一種壓氣儲能硐室穩定性和氣密性測試裝置，其特征在于，所述盲板與空心法蘭盤之間設有密封圈，所述密封圈與空心法蘭盤接觸的一端形狀相配合，所述密封圈與空心法蘭盤同軸設置。
6.根據權利要求1所述的一種壓氣儲能硐室穩定性和氣密性測試裝置，其特征在于，所述變形監測單元包括與光纖傳感器以及與光纖傳感器連接的條狀光纖和環狀光纖，所述條狀光纖沿軸向設置在密封支護結構外側，所述環狀光纖同軸設置在密封支護結構外側，所述變形監測單元連接有數據采集單元。
7.根據權利要求1所述的一種壓氣儲能硐室穩定性和氣密性測試裝置，其特征在于，該裝置還包括剛性底座和安全防護組件，所述待測密封支護模型設置在剛性底座上，所述安全防護組件包括防護網，所述防護網設置在待測密封支護模型的外側。
8.一種基于權利要求1-7任一所述的一種壓氣儲能硐室穩定性和氣密性測試裝置的方法，其特征在于，包括以下步驟：
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，對待測密封支護模型進行長期充放氣循環的結構穩定性及氣密性分析包括以下步驟：
10.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述待測密封支護模型的制造方法包括以下步驟：
...【技術特征摘要】
1.一種壓氣儲能硐室穩定性和氣密性測試裝置，其特征在于，包括充氣加壓組件、監測組件和待測密封支護模型，所述待測密封支護模型包括密封支護結構和剛性框架，所述剛性框架固定在密封支護結構外側，并形成儲氣腔，所述充氣加壓組件連通儲氣腔，用于改變儲氣腔內的氣壓，所述監測組件包括氣壓監測單元和變形監測單元，所述氣壓監測單元用于監測充氣加壓組件和儲氣腔內的壓力，所述變形監測單元用于監測密封支護結構的環向應變和軸向應變。
2.根據權利要求1所述的一種壓氣儲能硐室穩定性和氣密性測試裝置，其特征在于，所述密封支護結構包括混凝土襯砌和空心法蘭盤，所述混凝土襯砌的兩端分別連接空心法蘭盤；所述剛性框架包括盲板和連接桿，所述密封支護結構位于兩個盲板之間，所述盲板與空心法蘭盤同軸設置，所述連接桿的兩端分別連接兩個盲板。
3.根據權利要求2所述的一種壓氣儲能硐室穩定性和氣密性測試裝置，其特征在于，所述空心法蘭盤上設有第一螺紋孔和第二螺紋孔，所述空心法蘭盤和混凝土襯砌之間設有鋼筋，所述鋼筋的一端插在混凝土襯砌中，另一端通過第一螺紋孔連接空心法蘭盤；所述盲板上設有與第二螺紋孔位置和形狀相對應的第三螺紋孔，所述盲板通過螺栓連接空心法蘭盤。
4.根據權利要求2所述的一種壓氣儲能硐室穩定性和氣密性測試裝置，其特征在于，所述混凝土襯砌上...
【專利技術屬性】
技術研發人員：趙程，孫澤元，錢源，王昌昊，陳彥希，牛佳倫，幸金權，
申請(專利權)人：同濟大學，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。