本申請(qǐng)涉及壓氣儲(chǔ)能，具體涉及一種既有洞室壓氣儲(chǔ)能物理模型試驗(yàn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、壓縮空氣儲(chǔ)能是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ拇笠?guī)模長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)，大型地下儲(chǔ)氣裝置是其重要組成部分。除了新建洞室外，廢棄礦井、水電洞室等地下閑置空間也可用作壓縮空氣儲(chǔ)庫(kù)，綠色環(huán)保、避免了資源的浪費(fèi)。從既有洞室到壓縮空氣儲(chǔ)庫(kù)還需經(jīng)歷改造處理來(lái)保證高壓儲(chǔ)氣的密封性和穩(wěn)定性，既有洞室的特點(diǎn)一是開(kāi)挖成型階段不可避免的產(chǎn)生了圍巖損傷；二是洞室開(kāi)挖斷面一般為拱形。要確保既有洞室用作壓縮空氣儲(chǔ)庫(kù)時(shí)的密封性和穩(wěn)定性，采取合理有效的改造措施成為既有洞室利用的關(guān)鍵，由于目前上沒(méi)有建成投運(yùn)的既有洞室壓縮空氣儲(chǔ)能電站運(yùn)行，無(wú)法提供相關(guān)改造實(shí)施成功經(jīng)驗(yàn)，因此，有必要針對(duì)既有洞室拱形斷面和既有損傷特性，開(kāi)展不同密封結(jié)構(gòu)形式下的對(duì)比研究，解決既有洞室的改造應(yīng)用難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)實(shí)施例提供一種既有洞室壓氣儲(chǔ)能物理模型試驗(yàn)系統(tǒng)，該既有洞室壓氣儲(chǔ)能物理模型試驗(yàn)系統(tǒng)能夠模擬既有洞室用作壓縮空氣儲(chǔ)庫(kù)后的運(yùn)行性能。

2、本申請(qǐng)實(shí)施例提供的既有洞室壓氣儲(chǔ)能物理模型試驗(yàn)系統(tǒng)包括：物理模型，所述物理模型包括圍巖和儲(chǔ)氣部，所述圍巖包括外部巖塊和內(nèi)部巖塊，所述內(nèi)部巖塊具有孔洞，所述孔洞沿所述內(nèi)部巖塊的軸向貫穿所述內(nèi)部巖塊，且所述孔洞孔壁設(shè)置有一條或多條預(yù)制裂縫，所述外部巖塊圍合設(shè)置于所述內(nèi)部巖塊的外側(cè)，且所述外部巖塊與所述內(nèi)部巖塊緊密貼合以進(jìn)行載荷的傳遞，所述儲(chǔ)氣部至少部分設(shè)置于所述內(nèi)部巖塊沿軸向的兩側(cè)，所述儲(chǔ)氣部能夠密封所述孔洞；

3、液壓加載系統(tǒng)和空氣循環(huán)充放系統(tǒng)，所述液壓加載系統(tǒng)能夠向所述物理模型施加由所述外部巖塊到所述內(nèi)部巖塊方向的載荷，所述空氣循環(huán)充放系統(tǒng)能夠向所述孔洞內(nèi)進(jìn)行充氣和排氣；

4、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括監(jiān)測(cè)儀器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述監(jiān)測(cè)儀器能夠?qū)λ鑫锢砟Ｐ瓦M(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與所述監(jiān)測(cè)儀器數(shù)據(jù)連接并能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和處理。

5、另外，本申請(qǐng)實(shí)施例提供的既有洞室壓氣儲(chǔ)能物理模型試驗(yàn)系統(tǒng)還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

6、在一種可選的方案中，所述空氣循環(huán)充放系統(tǒng)包括輸氣管路和排氣管路，所述輸氣管路和所述排氣管路通過(guò)輸氣管柱與所述孔洞連通，所述輸氣管路能夠向所述孔洞內(nèi)注入預(yù)設(shè)溫度和壓力的壓縮空氣，所述排氣管路能夠排出所述孔洞內(nèi)的氣體。

7、在一種可選的方案中，所述輸氣管路包括管道連接的壓縮機(jī)、換熱器、第一閥門(mén)、第一流量表和壓力表；所述排氣管路包括管道連接的第二閥門(mén)和第二流量表。

8、在一種可選的方案中，所述圍巖還包括密封結(jié)構(gòu)，所述密封結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述內(nèi)部巖塊的內(nèi)壁，所述密封結(jié)構(gòu)包括密封層和襯砌，所述密封層的材料為鋼襯、橡膠、玻璃鋼和涂層中的至少一者，所述襯砌位于所述內(nèi)部巖塊和所述密封層之間，所述襯砌由混凝土回填形成。

9、在一種可選的方案中，所述監(jiān)測(cè)儀器包括壓力監(jiān)測(cè)計(jì)、溫度監(jiān)測(cè)計(jì)、鋼板應(yīng)力計(jì)、襯砌應(yīng)變計(jì)、圍巖測(cè)縫計(jì)和圍巖應(yīng)變計(jì)，所述壓力監(jiān)測(cè)計(jì)和所述溫度監(jiān)測(cè)計(jì)位于所述孔洞的中間位置，所述鋼板應(yīng)力計(jì)設(shè)置于所述密封層的外壁，所述襯砌應(yīng)變計(jì)設(shè)置于所述襯砌內(nèi)部，所述圍巖測(cè)縫計(jì)設(shè)置于所述預(yù)制裂縫處，所述圍巖應(yīng)變計(jì)設(shè)置于所述外部巖塊四周，且所述圍巖應(yīng)變計(jì)呈45°角排列分布。

10、在一種可選的方案中，所述外部巖塊的形狀為長(zhǎng)方體形，其斷面為正方形，且所述外部巖塊的厚度小于正方形的邊長(zhǎng)，所述孔洞的截面形狀為拱形；所述密封層的布施的形狀為橢圓形、雙圓形或城門(mén)洞形。

11、在一種可選的方案中，所述物理模型還包括固定板、加載板和承重底座，所述固定板設(shè)置于所述外部巖塊沿第一方向的相對(duì)側(cè)，所述第一方向?yàn)樗鰞?nèi)部巖塊的軸向，所述承重底座設(shè)置于所述外部巖塊的底部，所述固定板與所述承重底座固定連接；所述加載板的數(shù)量為多個(gè)，多個(gè)所述加載板分別設(shè)置于所述外部巖塊的頂部，和所述外部巖塊相鄰于所述固定板一側(cè)的外壁，所述加載板與所述液壓加載系統(tǒng)直接或間接連接并承受載荷。

12、在一種可選的方案中，所述儲(chǔ)氣部包括密封塞、約束盤(pán)和剛性桿件，所述封堵塞分別封堵設(shè)置于所述孔洞沿軸向的兩側(cè)，所述約束盤(pán)設(shè)置于所述封堵塞相互背離的一側(cè)，所述剛性桿件穿過(guò)所述孔洞并通過(guò)螺栓與兩側(cè)的所述封堵塞和所述約束盤(pán)連接。

13、在一種可選的方案中，所述固定板在對(duì)應(yīng)所述孔洞的位置開(kāi)設(shè)有通孔，所述封堵塞部分穿過(guò)所述通孔并封堵所述孔洞，所述封堵塞與所述通孔的孔壁之間設(shè)置有密封圈，所述約束盤(pán)位于所述固定板的外側(cè)并與所述固定板抵接；所述承重底座與所述固定板之間設(shè)置有三角固定座。

14、在一種可選的方案中，所述液壓加載系統(tǒng)包括液壓頭、加載框架、液壓動(dòng)力系統(tǒng)和電腦；所述液壓頭通過(guò)線(xiàn)路管道與所述液壓動(dòng)力系統(tǒng)和所述電腦連接，所述液壓頭的一端與所述加載框架抵接，另一端與所述圍巖的外壁抵接。

15、本申請(qǐng)實(shí)施例的有益效果在于：

16、該既有洞室壓氣儲(chǔ)能物理模型試驗(yàn)系統(tǒng)可較為真實(shí)的還原既有洞室特征，模擬和記錄既有洞室用作壓縮空氣儲(chǔ)庫(kù)后的運(yùn)行性能，原理簡(jiǎn)單，操作便捷；圍巖包括外部巖塊和內(nèi)部巖塊外部巖塊可重復(fù)使用，內(nèi)部巖塊通過(guò)精細(xì)化制備，可預(yù)制裂縫或預(yù)埋監(jiān)測(cè)儀器，在滿(mǎn)足合理力學(xué)邊界的同時(shí)，減少了模型制備工程量。并且對(duì)比試驗(yàn)可以將兩種圍巖的不協(xié)調(diào)效應(yīng)抵消，不影響方案的評(píng)估。另外，該試驗(yàn)系統(tǒng)還可以通過(guò)變換密封材料和結(jié)構(gòu)形式，研究既有洞室改造措施的優(yōu)劣，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)改造方案的比選，從而為實(shí)際工程提供依據(jù)。

17、應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性的，并不能限制本申請(qǐng)。

技術(shù)特征：

1.一種既有洞室壓氣儲(chǔ)能物理模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的既有洞室壓氣儲(chǔ)能物理模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述空氣循環(huán)充放系統(tǒng)包括輸氣管路和排氣管路，所述輸氣管路和所述排氣管路通過(guò)輸氣管柱與所述孔洞連通，所述輸氣管路能夠向所述孔洞內(nèi)注入預(yù)設(shè)溫度和壓力的壓縮空氣，所述排氣管路能夠排出所述孔洞內(nèi)的氣體。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的既有洞室壓氣儲(chǔ)能物理模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述輸氣管路包括管道連接的壓縮機(jī)、換熱器、第一閥門(mén)、第一流量表和壓力表；所述排氣管路包括管道連接的第二閥門(mén)和第二流量表。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的既有洞室壓氣儲(chǔ)能物理模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述圍巖還包括密封結(jié)構(gòu)，所述密封結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述內(nèi)部巖塊的內(nèi)壁，所述密封結(jié)構(gòu)包括密封層和襯砌，所述密封層的材料為鋼襯、橡膠、玻璃鋼和涂層中的至少一者，所述襯砌位于所述內(nèi)部巖塊和所述密封層之間，所述襯砌由混凝土回填形成。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的既有洞室壓氣儲(chǔ)能物理模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)測(cè)儀器包括壓力監(jiān)測(cè)計(jì)、溫度監(jiān)測(cè)計(jì)、鋼板應(yīng)力計(jì)、襯砌應(yīng)變計(jì)、圍巖測(cè)縫計(jì)和圍巖應(yīng)變計(jì)，所述壓力監(jiān)測(cè)計(jì)和所述溫度監(jiān)測(cè)計(jì)位于所述孔洞的中間位置，所述鋼板應(yīng)力計(jì)設(shè)置于所述密封層的外壁，所述襯砌應(yīng)變計(jì)設(shè)置于所述襯砌內(nèi)部，所述圍巖測(cè)縫計(jì)設(shè)置于所述預(yù)制裂縫處，所述圍巖應(yīng)變計(jì)設(shè)置于所述外部巖塊四周，且所述圍巖應(yīng)變計(jì)呈45°角排列分布。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的既有洞室壓氣儲(chǔ)能物理模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述外部巖塊的形狀為長(zhǎng)方體形，其斷面為正方形，且所述外部巖塊的厚度小于正方形的邊長(zhǎng)，所述孔洞的截面形狀為拱形；所述密封層的布施的形狀為橢圓形、雙圓形或城門(mén)洞形。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的既有洞室壓氣儲(chǔ)能物理模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述物理模型還包括固定板、加載板和承重底座，所述固定板設(shè)置于所述外部巖塊沿第一方向的相對(duì)側(cè)，所述第一方向?yàn)樗鰞?nèi)部巖塊的軸向，所述承重底座設(shè)置于所述外部巖塊的底部，所述固定板與所述承重底座固定連接；所述加載板的數(shù)量為多個(gè)，多個(gè)所述加載板分別設(shè)置于所述外部巖塊的頂部，和所述外部巖塊相鄰于所述固定板一側(cè)的外壁，所述加載板與所述液壓加載系統(tǒng)直接或間接連接并承受載荷。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的既有洞室壓氣儲(chǔ)能物理模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述儲(chǔ)氣部包括密封塞、約束盤(pán)和剛性桿件，所述封堵塞分別封堵設(shè)置于所述孔洞沿軸向的兩側(cè)，所述約束盤(pán)設(shè)置于所述封堵塞相互背離的一側(cè)，所述剛性桿件穿過(guò)所述孔洞并通過(guò)螺栓與兩側(cè)的所述封堵塞和所述約束盤(pán)連接。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的既有洞室壓氣儲(chǔ)能物理模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述固定板在對(duì)應(yīng)所述孔洞的位置開(kāi)設(shè)有通孔，所述封堵塞部分穿過(guò)所述通孔并封堵所述孔洞，所述封堵塞與所述通孔的孔壁之間設(shè)置有密封圈，所述約束盤(pán)位于所述固定板的外側(cè)并與所述固定板抵接；所述承重底座與所述固定板之間設(shè)置有三角固定座。

10.根據(jù)權(quán)利要求1-3或5-9中任一項(xiàng)所述的既有洞室壓氣儲(chǔ)能物理模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述液壓加載系統(tǒng)包括液壓頭、加載框架、液壓動(dòng)力系統(tǒng)和電腦；所述液壓頭通過(guò)線(xiàn)路管道與所述液壓動(dòng)力系統(tǒng)和所述電腦連接，所述液壓頭的一端與所述加載框架抵接，另一端與所述圍巖的外壁抵接。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)涉及一種既有洞室壓氣儲(chǔ)能物理模型試驗(yàn)系統(tǒng)，包括物理模型、液壓加載系統(tǒng)、空氣循環(huán)充放系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中，物理模型包括圍巖和儲(chǔ)氣部，圍巖包括外部巖塊和內(nèi)部巖塊，內(nèi)部巖塊具有孔洞，孔洞沿內(nèi)部巖塊的軸向貫穿內(nèi)部巖塊，且孔洞孔壁設(shè)置有一條或多條預(yù)制裂縫，外部巖塊圍合設(shè)置于內(nèi)部巖塊的外側(cè)，儲(chǔ)氣部至少部分設(shè)置于內(nèi)部巖塊沿軸向的兩側(cè)，儲(chǔ)氣部能夠密封孔洞；液壓加載系統(tǒng)能夠向物理模型施加由外部巖塊到內(nèi)部巖塊方向的載荷，空氣循環(huán)充放系統(tǒng)能夠向孔洞內(nèi)進(jìn)行充氣和排氣；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括監(jiān)測(cè)儀器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)儀器能夠?qū)ξ锢砟Ｐ瓦M(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與監(jiān)測(cè)儀器數(shù)據(jù)連接并能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和處理。

技術(shù)研發(fā)人員：韓月,陳平志,劉寧,徐建軍,李鄭梁,周勇,王鴻振
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6