【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及地下儲能，具體地指一種便捷施加地應力的儲氣庫結構的物理模型試驗系統。
技術介紹
1、壓縮空氣儲能作為一種較為理想的儲能方式備受各方關注。人工硐室地下儲氣庫成為了各行業研究的熱點，儲氣庫自身穩定性是研究熱點之一。
2、人工硐室地下儲氣庫是一種利用壓縮空氣作為介質，儲存剩余電能的技術。在用電低谷時段，風電和電網中的多余電能驅動空氣壓縮機，將電能轉化為壓縮空氣的內能并在地下洞室中儲存。在用電高峰時，通過釋放高壓空氣，將壓縮空氣的勢能轉變為驅動發電機的機械能，從而發電。
3、現有技術中針對圍巖與硐室的穩定性分析，大部分采用理論分析和數值模擬方法，僅有少數研究采用大尺度物理試驗，且成本非常高。物理試驗是通過自制相似系統模擬儲氣庫，研究在充氣、儲氣、放氣不同階段時，儲氣庫內部密封層和外部圍巖變化情況。但是，現有技術中的儲氣庫物理試驗系統存在如下問題：
4、第一，由于模擬的氣壓較大，試驗系統存在被高壓氣體破壞的隱患，安全性難以保證，
5、第二，相關試驗難以有效模擬出地下硐室在不同深度、不同方向上受到的地應力大小，對內部密封層連接位置處的考慮也較少，因此得出的結論不一定準確。
技術實現思路
1、針對現有技術的不足之處，本專利技術提出一種便捷施加地應力的儲氣庫結構的物理模型試驗系統，不僅添加了初步安全性能檢測實驗，為后續壓縮空氣儲能實驗的安全提供保障，而且能夠安全、簡單、高效、經濟地將地應力荷載施加在儲氣庫物理試驗中，彌補了已有物理試驗忽
2、為達到上述目的，本專利技術所設計的一種便捷施加地應力的儲氣庫結構的物理模型試驗系統，包括儲氣庫硐室，其特別之處在于：所述儲氣庫硐室包括設置在腔體內部的密封層，所述密封層外側粘貼有用于檢測不同位置處的應力、應變、位移、溫度變化的縱向光纖傳感器和環向光纖傳感器；
3、所述密封層外周設置有混凝土襯砌層，所述混凝土襯砌層內部預埋有圓筒型的鋼筋管網，所述鋼筋管網包括綁扎形成的多個縱向鋼筋和環向鋼筋；
4、所述儲氣庫硐室外周設置有混凝土圍巖，所述混凝土圍巖內部預埋有用于施加地應力的立方體鋼筋網，所述立方體鋼筋網包括綁扎形成的多個橫向預應力鋼筋、縱向預應力鋼筋、以及軸向預應力鋼筋，且每個橫向預應力鋼筋、縱向預應力鋼筋、以及軸向預應力鋼筋兩端頭均延伸至混凝土圍巖外側；所述儲氣庫硐室置于立方體鋼筋網內部，根據實際地應力情況調整每根鋼筋的張拉力，通過鋼筋帶動混凝土圍巖變形，將應力、應變、位移傳導至儲氣庫硐室，從而模擬出不同方向、不同深度作用在儲氣庫硐室的地應力；
5、所述縱向光纖傳感器和環向光纖傳感器延伸段連接有位于混凝土圍巖外側的控制系統；
6、所述儲氣庫硐室頂端連通有延伸至混凝土圍巖外側進氣管道，所述儲氣庫硐室底端連通有延伸至混凝土圍巖外側出氣管道；
7、所述進氣管道進氣口分別連接有空氣壓縮機和水壓系統，且空氣壓縮機和水壓系統分別與控制系統連接。
8、進一步地，所述密封層為連接形成、且兩端封口的圓柱狀。
9、更進一步地，所述縱向光纖傳感器沿密封層軸向延伸、且圍繞密封層周向間隔設置，所述環向光纖傳感器沿密封層軸向間隔設置。
10、更進一步地，所述縱向鋼筋沿儲氣庫硐室軸向延伸、且圍繞儲氣庫硐室周向間隔設置，所述環向鋼筋沿儲氣庫硐室軸向間隔設置。
11、更進一步地，所述橫向預應力鋼筋、縱向預應力鋼筋、以及軸向預應力鋼筋為三個相互垂直的方向。
12、更進一步地，同方向的相鄰所述橫向預應力鋼筋、縱向預應力鋼筋、以及軸向預應力鋼筋之間的間距為20～40cm。
13、進一步地，所述混凝土襯砌層中的混凝土為c40高強度混凝土，所述混凝土圍巖中的混凝土為c40高強度混凝土。
14、進一步地，所述進氣管道入口設置有進氣閥門，所述進氣閥門與儲氣庫硐室之間設置有進氣壓力計；所述出氣管道出口設置有出氣閥門，所述出氣閥門與儲氣庫硐室之間設置有出氣壓力計。
15、更進一步地，所述進氣管道和出氣管道為高壓鋼管。
16、進一步地，所述儲氣庫硐室中壓力變化范圍為7-20mpa。
17、本專利技術的優點在于：
18、1、本專利技術在儲氣庫硐室頂端分別連通空氣壓縮機和水壓系統，試驗時，先用水壓系統代替氣壓系統做初步安全性能檢測實驗，水壓系統通過進氣管道將液體注入儲氣庫內部，進氣管道末端連接一個壓力表，控制儲氣庫內最大壓力不超過規定壓力，用充水、放水、儲水代替充氣、放氣、儲氣，檢查各個階段系統裝置的密封性及安全穩定性，為后續壓縮空氣儲能實驗的安全提供保障；
19、2、初步檢測實驗完成后，將內部液體通過出氣管道排出，再使用空氣壓縮機代替水壓系統，空氣壓縮機通過進氣管道將氣體注入儲氣庫內部，控制單次試驗充氣、放氣、儲氣時間，并通過試驗記錄裝置記錄儲氣庫不同階段、不同位置處的應力、應變、位移、以及溫度的變化，再依據相應數據判斷儲氣庫結構的整體穩定性和密封層穩定性；
20、3、本專利技術在混凝土圍巖內部預埋立方體鋼筋網，并將橫向預應力鋼筋、縱向預應力鋼筋、以及軸向預應力鋼筋兩端頭均延伸至混凝土圍巖外側，用于施加地應力，相較現有物理模型試驗，本專利技術可以安全、簡單、有效、經濟地將外部圍巖地應力荷載加載到儲氣庫系統中，能更真實反映在實際狀態下，儲氣庫受到內、外荷載耦合作用時，結構整體的穩定性情況，以及儲氣庫充、放氣過程對外部圍巖的干擾，收集傳感器各項數據，確定儲氣庫硐室的密封性與穩定性；
21、4、理想狀態下，儲氣庫內部的密封層是不受力的，但由于密封層彈性模量與混凝土彈性模量不同，因此實際儲氣庫內的密封層可能會承受一部分力，尤其是密封層的連接位置處受力不一定均勻，本專利技術中的儲氣庫硐室采用實際儲氣庫密封層的安裝方式，將片狀的密封層連接形成兩端封口的圓柱狀，能更加準確反映實際儲氣庫中密封層結構的穩定性；
22、5、本專利技術相較實際洞室模擬，能夠大幅度降低成本，不受水文地質條件限制；相較已有的物理試驗模型系統，能夠更真實反映儲氣庫實際工況；
23、本專利技術便捷施加地應力的儲氣庫結構的物理模型試驗系統，能夠更加真實反映地下儲氣庫在內力、外力耦合作用下密封層、襯砌、圍巖各結構層的不用位置在充氣、儲氣、放氣各階段的應力、應變、位移、溫度變化情況，進而確定儲氣庫結構的密封性與穩定性；同時，添加了初步安全性能檢測實驗，為后續壓縮空氣儲能實驗的安全提供保障。
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1.一種便捷施加地應力的儲氣庫結構的物理模型試驗系統，包括儲氣庫硐室(3)，其特征在于：所述儲氣庫硐室(3)包括設置在腔體內部的密封層(3-1)，所述密封層(3-1)外側粘貼有用于檢測不同位置處的應力、應變、位移、溫度變化的縱向光纖傳感器(3-5)和環向光纖傳感器(3-6)；
2.根據權利要求1所述的便捷施加地應力的儲氣庫結構的物理模型試驗系統，其特征在于：所述密封層(3-1)為連接形成、且兩端封口的圓柱狀。
3.根據權利要求2所述的便捷施加地應力的儲氣庫結構的物理模型試驗系統，其特征在于：所述縱向光纖傳感器(3-5)沿密封層(3-1)軸向延伸、且圍繞密封層(3-1)周向間隔設置，所述環向光纖傳感器(3-6)沿密封層(3-1)軸向間隔設置。
4.根據權利要求3所述的便捷施加地應力的儲氣庫結構的物理模型試驗系統，其特征在于：所述縱向鋼筋(3-3)沿儲氣庫硐室(3)軸向延伸、且圍繞儲氣庫硐室(3)周向間隔設置，所述環向鋼筋(3-4)沿儲氣庫硐室(3)軸向間隔設置。
5.根據權利要求4所述的便捷施加地應力的儲氣庫結構的物理模型試驗系統，其
6.根據權利要求5所述的便捷施加地應力的儲氣庫結構的物理模型試驗系統，其特征在于：同方向的相鄰所述橫向預應力鋼筋(4-1)、縱向預應力鋼筋(4-2)、以及軸向預應力鋼筋(4-3)之間的間距為20～40cm。
7.根據權利要求1所述的便捷施加地應力的儲氣庫結構的物理模型試驗系統，其特征在于：所述混凝土襯砌層(3-2)中的混凝土為C40高強度混凝土，所述混凝土圍巖(4)中的混凝土為C40高強度混凝土。
8.根據權利要求1所述的便捷施加地應力的儲氣庫結構的物理模型試驗系統，其特征在于：所述進氣管道(6)入口設置有進氣閥門(6-1)，所述進氣閥門(6-1)與儲氣庫硐室(3)之間設置有進氣壓力計(6-2)；所述出氣管道(7)出口設置有出氣閥門(7-1)，所述出氣閥門(7-1)與儲氣庫硐室(3)之間設置有出氣壓力計(7-2)。
9.根據權利要求8所述的便捷施加地應力的儲氣庫結構的物理模型試驗系統，其特征在于：所述進氣管道(6)和出氣管道(7)為高壓鋼管。
10.根據權利要求1所述的便捷施加地應力的儲氣庫結構的物理模型試驗系統，其特征在于：所述儲氣庫硐室(3)中壓力變化范圍為7-20MPa。
...【技術特征摘要】
1.一種便捷施加地應力的儲氣庫結構的物理模型試驗系統，包括儲氣庫硐室(3)，其特征在于：所述儲氣庫硐室(3)包括設置在腔體內部的密封層(3-1)，所述密封層(3-1)外側粘貼有用于檢測不同位置處的應力、應變、位移、溫度變化的縱向光纖傳感器(3-5)和環向光纖傳感器(3-6)；
2.根據權利要求1所述的便捷施加地應力的儲氣庫結構的物理模型試驗系統，其特征在于：所述密封層(3-1)為連接形成、且兩端封口的圓柱狀。
3.根據權利要求2所述的便捷施加地應力的儲氣庫結構的物理模型試驗系統，其特征在于：所述縱向光纖傳感器(3-5)沿密封層(3-1)軸向延伸、且圍繞密封層(3-1)周向間隔設置，所述環向光纖傳感器(3-6)沿密封層(3-1)軸向間隔設置。
4.根據權利要求3所述的便捷施加地應力的儲氣庫結構的物理模型試驗系統，其特征在于：所述縱向鋼筋(3-3)沿儲氣庫硐室(3)軸向延伸、且圍繞儲氣庫硐室(3)周向間隔設置，所述環向鋼筋(3-4)沿儲氣庫硐室(3)軸向間隔設置。
5.根據權利要求4所述的便捷施加地應力的儲氣庫結構的物理模型試驗系統，其特征在于：所述橫向預應力鋼筋(4-1)、縱向預應力鋼筋(4-2)、以及軸向預應力鋼筋(4...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王輝，毛新瑩，劉璟，袁雷，楊錕，曾理，章勛，王楊，魯順，劉亞欽，徐匯，
申請(專利權)人：中國電力工程顧問集團中南電力設計院有限公司，
類型：發明
國別省市：
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