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德國wille巖石真三軸測試系統

這套別具特色德國wille巖石真三軸試驗機系統是為研究各種尺寸及各向應力約束(σ1≠σ2≠σ3)條件下的巖石特性量身定制的解決方案，適用于地球熱能方向的研究者、水文學家、石油資源工程師和礦產開發、地球物理和巖土工程技術領域的研究者的研究用途。

巖石真三軸試驗系統可以滿足標準測試參數和各種不同測試條件下的要求。 可進行產品和服務的訂制，以滿足您 的各種需求。 不同的升級選項可根據測試選項需求設置。 用于不同的試驗領域，例如：

● 巖石力學研究

● 采礦和建筑

● 石油天然氣的勘探和生產

● 地熱能開發

德國wille巖石真三軸試驗系統能夠測試從花崗巖到泥石的各種廣泛材料，以及高強度易碎巖石的破壞條件。巖石真三軸試驗系統在通過三個獨立的受控主軸（σ1≠σ2 ≠σ3）在立方體試樣上施加應力，產生高達1200kN（或 更高）的荷載力。 試樣室可容納300mm 的立方體試件，可選配高 達150° C 的溫度控制以及孔隙壓力測量裝置，可以連續進行聲發射記錄、超聲波測試、水力壓裂和滲 透（瞬態或穩態）測量。巖石真三軸試驗系統完全自動化，由靈活且可編程的 GEOsys 軟件控制。 提供各種傳感器、變送器、測量和試驗選項。

產品特點
▍高剛度獨立結構設計

▍六個用于施加獨立應力的液壓作動器（σ1 ≠ σ2 ≠ σ3）

▍用于不同試樣尺寸的立方測試室，可達 300*300*300mm

▍適用于較小試件尺寸的適配器，例如：200,100 或 50mm 立方體試樣

▍高壓壓盤與系統摩擦非常小

▍六個高精度位移傳感器，用于測量三個主要方向上的每個面的應變

▍靈活的控制軟件適用于幾乎沒有限制的多軸試驗的試驗方法

▍托架結構，便于在 4 個方向上拆卸和放置試件

▍高速動態控制器（2.5kHz 或10kHz），用于監測傳感器值并進行閉環控制，例如 載荷、位移、位置和體積或流量

▍靈活的控制軟件，適用于所有試驗選項的測試程序

▍巖石真三軸試驗系統能夠施加不同的應力路徑或應變率

主要配置

① 高剛度/重型設備基礎，包括4個方向的液壓托架部分

② 真三軸測試室

③ 主應力作動器

④ 伺服液壓動力源

⑤ 水力壓裂試驗增壓器

⑥ 高速動態控制器

⑦ 用于孔隙壓力/滲透率或水力壓裂試驗的高壓注射泵

⑧ 軟件系統

巖石真三軸測試室
立方體巖石真三軸高壓測試室安裝在剛性框架上，設計用于對巖石試件進行三軸測試。 這使得在每個主應力方向（sigma 1、sigma 2、sigma 3）上進行靜態應力應變測量成為可能。 測試室設計用于 300x300x 300mm 的不同立方體試件尺寸（可根據要求提供更大的試件尺寸）。測試室設計可將液體（可以是鹽水）注入立方體的每個表面以進行壓裂測試（鉆孔注入測試）或荷載作用條件下的滲透率測試。
以下組件是執行巖石真三軸試驗所需的。 這些測試可以在不同應力下的不同樣本尺寸上進行：
● 6 個伺服液壓作動器，荷載高達1200kN
● 各個面的加載壓板
● 壓力控制精度0.1%
● 6個集成的高分辨率位移傳感器 (LVDT)，可在每個應力方向上進行應變測量，分辨率為0.0001mm

主要特點
▍大的開口，使試件安裝更簡單
▍圍壓可達50MPa
▍巖石真三軸測試室能夠施加不同的應力路徑或應變率
▍巖石真三軸測試室能夠承受動態載荷
▍使用輔助機械部件和適配器，系統可測試更小尺寸的試樣(邊長150mm,100mm 和 50mm)

▍包括用于升高和降低底部執行器的內置機構
▍測試室能夠容納以下附加儀器：
● 聲發射系統
● P 波和 S 波超聲波測量
● 額外的安裝，例如被動式電子測量系統
● 用于將液體（可以是鹽水）注入立方體的每個表面，以在加載條件下進行壓裂測試的組件（鉆孔注入測試）

液壓源
德國wille液壓源系列產品，液壓增壓器和伺服液壓試驗系統提供合適的液壓油，以滿足其試驗系統的需求。
液壓系統的動態性能取決于輸入的液壓油流量和作動器中的壓力，因此我們提供了多種流量以滿足您的應用所需的動態性能。所有組件均方便安裝、易于檢修。
液壓動力源的主要特點是它們提供了與需求相關的流量控制，可在210Bar、280Bar或340Bar的穩定壓力下工作，可在位于加載架旁邊或距離比較遠的位置。
油水換熱器或空氣換熱器可控制液壓油的溫度，當液壓油溫度超過預設值時，溫度開關會關閉液壓動力裝置，前面板上的指示燈會亮起提示溫度超限。
可按需求提供閉環再冷卻系統（用于油、水冷卻），并可將其集成到系統中。

主要特點

▍產生平穩的液壓流體，不會出現壓力尖峰
▍流速范圍從 3.8 LPM 到 54 LPM
▍使用特殊隔音罩以降低噪音水平
▍自動可變流量/恒壓
▍電源操作鍵位于前面板，也可作為附加選項進行遙控操作
▍設備上有實體的緊急停止按鈕
▍高溫度保護（限制）
▍熱恒溫調節閥確保很小用水量
▍安靜的內置齒輪泵，具有恒定的供油量
▍帶電氣安全模式的電機功率指示
▍可提供控制軟件

▍各種油箱容量

▍使用壽命長

▍整個液壓源包括：高壓伺服閥、熱交換器、液壓油加注口、液壓軟管組（標準長度）、油濾清器、油壓和/或液位計、溫度指示器、緊急停止按鈕、多重隔振、靜音內置齒輪泵、泄壓閥

選配：●循環水系統（冷水機），減少冷卻水用量  ●提供風冷和水冷兩種類型

前面板布局

指示燈：主開關、緊急停止、“開始”、“啟動”（指示燈）、重置、壓力表、油濾（臟）、油位低（閃爍）、油溫高（閃爍）、電機溫度（油泵電機過載）、急停（按下急停按鈕后亮起）

空氣冷卻方式

空氣冷卻方法使用大型風扇，使冷空氣通過散熱器的葉片，以快速有效地降低熱液壓油的溫度。熱液壓油在散熱器中循環變涼恢復工作狀態。對于大流量的動力裝置，風扇須產生大量的冷風，或者建議使用水冷方法。

水冷方式
在這種方法中，使用冷卻水來降低油的溫度，使其達到工作溫度條件。 必須根據液壓源的功率，正確計算冷水的流量，以提供非常適合的制冷性能。 采用水冷方式裝置的噪音水平要優于風冷方式。 例如，流量為7LPM的液壓源，水冷方式的噪音水平為51db，非常安靜，而風冷方式為62db（該值以1米距離為單位測量）。

增壓器
增壓器為測試樣品提供閉環的伺服控制的液體壓力。多通道電子控制系統控制增壓器內的伺服閥，以產生相關的圍壓或孔隙壓力，可進行滲透率測量或水力壓裂測試。增壓器可在加壓的同時，測量滲透率測試的水量以及三軸測試中的體積變化。
在巖石三軸試驗中，需要單獨的液壓源為增壓器提供動力，即主液壓動力單元。液壓動力單元將流體加壓至21MPa (3,000psi)，隨即填充到增壓器的儲液罐。然后增壓器將儲液器中的流體升高到所需的壓力，例如140兆帕或210兆帕。當需要連續流量時，可以選配帶有兩個伺服閥的雙活塞增壓器作為準確壓力或體積控制。

壓力控制的不同模式：?恒壓  ?連續無級很定速率增加或減少壓力  ?恒定流量  ?恒定體積條件閉環控制模式  ?壓力控制方式  ?位移控制方式

主要特點

▍非常適合圍壓、孔隙壓力、滲透率和水力壓裂測試

▍所有需要操作的閥門都安裝在前面板上，使用方便

▍用于閉環伺服控制的壓力和位移傳感器

▍可與數字控制箱和 GEO-sys 軟件集成

▍壓力測量和閉環控制，可實現恒定壓力或壓力梯度

▍自動體積測量并根據壓力增量進行自動體積校準

▍前面板液壓示意圖

▍面板上顯示液位

▍集成限位開關和限壓開關（安全停止）

▍高頻、雙作用（兩級伺服閥）、管路里的蓄能器可以很 大限度地減少壓力波動和尖峰

▍位移控制方式

可選配件：腐蝕性孔隙液體特殊設計方案、特定壓力范圍的靜音高精度電機控制增壓器、孔隙液體的溫控系統，控制高達140℃

前面板
前面板包括：閥門示意圖、液位指示器、壓力指示器、手動閥（壓力開關，沖洗閥或壓力供應/出口作為選配）

且可根據需求定制：開始/停止按鈕、電子溫度指示器、緊急關閉按鈕

增壓器具有溫度極限范圍須加以考慮。由于許多試驗都是在高溫下進行的，因此重要的是讓三軸室中的液體在循環到增壓器中之前先冷卻下來。另外在試驗過程中，孔隙壓力也可能被加熱到溫度極限，也應特別請注意。如忽略了溫度范圍，儲存器、密封件和其他撓性管可能會損壞。內部傳感器能夠應對各種試驗所使用的溫度。
德國wille增壓器，可將液體加熱到大約140℃，并施加孔隙壓力或滲透性試驗的液體。在該系列中，所有儲液罐、管路和連接件都完全隔熱，以確保將熱量損失降至很低。

配置組成：金屬柜（可選帶腳輪）、儲液器、用于二次加壓獨立油箱的加注泵、閥門控制系統、MOOG伺服閥、高精度壓力傳感器、泄壓閥、高精度線性位移傳感器，可指示活塞相對位置、增壓器（作動器）、操作控制面板、連接到作動器的高壓軟管，連接到液壓動力源的液壓軟管
備注：增壓器需要液壓動力裝置來提供高達21 MPa（3,000 psi）的液壓油（需另訂購）。在打開液壓動力裝置之前，請檢查使用相同液壓動力源的所有系統，確保它們處于正確的狀態。

閉環控制模式
在對三軸室加壓期間以及整個試驗過程中，增壓器中有壓力傳感器、線性位移傳感器和集成控制器，可從兩個傳感器接收反饋信號實現閉環控制，以不同的模式選擇閉環控制。

壓力控制模式
在此控制模式下，來自壓力傳感器的信號（顯示為三軸室壓力）將作為控制反饋信號。在巖石三軸試驗中，壓力控制模式是首要選擇且常用的控制模式，適合在溫度條件下進行試驗。
請注意在溫度條件下進行試驗時，當密閉液體和試樣的溫度升高時，還須考慮熱膨脹效應。熱膨脹會增加三軸室壓力，但是由于控制模式僅控制壓力，因此當溫度升高時，三軸室內部的壓力通常不會增加。

位移控制模式
位移控制模式，將位移傳感器的輸出信號選擇為系統的控制反饋信號。這種控制模式并不流行，因為在這種模式下控制器對壓力變化不進行調整，位移的微小變化會導致三軸室的壓力發生了顯著變化。尤其是在溫度條件下進行試驗時，三軸室內部的密閉液體會發生熱膨脹，三軸室內部的壓力會增加，并且無法通過控制器來調整。

孔壓系統
機械和水力壓裂試驗可以在干燥和飽和條件下進行，無需施加孔隙水壓力。在后一種情況下，試件將在三軸室外飽和并在飽和條件下安裝。
可以升級以施加和測量孔隙水壓力，允許在增加孔隙水壓力條件下進行高達50MPa的機械和水力壓裂試驗。每個壓盤表面的一個孔隙流體端口沿每個主應力軸方向傳送和測量流體孔隙壓力。

首先要為每個設備上添加高達150MPa的立方體高壓外殼，以便在增加孔隙水壓力高達100MPa的條件下進行機械和水力壓裂測試。其次，要施加孔隙壓力，須在每個方向（上游和/或下游）都有一個增壓器。每個壓盤表面有兩個獨立的孔隙流體端口，一個用于輸送流體，另一個獨立的測量每個沿主應力方向的孔隙壓力。

滲透試驗
系統可以升級實現滲透率試驗，可升級三軸室以進行全方向的滲透測試，包括對每個面進行特殊密封。 在每個壓板的表面，應該有一個端口連接一個增壓器，以施加沿每個不同應力方向的孔隙壓力，從而進行定向的滲透測試。 這包括專門制造的立方密封件以區別每個表面（孔隙壓力）方向。壓力泵可以設置為恒定流速或恒定壓力工作模式。流體通過試件，然后通過過濾器，再從低處流出，被收集在儲液器中。

穩態滲透：該方法基于恒定壓力差，需要兩個單獨的注射泵，兩個注射泵在試樣的頂部和底部產生恒定的壓力差。在這種方法中，使用兩個單獨的注射泵或雙機型注射泵進行試驗。
瞬態滲透：該方法需要一個注射泵，該泵控制試樣頂部的孔隙壓力，并需要監測底部的孔隙壓力響應。

水力壓裂試驗
主系統可結合高壓注射泵或高壓增壓器及相關部件，通過鋼管對空心試件上施加恒定的高壓流體，進行水力壓裂試驗。 當試件處于所需的主應力和溫度下時，在立方體試件一側的中心施加壓力。 專用軟件模塊將集成到主控制軟件中。
為了進行水力壓裂試驗，需要在試件的一個表面中心鉆一個孔，水力壓裂口貼在這個面上，并在加載板上進行密封。 然后通過端口將所需的壓裂壓力施加到預鉆孔。

備注：每個樣本尺寸都需要特制對應尺寸的專用組件。為了注入流體，我們提供了一個高壓泵系統，和與試件尺寸結合的高壓壓板。（該壓板具有將流體注入試件表面中間的通道。）

主要特點

▍可以在不同壓力范圍內進行水力斷裂試驗

▍可選具有不同端口配置的壓板

▍包括用于水力壓裂測試軟件模塊的主軟件

▍可以在有或沒有圍壓的情況下進行測試

▍必配附件：?高壓注射泵  ?鉆孔設備 (單獨訂購)

溫度控制組件
該組件允許用戶在三軸室內以 0.1°C 的精度控制和監測從環境溫度到150°C的溫度。溫度可以通過主軟件控制。
專業的控溫方法，每個模板上有9個特殊加熱器，可高速加熱，比傳統方法達到所需溫度耗時更短?？刂破鲗崿F閉環反饋控溫，溫度可在外部顯示器（應要求）和軟件中顯示。整套組件使三軸室和試件內的溫度差異非常小。

主要特點
▍特殊的加熱方式
▍隔熱部件可很大限度地減少溫度損失
▍溫度傳感器直接測量試件的溫度
▍加熱元件和傳感器固定在板層之間的壓力密封外殼中
▍加熱元件內置于板中，使用 PT100 熱敏電阻和 Eurotherm溫度控制器進行閉環溫度控制。加熱系統功率高達5400 瓦
▍內部溫度傳感器閉環控制加熱
▍溫度范圍從環境溫度到 150 °C，精度 < 0,1°C
▍測試過程中同時監測溫度
▍控制系統在測試過程中同顯示設定溫度和實際溫度
▍通過PC軟件實現可編程功能的完全自動化
▍測試期間所有控溫過程可自由編程，如增加或減少斜率、恒溫或改變功能
▍PC 控制加熱系統的控制和數據采集軟件模塊（包括電纜連接和協議）

超聲波試驗系統
這是一套完整的超聲試驗系統，包含所有需要的電氣和機械硬件，如信號調節器和脈沖發生器、超聲速度和數據采集控制器，包括P波和S波（可選S1和S2）組合換能器的超聲底座、上帽以及所需的軟件。該軟件可對巖石試樣進行超聲波速測量試驗。該試驗適用于高達200℃的溫度和高達210 MPa的壓力。

數字控制器

數字高速高分辨率可擴展實時控制和數據采集系統，24位分辨率，高達10KHz 的控制和數據采集。動態控制器適用于電機控制系統和液 壓控制系統?？沈寗印?0V的液壓設備，能夠采集各種傳感器的信號，例如荷載傳感器、LVDT、應變計、引伸計、熱電偶等。

控制器功能強大，允許通過智能傳感器插頭對測量傳感器和控制參數進行模塊化設計，模塊可存儲校準參數，因此可以根據應用靈活使用。

主要特點

▍多達32個低噪聲閉環控制通道，用于靜態和動態試驗

▍每個軸24位分辨率（例如，力、位移、壓力、應變等）

▍具有數字控制器參數設置和所有控制功能之間的無擾切換

▍所有控制功能之間平滑轉換

▍完整、同步傳輸數據，無任何數據丟失

▍數字可調控制器參數（PID 參數）

▍簡單靈活的試驗或設定點參數調整

▍外部連接的I / 0處理

▍使用電腦軟件進行配置和設置

GEOSYS 試驗軟件

GEOsys 是 Windows 下的多功能模塊化控制和數據采集軟件。用戶可以通過圖形界面上的結構化 Windows 指令對復雜 的用戶自定義試驗序列進行簡單編程。

GEOsys 利用靈活的可編程系統來控制協調各種試驗流程的試驗設備。靈活的操作面板提供了用于配置硬件設備的工具、 用于執行加載程序的編輯器以及分析、仿真和數據存儲功能。

軟件支持試驗環境的模塊化結構，從而實現靈活的配置。 該軟件的重要關鍵特性是用戶可以通過圖形界面使用結構化的 Windows 操作，簡單而自由地編寫標準或復雜的試驗序列。

Geosys 軟件擁有強大的功能，它 不僅與我們的產品兼容，而且還可 以與其他制造商的硬件一起使用， 為類似或更高標準的硬件提供數據 采集和試驗控制。

產品特點

▍滿足所有試驗需求的獨特試驗平臺，無論是土力學、瀝青、巖石還是其他的動態和靜態試驗

▍控制和數據采集軟件

▍同步所有動態作動器

▍自由可編程的試驗序列控制和公式編輯器（升級版）

▍使用并行配置通道對每個通道進行完整的實時數據采集和閉環控制

▍靈活且用戶友好

▍支持同類廠商功能 ASCII 數據轉換選項

▍PID 參數的設置（參數優化或調整取決于材料）

▍易于管理的用戶角色（系統管理員、服務人員、試驗開發人員、實驗員）——減少出錯的可能性

▍獨立于操作系統平臺的軟件，例如適用于 WINDOWS、LINUX 或 MAC OSX 等

▍用戶可以通過圖形界面使用結構化的 Windows 操作，簡單而自由地編程標準或復雜的試驗序列

▍適用于多達任意數量的同步且獨立的實時、閉環控制通道、機器或試驗設備，例如軸向載荷、圍壓、孔隙水壓、孔隙氣壓等

▍硬件組件的管理，自定義測量值計算

▍語言：英語、德語、俄語、中文、波蘭語等

巖石試驗模塊
GEOsys專為材料試驗中的所有試驗應用場合設計，閉環控制靜態和動態試驗，如應力控制、應變控制、應力路徑、循環加載、正弦波、矩形、三角形和自定義波等加載方式。
控制和數據采集軟件，還具有根據ASTM或ISRM方法運行試驗的不同模塊。下面列出的某些試驗需選配硬件。根據客戶要求隨主要軟件一起提供一套或幾套模塊如：

用戶可編程版軟件

軟件優勢在于其應用程序方面，即使沒有經驗的用戶也可以在短時間內學會編輯復雜的試驗過程。提供了在運行期間優化試驗效果的可能性，自動控制調整的效果立即可以在圖形中看出來。
PID控制數據可以存儲為文件，執行優化的自動控制調整的不同試驗程序?？梢栽O置虛擬試樣，輕松對所有試驗程序進行仿真驗證加快編程進度，也可修改標準試驗中現有的軟件模塊。

主要特點
▍同步閉環控制所有作動器，可周期性、動態設定參數或峰值控制
▍周期性和動態設定參數的峰值控制
▍并行控制，對每個通道進行實時數據采集和閉環控制
▍傳感器庫、波形庫和試驗庫
▍物理量和狀態顯示，以及具有縮放和凍結功能的實時圖形，可在試驗后和/或試驗期間隨時輸出打印機
▍可單獨修改每個通道的數據采集
▍每個通道均可通過軟件設置傳感器參數（荷載，位移等）
▍可針對通道單獨配置的數據采集，如采集速率，參數設置，記錄類型（如ASCII）
▍交互式更改所有通道或試驗系統的試驗參數
▍操作人員權限管理，不同用戶訪問不同的界面。如，系統管理員可以設置系統參數，系統配置、PID參數設置、傳感器配置和量程設定
▍集成仿真功能，無需安裝真實試樣也可以檢查試驗程序的功能