CN102608287A - 可燃气体爆轰临界管径的测试系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于可燃气体事故预防技术领域，特别涉及对可燃气体的测试装置和方法。其技术方案是：一种可燃气体爆轰临界管径的测试系统，包括：爆轰管，球形高压容器，示波器和小管道。爆轰管为刚性管道，它在球形高压容器内完成充气之后通过电路触发产生电火花，点燃混合气体并形成爆轰；爆轰管顶端内侧设有螺旋形凹槽，促使混合气体在管道中由燃烧转爆轰形成爆轰波；从球形高压容器顶端深入其内部；球形高压容器设有光学探针和冲击波探针；爆轰管通过加入不同管径的小管道改变其内径；示波器连接光学探针和冲击波探针的输出。利用本发明可以确定各种可燃气体可以形成和不能形成球形爆轰的临界压力值。

Description

可燃气体爆轰临界管径的测试系统和方法
技术领域
本发明属于可燃气体事故预防技术领域，特别涉及对可燃气体的测试装置和方法。
背景技术
可燃气体被广泛应用于能源、交通和航天领域，但如果使用不当则会发生爆炸事故，甚至引起危害更大的爆轰灾害。通过测量可燃混合气体的临界管径来判断爆轰敏感度，可以为在工程生产中有效控制危险源提供依据。现有技术中的爆轰临界管径的测量，一般采用的是通过水平管道与另一个圆柱形容器连接，这种装置的缺陷在于管道的直径不能任意改变，对于某种特定混合气体，只能测量其可形成爆轰的一个临界压力值，因而得到的实验数据较少，不具有系统性；另一方面，通过这种装置得到的是平面爆轰传播至柱形爆轰而非球形爆轰的临界压力，因而影响混合气体爆轰的临界管径的测量结果。
发明内容
本发明的目的是：提供一种可以测量可燃混合气体在初始压力下形成爆轰的临界管径的测试系统和方法，通过相同状态下形成爆轰的临界管径的大小判断各种可燃混合气体的爆轰敏感性。
本发明的技术方案是：一种可燃气体爆轰临界管径的测试系统，它包括：爆轰管、球形高压容器、示波器和小管道；
所述爆轰管为刚性管道，其顶部设有火花塞；所述爆轰管顶端内侧设有螺旋形凹槽；所述爆轰管从所述球形高压容器顶端垂直的深入其内部；通过在爆轰管的内径中加入小管道改变其内径，其中所述小管道位于所述螺旋形凹槽的下方；
所述球形高压容器的顶部设有光学探针，其探头与所述爆轰管的内径平齐；所述球形高压容器底部设有冲击波探针；可燃气体通过设在所述球形高压容器一侧的管道进入其内部；在所述管道上开设一个压力测试点；
所述示波器连接所述光学探针和所述冲击波探针的输出。
一种可燃气体爆轰临界管径的测试方法，它使用如上所述的可燃气体爆轰临界管径的测试系统，并包括以下步骤：
A.在所述爆轰管的内径加入一种小管道改变其内径大小；通过所述管道向所述球形高压容器内充入待测可燃气体并达到设定的初始压力值；
B.点火电路触发所述火花塞之后，点燃所述爆轰管内的待测可燃气体，形成爆炸波；由所述示波器得到爆炸波到达所述光学探针和冲击波探针的时间波形图；
C.通过所述光学探针和所述冲击波探针所测的爆炸波到达时间，计算爆炸波到达所述光学探针和所述冲击波探针时的速度，并与通过Chemkin软件计算出的CJ爆轰速度，即爆轰自持传播的最小速度，进行对比，从而判断爆炸波在所述爆轰管内传播至所述光学探针处是否发展为爆轰波，以及是否在所述球形高压容器内形成球形爆轰；
D.在所述爆轰管的内径不变的情况下，改变步骤A中的可燃气体的初始压力值，对形成球形爆轰的临界压力附近重复B至C步骤进行试验，至少分别得到三次成功形成球形爆轰的压力值与三次形成爆轰但不能形成球形爆轰的压力，通过不断缩小成功与不成功的压力值之间的间距，最终确定待测可燃气体在当前管径下形成球形爆轰的临界压力值；
在可燃气体的初始压力值不变的情况下，改变步骤A中的小管径的内径大小，对形成球形爆轰的临界压力附近重复B至C步骤进行试验，至少分别得到三次成功形成球形爆轰的压力值与三次形成爆轰但不能形成球形爆轰的压力，通过不断缩小成功与不成功的压力值之间的间距，最终确定待测可燃气体在当前压力下的临界管径。
利用本发明可以准确确定各种可燃气体可以形成和不能形成爆轰的临界压力值，并通过相同状态下形成爆轰的临界管径的大小，判断各种可燃混合气体的爆轰敏感性。
附图说明
附图1为本发明中可燃气体爆轰临界管径的测试系统结构示意图；
附图2为本发明中爆炸波到达光学探针和冲击波探针的时间波形图，其所用可燃气体为C2H2-2.5O2混合气体，初始压力p0＝12kPa，管道直径dc＝19.05mm；
附图3为本发明中爆炸波到达光学探针和冲击波探针的时间波形图，其所用可燃气体为C2H2-2.5O2混合气体，初始压力p0＝11kPa，管道直径dc＝19.05mm。
其中1-爆轰管2-球形高压容器11-火花塞12-螺旋形凹槽22-冲击波探针23-管道。
具体实施方式
实施例1：参见附图1，一种可燃气体爆轰临界管径的测试系统，它包括：爆轰管1、球形高压容器2、示波器和小管道；
所述爆轰管1为长度为500mm，壁厚为10mm的刚性管道，其顶部设有火花塞11，所述火花塞11的点火头的截面为半径3.5mm圆形，其正极位于该圆形的圆心位置，其负极与正极之间包裹一层绝缘陶瓷；所述爆轰管1顶端内侧设有长度为100mm螺旋形凹槽12；所述爆轰管1从所述球形高压容器2顶端垂直的深入其内部，位于该球形高压容器2圆心和圆心的上方；通过在爆轰管1的内径中加入小管道改变其内径，其中所述小管道位于所述螺旋形凹槽12的下方；
所述球形高压容器2的顶部设有光学探针21，其探头与所述爆轰管1的内径平齐；所述球形高压容器2底部设有冲击波探针22；可燃气体通过设在所述球形高压容器2一侧的管道23进入其内部；在所述管道23上开设一个压力测试点；其中，所述球形高压容器2的内径为200mm，壁厚50mm，最大承受压力100MPa；
所述示波器连接所述光学探针21和所述冲击波探针22的输出。
实施例2：一种可燃气体爆轰临界管径的测试方法，它使用如上所述的可燃气体爆轰临界管径的测试系统，并包括以下步骤：
A.在所述爆轰管1的内径加入一种小管道改变其内径大小；通过所述管道23向所述球形高压容器2内充入待测可燃气体并达到设定的初始压力值；
B.点火电路触发所述火花塞11之后，点燃所述爆轰管1内的待测可燃气体，形成爆炸波；由所述示波器得到爆炸波到达所述光学探针21和冲击波探针22的时间波形图；
C.通过所述光学探针21和所述冲击波探针22所测的爆炸波到达时间，计算爆炸波到达所述光学探针21和所述冲击波探针22时的速度，并与通过Chemkin软件计算出的CJ爆轰速度，即爆轰自持传播的最小速度，进行对比，从而判断爆炸波在所述爆轰管1内传播至所述光学探针21处是否发展为爆轰波，以及是否在所述球形高压容器内形成球形爆轰；
D.在所述爆轰管1的内径不变的情况下，改变步骤A中的可燃气体的初始压力值，对形成球形爆轰的临界压力附近重复B至C步骤进行试验，至少分别得到三次成功形成球形爆轰的压力值与三次形成爆轰但不能形成球形爆轰的压力，通过不断缩小成功与不成功的压力值之间的间距，最终确定待测可燃气体在当前管径下形成球形爆轰的临界压力值；
在可燃气体的初始压力值不变的情况下，改变步骤A中的小管径的内径大小，对形成球形爆轰的临界压力附近重复B至C步骤进行试验，至少分别得到三次成功形成球形爆轰的压力值与三次形成爆轰但不能形成球形爆轰的压力，通过不断缩小成功与不成功的压力值之间的间距，最终确定待测可燃气体在当前压力下的临界管径。

Claims (5)

1.一种可燃气体爆轰临界管径的测试系统，其特征是：它包括：爆轰管(1)、球形高压容器(2)、示波器和小管道；
所述爆轰管(1)为刚性管道，其顶部设有火花塞(11)；所述爆轰管(1)顶端内侧设有螺旋形凹槽(12)；所述爆轰管(1)从所述球形高压容器(2)顶端垂直的深入其内部；通过在爆轰管(1)的内径中加入小管道改变其内径，其中所述小管道位于所述螺旋形凹槽(12)的下方；
所述球形高压容器(2)的顶部设有光学探针(21)，其探头与所述爆轰管(1)的内径平齐；所述球形高压容器(2)底部设有冲击波探针(22)；可燃气体通过设在所述球形高压容器(2)一侧的管道(23)进入其内部；在所述管道(23)上开设一个压力测试点；
所述示波器连接所述光学探针(21)和所述冲击波探针(22)的输出。
2.如权利要求1所述的可燃气体爆轰临界管径的测试系统，其特征是：所述爆轰管(1)的长度为500mm，壁厚为10mm；所述螺旋形凹槽(12)的长度为100mm。
3.如权利要求1所述的可燃气体爆轰临界管径的测试系统，其特征是：所述球形高压容器(2)的内径为200mm，壁厚50mm，最大承受压力100MPa。
4.如权利要求1所述的可燃气体爆轰临界管径的测试系统，其特征是：所述火花塞(11)的点火头的截面为半径3.5mm圆形，其正极位于该圆形的圆心位置，其负极与正极之间包裹一层绝缘陶瓷。
5.一种可燃气体爆轰临界管径的测试方法，它使用如权利要求1、2、3或4所述的可燃气体爆轰临界管径的测试系统，并包括以下步骤：
A.在所述爆轰管(1)的内径加入一种小管道改变其内径大小；通过所述管道(23)向所述球形高压容器(2)内充入待测可燃气体并达到设定的初始压力值；
B.点火电路触发所述火花塞(11)之后，点燃所述爆轰管(1)内的待测可燃气体，形成爆炸波；由所述示波器得到爆炸波到达所述光学探针(21)和冲击波探针(22)的时间波形图；
C.通过所述光学探针(21)和所述冲击波探针(22)所测的爆炸波到达时间，计算爆炸波到达所述光学探针(21)和所述冲击波探针(22)时的速度，并与通过Chemkin软件计算出的CJ爆轰速度，即爆轰自持传播的最小速度，进行对比，从而判断爆炸波在所述爆轰管(1)内传播至所述光学探针(21)处是否发展为爆轰波，以及是否在所述球形高压容器内形成球形爆轰；
D.在所述爆轰管(1)的内径不变的情况下，改变步骤A中的可燃气体的初始压力值，对形成球形爆轰的临界压力附近重复B至C步骤进行试验，至少分别得到三次成功形成球形爆轰的压力值与三次形成爆轰但不能形成球形爆轰的压力，通过不断缩小成功与不成功的压力值之间的间距，最终确定待测可燃气体在当前管径下形成球形爆轰的临界压力值；
在可燃气体的初始压力值不变的情况下，改变步骤A中的小管径的内径大小，对形成球形爆轰的临界压力附近重复B至C步骤进行试验，至少分别得到三次成功形成球形爆轰的压力值与三次形成爆轰但不能形成球形爆轰的压力，通过不断缩小成功与不成功的压力值之间的间距，最终确定待测可燃气体在当前压力下的临界管径。
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