[发明专利]分体多层联动增压油缸

说明书

本发明提供一种在岩石力学试验中给大尺度(＞0.4米)立方体岩石样品承载面上输出高应力水平的分体多层联动增压油缸。其特征是采用多层油缸串联的方式来实现增压，解决了输出大荷载的问题；多层油缸的加压活塞采用螺栓连接，实现多层油缸活塞伸缩的一致性；多层油缸中的每层油缸的缸体和活塞均可以单独加工，可以降低加工的难度并保证加工的精度；分体多层联动增压油缸是由单体油缸组装而成，进油和回油均通过位于最底层缸体上的单向阀门实现；上部各层油缸与底层油缸通过上下腔通路连接，实现同时供油并同步输出载荷。分体多层联动增压油缸可以输出远大于单体油缸的荷载值，为在实验室模拟深层地应力奠定基础。

技术领域 岩石力学试验技术与设备领域

背景技术 当今世界资源勘探开发已向地球第二深度空间挺进，地应力现场测试数据表明3500～5000m深度的地应力水平可达到95～135M Pa，这类资源的开发需采用超深钻井且必须对储层进行地质体压裂改造，这就需要在实验室模拟大尺度(＞0.4米)立方体岩石样品在深部地应力作用下的钻进以及压裂过程，这种情况下试验机需要在每个作用面上输出与深部地应力水平基本相当的荷载值，如果每个作用面上的应力达到100 MPa就需要在每个面上输出1600吨的压力，目前的试验机液压缸由于密封技术的限制而无法输出这种水平的应力，这就直接导致油缸活塞无法在相应作用面上输出相当应力水平的荷载，这是个技术难题。

发明内容 本发明提供一种在岩石力学试验中给大尺度(＞0.4米) 立方体岩石样品承载面上输出高应力水平的分体多层联动增压油缸。其特征是采用多层油缸串联的方式来实现增压，解决了输出大荷载的问题；多层油缸的加压活塞采用螺栓连接，实现多层油缸活塞伸缩的一致性；多层油缸中的每层油缸的缸体和活塞均可以单独加工，可以降低加工的难度并保证加工的精度；分体多层联动增压油缸是由单体油缸组装而成，进油和回油均通过位于最底层缸体上的单向阀门实现；上部各层油缸与底层油缸通过上下腔通路连接，实现同时供油并同步输出载荷。分体多层联动增压油缸可以输出远大于单体油缸的荷载值，为在实验室模拟深层地应力奠定基础。

基本原理与技术：分体多层联动增压油缸是利用分体多层油缸之间互联互通的原理，在缸体内部最大油压值大小确定的情况下，将普通意义上的单体油缸分层叠加，将各层油缸的加压活塞通过螺杆连接来实现联动，这样多层活塞的受力面积较常规单体油缸增大，活塞受力面积增大可以使得整体油缸输出压力的增大，从而获得更高的输出压力，实现增压的目的。

这种分体多层联动增压油缸，由进程单向进油口1、进程单向出油口2、底层缸体3、底层活塞4、进程上下腔通路5、回程上下腔通路6、中层活塞7、中层缸体8、回程单向进油口9、回程单向出油口10、上层缸体11、活塞连接螺栓12、上层活塞13、进程上下油腔14、回程上下油腔15 组成。分体多层联动增压油缸由于在进程输出压力时进程上下腔14中同时输入高压液压油并作用于底层活塞4、中层活塞7以及上层活塞13，这样与常规单体油缸相比可以有效增大活塞受压面积以提高油缸输出压力。

附图说明

附图1是分体多层联动增压油缸正视剖面图，附图2是分体多层联动增压油缸俯视剖面图。

1：进程单向进油口；2：进程单向出油口；3：底层缸体；4：底层活塞；5：进程上下腔通路；6回程上下腔通路；7：中层活塞；8：中层缸体；9：回程单向进油口；10：回程单向出油口；11：上层缸体；12：活塞连接螺栓；13：上层活塞；14：进程下层油腔；15：进程中层油腔；16：进程上层油腔；17：回程上层油腔；18：回程下层油腔。

具体实施方式1.施加荷载时，高压液压油首先通过进程单向进油口1进入进程下层油腔14，充满后高压液压油通过进程上下腔通路5继续进入进程中层油腔15并充满腔内空间，随后高压液压油继续进入进程上层油腔16直到高压液压油充满腔内空间。

2.随着高压液压油继续由进程单向进油口1进入油缸，底层活塞4、中层活塞7以及上层活塞13通过活塞连接螺栓12连接以实现在高压液压油作用下同步进程来输出压力，最终压力通过上层活塞13输出并直接作用于岩石试样，达到预定压力值后，停止进程单向进油口1。

3.在试验压力作用完成后，将高压液压油从回程单向进油口9进入回程上层油腔17并充满腔内空间，之后高压液压油通过回程上下腔通路进入回程下层油腔18并充满腔内空间，随着高压液压油继续由回程单向进油口进入油缸，底层活塞4、中层活塞7在高压液压油作用下开始回程，在活塞连接螺栓12的带动下，上层活塞13也同步开始回程，最终底层活塞4、中层活塞7以及上层活塞13均回程至初始位置，整个压力加载过程结束。