一种既有洞室压气储能物理模型试验系统的制作方法

本申请涉及压气储能，具体涉及一种既有洞室压气储能物理模型试验系统。

背景技术：

1、压缩空气储能是一种极具发展潜力的大规模长时储能技术，大型地下储气装置是其重要组成部分。除了新建洞室外，废弃矿井、水电洞室等地下闲置空间也可用作压缩空气储库，绿色环保、避免了资源的浪费。从既有洞室到压缩空气储库还需经历改造处理来保证高压储气的密封性和稳定性，既有洞室的特点一是开挖成型阶段不可避免的产生了围岩损伤；二是洞室开挖断面一般为拱形。要确保既有洞室用作压缩空气储库时的密封性和稳定性，采取合理有效的改造措施成为既有洞室利用的关键，由于目前上没有建成投运的既有洞室压缩空气储能电站运行，无法提供相关改造实施成功经验，因此，有必要针对既有洞室拱形断面和既有损伤特性，开展不同密封结构形式下的对比研究，解决既有洞室的改造应用难题。

技术实现思路

1、本申请实施例提供一种既有洞室压气储能物理模型试验系统，该既有洞室压气储能物理模型试验系统能够模拟既有洞室用作压缩空气储库后的运行性能。

2、本申请实施例提供的既有洞室压气储能物理模型试验系统包括：物理模型，所述物理模型包括围岩和储气部，所述围岩包括外部岩块和内部岩块，所述内部岩块具有孔洞，所述孔洞沿所述内部岩块的轴向贯穿所述内部岩块，且所述孔洞孔壁设置有一条或多条预制裂缝，所述外部岩块围合设置于所述内部岩块的外侧，且所述外部岩块与所述内部岩块紧密贴合以进行载荷的传递，所述储气部至少部分设置于所述内部岩块沿轴向的两侧，所述储气部能够密封所述孔洞；

3、液压加载系统和空气循环充放系统，所述液压加载系统能够向所述物理模型施加由所述外部岩块到所述内部岩块方向的载荷，所述空气循环充放系统能够向所述孔洞内进行充气和排气；

4、监测系统，所述监测系统包括监测仪器和数据采集系统，所述监测仪器能够对所述物理模型进行数据监测，所述数据采集系统与所述监测仪器数据连接并能够进行数据的传输和处理。

5、另外，本申请实施例提供的既有洞室压气储能物理模型试验系统还可以具有如下附加的技术特征：

6、在一种可选的方案中，所述空气循环充放系统包括输气管路和排气管路，所述输气管路和所述排气管路通过输气管柱与所述孔洞连通，所述输气管路能够向所述孔洞内注入预设温度和压力的压缩空气，所述排气管路能够排出所述孔洞内的气体。

7、在一种可选的方案中，所述输气管路包括管道连接的压缩机、换热器、第一阀门、第一流量表和压力表；所述排气管路包括管道连接的第二阀门和第二流量表。

8、在一种可选的方案中，所述围岩还包括密封结构，所述密封结构设置于所述内部岩块的内壁，所述密封结构包括密封层和衬砌，所述密封层的材料为钢衬、橡胶、玻璃钢和涂层中的至少一者，所述衬砌位于所述内部岩块和所述密封层之间，所述衬砌由混凝土回填形成。

9、在一种可选的方案中，所述监测仪器包括压力监测计、温度监测计、钢板应力计、衬砌应变计、围岩测缝计和围岩应变计，所述压力监测计和所述温度监测计位于所述孔洞的中间位置，所述钢板应力计设置于所述密封层的外壁，所述衬砌应变计设置于所述衬砌内部，所述围岩测缝计设置于所述预制裂缝处，所述围岩应变计设置于所述外部岩块四周，且所述围岩应变计呈45°角排列分布。

10、在一种可选的方案中，所述外部岩块的形状为长方体形，其断面为正方形，且所述外部岩块的厚度小于正方形的边长，所述孔洞的截面形状为拱形；所述密封层的布施的形状为椭圆形、双圆形或城门洞形。

11、在一种可选的方案中，所述物理模型还包括固定板、加载板和承重底座，所述固定板设置于所述外部岩块沿第一方向的相对侧，所述第一方向为所述内部岩块的轴向，所述承重底座设置于所述外部岩块的底部，所述固定板与所述承重底座固定连接；所述加载板的数量为多个，多个所述加载板分别设置于所述外部岩块的顶部，和所述外部岩块相邻于所述固定板一侧的外壁，所述加载板与所述液压加载系统直接或间接连接并承受载荷。

12、在一种可选的方案中，所述储气部包括密封塞、约束盘和刚性杆件，所述封堵塞分别封堵设置于所述孔洞沿轴向的两侧，所述约束盘设置于所述封堵塞相互背离的一侧，所述刚性杆件穿过所述孔洞并通过螺栓与两侧的所述封堵塞和所述约束盘连接。

13、在一种可选的方案中，所述固定板在对应所述孔洞的位置开设有通孔，所述封堵塞部分穿过所述通孔并封堵所述孔洞，所述封堵塞与所述通孔的孔壁之间设置有密封圈，所述约束盘位于所述固定板的外侧并与所述固定板抵接；所述承重底座与所述固定板之间设置有三角固定座。

14、在一种可选的方案中，所述液压加载系统包括液压头、加载框架、液压动力系统和电脑；所述液压头通过线路管道与所述液压动力系统和所述电脑连接，所述液压头的一端与所述加载框架抵接，另一端与所述围岩的外壁抵接。

15、本申请实施例的有益效果在于：

16、该既有洞室压气储能物理模型试验系统可较为真实的还原既有洞室特征，模拟和记录既有洞室用作压缩空气储库后的运行性能，原理简单，操作便捷；围岩包括外部岩块和内部岩块外部岩块可重复使用，内部岩块通过精细化制备，可预制裂缝或预埋监测仪器，在满足合理力学边界的同时，减少了模型制备工程量。并且对比试验可以将两种围岩的不协调效应抵消，不影响方案的评估。另外，该试验系统还可以通过变换密封材料和结构形式，研究既有洞室改造措施的优劣，实现最优改造方案的比选，从而为实际工程提供依据。

17、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

技术特征：

1.一种既有洞室压气储能物理模型试验系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的既有洞室压气储能物理模型试验系统，其特征在于，所述空气循环充放系统包括输气管路和排气管路，所述输气管路和所述排气管路通过输气管柱与所述孔洞连通，所述输气管路能够向所述孔洞内注入预设温度和压力的压缩空气，所述排气管路能够排出所述孔洞内的气体。

3.根据权利要求2所述的既有洞室压气储能物理模型试验系统，其特征在于，所述输气管路包括管道连接的压缩机、换热器、第一阀门、第一流量表和压力表；所述排气管路包括管道连接的第二阀门和第二流量表。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的既有洞室压气储能物理模型试验系统，其特征在于，所述围岩还包括密封结构，所述密封结构设置于所述内部岩块的内壁，所述密封结构包括密封层和衬砌，所述密封层的材料为钢衬、橡胶、玻璃钢和涂层中的至少一者，所述衬砌位于所述内部岩块和所述密封层之间，所述衬砌由混凝土回填形成。

5.根据权利要求4所述的既有洞室压气储能物理模型试验系统，其特征在于，所述监测仪器包括压力监测计、温度监测计、钢板应力计、衬砌应变计、围岩测缝计和围岩应变计，所述压力监测计和所述温度监测计位于所述孔洞的中间位置，所述钢板应力计设置于所述密封层的外壁，所述衬砌应变计设置于所述衬砌内部，所述围岩测缝计设置于所述预制裂缝处，所述围岩应变计设置于所述外部岩块四周，且所述围岩应变计呈45°角排列分布。

6.根据权利要求4所述的既有洞室压气储能物理模型试验系统，其特征在于，所述外部岩块的形状为长方体形，其断面为正方形，且所述外部岩块的厚度小于正方形的边长，所述孔洞的截面形状为拱形；所述密封层的布施的形状为椭圆形、双圆形或城门洞形。

7.根据权利要求4所述的既有洞室压气储能物理模型试验系统，其特征在于，所述物理模型还包括固定板、加载板和承重底座，所述固定板设置于所述外部岩块沿第一方向的相对侧，所述第一方向为所述内部岩块的轴向，所述承重底座设置于所述外部岩块的底部，所述固定板与所述承重底座固定连接；所述加载板的数量为多个，多个所述加载板分别设置于所述外部岩块的顶部，和所述外部岩块相邻于所述固定板一侧的外壁，所述加载板与所述液压加载系统直接或间接连接并承受载荷。

8.根据权利要求7所述的既有洞室压气储能物理模型试验系统，其特征在于，所述储气部包括密封塞、约束盘和刚性杆件，所述封堵塞分别封堵设置于所述孔洞沿轴向的两侧，所述约束盘设置于所述封堵塞相互背离的一侧，所述刚性杆件穿过所述孔洞并通过螺栓与两侧的所述封堵塞和所述约束盘连接。

9.根据权利要求8所述的既有洞室压气储能物理模型试验系统，其特征在于，所述固定板在对应所述孔洞的位置开设有通孔，所述封堵塞部分穿过所述通孔并封堵所述孔洞，所述封堵塞与所述通孔的孔壁之间设置有密封圈，所述约束盘位于所述固定板的外侧并与所述固定板抵接；所述承重底座与所述固定板之间设置有三角固定座。

10.根据权利要求1-3或5-9中任一项所述的既有洞室压气储能物理模型试验系统，其特征在于，所述液压加载系统包括液压头、加载框架、液压动力系统和电脑；所述液压头通过线路管道与所述液压动力系统和所述电脑连接，所述液压头的一端与所述加载框架抵接，另一端与所述围岩的外壁抵接。

技术总结本申请涉及一种既有洞室压气储能物理模型试验系统，包括物理模型、液压加载系统、空气循环充放系统和监测系统，其中，物理模型包括围岩和储气部，围岩包括外部岩块和内部岩块，内部岩块具有孔洞，孔洞沿内部岩块的轴向贯穿内部岩块，且孔洞孔壁设置有一条或多条预制裂缝，外部岩块围合设置于内部岩块的外侧，储气部至少部分设置于内部岩块沿轴向的两侧，储气部能够密封孔洞；液压加载系统能够向物理模型施加由外部岩块到内部岩块方向的载荷，空气循环充放系统能够向孔洞内进行充气和排气；监测系统包括监测仪器和数据采集系统，监测仪器能够对物理模型进行数据监测，数据采集系统与监测仪器数据连接并能够进行数据的传输和处理。技术研发人员：韩月,陈平志,刘宁,徐建军,李郑梁,周勇,王鸿振受保护的技术使用者：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2025/1/6