一种全自动瓦斯和页岩气吸附常数测定仪论文和设计-王潘

全文摘要

一种全自动瓦斯和页岩气吸附常数测定仪，包括外壳，在外壳内设有基准腔、水箱及真空泵，在基准腔上依次连通有进气管、出气管及排气管，在外壳上设有样品储存装置，样品储存装置包括外样品罐和内样品罐，外样品罐与外壳固定连接，外样品罐的底部与出气管连通，内样品罐设置在外样品罐内，内样品罐的顶部敞开，在外样品罐的顶部可拆卸配合有外盖，内样品罐的顶部与外盖之间有间隔；真空泵的进气口与出气管连通；在水箱内设有水和用于加热水的加热装置，外样品罐的下部设置在水箱内并浸没在水中。本实用新型待测试样品在内样品罐中进行测试，内样品罐方便取用和清理，在测试过程中对样品储存装置进行水浴加热，样品储存装置受热均匀。

主设计要求

1.一种全自动瓦斯和页岩气吸附常数测定仪，包括外壳，其特征在于：在外壳内设有基准腔、水箱及真空泵，在基准腔上依次连通有进气管、出气管及排气管，在外壳上设有用于检测待检测样品吸附常数的样品储存装置，样品储存装置的数量至少为两个，样品储存装置包括外样品罐和内样品罐，外样品罐与外壳固定连接，外样品罐的底部与出气管连通，内样品罐设置在外样品罐内，内样品罐的顶部敞开，在内样品罐内设有待检测样品，在外样品罐的顶部可拆卸配合有外盖，内样品罐的顶部与外盖之间有间隔；真空泵的进气口与出气管连通；在水箱内设有水和用于加热水的加热装置，外样品罐的下部设置在水箱内并浸没在水中。

设计方案

2.如权利要求1所述的全自动瓦斯和页岩气吸附常数测定仪，其特征在于：在外壳内设有控制器，真空泵的进气口与出气管连通通过管路连通，在进气管、出气管、排气管及管路上均安装有电磁阀，在基准腔和样品储存装置上均安装有压力传感器，压力传感器、电磁阀及真空泵分别与控制器电连接。

3.如权利要求2所述的全自动瓦斯和页岩气吸附常数测定仪，其特征在于：在水箱内设有温度传感器，温度传感器与控制器电连接。

4.如权利要求2所述的全自动瓦斯和页岩气吸附常数测定仪，其特征在于：加热装置为电热管，电热管与控制器电连接。

5.如权利要求1所述的全自动瓦斯和页岩气吸附常数测定仪，其特征在于：在水箱上设有第一循环水口和第二循环水口，第一循环水口和第二循环水口通过循环水管连通，在循环水管上连接有散热泵。

6.如权利要求1所述的全自动瓦斯和页岩气吸附常数测定仪，其特征在于：在外样品罐的顶部与外盖之间设有内盖，在内盖的底部设有环形凹槽，在环形凹槽内设有密封圈，密封圈与外样品罐的顶部顶紧接触，内盖的顶面与外盖的底面顶紧接触；在外盖的中部设有定位盲孔，在内盖的顶面设有与定位盲孔配合的定位顶尖。

7.如权利要求1所述的全自动瓦斯和页岩气吸附常数测定仪，其特征在于：在外样品罐的底部设有外样品罐进气口，在内样品罐的与外样品罐进气口相对的位置设有缓冲孔；缓冲孔为呈锥状的盲孔。

8.如权利要求1所述的全自动瓦斯和页岩气吸附常数测定仪，其特征在于：在外壳内壁上设有滑槽，在滑槽上滑动连接有支撑板；支撑板包括上支撑板和下支撑板，真空泵和控制器固定在上支撑板上，基准腔固定在下支撑板上，水箱设置在下支撑板的下方；在下支撑板上固定有滑道，控制器的底部与滑道滑动连接。

9.如权利要求1所述的全自动瓦斯和页岩气吸附常数测定仪，其特征在于：在外壳上设有开关按键、指示灯及用于指示样品标号的标签，开关按键和指示灯分别与控制器电连接。

10.如权利要求1所述的全自动瓦斯和页岩气吸附常数测定仪，其特征在于：在外壳的顶部设有排气口，在排气口处安装有排气扇。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及瓦斯和页岩气吸附常数测定仪的技术领域，具体涉及一种全自动瓦斯和页岩气吸附常数测定仪。

背景技术

煤的甲烷吸附常数广泛用作煤矿煤与瓦斯突出鉴定指标，是各级煤矿安全生产检测检验机构、各地矿实验室，各矿务局、各地区煤矿安全仪器计量站、各级计量技术机构开展矿井煤与瓦斯突出危险性的指标鉴定的重要评判依据。目前在测试样品的吸附常数时，一般直接将样品放置在测试腔内进行测试，而测试腔相对设备固定设置，每次测试完毕需要将其拆卸下来进行清洗，很不方便，在一台设备上只有一个测试腔，每次只能测试样品的真密度或者视密度，测试效率较低，另外在测试过程中，需要对样品进行脱气和甲烷吸附，在进行脱气时，需要使测试腔处于60℃，所以需要设计一种全自动瓦斯和页岩气吸附常数测定仪，既能方便清理测试腔，减少测试腔的拆卸及安装，又能使样品在测试过程中，测试腔受热均匀。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：提供一种全自动瓦斯和页岩气吸附常数测定仪，待测试样品与外样品罐分离，待测试样品在内样品罐中进行测试，避免样品进入外样品罐内，减少对外样品罐进行清理的工作，内样品罐方便取用和清理，在测试过程中对样品储存装置进行水浴加热，样品储存装置受热均匀。

本实用新型采取的技术方案为：

一种全自动瓦斯和页岩气吸附常数测定仪，包括外壳，在外壳内设有基准腔、水箱及真空泵，在基准腔上依次连通有进气管、出气管及排气管，在外壳上设有用于检测待检测样品吸附常数的样品储存装置，样品储存装置的数量至少为两个，样品储存装置包括外样品罐和内样品罐，外样品罐与外壳固定连接，外样品罐的底部与出气管连通，内样品罐设置在外样品罐内，内样品罐的顶部敞开，在内样品罐内设有待检测样品，在外样品罐的顶部可拆卸配合有外盖，内样品罐的顶部与外盖之间有间隔；真空泵的进气口与出气管连通；在水箱内设有水和用于加热水的加热装置，外样品罐的下部设置在水箱内并浸没在水中。

在外壳内设有控制器，真空泵的进气口与出气管连通通过管路连通，在进气管、出气管、排气管及管路上均安装有电磁阀，在基准腔和样品储存装置上均安装有压力传感器，压力传感器、电磁阀及真空泵分别与控制器电连接。

在水箱内设有温度传感器，温度传感器与控制器电连接。

加热装置为电热管，电热管与控制器电连接。

在水箱上设有第一循环水口和第二循环水口，第一循环水口和第二循环水口通过循环水管连通，在循环水管上连接有散热泵。

在外样品罐的顶部与外盖之间设有内盖，在内盖的底部设有环形凹槽，在环形凹槽内设有密封圈，密封圈与外样品罐的顶部顶紧接触，内盖的顶面与外盖的底面顶紧接触；在外盖的中部设有定位盲孔，在内盖的顶面设有与定位盲孔配合的定位顶尖。

在外样品罐的底部设有外样品罐进气口，在内样品罐的与外样品罐进气口相对的位置设有缓冲孔；缓冲孔为呈锥状的盲孔。

在外壳内壁上设有滑槽，在滑槽上滑动连接有支撑板；支撑板包括上支撑板和下支撑板，真空泵和控制器固定在上支撑板上，基准腔固定在下支撑板上，水箱设置在下支撑板的下方；在下支撑板上固定有滑道，控制器的底部与滑道滑动连接。

在外壳上设有开关按键、指示灯及用于指示样品标号的标签，开关按键和指示灯分别与控制器电连接。

在外壳的顶部设有排气口，在排气口处安装有排气扇。

本实用新型中将外样品罐的下部设置在水箱内并浸没在导热介质中，对其进行水浴加热，使样品储存装置受热均匀，将待测试样品放置在内样品罐中，气体从外样品罐的底部进入外样品罐中，然后再从内样品罐与内盖之间的间隙进入内样品罐中，避免样品进入外样品罐内，减少对外样品罐进行清理的工作，内样品罐方便取用和清理，在外壳上设有至少两个样品储存装置，能够测定多组样品的吸附常数，取多个测试结果的均值，增加测试结果的参考价值；在进气管、出气管、排气管及管路上均安装有电磁阀，电磁阀用于控制进气管、出气管、排气管及管路的通断，在基准腔和样品储存装置上均安装有压力传感器，压力传感器用于检测基准腔和样品储存装置的压力值，压力传感器、电磁阀及真空泵分别与控制器电连接，控制器控制电磁阀和真空泵的工作，提高设备的自动化程度和测试的准确度，提高工作效率；温度传感器用于检测水温；散热泵用于使水箱快速降温，以便进行甲烷吸附；缓冲孔起缓冲作用，避免气体进入外样品罐后，直接冲击在内样品罐的底部，导致内样品罐上下晃动；内盖和密封圈使外盖与外样品罐之间连接紧密；定位盲孔与定位顶尖配合，便于快速将外盖装配在外样品罐上并保证装配到位；支撑板与外壳滑动连接，便于安装；真空泵和控制器固定在上支撑板上，基准腔固定在下支撑板上，水箱设置在下支撑板的下方，实现电、气、水分离，在下支撑板上固定有滑道，控制器的底部与滑道滑动连接，便于调整控制器的位置；指示灯和标签起指示作用。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1的后视剖视图；

图3为本实用新型的连接框图；

图4为样品储存装置的结构示意图；

图5为图4的剖视图；

图6为图5的俯视图。

具体实施方式

如图1-6所示，一种全自动瓦斯和页岩气吸附常数测定仪，包括外壳1，在外壳1内设有基准腔7、水箱17及真空泵14，在基准腔7上依次连通有进气管15、出气管16及排气管8，在外壳1上设有用于检测待检测样品吸附常数的样品储存装置2，样品储存装置2的数量至少为两个，能够测定多组样品的吸附常数，取多个测试结果的均值，增加测试结果的参考价值,样品储存装置2包括外样品罐20和内样品罐24，外样品罐20与外壳1固定连接，外样品罐20的底部与出气管16连通，每个样品储存装置2对应一根出气管16，内样品罐24设置在外样品罐20内，内样品罐24的顶部敞开，在内样品罐24内设有待检测样品，在外样品罐20的顶部可拆卸配合有外盖21，内样品罐24的顶部与外盖21之间有间隔；真空泵14的进气口与出气管16连通；在水箱17内设有水和用于加热水的加热装置，外样品罐20的下部设置在水箱17内并浸没在水中。

在外壳1内设有控制器11，控制器11可以采用德国西门子PLCsmart200,真空泵14的进气口与出气管16连通通过管路连通，在进气管15、出气管16、排气管8及管路上均安装有电磁阀，在进气管15、出气管16、排气管8及管路上安装的电磁阀依次记为Ka、Kb、Kc及Kd,电磁阀可以采用重庆盾铭电磁阀有限公司的防爆电磁阀,在基准腔7和样品储存装置2上均安装有压力传感器，在基准腔7和样品储存装置2上安装的压力传感器依次记为Pa和Pb，压力传感器可以采用美国MEAS的压力传感器,压力传感器、电磁阀及真空泵14分别与控制器11电连接。

在水箱17内设有温度传感器，温度传感器与控制器11电连接。

在外壳1上设有进水口，在进水口上盖合有盖子3，在水箱17上设有散热口。

加热装置为电热管，电热管与控制器11电连接，也可以在电热管与电源的连接电线上设有开关，开关与控制器11电连接，控制器11通过控制开关的断开及闭合来控制电热管的工作。

在水箱17上设有第一循环水口和第二循环水口，第一循环水口和第二循环水口通过循环水管连通，在循环水管上连接有散热泵。

在外样品罐20的顶部与外盖21之间设有内盖26，在内盖26的底部设有环形凹槽，在环形凹槽内设有密封圈25，密封圈25与外样品罐20的顶部顶紧接触，内盖26的顶面与外盖21的底面顶紧接触；在外盖21的中部设有定位盲孔，在内盖26的顶面设有与定位盲孔配合的定位顶尖27。

在外样品罐20的底部设有外样品罐进气口22，在内样品罐24的与外样品罐进气口22相对的位置设有缓冲孔23；缓冲孔23为呈锥状的盲孔。

在外壳1内壁上设有滑槽9，在滑槽9上滑动连接有支撑板；支撑板包括上支撑板10和下支撑板6，真空泵14和控制器11固定在上支撑板10上，基准腔7固定在下支撑板6上，水箱17设置在下支撑板6的下方；在下支撑板6上固定有滑道12，控制器11的底部与滑道12滑动连接。

在外壳1上设有开关按键4、指示灯5及用于指示样品标号的标签，开关按键4和指示灯5分别与控制器11电连接。

在外壳1的顶部设有排气口，在排气口处安装有排气扇13。

在使用前，将基准腔7的进气管15的进气端连接在气瓶18上，在气瓶18内存储甲烷，或者直接连接甲烷生成装置，在使用时，在内样品罐24里装入待测试样品，将内样品罐24放置在外样品罐20内，将内盖26盖上，再将外盖21盖上，旋紧，接通电源，启动电源按钮，控制器11控制电热管接通电源，电热管开始工作，电热管对水箱17内的水进行加热，当水温达到控制器11设定的第一温度值时，控制器11控制电热管断开电源，电热管停止工作，控制器11控制电磁阀Kd打开并控制真空泵14工作，真空泵14对装置将装置内的气抽出，从而对装置进行脱气处理，当完成脱气后，控制器11控制电磁阀Kd断开并控制真空泵14停止工作，完成脱气。

控制器11控制散热泵工作，对水箱17进行散热，当水箱17内的温度值达到控制器11设定的第二温度值时，控制器11控制散热泵停止工作，控制器11控制基准腔7进气管15上的电磁阀Ka打开，气瓶18内的甲烷进入到基准腔7内，当达到基准腔7上的压力传感器Pa设定的值时，控制器11控制电磁阀Ka断开，停止进气；控制器11控制第一个样品储存装置2对应的电磁阀Kb打开，基准腔7内的甲烷进入到第一个样品储存装置2中，当达到第一个样品储存装置2的压力传感器Pb设定的值时，控制器11控制第一个样品储存装置2对应的电磁阀Kb断开，然后控制器11控制基准腔7进气管15上的电磁阀Ka打开，气瓶18内的甲烷进入到基准腔7内，为基准腔7补气，使基准腔7内的压力达到压力传感器Pa设定的值，控制器11控制电磁阀Ka断开，控制器11控制第二个样品储存装置2对应的电磁阀Kb打开，基准腔7内的甲烷进入到第二个样品储存装置2中，当达到第二个样品储存装置2的压力传感器Pb设定的值时，控制器11控制第一个样品储存装置2对应的电磁阀Kb断开，当样品存储装置为多个时，依次按上述控制方式进行。

当达到甲烷吸附时间后，第一个样品储存装置2的压力传感器Pa传输给控制器11，控制器11将第一个样品储存装置2进行甲烷吸附前的压力与进行甲烷吸附后的压力取差值，再依据MTT\/T 752 1997煤的甲烷吸附里测定方法(高压容量法)标准计算出吸附常数。第二个样品储存装置2以同样的方式获得吸附常数，控制器11再将第一个样品储存装置2的吸附常数与第二个样品储存装置2的吸附常数取均值，增加测试结果的参考价值。第一温度值、第二温度值、脱气时间、甲烷吸附时间及相关计算公式参考MTT\/T 752 1997煤的甲烷吸附里测定方法(高压容量法)标准。

当完成测试后，控制器11控制电磁阀Kb和控制器11Kc打开，对装置进行排气。

上述实施例是对本实用新型的说明，不是对本实用新型的限定，任何对本实用新型简单变换后的方案均属于本实用新型的保护范围。

设计图

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