CN103176111A - 非金属材料静电安全性能测定方法及专用设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于煤矿开采领域，特别是非金属材料静电安全性能测定方法及专用设备，包括依次相连的粉尘风流发生系统、静电生电箱、静电放电箱、粉尘处理系统和爆炸气体储罐；还包括一与静电放电箱相连的爆炸气体检测仪；本发明克服了现有的测试方式不能完全直接的测量出非金属的静电安全性能，实验误差较大的问题；首次提出通过摩擦生电原理，模拟非金属的使用环境，进行其带电性能测试，通过该设备和方法测试准确、直接和直观，为非金属的带电性能研究提供一定的技术参考。

Description

非金属材料静电安全性能测定方法及专用设备

技术领域

本发明属于煤矿开采领域，特别是非金属材料静电安全性能测定方法及专用设备。

背景技术

漂浮在空气中90%～95%的粒子都带有正电荷和负电荷，尘粒的电荷量除了取决于粉尘的粒径大小、密度外，还与当时环境的温度和湿度有关。当带有电荷的粉尘靠近静电安全性能差的非金属材料（特别是高分子材料）时，非金属材料被吸收积聚或摩擦生电而形成带电物体，其引起静电电位可以高达几十至几百千伏，由于细小的粉尘与氧气的接触面积大，当静电电压满足放电条件时，将产生放电现象，放电火花即可引起可燃气体和粉尘燃烧和爆炸。

在非金属材料抗静电性能检测方面，目前我国煤炭行业主要根据煤炭行业标准MT113-1995《煤矿井下用聚合物制品阻燃抗静电性通用试验方法和判定规则》，通过间接检测非金属制品的表面电阻（或体积电阻），也就是检测非金属制品将产生的静电电荷导走的能力来评判其静电安全性能。其优点是操作方法简单，测量速度快。目前MT113-1995中规定的聚合物制品“试件上、下两个表面的表面电阻算术平均值均不得大于3×108”，即认为测试材料表面电阻值小于3×108后该非金属表面不具备放电条件或者其放电能量小于矿井瓦斯最低点爆能量（0.28mJ），但当生电和放电条件变化时，即使非金属材料表面电阻值小于3×10⁸，其产生的静电集聚放电能量也有可能点爆瓦斯。为此，该方法并未直接反映出非金属制品的静电安全性能，且不能检测非金属制品表面经外界作用后是否会产生静电集聚并引发静电火花，或其产生的静电火花是否具有足够的能量引燃或引爆周围的可燃性气体。对于煤矿井下来说，这种可燃性气体就是矿井瓦斯。

由于上述非金属材料静电安全性能测试评价问题，使用这种测试方式并未完全直接的测量出样品的静电安全性能，造成一定的实验误差。因此，需要发明一种用于评判非金属材料在具体环境下的静电安全性能的方法和实验装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种准确、直接、直观的非金属材料静电安全性能测定方法及专用设备。 

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案: 

非金属材料静电安全性能测定专用设备,包括： 

一粉尘风流发生系统；包括依次通过管道连接的空气压缩设备、储气罐、空气干燥机、空气过滤器和发尘器，所述空气过滤器与发尘器之间依次设有阀门和流量计；

一静电生电箱；包括内壁设有防爆隔膜的试验箱体和温湿度传感器，所述箱体与发尘器通过管道接通，所述箱体内设有支杆和铰接于支杆的用于固定样品的操作台，所述操作台上设有静电感应器；

一静电放电箱；包括内壁设有防爆隔膜的试验箱体和温湿度传感器，所述试验箱体内设有通过铜导线与静电感应器相连的放电极；

一粉尘处理系统；包括通过带阀门的管道与所述静电生电箱的试验箱体相连的除尘水泵，其出水端口设有气水分离器；

一爆炸气体储罐；与静电放电箱之间设有通气管；

还包括一与静电放电箱相连的爆炸气体检测仪。

 

一种采用上述测定装置对非金属材料静电安全性能测定的方法；包括以下几个步骤：

a.根据该非金属材料所使用的特定环境确定实验参数；

b.固定样品：将被测样品倾斜固定在操作台感应器上，密封静电生电箱；

c.调节静电放电箱内放电极间隙，密封静电放电箱，并往静电放电箱内注入爆炸气体，把静电生电箱和静电放电箱内环境温湿度调节到试验数值；

d.开启空气压缩机、空气干燥机，调节静电生电箱内的温度和湿度，并调节好试验风速，同时打开除尘水泵，使静电生电箱的进风速度和排风速度一致；  

e.往发尘器中放入煤尘，通过调节发尘器的控制器控制发尘的速度，通过阀门控制进入发尘器的风量和风速，从而调节风流的粉尘浓度；

f.记录粉尘浓度、风速、流量，监控静电生电箱和静电放电箱内的温湿度，监测并控制静电放电箱内的爆炸性气体浓度和氧气浓度,让含尘风流冲击摩擦被测样品，观察放电极间隙是否有放电现象，并观察其放电能否引燃或引爆静电放电箱内的爆炸气体；

g.记录观察结果。

进一步,所述爆炸气体为甲烷,所述步骤a中的实验参数通过以下方法确定：

当环境温湿度、粉尘浓度、风速、爆炸气体浓度、氧气浓度为稳定数值时，所述实验参数即为该数值；

当环境温湿度、粉尘浓度、风速、爆炸气体浓度和氧气浓度的数值为变化的值时，则温度取最大值，湿度取最低值、风流速度取最大值、粉尘浓度取最大值；爆炸气体浓度为6.3%～7.0%，氧气浓度为24.5%～25.5%。

与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:

1.本发明原理：根据摩擦生电原理，通过粉尘风流发生系统产生一定浓度和一定风速的粉尘风流，含尘风流进入静电生电箱，并与测试样品摩擦，当测试样品产生静电时，感应器将感应到相同电量的静电并传导至静电放电箱内的放电极，当静电压达到足以击穿间隙间空气时将产生放电现象，放电极有放电现象时，将产生一定能量的电火花，当放电火花能量达到爆炸性气体最低点火能量后，静电放电箱内将产生爆炸现象；

2.本发明利用静电传导装置把测试样品表面静电直接引入放电极放电，直接测试出其放电能量的引爆能力，测试结果更为准确、直接和直观,若被测样品不产生静电或产生的静电放电不足以引爆静电放电箱内的爆炸性气体，则被测非金属做成的设备适合用于该环境，反之则不适合；

3.实验参数的确定，根据该非金属材料的使用环境采集风速、粉尘浓度、温湿度、爆炸气体浓度等数据，通过控制进入静电生电箱的风速、粉尘浓度、以及静电生电箱和静电生电箱的温湿度模拟非金属材料在含尘环境中的使用条件，从而测定其是否适合该环境；当环境温湿度、粉尘浓度、风速、爆炸气体浓度和氧气浓度的数值为变化的值时, 温度取最大值,湿度取最低值、风流速度取最大值、粉尘浓度取最大值；这主要是由于这是非金属使用环境的最苛刻条件,最容易产生静电,且电量最大,爆炸气体浓度取6.3%～7.0%，氧气浓度取24.5%～25.5%,这主要是由于甲烷和氧气分别为此浓度时,最易发生爆炸,若将非金属在该参数范围内进行实验,未能引爆爆炸气体,则该非金属肯定适合该环境；

4.本发明是首次提出通过摩擦生电原理，模拟非金属的使用环境，进行其带电性能测试，为非金属的带电性能研究提供一定的技术参考。

附图说明

图1是本发明非金属材料静电安全性能测定专用设备的系统模块示意图；

图2是本发明的静电生电箱和静电放电箱的组合结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1和图2所示，一种非金属材料静电安全性能测定专用设备,包括： 

一粉尘风流发生系统；包括依次通过管道连接的空气压缩设备、储气罐、空气干燥机、空气过滤器和发尘器，所述空气过滤器与发尘器之间依次设有阀门和流量计；

一静电生电箱；包括内壁设有防爆隔膜的试验箱体1和温湿度传感器，所述试验箱体1与发尘器通过管道2接通，所述 箱体1内设有支杆3和铰接于支杆3的用于固定样品的操作台4，所述操作台4上设有静电感应器5；

一静电放电箱；包括设有防爆隔膜的试验箱体1和温湿度传感器，所述试验箱体1内设有通过铜导线与静电感应器5相连的放电极6；

一粉尘处理系统；包括通过带阀门的管道与所述静电生电箱的试验箱体相连的除尘水泵，其出水端口设有气水分离器；

一爆炸气体储罐；与静电放电箱之间设有通气管；

还包括一与静电放电箱相连的爆炸气体检测仪。

实施例2

一种采用上述测定装置对非金属材料静电安全性能的测定方法；包括以下几个步骤：

a.确定实验参数：采集的非金属材料使用环境的温度为20℃、湿度为30%、粉尘浓度为30%、风速为40m/s、甲烷浓度为6%、氧气浓度为21%，并且该环境参数一直稳定，将上诉采集值作为实验参数；

b.固定样品：将被测样品倾斜固定在操作台的静电感应器上，密封静电生电箱；

c.调节静电放电箱内放电极间隙，密封静电放电箱，并往静电放电箱内注入爆炸气体，把静电生电箱和静电放电箱内环境温度为20℃、湿度为30%；

d.开启空气压缩机、空气干燥机，调节静电生电箱内的温度为20℃、湿度为30%，并调节好试验风速为40m/s，同时打开除尘水泵，使静电生电箱的进风速度和排风速度一致；

e.往发尘器中放入煤尘，通过调节发尘器的控制器控制发尘的速度，通过阀门控制进入发尘器的风量和风速，从而调节风流的粉尘浓度为500mg/m³；

f.记录粉尘浓度、风速、流量，监控静电生电箱和静电放电箱内的温湿度，监测静电放电箱内的甲烷浓度为6%,氧气浓度为21%，让含尘风流冲击摩擦被测样品，观察放电极间隙是否有放电现象，并观察其放电能量能否引燃或引爆静电放电箱内的爆炸气体；

g.记录观察结果: 放电极之间的间隙没有放电现象,静电放电箱内没有燃烧或爆炸现象。

实验结束后人为引爆静电放电箱内的爆炸性气体，并记录点爆状态，引爆爆炸气体主要是为了避免直接将其排放造成对空气的污染，同时避免其泄露在实验室造成不必要的危险。

结论:由于放电极之间没有放电现象,并且放电箱内没有燃烧或爆炸现象,所以该非金属适合用于该环境。

实施例3

一种采用上述测定装置对非金属材料静电安全性能的测定方法；包括以下几个步骤：

a.确定实验参数：温湿度、粉尘浓度、风速、爆炸气体浓度、氧气浓度；

一非金属材料即将在某煤矿井内使用，一般情况下,该煤矿井下的环境相关数据如下:

温度范围：	0～40℃
		湿度范围：	5～98%
粉尘浓度范围：	0～1000mg/m3
		风速范围：	0～50m/s
甲烷浓度：	5～16%
		氧气浓度：	20～30%

确定实验参数：

b.固定样品：将被测样品倾斜固定在操作台上的静电感应器上，密封静电生电箱；

c.调节静电放电箱内放电极间隙，密封静电放电箱，并往静电放电箱内注入爆炸气体，把静电生电箱和静电放电箱内环境温度为40℃、湿度为5%； 

d.开启空气压缩机、空气干燥机，调节静电生电箱内的温度为40℃、湿度为5%，并调节好试验风速为50m/s，同时打开除尘水泵，使静电生电箱的进风速度和排风速度一致；

e.往发尘器中放入煤尘，通过调节发尘器的控制器控制发尘的速度，通过阀门控制进入发尘器的风量和风速，从而调节风流的粉尘浓度为1000 mg/m³；

f.记录粉尘浓度、风速、流量，监控静电生电箱和静电放电箱内的温湿度，监测并控制静电放电箱内的甲烷浓度6.3%～7.0%之间，氧气浓度在24.5%～25.5%之间,然后让含尘风流冲击摩擦被测样品，观察放电极间隙是否有放电现象，并观察其放电能量能否引燃或引爆静电放电箱内的爆炸气体；

g.记录观察结果: 放电极之间的间隙有放电现象,静电放电箱内没有燃烧或爆炸现象；

人为引爆静电放电箱内的爆炸性气体，并记录点爆状态。

结论：由于该非金属在实验过程中有静电产生，但是其能量不足以引爆甲烷，所以该非金属适合用于该矿井。

 

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (3)

1.非金属材料静电安全性能测定专用设备,其特征在于，包括： 

一粉尘风流发生系统；包括依次通过管道连接的空气压缩设备、储气罐、空气干燥机、空气过滤器和发尘器，所述空气过滤器与发尘器之间依次设有阀门和流量计；

一静电生电箱；包括内壁设有防爆隔膜的试验箱体和温湿度传感器，所述箱体与发尘器通过管道接通，所述箱体内设有支杆和铰接于支杆的用于固定样品的操作台，所述操作台上设有静电感应器；

一静电放电箱；包括内壁设有防爆隔膜的试验箱体和温湿度传感器，所述试验箱体内设有通过铜导线与静电感应器相连的放电极；

一粉尘处理系统；包括通过带阀门的管道与所述静电生电箱的试验箱体相连的除尘水泵，其出水端口设有气水分离器；

一爆炸气体储罐；与静电放电箱之间设有通气管；

还包括一与静电放电箱相连的爆炸气体检测仪。

2.一种采用上述测定装置对非金属材料静电安全性能测定的方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

a.根据该非金属材料所使用的特定环境确定实验参数；

b.固定样品：将被测样品倾斜固定在操作台上的静电感应器上，密封静电生电箱；

c.调节静电放电箱内放电极间隙，密封静电放电箱，并往静电放电箱内注入爆炸气体，把静电生电箱和静电放电箱内环境温湿度调节到试验数值；

d.开启空气压缩机、空气干燥机，调节静电生电箱内的温度和湿度，并调节好试验风速，同时打开除尘水泵，使静电生电箱的进风速度和排风速度一致；

e.往发尘器中放入煤尘，通过调节发尘器的控制器控制发尘的速度，通过阀门控制进入发尘器的风量和风速，从而调节风流的粉尘浓度；

f.记录粉尘浓度、风速、流量，监控静电生电箱和静电放电箱内的温湿度，监测并控制静电放电箱内的爆炸性气体浓度和氧气浓度,让含尘风流冲击摩擦被测样品，观察放电极间隙是否有放电现象，并观察其放电能否引燃或引爆静电放电箱内的爆炸气体；

g.记录观察结果。

3.如权利要求2所述的非金属材料静电安全性能的测定方法，其特征在于，所述爆炸气体为甲烷,所述步骤a中的实验参数通过以下方法确定：

当环境温湿度、粉尘浓度、风速、爆炸气体浓度、氧气浓度为稳定数值时，所述实验参数即为该数值；

当环境温湿度、粉尘浓度、风速、爆炸气体浓度和氧气浓度的数值为变化的值时，则温度取最大值，湿度取最低值、风流速度取最大值、粉尘浓度取最大值；爆炸气体浓度为6.3%～7.0%，氧气浓度为24.5%～25.5%。

Images