擴散氣體沖刷系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種擴散氣體沖刷系統(tǒng)，包括氣液分離裝置和水泵，所述氣液分離裝置包括空腔室和隔板，所述空腔室的上端開設有用于排出液體中的擴散氣體的排氣口，所述空腔室的側壁上開設有用于液體進出的第一排液口和第二排液口；所述隔板的兩端固定連接在所述空腔室內(nèi)部的側壁上將所述第一排液口和所述第二排液口分隔在所述隔板的兩側，所述隔板的上端高于所述第一排液口和所述第二排液口的位置，所述隔板的下端低于所述第一排液口和所述第二排液口的位置，所述隔板的下端和所述空腔室的底部隔有間隔；所述水泵的一端和所述第一排液口相連，所述水泵用于提供所述擴散氣體沖刷系統(tǒng)中的所述液體的流動動力。本發(fā)明通過設置隔板使得沖刷效果更好，氣液分離更徹底。
【專利說明】擴散氣體沖刷系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及非飽和土測量領域，具體地說，涉及一種擴散氣體沖刷系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]在巖土工程中，非飽和土性質(zhì)的研究一直備受關注。其中軸平移技術是目前較常用的試驗技術。
[0003]Hilf提出了軸平移技術，通過提升孔隙氣壓力Ua來使孔隙水壓力Uw達到正值，以避免排水系統(tǒng)中發(fā)生氣化。軸平移技術原理是基于數(shù)學中等式的性質(zhì)?；|(zhì)吸力S等于孔隙氣壓力Ua與孔隙水壓力Uw的壓力差即，S=ua-uw。隨著氣壓力的升高，增大總應力ο以保持凈應力(o-ua)不變。處于現(xiàn)實條件下的非飽和土所承受的作用力包括總應力O1、孔隙空氣壓力Ua1 (通常等于大氣壓)和孔隙水壓力Uw1 (通常為負的壓力表壓力)。在采用軸平移技術的時候，孔隙空氣壓力和孔隙水壓力分別從Ua1和Uw1升高到Ua2和uw2。在這個過程中，基質(zhì)吸力保持不變。這個過程被稱為“軸平移”。根據(jù)這個軸平移原理，可以在遠高于I個大氣壓的吸力范圍內(nèi)對基質(zhì)吸力變量進行控制。為了達到預定的基質(zhì)吸力并將孔隙水壓力達到容易控制的范圍，進而利用穩(wěn)定氣源將孔隙氣壓力與孔隙水壓力同時變化相同幅度。
[0004]實現(xiàn)軸平移技術的關鍵在于使用具有高進氣值的多孔陶瓷板來隔離土中的氣相和水相。只要施加的基質(zhì)吸力不超過進氣值，多孔材料飽和后只允許水通過，而不允許自由空氣通過。用非飽和土測量儀測試待測試樣時，待測土樣、多孔陶瓷板板和過濾板放置在密閉的壓力室中。待測土樣放置在多孔陶瓷板上，多孔陶瓷板用于控制孔隙水壓力；待測土樣上方設置用于控制孔隙空氣壓力的過濾板。
[0005]在將軸平移技術用于非飽和土測量的過程中，向待測試樣施加垂直壓力，此時，多孔陶瓷板上方的液體的壓力大于多孔陶瓷板下方的液體的壓力。由于壓力梯度，液體從多孔陶瓷板上方向多孔陶瓷板下方滲透。通過測量液體的體積的量變值可以得到非飽和土的含水率。但是，在液體滲透過程中，液體中的氣體也會從多孔陶瓷板上方向多孔陶瓷板下方擴散且隨著液體壓強的降低從液體中逸出附著在多孔陶瓷板下方，并隨著液體的流動被帶入到液體量變測量裝置中。擴散氣體占據(jù)一定的體積空間，使得對滲透出的液體的量變值的測量不準確。為了準確測量、減小誤差，在測量之前應對滲透出的液體進行沖刷，使擴散氣體排出，以消除擴散氣體對測量精度的影響。
[0006]現(xiàn)有的擴散氣體沖刷裝置和非飽和土測量儀連接使用時，由于擴散氣體沖刷裝置的出液口和出氣口之間沒有阻擋，結構不合理，一部分擴散氣體容易進入到出液口，繼續(xù)留在液體中，而不是從排氣口排出。因此，其沖刷效果不佳，氣液分離不徹底，也不能正反向反復沖刷。此外，現(xiàn)有的擴散氣體沖刷裝置的沖刷及測量方式主要以人工操作為主。該方式缺陷在于人為的隨機誤差對結果的影響較大。其操作的復雜性及液體量變測量的準確性也是需要改進的重點。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術問題是在非飽和土測量過程中，現(xiàn)有技術的出液口和出氣口之間沒有阻擋，一部分擴散氣體容易進入到出液口，繼續(xù)留在液體中，而不是從排氣口排出，沖刷效果差，氣液分離不徹底；采用人工操作的方式?jīng)_刷，人為的隨機誤差對測量結果的影響較大。
[0008]本發(fā)明的技術方案如下:
[0009]一種擴散氣體沖刷系統(tǒng)，包括氣液分離裝置和水泵，所述氣液分離裝置包括空腔室和隔板，所述空腔室的上端開設有用于排出液體中的擴散氣體的排氣口，所述空腔室的側壁上開設有用于液體進出的第一排液口和第二排液口 ；所述隔板的兩端固定連接在所述空腔室內(nèi)部的側壁上將所述第一排液口和所述第二排液口分隔在所述隔板的兩側，所述隔板的上端高于所述第一排液口和所述第二排液口的位置，所述隔板的下端低于所述第一排液口和所述第二排液口的位置，所述隔板的下端和所述空腔室的底部隔有間隔；所述水泵的一端和所述第一排液口相連，所述水泵用于提供所述擴散氣體沖刷系統(tǒng)中的所述液體的流動動力。
[0010]進一步:所述擴散氣體沖刷系統(tǒng)還包括用于將所述水泵的一端和所述第一排液口相連的第一連通管道。
[0011]進一步:所述擴散氣體沖刷系統(tǒng)還包括第二連通管道和第三連通管道，當所述擴散氣體沖刷系統(tǒng)用于和測量非飽和土中液體體積變化的測量儀連接狀態(tài)下，所述第二連通管道用于連接所述第二排液口和所述測量儀的液體排出口 ；所述第三連通管道用于連接所述水泵的另一端和所述測量儀的另一液體排出口。
[0012]進一步:所述第一排液口、所述第二排液口與所述空腔室的底部隔有間隔。
[0013]進一步:所述空腔室由位于上部的管體和位于下部的筒體構成，所述管體的內(nèi)徑比所述筒體的內(nèi)徑小。
[0014]進一步:所述管體和所述筒體的連接處為上窄下寬的喇叭口形狀。
[0015]進一步:所述擴散氣體沖刷系統(tǒng)還包括連接所述排氣口的氣體收集裝置，其用于收集所述擴散氣體以便測量所述擴散氣體的體積。
[0016]進一步:所述擴散氣體沖刷系統(tǒng)還包括由多個壓力傳感器組成的液體量變測量裝置，所述多個壓力傳感器和所述管體的側壁連接，其用于測量所述液體的壓強從而得到所述液體的量變值。
[0017]進一步:所述擴散氣體沖刷系統(tǒng)還包括覆蓋在所述排氣口上的多孔板，其用于阻止蒸發(fā)的所述液體排出所述空腔室以便減小所述液體的量變值測量誤差。
[0018]進一步:所述擴散氣體沖刷系統(tǒng)還包括和所述水泵電連接的自動沖刷繼電器，其用于實現(xiàn)所述水泵的開關、正反方向沖刷或者定時沖刷中的一個或者多個功能。
[0019]本發(fā)明的技術效果如下:
[0020]1、本發(fā)明的擴散氣體沖刷系統(tǒng)在空腔室內(nèi)部設置隔板可以避免在沖刷排出擴散氣體的過程中，一部分擴散氣體進入排液口而不是進入到排氣口中使得排氣效果不佳的問題，本發(fā)明的擴散氣體沖刷系統(tǒng)使得沖刷效果更好，氣液分離更徹底。
[0021]2、本發(fā)明的擴散氣體沖刷系統(tǒng)通過設置水泵和自動沖刷繼電器，可以實現(xiàn)自動沖刷，實現(xiàn)水泵的自動開關、正反方向沖刷或者定時沖刷，減少了人為的誤差，提高了自動化程度。
[0022]3、本發(fā)明的擴散氣體沖刷系統(tǒng)可以使液體沿正反兩個方向流動，使得沖刷的效果更好。
[0023]4、本發(fā)明的擴散氣體沖刷系統(tǒng)的液體量變測量裝置和氣液分離裝置共用一個空腔室，節(jié)省了空間，使該系統(tǒng)得到了充分的利用。
[0024]5、本發(fā)明的擴散氣體沖刷系統(tǒng)還可以通過設置氣體收集裝置來測量擴散氣體的體積。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明的擴散氣體沖刷系統(tǒng)一優(yōu)選實施例的結構簡圖；
[0026]圖2為本發(fā)明的擴散氣體沖刷系統(tǒng)一優(yōu)選實施例的氣液分離裝置的剖面圖。
【具體實施方式】
[0027]如圖1和2所示，分別為本發(fā)明的擴散氣體沖刷系統(tǒng)一優(yōu)選實施例的結構簡圖和氣液分離裝置的剖面圖。
[0028]本發(fā)明的擴散氣體沖刷系統(tǒng)用于和測量非飽和土中液體體積變化的測量儀I連接，將測量儀I排出的非飽和土內(nèi)的液體中的擴散氣體沖刷排出液體。
[0029]該擴散氣體沖刷系統(tǒng)包括氣液分離裝置2和水泵4。氣液分離裝置2包括空腔室和隔板29?？涨皇业纳隙碎_設有用于排出液體中的擴散氣體的排氣口 23?？涨皇业膫缺谏祥_設有用于液體進出的第一排液口 21和第二排液口 22。隔板29的兩端固定連接在空腔室內(nèi)部的側壁上將第一排液口 21和第二排液口 22分隔在隔板29的兩側。隔板29的上端高于第一排液口 21和第二排液口 22的位置，隔板29的下端低于第一排液口 21和第二排液口 22的位置。隔板29的下端和空腔室的底部隔有間隔，使得空腔室形成兩個半封閉的腔體。只要隔板的位置和結構滿足上述要求，則第一排液口 21和第二排液口 22可以設置在空腔室的同側、相鄰側或者對側。優(yōu)選的，第一排液口 21和第二排液口 22設置在空腔室的對側。隔板29用于液體在擴散氣體沖刷系統(tǒng)中反復循環(huán)流動的狀態(tài)下將液體和液體中的擴散氣體更好地分離。水泵4的一端和第一排液口 21相連。優(yōu)選的，水泵4的一端和第一排液口 21通過第一連通管道24相連。水泵4用于提供擴散氣體沖刷系統(tǒng)中的液體的流動動力。
[0030]使用該擴散氣體沖刷系統(tǒng)時，其與測量儀I連接，此時，該擴散氣體沖刷系統(tǒng)還可以設置用于連接第二排液口 22和測量儀I的液體排出口的第二連通管道25和用于連接水泵4的另一端和測量儀I的另一液體排出口的第三連通管道。
[0031]該擴散氣體沖刷系統(tǒng)通過在空腔室內(nèi)部設置隔板可以避免在沖刷排出擴散氣體的過程中，一部分擴散氣體進入排液口而不是進入到排氣口中，使得排氣效果不佳的問題。其原理如下:當測量儀對非飽和土施加壓力時，非飽和土中的液體的壓強較大，擴散氣體溶解在該液體中。液體滲入到多孔陶瓷板下方后，液體的壓力減小，擴散氣體的溶解度也減小，其可以從液體中逸出，附著在多孔陶瓷板的下方。通過液體的循環(huán)流動，將氣體帶入到擴散氣體沖刷系統(tǒng)的空腔室內(nèi)。液體在進入到空腔室后，在重力的作用下，會從隔板下端與空腔室底部之間的間隔從由隔板形成的一個半封閉腔體流入到另一個半封閉的腔體中，并從另一半封閉的腔體處的排液口排出。擴散氣體受到隔板的阻擋且隔板的上端高于另一排液口，擴散氣體無法自由運動進入到另一半封閉的腔體內(nèi)，只能向上運動從排氣口排出，不會進入到另一半封閉的腔體處的排液口而繼續(xù)留在液體中。因此，該擴散氣體沖刷系統(tǒng)對擴散氣體的沖刷效果較好，氣液分離徹底。
[0032]另外，由于設置了隔板，兩個排液口均可作為液體的進口，其對氣體的排出效果不會因為兩個排液口的位置高低而顯著不同，因此，該擴散氣體沖刷系統(tǒng)可以實現(xiàn)液體正反方向反復循環(huán)流動，使得沖刷效果更好，氣液分離徹底。
[0033]此外，該擴散氣體沖刷系統(tǒng)通過設置水泵實現(xiàn)了自動沖刷，減少了人為的誤差。
[0034]優(yōu)選的，第一排液口 21、第二排液口 22與空腔室的底部隔有間隔，該間隔可以用于沉淀固體懸浮物防止因其聚集堵塞第一排液口 21和第二排液口 22。
[0035]優(yōu)選的，空腔室由位于上部的管體26和位于下部的筒體27構成。管體26和筒體27的形狀沒有特殊要求，可以是圓柱狀，也可以是方柱狀等形狀。管體26的內(nèi)徑比筒體27的內(nèi)徑小。該結構不僅使得空腔室的整體高度變小，便于安裝和使用，而且由于管體26的內(nèi)徑較小，其對液體的液位的變化反映較明顯，便于后續(xù)測量液體的量變值。管體26和筒體27的連接處28為上窄下寬的喇叭口形狀。該喇叭口形狀起到斜向過渡的作用，可以防止氣體存留在管體26和筒體27的變截面處。
[0036]優(yōu)選的，該擴散氣體沖刷系統(tǒng)還可以設置氣體收集裝置，其與排氣口 23連接，用于收集擴散氣體以便測量擴散氣體的體積。
[0037]優(yōu)選的，該擴散氣體沖刷系統(tǒng)還可以設置由多個壓力傳感器組成的液體量變測量裝置3。多個壓力傳感器和管體26的側壁連接，其用于測量液體的壓強從而根據(jù)液位和空腔室的體積得到液體的量變值。待擴散氣體完全排出，液體的壓強值穩(wěn)定后即可測量液體的量變值。在沖刷過程中，后續(xù)從非飽和土體積變化測量儀中滲出的液體非常少，可以忽略不計。液體量變測量裝置3和氣液分離裝置2共用一個空腔室，節(jié)省了空間，使該系統(tǒng)得到了充分的利用。
[0038]優(yōu)選的，為了減少液體蒸發(fā)從排氣口 23逸出造成的誤差，該擴散氣體沖刷系統(tǒng)還可以包括覆蓋在排氣口 23上的多孔板，其用于阻止蒸發(fā)的液體排出空腔室，以便減小液體的量變值測量誤差。
[0039]優(yōu)選的，為了提高系統(tǒng)的自動化及使沖刷更完全，該擴散氣體沖刷系統(tǒng)還可以包括和水泵4電連接的自動沖刷繼電器5，其用于實現(xiàn)水泵4的開關、正反方向沖刷或者定時沖刷中的一個或者多個功能。
[0040]該擴散氣體沖刷系統(tǒng)的各個部件的材料可根據(jù)實際要求進行配置。進而使該系統(tǒng)適用性更加廣泛。
【權利要求】
1.一種擴散氣體沖刷系統(tǒng)，其特征在于:包括氣液分離裝置和水泵， 所述氣液分離裝置包括空腔室和隔板， 所述空腔室的上端開設有用于排出液體中的擴散氣體的排氣口，所述空腔室的側壁上開設有用于液體進出的第一排液口和第二排液口 ； 所述隔板的兩端固定連接在所述空腔室內(nèi)部的側壁上將所述第一排液口和所述第二排液口分隔在所述隔板的兩側，所述隔板的上端高于所述第一排液口和所述第二排液口的位置，所述隔板的下端低于所述第一排液口和所述第二排液口的位置，所述隔板的下端和所述空腔室的底部隔有間隔； 所述水泵的一端和所述第一排液口相連，所述水泵用于提供所述擴散氣體沖刷系統(tǒng)中的所述液體的流動動力。
2.如權利要求1所述的擴散氣體沖刷系統(tǒng)，其特征在于:還包括用于將所述水泵的一端和所述第一排液口相連的第一連通管道。
3.如權利要求1或2所述的擴散氣體沖刷系統(tǒng)，其特征在于:還包括第二連通管道和第三連通管道，當所述擴散氣體沖刷系統(tǒng)用于和測量非飽和土中液體體積變化的測量儀連接狀態(tài)下， 所述第二連通管道用于連接所述第二排液口和所述測量儀的液體排出口 ； 所述第三連通管道用于連接所述水泵的另一端和所述測量儀的另一液體排出口。
4.如權利要求1所述的擴散氣體沖刷系統(tǒng)，其特征在于:所述第一排液口、所述第二排液口與所述空腔室的底部隔有間隔。
5.如權利要求1所述的擴散氣體沖刷系統(tǒng)，其特征在于:所述空腔室由位于上部的管體和位于下部的筒體構成,所述管體的內(nèi)徑比所述筒體的內(nèi)徑小。
6.如權利要求5所述的擴散氣體沖刷系統(tǒng)，其特征在于:所述管體和所述筒體的連接處為上窄下寬的喇叭口形狀。
7.如權利要求1所述的擴散氣體沖刷系統(tǒng)，其特征在于:還包括連接所述排氣口的氣體收集裝置，其用于收集所述擴散氣體以便測量所述擴散氣體的體積。
8.如權利要求5所述的擴散氣體沖刷系統(tǒng)，其特征在于:還包括由多個壓力傳感器組成的液體量變測量裝置，所述多個壓力傳感器和所述管體的側壁連接，其用于測量所述液體的壓強從而得到所述液體的量變值。
9.如權利要求8所述的擴散氣體沖刷系統(tǒng)，其特征在于:還包括覆蓋在所述排氣口上的多孔板，其用于阻止蒸發(fā)的所述液體排出所述空腔室以便減小所述液體的量變值測量誤差。
10.如權利要求1所述的擴散氣體沖刷系統(tǒng)，其特征在于:還包括和所述水泵電連接的自動沖刷繼電器，其用于實現(xiàn)所述水泵的開關、正反方向沖刷或者定時沖刷中的一個或者多個功能。
【文檔編號】B01D19/00GK103706150SQ201310732915
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月26日 優(yōu)先權日:2013年12月26日
【發(fā)明者】溫彥鋒, 陳銳, 于沭, 鄧剛, 喬劼, 邊京紅, 李海芳, 張延億 申請人:中國水利水電科學研究院