CN103675021A - 一种粉尘-空气混合物层流火焰传播速率的测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种粉尘-空气混合物层流火焰传播速率的测试装置，特征是设置自动清洁系统，可在实验结束后对透明耐高温管内进行清洁，为准确测定粉尘-空气混合物层流火焰传播速率提供实验基础，本装置可根据需要调整粉体量、粉体种类、清洁装置类别、运行方式等，装置使用更加灵活。本发明装置结构合理，所使用的材料易得，工作性能稳定、操作简单、可实现重复性地操作，适应大规模工业生产测试的需要。

Description

一种粉尘-空气混合物层流火焰传播速率的测试装置

技术领域

本发明属于安全工程测试技术领域，具体涉及灾害燃烧的实验测试装置。 

背景技术

当可燃粉尘与空气混合物达到其爆炸极限，在外界火源存在的条件下，极易发生爆炸。粉尘爆炸是工业生产中最常见的爆炸形式之一，煤尘、金属粉尘、纤维粉尘、有机物粉尘甚至农副产品谷物、面粉等均极易引起粉尘爆炸，造成极其严重的人员伤亡和财产损失，具有极大的危险性。 

火焰传播速率是火焰前沿沿共法线方向朝未燃部分移动的速率，是衡量可燃混合物爆炸强度的重要参数之一。当可燃粉尘与空气的混合物处于层流运动时，层流火焰传播是粉尘爆炸初期火焰传播的主要形式，因此精确测定粉尘-空气混合物层流火焰传播速率是进行粉尘爆炸抑爆器研制开发的基础和关键。目前测定粉尘-空气混合物层流火焰传播速率的装置如: Piotrt Wolanski等人在《谷物粉尘爆炸和控制》（《grain dust explosion and control》）书中报道的装置，该装置可测定不同粒径的谷物粉尘层流火焰传播速率，但实验结束后进行清理较为困难，粉尘及燃烧产物粘附于管壁后，影响装置循环使用。本实验装置可用于测定可燃粉尘与空气混合物燃烧时的层流火焰传播速率，且实验结束后可对装置进行自动清理，可为研究粉尘爆炸机理，发展有效的抑爆装置提供理论支撑。 

发明内容

本发明的目的是提供一种粉尘-空气混合物层流火焰传播速率的测试装置，以弥补现有技术的不足，为研究粉尘爆炸火焰传播机理，研制抑爆装置提供实验支撑，来满足实验及生产的需要。 

本发明一种粉尘-空气混合物层流火焰传播速率的测试装置，包括火焰传播系统、粉体喷洒系统、清洁系统和测量装置；所述的火焰传播系统由透明耐高温管、点火装置、托盘a组成；托盘a位于透明耐高温管上部；透明耐高温管壁有刻度线；在透明耐高温管顶端为粉体喷洒系统7，粉体喷洒系统位于透明耐高温管上部开口处为筛网，筛网目数为小于300目，粉体喷洒系统上设置震动器；清洁系统由清洁毛刷、传动装置构成；测量装置为摄像机、纹影仪等。其特征在于：设置自动清洁系统，清洁毛刷可在耐高温管内上下运动，对装置进行自动清洁。 

本发明装置使用时，根据实验要求将一定量的粉体放置于筛网上，设置测量装置至所需位置，启动摄像机、振动器及点火装置，待出现连续传播的火焰，关闭点火装置及振动器，火焰熄灭时，关闭摄像机，待透明耐高温管冷却至室温，启动清洁系统，对透明耐高温管进行清洁。 

本发明一种粉尘-空气混合物层流火焰传播速率的测试装置与现有测试装置相比较，由于本发明增加了清洁系统，在实验结束后可对透明耐高温管进行自动清洁，克服现有技术测定火焰传播速率后，透明耐高温管壁面变黑，从而使后续实验无法准确记录火焰传播速率的缺点；本装置可根据需要调整粉体量、粉体种类、清洁装置类别、运行方式等，使用更加灵活。本发明装置结构合理，所使用的材料易得，工作性能稳定、操作简单、可实现重复性地操作，适应大规模工业生产测试的需要。 

附图说明

图1为本发明一种粉尘-空气混合物层流火焰传播速率的测试装置的正视图。 

图2为本发明实验装置清洁系统的正视图。 

图3为本发明实验装置立柱的布置图。 

图4为本发明实验装置清洁毛刷的侧视图。 

图5为本发明实验装置支撑架的俯视图。 

具体实施方式

实施例1：

图1为本发明一种粉尘-空气混合物层流火焰传播速率的测试装置的正视图；图2为本发明实验装置清洁系统的正视图；图3为本发明实验装置立柱的布置图；图4为本发明实验装置清洁毛刷的侧视图；图5为本发明实验装置支撑架的俯视图。如上述附图中所示，本发明一种粉尘-空气混合物层流火焰传播速率的测试装置，包括火焰传播系统16、粉体喷洒系统7、清洁系统36和测量装置3；所述的火焰传播系统16由透明石英管17、点火装置19、托盘a20组成；透明石英管17内径为280mm，长度为3m，由2mm厚的石英玻璃制作，为精确测定火焰高度，在透明石英玻璃管壁面一侧设置刻度线18，刻度线18最小测定单位为10mm；为防止透明石英管17内粉体掉落到地面，在透明石英管17底部设置托盘a20，托盘a20采用不锈钢制作，内径为284mm，外径为288mm，边壁厚度为2mm，高度为0.5m，透明石英管17底部紧贴托盘a20上部边缘；为固定透明石英管17的位置，并使其处于悬空状态，在透明石英管17一侧设置支撑架26，支撑架26由纵向支撑杆25和横向支撑杆13组成，纵向支撑杆25固定在上下壁面，高度为4.5m，长度和宽度均为200mm，采用钢筋混凝土浇注，纵向支撑杆25自上而下2m高度处及自下而上1.5m高度处分别设置两个高度为5cm，深度为1cm的凹槽22，横向支撑杆13采用直径为2cm钢筋制作，一侧为中空圆环23放置于纵向支撑杆25的凹槽22内部，可以以纵向支撑杆25为圆心旋转360°，远离纵向支撑杆25的一侧为内部垫以石棉毡的夹子14，可通过调整夹子14上的螺丝15，控制夹子14的大小，用以固定透明石英管17，固定在横向支撑杆13上的透明石英管17可随着横向支撑杆13沿着纵向支撑杆25旋转360°；在纵向支撑杆25与透明石英管17之间、横向支撑杆13两侧各设置一个立柱24，立柱24底部为动力装置21，立柱24可在底部动力装置21带动下沿着垂直于横向支撑杆13的方向来回运动，从而带动横向支撑杆13沿着纵向支撑杆25进行圆周运动，进而带动透明石英管17运动；点火装置19位于透明石英管17底部、托盘a20上部，为电火花点火；在透明石英管17顶端为粉体喷洒系统7，粉体喷洒系统7由筛子9和电磁振动器10构成，通过悬挂绳6连接，悬挂绳6跨过顶部滑轮27，另一端固定在壁面；筛子9底部为筛网12，周围边框内径为285mm，外径为291mm，高度为10cm，为不锈钢制作，筛网12直径为275mm，圆心与透明石英管17圆心在同一中垂线上，筛网12为600目，边框上部设置密封盖8，粉体放置于筛子9内部；在筛子9上设置电磁振动器10，使粉体缓慢喷洒至透明石英管17内，形成悬浮粉体；为使实验后装置便于清理，保持透明石英管17清洁，本发明设置清洁系统36，清洁系统36由清洁毛刷34、传动装置40构成；清洁毛刷34为圆柱体结构，中部为中空的圆柱体35，采用耐高温塑料制作，直径为100mm，高度为0.3m，中空的圆柱体35表面有人造塑料38，长度为220mm；传动装置40由齿轮21、链条33、电机32构成，齿轮a21a安装于地面以上高度0.1m处壁面，齿轮a21a为主动轮，与电机32连接，电机32可正反转动，齿轮b21b安装于透明石英管17顶部的壁面上，齿轮b21b为从动轮，透明石英管17下部托盘b41底部地面安装滚轮c21c，链条33总长度为18m，齿轮a21a下部链条33上设置一个宽度大于清洁毛刷34内部中空圆柱体直径的卡子a37a，当链条33向下运动时在卡子a37a的阻挡下，清洁毛刷34可在链条33的牵动下向下运动，对透明石英管17进行清洁，在垂直链条33的末端设置与卡子a37a尺寸相同的卡子b37b，当清洁毛刷34清理完毕，链条33向上运动时，在卡子b37b的阻挡下，清洁毛刷34可向上运动；卡子b37b处链条33为可断开结构；在透明石英管17底部设置托盘b41，托盘b41高度为0.35m，内径为320mm，上部设置盖板45，以防止清洁毛刷34由透明石英管17落下后造成的粉尘飞溅，盖板45外径为320mm，中部有直径为285mm的大孔44，透明石英管17可穿过盖板45，托盘b41底部中心处有直径为2cm的小孔43，链条33可穿过小孔43；托盘b41四个角处有高度0.2m的支脚29，滚轮c21c安装于支脚29中部；测量装置3为高速摄像机4；高速摄像机4在远离纵向支撑杆25的一侧距离透明石英管17 2m处，采用三脚架2支撑，安装高度为2m，用于实时记录透明石英管17内部火焰位置。

实验过程中，启动立柱24底部动力装置21，使透明石英管17位于清洁毛刷34下部，关闭动力装置21，放松悬挂绳6，使粉体喷洒系统7缓慢降下，将3L粒径小于23μm干燥的淀粉放置于筛子9内，盖上密封盖8，拉紧悬挂绳6，使粉体喷洒系统7上升至原始高度，固定悬挂绳6一端至墙面；再次启动动力装置21，使透明石英管17位于粉体喷洒系统7正下方；将高速摄像机4置于远离纵向支撑杆25的一侧距离透明石英管17 2m，高度为2m处，采用三脚架2支撑，打开电磁振动器10、高速摄像机4，当观察到粉体下降到透明石英管17底部时，启动点火装置19，当开始出现火焰时，关闭电磁振动器10，当火焰开始传播时，关闭点火装置19，采用高速摄像机4记录火焰传播过程，当火焰熄灭后，关闭高速摄像机4；待透明石英管17冷却接近常温后，启动立柱24底部为动力装置21使透明石英管17位于清洁毛刷34下部，润湿清洁毛刷34，启动电机32，使链条33正对透明石英管17中部落下，待链条33下部穿过托盘b41下部小孔43后，停止电机32，将穿过小孔43的链条33的一端与另一端相连，启动电机32，使清洁毛刷34由上而下运动，清理透明石英管17内部，直至清洁毛刷34下降至托盘b41内，反转电机32，待链条33接缝处位于小孔43处时，停止电机32，断开链条33，再次启动电机32，使清洁毛刷34向上缓慢运动，直至到达透明石英管17上方，关闭电机32；根据高速摄像机4记录图像，对应透明石英管17壁面刻度，可计算火焰传播速率；本实施例可模拟测定淀粉-空气层流火焰传播速率，并对透明石英管17进行自动清洁。 

实施例2：

 本实施例中，可不设置清洁系统36的传动装置40，在清洁毛刷顶部墙面设置滑轮，采用悬挂绳使清洁毛刷34悬于顶部下方，在清洁毛刷34底部增加5kg重物，当透明石英管17位于清洁毛刷34底部时，放松悬挂绳，使清洁毛刷34在重物的作用下在透明石英管17内部缓慢下降，对透明石英管17进行清理，当清洁毛刷34下降致托盘b41内时，从另一端拉动悬挂绳，使清洁毛刷34缓慢上升，待清洁毛刷34上升至原始位置时，固定悬挂绳未连接清洁毛刷34的一端，使清洁毛刷34悬空，其他设置于实施例1相同；本实施例做法亦可实现对实验装置的清洁。

实施例3：

 本实施例中，将筛网12更换为1000目，将密封盖8更换为加压鼓吹装置，实验中将筛子9内粉体吹入透明石英管17，其他设置于实施例1相同；本实施例可测定粒径小于13μm的干燥淀粉产生的层流火焰的传播速率，在每次实验后可自动清洁实验装置，以便重复进行实验。

实施例4：

本实施例中，将清洁毛刷34人造塑料38更换为毛巾，在进行清理前湿润毛巾，其他与实施例1相同；本实施例做法亦可实现对实验装置的清洁。

实施例5：

本实施例中，可在透明石英管17内通入甲烷-空气混合气，通过点火器点火装置19，其他与实施例1相同；本实施例可测定气体混合物的层流火焰传播速率，并在实验结束后对装置进行自动清理。

Claims (2)

1.本发明一种粉尘-空气混合物层流火焰传播速率的测试装置，包括火焰传播系统（16）、粉体喷洒系统（7）、清洁系统（36）和测量装置（3）；所述的火焰传播系统（16）由透明耐高温管（17）、点火装置（19）、托盘a（20）组成；托盘a（20）位于透明耐高温管（17）上部；在透明耐高温管（17）顶端为粉体喷洒系统（7），粉体喷洒系统（7）位于透明耐高温管上部开口处为筛网（12），筛网目数小于300目，粉体喷洒系统（7）上设置震动器（10）；清洁系统（36）由清洁毛刷（34）、传动装置（40）构成；测量装置（3）为摄像机（4）；其特征在于：设置清洁系统（36），清洁毛刷可在耐高温管内上下运动，对装置进行自动清洁。

2.据权利要求1所述的一种粉尘-空气混合物层流火焰传播速率的测试装置，其特征在于：所述透明耐高温管（17）壁面设置标尺。

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