CN101477094B - 一种采用细水雾抑制气体及粉尘***的实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用细水雾抑制气体及粉尘***的实验装置，特征是其耐压密闭的燃烧器内置有温度传感器、压力传感器和点火装置，器壁上设有透明观察窗口和压贴有防爆片的泄压孔，燃烧器顶部经带有阀门的抽气管和真空泵相连；燃烧器底部法兰底座上有向内突出的进气管，球顶向内突出的空心半球形罩体固定于进气管口上方，围绕着进气管外壁底部的法兰底座内设有圆环形凹槽，进气管经四通接头分别通过阀门经调节阀与燃气储罐相连、经细水雾进雾管与超声雾化仪相连、及和大气环境相通；利用进气压力把底部法兰凹槽内的粉尘扬起来悬浮在燃烧器中；利用本发明装置可进行气体或粉尘及其复合***的抑爆实验，研究火焰的传播规律及其微观结构。

Description

一种采用细水雾抑制气体及粉尘***的实验装置 

技术领域

本发明属于安全科学与工程实验设备技术领域，特别涉及采用细水雾抑制气体和粉尘***以及二者混合***的实验装置。 

背景技术

气体和粉尘***事故，尤其是瓦斯或煤尘事故的频频频发生，使得关于气体和粉尘***的研究越来越多，研究***现象需要相应的实验装置。《中国安全生产科学技术》杂志(2008，4(1)，108-111页)介绍了采用体积1.2升的哈特曼(Harttman)粉尘***管和20升球型***测试装置来研究气体或粉尘***的机理和现象，但由于其没有抑爆结构，无法用于对***的抑制进行研究。中北大学硕士学位论文(20060228)“管道式可燃气体-粉尘***试验装置设计”介绍了一种既可以做单纯的气体或粉尘***也可以做气体粉尘混合***的***研究装置，但也仅限于研究***现象却没有抑爆措施，且这个装置是钢质的，无法随时监测里面发生的现象。中国专利申请号200710020127.x的“抑制可燃物***传播的方法及装置”中采取在受限空间可燃物***危险存在的巷道或墙体内预设多个真空腔体装置，其封口面对可能发生***的空间，封口处设有受环境压力变化影响的弱面板，真空腔体的内表面敷设有吸波吸能层；预设在***现场的真空腔体一旦接收到***冲击波，真空腔体的弱面板即刻碎裂，将***产生的膨胀气体、***冲击波、***火焰等吸入真空腔体内，可大量吸收***产生的膨胀气体和***能量。但真空腔体装置是在***发生后才吸收***气体和***能量从而降低***气体的压力和能量，避免***引起的破坏，并不能从根本上抑制***的发生。 

发明内容

本发明的目的是提供一种采用细水雾抑制气体及粉尘***的实验装置，为研究细水雾抑制粉尘、气体***的机理和规律以及发展细水雾抑爆技术提供条件保障。 

本发明采用细水雾抑制气体及粉尘***的实验装置，其耐压密闭的燃烧器器壁上设有透明观察窗口和压贴有防爆片的泄压孔，燃烧器内设有温度传感器、压力传感器和点火装置，燃烧器顶部经带有阀门的抽气管和真空泵相连；其特征在于：燃烧器底部法兰底座上有一段向内突出的进气管，其下端和四通接头中的一通连通；球顶向内突出的空心半球形罩体固定于正对着该进气管口的上方，在法兰底座内围绕着进气管外壁底部设有圆环形凹槽，所述半球形罩体与圆环形凹槽处于上下相对的位置，半球形罩体的直径小于圆环形凹槽的外径；所述四通接头其余三通中的一通通过阀门和大气环境相连通，另外两通分别通过阀门与燃气进气管和细水雾进雾管相连；所述燃气进气管的另一端经调节阀和燃气储罐相连，细水雾进雾管的另一端与超声雾化仪相连。 

所述燃烧器可选用空心球体、圆柱体或长方柱体；可以由全透明的材料制造，或由非透明材料制造而留有透明观察窗口。 

所述球顶向内突出的空心半球形罩体固定在距离进气管口5-10mm处进气管口的上方，可采用在燃烧器器壁上固定一个向内伸出的支架，或者在燃烧器底部法兰的底座或进气管外壁上安装固定支架，将半球形罩体固定在进气管的正上方。 

实验时，先把粉尘置于燃烧器底部法兰底座的凹槽中，检查压贴在泄压孔上的防爆片是否完好，各阀门是否均已关闭；然后打开抽气管道的阀门，打开真空泵，把燃烧器抽到所需真空度后，关闭真空泵，并关闭好抽气管道的阀门；打开燃气进气管及细水雾进雾管上的阀门，由于燃烧器内的压力比外面的压力低，在压力差的作用下燃气储罐里的气体和超声雾化仪产生的细水雾分别通过燃气进气管和细水雾进雾管经由四通接头再经底部法兰底座的进气管流入半球形罩体，由于半球形罩体的阻挡而形成冲向凹槽的涡流而将置于凹槽中的粉尘扬起，由于半球形罩体的直径小于凹槽的外径，形成的粉尘云随涡流悬浮分布到整个燃烧器中；然后关闭燃气进气管及细水雾进雾管的阀门，启动点火装置进行点火，压力传感器和温度传感器分别显示燃烧过程中的压力和温度值；当燃烧器里的压力超过防爆片的耐压值时，泄压孔的防爆片自动破裂，燃烧气体从泄压孔释放出来从而实现安全泄压。由于在实验过程中可随时调节细水雾和/或燃气和/或空气的流量大小，可以通过增加粉尘的湿度及调节燃气或氧气浓度等方式抑制***的产生。 

由于本发明采用细水雾抑制气体及粉尘***的实验装置中可把粉尘事先置于燃烧器的底部法兰底座的凹槽中，利用气体进入燃烧器时的压力把粉尘扬起来悬浮在燃烧器中，不仅可以做单一的气体或粉尘***的抑爆实验，也可以做气体/粉尘复合***的抑爆实验；不仅可以测量抑爆前后***的最大压力、最大压力上升速率以及***的上下限等参数，也可以研究火焰的传播规律及其微观结构等。 

本发明实验装置采用透明的或有透明观察窗口的燃烧器，有利于对实验现象及其过程进行光学观测。如果在燃烧器的观察窗口设置高速摄像仪，则可根据实验需要拍摄试验现象图像。采用本发明实验装置，可通过选用、更换不同耐压值的防爆片来控制燃烧器内的极限实验压力；如果选用脉冲点火装置，则可根据实验需要调节点火能； 

利用本发明实验装置，还可根据需要将温度传感器和压力传感器所得到的信号分别经温度数据采集卡和压力数据采集卡传输给计算机，经设定的程序自动计算，得出***压力和温度上升速率的数据和图形，实现实验过程的压力和温度数据的自动测控和显示。 

与现有抑制可燃物***传播的方法及装置相比，本发明装置可通过超声雾化仪提供的细水雾增加粉尘的湿度和调节燃气和/或氧气浓度等方式抑制***的产生，克服了现有抑制可燃物***传播的方法及装置无法在***发生前进行抑制而只是在***发生后扩大气体的体积，减小***气体气压来抑制***破坏的缺点；与现有1.2升的哈特曼粉尘***管和20升的球罐及管道式可燃气体-粉尘***试验装置的单纯的研究***过程和机理的做法相比较，由于本发明采用在透明材料制造的燃烧器或有透明观察窗口的燃烧器里通入由超声雾化***产生的细水雾，克服了其无法进行实时监测内部实验现象和进行***抑制的缺点；采用本发明装置能抑制***的发生，可进行细水雾抑爆机理研究，为实际工程应用提供可供参考的数据。 

附图说明

图1是本发明采用细水雾抑爆试验装置的球形燃烧器实施例结构示意图。 

图2是本发明采用细水雾抑爆试验装置的长方柱燃烧器实施例结构示意图。 

具体实施方式

实施例1： 

本实施例采用细水雾抑制气体及粉尘***的球形燃烧器实验装置如图1所示：其燃烧器13由上、下两个不锈钢空心半球体用螺栓和橡胶垫片固定密封组成，靠近半球体接缝14的器壁上部设有透明的钢化玻璃观察窗口19，燃烧器顶部设有抽气孔15经抽气阀门和真空泵S6相连通；靠近抽气孔15的下方的器壁上设有泄压孔16，采用带孔的螺帽18把防爆片17密封压贴到泄压孔的螺栓上，一旦超压，防爆片就会自动破裂实现安全泄压，以避免实验中压力过大而造成装置被损坏；在燃烧器内置有压力传感器S1和温度传感器S2，在靠近底部法兰9的器壁上置有点火装置S3；燃烧器13的器壁与底部法兰9之间用螺栓和橡胶垫片8密封固定；该底部法兰9通过内螺纹管接头6和四通接头5固定连通，四通接头5的另外三通，一通通过放空球阀7和大气环境连通，其余两通中的一通经燃气球阀3和燃气进气管1相连通，另一通经细水雾球阀4和细水雾进雾管2相连通；所述燃气进气管1再经调节阀21与燃气储罐S5相连接，细水雾进雾管2再与超声雾化仪S4相连接；燃烧器底部法兰9的法兰底座上有向内突出的进气管11通过内螺纹管接头6和四通接头5连通，在离进气管口5-10mm处的正上方有一球顶向内突出的空心半球形罩体12，该半球形罩体12通过固定在靠近底部的燃烧器内壁上向内伸出的支架20固定在进气管口的正上方离进气管口5-10mm处；在法兰底座内围绕着进气管11外壁底部有一圆环形凹槽10，所述半球形罩体12和该圆环形凹槽10上下对应，半球形罩体12的直径小于圆环形凹槽10的外径。 

本实施例中燃气采用甲烷，粉尘采用煤粉，点火装置采用脉冲点火器。 

实验时，先把煤粉置于燃烧器底部法兰底座的凹槽10中，再把燃烧器13的上下两个空心半球体接缝14用螺栓和垫片密封固定，检查泄压孔16上的防爆片是否完好，各阀门是否均已关闭；然后打开抽气孔15与真空泵S6之间的抽气阀门，打开真空泵S6，把燃烧器13抽到所需真空度后，关闭真空泵S6，并关闭好抽气孔15与真空泵S6之间的抽气阀门；打开与甲烷进气管1相连的燃气球阀3和与细水雾进雾管2相连的细水雾球阀4，再打开甲烷储罐S5上的调节阀21，在压力差的作用下甲烷储罐里的气体和超声雾化仪S4产生的细水雾通过甲烷进气管1和细水雾进雾管2经四通接头5再经底部法兰9底座的进气管11流入半球形罩体12，由于半球形罩体12的阻挡形成下冲的涡流，将放在凹槽10中的粉尘扬起，由于半球形罩体的直径小于凹槽的外径，形成的粉尘云随涡流悬浮分布到整个燃烧器中；当甲烷和细水雾的通量达到实验要求的数值时，关闭甲烷储罐上的调节阀21，再关闭燃气球阀3和细水雾球阀4，打开放空球阀7至燃烧器里的压力和环境压力一致即压力传感器的数值不再变化时，关闭放空球阀7，启动点火装置S3进行点火。压力传感器S1和温度传感器S2分别显示燃烧过程中的压力值和温度值。当燃烧器13里的压力超过防爆片17的耐压值时，泄压孔16上的防爆片会自动破裂，燃烧气体从泄压孔释放出来从而实现安全泄压。 

由于在实验过程中可随时调节、加入细水雾和/或甲烷和/或空气，就可以通过增 加粉尘的湿度、调节甲烷的浓度、稀释氧气的浓度等方式抑制***的产生。 

本实施例中采用点火能可在1-800mJ范围内调节的脉冲点火器，可调节实验所需点火的脉冲电压。 

实施例2： 

图2为本实施例采用细水雾抑制气体及粉尘***的长方柱燃烧器实验装置的结构示意图，该燃烧器13中的一面器壁是不锈钢，另外三面器壁是透明的钢化玻璃。根据燃烧***理论，并考虑到粉尘在重力作用下的沉淀现象，为了使粉尘可以充满燃烧器，可采用燃烧器长径比为1∶6，依此可计算本实施例的长方柱燃烧器的当量尺寸。 

燃烧器13的顶部法兰S11中央有和真空泵S6相连接的抽气孔15，抽气孔15与真空泵S6之间管道上设有抽气阀门，顶部法兰S11与燃烧器的器壁之间采用橡胶垫片用螺栓密封固定，靠近顶部法兰的不锈钢器壁上设有泄压孔16，用带孔的螺帽18把防爆片17密封在泄压孔16上。底部法兰9通过内螺纹管接头6和四通接头5中的一通固定连通，四通接头5的另外三通，一通通过放空球阀7和大气环境连通，其余两通中的一通经燃气球阀3和燃气进气管1相连通，另一通经细水雾球阀4和细水雾进雾管2相连通，所述燃气进气管再经调节阀22与燃气储罐S5相连接，细水雾进雾管2再与超声雾化仪S4相连接；底部法兰9的法兰底座上设有管口向内突出的进气管11，距离该进气管口10mm处的正上方有一球顶向内突出的空心半球形罩体12，通过固定在进气管11外壁上端的支架22将半球形罩体12固定在进气管11的管口正上方距离该进气管口10mm处；在围绕着进气管11外壁的底部有一圆环形凹槽10，所述半球形罩体12和该圆环形凹槽10上下对应，半球形罩体12的直径小于圆环形凹槽10的外径。 

本实施例中温度传感器S7采用热电偶S2；并将温度传感器和压力传感器分别经温度数据采集卡和压力数据采集卡连接到计算机。本实施例中采用的是北京领邦仪器技术公司生产的数据采集仪，信号调理机箱S15(型号：ESC-CH01-03)、K型热电偶S2(响应时间微秒级，型号：E12-1-K)、1.25M采样率数据采集卡(型号：PCI-6250)、Dytran2300压力传感器S1；该1.25M采样率数据采集卡分为2个压力数据采集卡S7和4个温度数据采集卡S8，数据采集卡通过凹槽固定在信号调理机箱S9里；在信号调理机箱S9的箱壁上有2个压力数据采集卡的接孔和8个温度数据采集卡的接孔，一个数据采集卡有两个接口，分别对应正负极，压力传感器S1的输出端和压力数据采集卡S7连的输入端接；热电偶S2的正负输出端分别和温度数据采集卡S8的正负极输入端连接，在信号调理机箱S9的箱壁上有PCI插槽与计算机S10对应的接孔连接。所述压力传感器S1和热电偶S2分别固定在燃烧器13内的不锈钢内壁上。 

本实施例中燃气采用氢气，粉尘采用铝粉，点火装置采用电子点火器。 

实验时，先把粉尘置于燃烧器底部法兰底座的凹槽10中，再把底部法兰的法兰底座和燃烧器器壁之间用螺栓和橡胶垫片密封固定在一起，检查泄压孔16上的防爆片是否完好，各阀门是否均已关闭，然后打开抽气孔15与真空泵S6之间的抽气阀门，打开真空泵S6把燃烧器13抽到所需真空度后，关闭真空泵S6，并关闭好抽气孔15与真空泵S6之间的抽气阀门；打开与燃气进气管1相连的燃气球阀3和与细水雾进雾管2相连的细水雾球阀4， 再打开氢气储罐S5上的调节阀，在压力差的作用下氢气储罐里的气体和超声雾化仪S4产生的细水雾分别通过燃气进气管和细水雾进雾管经由四通接头5再经底部法兰底座的进气管11流入半球形罩体12，由于半球形罩体的阻挡形成下冲的涡流将放在凹槽10中的铝粉扬起，由于半球形罩体的直径小于凹槽的外径，形成的粉尘云随涡流悬浮分布到整个燃烧器中；此时打开计算机S10的数据采集程序，当氢气和细水雾的通量达到根据实验要求计算的数值时，关闭氢气储罐S5上的调节阀21再关闭与氢气进气管相连的燃气球阀3和与细水雾进雾管相连的细水雾球阀4，打开和大气环境连通的放空球阀7，当燃烧器里的压力和环境压力一致即压力传感器的数值不再变化时，关闭和大气环境连通的放空球阀，启动电子点火装器S3进行点火。随着燃烧的进行，压力传感器S1接收***压力信号，热电偶S2接受***温度信号，分别通过压力数据采集卡S7和温度数据采集卡S8将数据传输给计算机S10，经预先设定的数据采集程序和自动计算程序自动处理，得出***压力和温度上升速率的数据和图形显示，实现实验过程的压力和温度数据的自动测控和显示。 

实施例3： 

本实施例采用细水雾抑制气体及粉尘***的实验装置，其燃烧器采用不锈钢圆柱体，燃烧器器壁的壁面中部设有透明的观察窗口。采用高速摄影仪在观察窗口对实验现象进行摄影。燃气采用液化气，粉尘采用小麦淀粉，点火装置采用电火花点火器。 

Claims (5)

1.一种采用细水雾抑制气体及粉尘***的实验装置，其耐压密闭的燃烧器器壁上设有透明观察窗口和压贴有防爆片的泄压孔，燃烧器内设有温度传感器、压力传感器和点火装置，燃烧器顶部经带有阀门的抽气管和真空泵相连；其特征在于：燃烧器底部法兰底座上有一段向内突出的进气管，其下端和四通接头中的一通连通；球顶向内突出的空心半球形罩体固定于正对着该进气管口的上方，在法兰底座内围绕着进气管外壁底部设有圆环形凹槽，所述半球形罩体与圆环形凹槽处于上下相对的位置，半球形罩体的直径小于圆环形凹槽的外径；所述四通接头其余三通中的一通通过阀门和大气环境相连通，另外两通分别通过阀门与燃气进气管和细水雾进雾管相连；所述燃气进气管的另一端经调节阀和燃气储罐相连，细水雾进雾管的另一端与超声雾化仪相连。

2.如权利要求1所述采用细水雾抑制气体及粉尘***的实验装置，特征在于所述燃烧器选用空心的球体、圆柱体或长方柱体。

3.如权利要求1所述采用细水雾抑制气体及粉尘***的实验装置，特征在于所述燃烧器选用全透明的材料制造，或由非透明材料制造而留有透明观察窗口。

4.如权利要求1所述采用细水雾抑制气体及粉尘***的实验装置，特征在于所述球顶向内突出的空心半球形罩体固定在距离进气管口5-10mm处进气管口的上方，采用在燃烧器内壁上固定一个向内突出的支架，或者在燃烧器底部法兰的底座进气管外壁上端安装固定支架，将半球形罩体固定在进气管的正上方。

5.如权利要求1所述采用细水雾抑制气体及粉尘***的实验装置，特征在于所述温度传感器采用热电偶；并将温度传感器和压力传感器分别经温度数据采集卡和压力数据采集卡连接到计算机。

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