УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ПРОРЫВА ГАЗА Российский патент 2020 года по МПК G01L13/00 G01N15/08 G01N3/12 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Настоящее изобретение относится к технической области захоронения высокоактивных радиоактивных отходов и, в частности, относится к устройству и способу экспериментального определения давления прорыва газа буферного материала в хранилище высокоактивных радиоактивных отходов, подлежащих захоронению.

ОПИСАНИЕ ИЗВЕСТНОГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

[0002] В последние годы, в связи с бурным развитием народного хозяйства, дефицит энергии постепенно стал серьезной проблемой в Китае, и Китай все больше внимания уделяет использованию и развитию ядерной энергии. Однако использование ядерной энергии неизбежно приведет к образованию большого количества ядерных отходов, поэтому захоронение ядерных отходов стало проблемой, которую действительно необходимо решить.

[0003] Что касается захоронения высокоактивных радиоактивных отходов, то приемлемым решением, повсеместно принятым в настоящее время международным сообществом, является захоронение высокоактивных радиоактивных отходов в стабильном пласте глубиной 500–1000 м под землей. То есть высокоактивные радиоактивные отходы отверждаются и заполняются, а затем хранятся в хранилище для захоронения в глубоких геологических формациях. Хранилище для захоронения часто называют «хранилищем для захоронения высокоактивных радиоактивных отходов в геологических формациях», в дальнейшем именуемым «хранилище для захоронения».

[0004] Идея конструктивного исполнения хранилища для захоронения состоит в том, чтобы, как правило, использовать «многобарьерную систему», включающую геологический барьер окружающей породы, искусственный барьер на основе бентонита, служащего в качестве буферного материала, и барьер контейнера для хранения отходов. Остеклованные высокоактивные радиоактивные отходы упаковываются в специальный контейнер, который изготовлен из материала с чрезвычайно высокой коррозионной стойкостью, такого как высококачественная легированная сталь или медь. Во время захоронения пространство вокруг контейнера для отверждения дополнительно должно быть заполнено бентонитовым материалом с высокими адсорбционными характеристиками для образования множества «искусственных барьеров». Кроме того, присутствует также отличный «естественный барьер». Хранилище для высокоактивных радиоактивных отходов расположено в стабильном геологическом пласте (таком как гранит, глинистая порода и соляная порода), который находится на глубине нескольких сотен метров под землей. С течением времени подземная вода в окружающей породе будет постепенно вымывать бентонитовый материал из периферии, и бентонит будет постепенно поглощать воду и расширяться, чтобы заполнить промежутки между бентонитовыми блоками и между бентонитовыми блоками и окружающей породой, чтобы достичь уплотнительного эффекта. С течением времени в хранилище для захоронения могут постепенно образовываться газы из-за воздействия сложных физических и химических реакций, и газы образуются в соответствии со следующими несколькими аспектами: (1) водород, образующийся в результате коррозии металлического резервуара в среде бентонита и подземной воды; (2) диоксид углерода, метан, азот и т. п., которые образуются в результате коррозии органических веществ, вызванной микробным разложением; и (3) водород, произведенный радиацией. Поскольку эти газы производятся непрерывно, давление газа внутри хранилища для захоронения постепенно увеличивается, и собранные газы будут выходить наружу. В настоящее время значение давления прорыва газа, как правило, экспериментально определяют в трехосной камере давления. Однако результат измерения не является точным из-за относительно гладкой контактной поверхности между испытуемым образцом и устройством.

[0005] Следовательно, ввиду вышеупомянутой проблемы, необходимо предоставить устройство и способ для точного измерения давления прорыва газа буферного материала, чтобы избежать явления неточного результата испытания, вызванного гладкой контактной поверхностью между испытуемым образцом и корпусом цилиндра.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническая задача

[0006] Ввиду этого настоящее изобретение предоставляет устройство для экспериментального определения давления прорыва газа, содержащее цилиндрический корпус для размещения испытуемого образца. Секция уплотнения сформирована на внутренней стенке цилиндрического корпуса. При размещении секции уплотнения расширяемый испытуемый образец поглощает воду и затем расширяется таким образом, чтобы заблокировать секцию уплотнения для обеспечения уплотнения, вследствие чего гладкая контактная поверхность более не присутствует между испытуемым образцом и корпусом цилиндра в вертикальном направлении, и предотвращается прорыв газа из области взаимодействия испытуемого образца и цилиндрического корпуса, а точность результата экспериментального определения давления прорыва газа эффективно повышается.

Техническое решение

[0007] Устройство для экспериментального определения давления прорыва газа, предусмотренное в соответствии с целью настоящего изобретения, содержит цилиндрический корпус, используемый для размещения испытуемого образца. Один конец цилиндрического корпуса представляет собой конец для впуска газа, а другой конец представляет собой конец для выпуска газа. Конец для впуска газа соединен с устройством для подачи газа, а конец для выпуска газа соединен с устройством для контроля газа. Секция уплотнения сформирована на внутренней стенке цилиндрического корпуса. Во время испытания испытуемый образец находится в тесном контакте с внутренней стенкой цилиндрического корпуса для уплотнения.

[0008] Предпочтительно конец для впуска газа цилиндрического корпуса жестко соединен с механизмом давления с возможностью отсоединения. Отверстие для впуска газа образовано в механизме давления и соединено с устройством для подачи газа. Конец для выпуска газа цилиндрического корпуса жестко соединен с основанием с возможностью отсоединения. Отверстие для выпуска газа образовано в основании и соединено с устройством для контроля газа. Пустая полость образована внутри цилиндрического корпуса. Испытуемый образец располагается внутри пустой полости. Секция уплотнения сформирована на внутренней стенке цилиндрического корпуса, находящейся в контакте с испытуемым образцом.

[0009] Предпочтительно высота H_t секции уплотнения, высота H_{образец} испытуемого образца, внутренний диаметр D_t цилиндрического корпуса и диаметр D_{образец} испытуемого образца имеют следующие соотношения:

[0010] Предпочтительно секция уплотнения представляет собой множество групп пазов, равномерно распределенных вдоль осевого направления цилиндрического корпуса. Каждая группа пазов расположена вдоль окружности внутренней стенки цилиндрического корпуса или расположена в секциях.

[0011] Предпочтительно каждый из пазов имеет глубину 0,3 мм и ширину 1 мм, а расстояние между двумя смежными группами пазов составляет 4 мм.

[0012] Предпочтительно механизм давления и основание соответственно снабжены выступающей частью, которая входит в пустую полость цилиндрического корпуса.

[0013] Предусмотрен способ экспериментального определения давления прорыва газа, в котором используется вышеупомянутое устройство для экспериментального определения. Устройство для экспериментального определения содержит цилиндрический корпус, механизм давления и основание. Пустая полость образована внутри цилиндрического корпуса, а испытуемый образец размещен в пустой полости. Секция уплотнения сформирована на внутренней стенке цилиндрического корпуса, находящейся в контакте с испытуемым образцом. Отверстие для впуска газа образовано в механизме давления. Отверстие для выпуска газа образовано в основании.

[0014] Способ экспериментального определения включает следующие этапы.

[0015] Этап I: помещение изготовленного испытуемого образца в секцию уплотнения, расположенную в пустой полости цилиндрического корпуса.

[0016] Этап II: повышение влажности в испытательном пространстве, чтобы дать возможность испытуемому образцу поглощать воду и расширяться, чтобы заблокировать секцию уплотнения, пока пространство не будет уплотнено.

[0017] Этап III: закрепление механизма давления и основания на конце для впуска газа и конце для выпуска газа цилиндрического корпуса соответственно посредством болтов, соединение отверстия для впуска газа, образованного в механизме давления, с устройством для подачи газа, и соединение отверстия для выпуска газа, образованного в основании, с устройством для контроля газа.

[0018] Этап IV: постепенное увеличение давления газа на отверстии для впуска газа с 0 и указание того, что разность давлений между двумя концами является давлением прорыва газа испытуемого образца, когда непрерывный поток газа контролируют на отверстии для выпуска газа основания.

[0019] Предпочтительно испытательное пространство находится при температуре 20°C.

Преимущественный эффект

[0020] По сравнению с предшествующим уровнем техники устройство для экспериментального определения давления прорыва газа буферного материала в хранилище для захоронения высокоактивных радиоактивных отходов, раскрытое в настоящем изобретении, имеет следующие преимущества.

[0021] Устройство для экспериментального определения давления прорыва газа, раскрытое в настоящем изобретении, содержит цилиндрический корпус для размещения испытуемого образца, а секция уплотнения сформирована на внутренней стенке цилиндрического корпуса. За счет формирования секции уплотнения на внутренней стенке цилиндрического корпуса расширяемый испытуемый образец поглощает воду и затем расширяется таким образом, чтобы заблокировать секцию уплотнения для обеспечения уплотнения, вследствие чего гладкая контактная поверхность более не присутствует между испытуемым образцом и корпусом цилиндра в вертикальном направлении, и предотвращается прорыв газа из области взаимодействия испытуемого образца и цилиндрического корпуса, а точность результата экспериментального определения давления прорыва газа эффективно повышается.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0022] Чтобы более подробно описать варианты осуществления настоящего изобретения или технические решения в предшествующем уровне техники, ниже будут кратко описаны сопроводительные графические материалы, которые необходимо использовать в описаниях вариантов осуществления или предшествующего уровня техники. Очевидно, что графические материалы в представленных ниже описаниях представляют собой только некоторые варианты осуществления настоящего изобретения. Специалист в данной области техники может дополнительно получить другие графические материалы в соответствии с этими графическими материалами без осуществления творческой работы.

[0023] На фиг. 1 изображен вид в поперечном сечении 1 варианта осуществления 1.

[0024] На фиг. 2 изображен вид в поперечном сечении 2 варианта осуществления 1.

[0025] На фиг. 3 изображен вид в поперечном сечении 1 варианта осуществления 2.

[0026] На фиг. 4 изображен вид в поперечном сечении 2 варианта осуществления 2.

Названия частей, представленных цифрами или буквами на графических материалах:

1: механизм давления; 2: болт; 3: выступающая часть; 4: паз; 5: испытуемый образец; 6: цилиндрический корпус; 7: отверстие для выпуска газа; 8: основание; 9: отверстие для впуска газа; и 10: пустая полость.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0027] Конкретные реализации настоящего изобретения кратко описаны ниже в сочетании с прилагаемыми графическими материалами. Очевидно, что варианты осуществления, описанные в настоящем документе, являются лишь частью вариантов осуществления настоящего изобретения, а не всеми вариантами осуществления. На основе вариантов осуществления в настоящем изобретении все другие варианты осуществления, полученные специалистом в данной области техники без осуществления творческой работы, должны попадать в объем правовой охраны настоящего изобретения.

[0028] На фиг. 1–4 представлены примерные варианты осуществления настоящего изобретения, и, соответственно, подробно проанализирована структура под разными углами.

Вариант осуществления 1

[0029] Устройство для экспериментального определения давления прорыва газа, изображенное на фиг. 1 и 2, содержит цилиндрический корпус 6, используемый для размещения испытуемого образца 5. Один конец цилиндрического корпуса 6 представляет собой конец для впуска газа, а другой конец представляет собой конец для выпуска газа. Конец для впуска газа соединен с устройством для подачи газа, а конец для выпуска газа соединен с устройством для контроля газа. Секция уплотнения сформирована на внутренней стенке цилиндрического корпуса 6. Нет никаких ограничений, применимых к структуре секции уплотнения, пока испытуемый образец 5 находится в тесном контакте с внутренней стенкой цилиндрического корпуса 6, поглощая воду и расширяясь для уплотнения во время испытания, и, исходя из этого, между испытуемым образцом 5 и корпусом 6 цилиндра присутствует негладкая контактная поверхность. Устройство для подачи газа может представлять собой инертный газ, а устройство для контроля газа может представлять собой детектор утечки газа или расходомер. Если используется детектор утечки газа, то газ контролируется через разные промежутки времени, и можно определить, что газ постоянно прорывается, если газ постоянно переполняет пространство. Если расходомер используется для контроля газа, то можно определить, что газ постоянно прорывается при обнаружении повышения расхода газа.

[0030] Кроме того, конец для впуска газа цилиндрического корпуса 6 находится в болтовом соединении с механизмом 1 давления. Отверстие 9 для впуска газа образовано в механизме 1 давления и соединено с устройством для подачи газа. Конец для выпуска газа цилиндрического корпуса 6 находится в болтовом соединении с основанием 8. Отверстие 7 для выпуска газа образовано в основании 8 и соединено с устройством для контроля газа. Пустая полость 10 образована внутри цилиндрического корпуса 6. Испытуемый образец 5 располагается внутри пустой полости 10. Секция уплотнения сформирована на внутренней стенке цилиндрического корпуса 6, находящейся в контакте с испытуемым образцом 5. Испытуемый образец 5 поглощает воду и расширяется таким образом, чтобы заблокировать секцию уплотнения для обеспечения уплотнения. Благодаря расположению механизма 1 давления и основания 8, уплотнительный эффект цилиндрического корпуса 6 улучшается. Нет никаких ограничений, применимых к способам соединения цилиндрического корпуса 6 и механизма 1 давления, а также основания 8. Болтовое соединение является лишь примерным вариантом осуществления.

[0031] Кроме того, высота H_t секции уплотнения, высота H_{образец} испытуемого образца 5, внутренний диаметр D_t цилиндрического корпуса 6 и диаметр D_{образец} испытуемого образца 5 имеют следующие соотношения:

[0032] Эксперимент показывает, что в таких соотношениях испытуемый образец 5 может заблокировать секцию уплотнения после поглощения воды и расширения, не вызывая при этом повреждения толщи внешней породы из-за чрезмерной силы расширения.

[0033] Кроме того, секция уплотнения представляет собой множество групп пазов 4, равномерно распределенных вдоль осевого направления цилиндрического корпуса 6. Каждая группа пазов 4 расположена вдоль окружности внутренней стенки цилиндрического корпуса 6 или расположена в секциях.

[0034] Кроме того, каждый из пазов 4 имеет глубину 0,3 мм и ширину 1 мм, а расстояние между двумя смежными группами пазов 4 составляет 4 мм.

Вариант осуществления 2

[0035] Устройство для экспериментального определения давления прорыва газа, изображенное на фиг. 3 и 4, идентично устройству по варианту осуществления 1, за исключением того, что:

[0036] механизм 1 давления и основание 8 соответственно снабжены выступающей частью 3, которая входит в пустую полость 10 цилиндрического корпуса 6. Выступающая часть 3 взаимодействует с механизмом 1 давления и основанием 8, чтобы облегчить установку уплотнительного кольца, так что уплотнительный эффект всего устройства улучшается.

[0037] В соответствии с устройством для экспериментального определения давления прорыва газа, раскрытым в настоящем изобретении, за счет формирования секции уплотнения на внутренней стенке цилиндрического корпуса 6 расширяемый испытуемый образец 5 поглощает воду, а затем расширяется таким образом, чтобы заблокировать секцию уплотнения для обеспечения уплотнения, вследствие чего гладкая контактная поверхность более не присутствует между испытуемым образцом 5 и корпусом 6 цилиндра в вертикальном направлении, и предотвращается прорыв газа из области взаимодействия испытуемого образца 5 и цилиндрического корпуса 6, а точность результата экспериментального определения давления прорыва газа эффективно повышается.

[0038] В соответствии с устройством для экспериментального определения давления прорыва газа по вышеупомянутому варианту осуществления настоящее изобретение дополнительно предоставляет способ экспериментального определения давления прорыва газа. Способ реализуют посредством использования устройства по вышеупомянутому варианту осуществления. Способ экспериментального определения включает следующие этапы.

[0039] Этап I: помещение изготовленного испытуемого образца 5 в секцию уплотнения, расположенную в пустой полости 10 цилиндрического корпуса 6.

[0040] Этап II: повышение влажности в испытательном пространстве, чтобы дать возможность испытуемому образцу 5 поглощать воду и расширяться, чтобы заблокировать секцию уплотнения, пока пространство не будет уплотнено.

[0041] Этап III: закрепление механизма 1 давления и основания 8 на конце для впуска газа и конце для выпуска газа цилиндрического корпуса 6 соответственно посредством болтов 2; соединение отверстия 9 для впуска газа, образованного в механизме 1 давления, с устройством для подачи газа; и соединение отверстия 7 для выпуска газа, образованного в основании 8, с устройством для контроля газа.

[0042] Этап IV: постепенное увеличение давления газа на отверстии 9 для впуска газа с 0 и указание того, что разность давлений между двумя концами является давлением прорыва газа испытуемого образца, когда непрерывный поток газа контролируют на отверстии 7 для выпуска газа основания 8.

[0043] Кроме того, испытательное пространство находится при температуре 20°C.

[0044] На основании вышеизложенного устройство для экспериментального определения давления прорыва газа, раскрытое в настоящем изобретении, содержит цилиндрический корпус для размещения испытуемого образца, а секция уплотнения сформирована на внутренней стенке цилиндрического корпуса. За счет формирования секции уплотнения на внутренней стенке цилиндрического корпуса расширяемый испытуемый образец поглощает воду и затем расширяется таким образом, чтобы заблокировать секцию уплотнения для обеспечения уплотнения, вследствие чего гладкая контактная поверхность более не присутствует между испытуемым образцом и корпусом цилиндра в вертикальном направлении, и предотвращается прорыв газа из области взаимодействия испытуемого образца и цилиндрического корпуса, а точность результата экспериментального определения давления прорыва газа эффективно повышается.

[0045] Специалисты в данной области техники могут реализовать и использовать настоящее изобретение на основании вышеупомянутых описаний раскрытых вариантов осуществления. Различные модификации этих вариантов осуществления будут очевидны для специалистов в данной области техники. Общие принципы, определенные в настоящем документе, могут быть реализованы в других вариантах осуществления без отклонения от сущности и объема настоящего изобретения. Следовательно, настоящее изобретение не предназначено для ограничения этими вариантами осуществления, описанными в настоящем документе, но соответствует самому широкому объему, который находится в соответствии с признаками принципа и новизны, раскрытыми в настоящем документе.

Настоящее изобретение раскрывает устройство для экспериментального определения давления прорыва газа и относится к технической области захоронения высокоактивных радиоактивных отходов. Устройство для экспериментального определения давления прорыва газа содержит цилиндрический корпус (6), используемый для размещения испытуемого образца (5), при этом один конец цилиндрического корпуса (6) представляет собой конец для впуска газа, а другой конец представляет собой конец для выпуска газа; конец для впуска газа соединен с устройством для подачи газа, а конец для выпуска газа соединен с устройством для контроля газа; секция уплотнения сформирована на внутренней стенке цилиндрического корпуса (6); и во время испытания испытуемый образец (5) находится в тесном контакте с внутренней стенкой цилиндрического корпуса (6) для уплотнения; причем секция уплотнения представляет собой множество групп пазов (4), равномерно распределенных вдоль осевого направления цилиндрического корпуса (6); и каждая группа пазов (4) расположена вдоль окружности внутренней стенки цилиндрического корпуса (6) или расположена в секциях. Технический результат - повышение точности результата экспериментального определения давления прорыва газа. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для экспериментального определения давления прорыва газа, содержащее цилиндрический корпус (6), используемый для размещения испытуемого образца (5), при этом один конец цилиндрического корпуса (6) представляет собой конец для впуска газа, а другой конец представляет собой конец для выпуска газа; конец для впуска газа соединен с устройством для подачи газа, а конец для выпуска газа соединен с устройством для контроля газа; секция уплотнения сформирована на внутренней стенке цилиндрического корпуса (6); и во время испытания испытуемый образец (5) находится в тесном контакте с внутренней стенкой цилиндрического корпуса (6) для уплотнения;

причем конец для впуска газа цилиндрического корпуса (6) жестко соединен с механизмом (1) давления с возможностью отсоединения; отверстие (9) для впуска газа образовано в механизме (1) давления и соединено с устройством для подачи газа; конец для выпуска газа цилиндрического корпуса (6) жестко соединен с основанием (8) с возможностью отсоединения; отверстие (7) для выпуска газа образовано в основании (8) и соединено с устройством для контроля газа; пустая полость (10) образована внутри цилиндрического корпуса (6); испытуемый образец (5) размещен в пустой полости (10); и секция уплотнения сформирована на внутренней стенке цилиндрического корпуса (6), находящейся в контакте с испытуемым образцом (5);

причем высота H_t секции уплотнения, высота H_{образец} испытуемого образца (5), внутренний диаметр D_t цилиндрического корпуса (6) и диаметр D_{образец} испытуемого образца (5) имеют следующие соотношения:

;

причем секция уплотнения представляет собой множество групп пазов (4), равномерно распределенных вдоль осевого направления цилиндрического корпуса (6); и каждая группа пазов (4) расположена вдоль окружности внутренней стенки цилиндрического корпуса (6) или расположена в секциях.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждый из пазов (4) имеет глубину 0,3 мм и ширину 1 мм, а расстояние между двумя смежными группами пазов (4) составляет 4 мм.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что механизм (1) давления и основание (8) соответственно снабжены выступающей частью (3) и выступающая часть (3) входит в пустую полость (10) цилиндрического корпуса (6).

4. Способ экспериментального определения давления прорыва газа, использующий устройство для экспериментального определения по любому из пп. 1–3, включающий следующие этапы:

этап I: помещение изготовленного испытуемого образца (5) в секцию уплотнения, расположенную в пустой полости (10) цилиндрического корпуса (6);

этап II: повышение влажности в испытательном пространстве, чтобы дать возможность испытуемому образцу (5) поглощать воду и расширяться, чтобы заблокировать секцию уплотнения, пока пространство не будет уплотнено;

этап III: закрепление механизма (1) давления и основания (8) на конце для впуска газа и конце для выпуска газа цилиндрического корпуса соответственно посредством болтов (2), соединение отверстия (9) для впуска газа, образованного в механизме (1) давления, с устройством для подачи газа и соединение отверстия (7) для выпуска газа, образованного в основании (8), с устройством для контроля газа; и

этап IV: постепенное увеличение давления газа на отверстии (9) для впуска газа с 0 и указание того, что разность давлений между отверстием (9) для впуска газа и отверстием (7) для выпуска газа является давлением прорыва газа испытуемого образца (5), когда непрерывный поток газа контролируют на отверстии (7) для выпуска газа основания (8).

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что испытательное пространство находится при температуре 20°C.