CN104181199A - 可变点火能全透明管道气体爆炸实验平台及其实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及气体爆炸安全工程领域，特别涉及一种可变点火能全透明管道气体爆炸实验平台及其实验方法。本发明的实验平台包括实验管道、真空表、压力表、真空泵、空气阀、循环泵、气阀，两个压力传感器、点火控制箱、数据采集仪和电脑，实验管道为一全透明的石英管。本发明在全透明石英管中，在变点火能条件下，实现采集、点火同步触发，准确测量爆炸压力和记录火焰传播情况，操作简单，成本低廉，安装方便，安全性能高，易于推广。

Description

可变点火能全透明管道气体爆炸实验平台及其实验方法

技术领域

本发明涉及气体爆炸安全工程领域，特别涉及一种可变点火能全透明管道气体爆炸实验平台及其实验方法。

背景技术

气体爆炸(包括可燃液体蒸气爆炸)是工业生产和生活领域爆炸灾害的主要形式之一。随着石油化工和煤炭行业的蓬勃发展，大批贮气设施的建设和各大煤矿的开采，气、油罐和瓦斯爆炸事故的频繁发生，引起了世界各国的广泛关注。近十多年来，开展单一可燃性气体爆炸极限和爆炸特性的实验研究较多。但是到目前为止，对混合气体(如煤气、天然气等)的爆炸极限的研究相对较少，特别是惰性气体含量、点火能量的大小等因素对混合气体的影响规律缺乏系统的研究。虽然在理论上可以估算混合气体的爆炸极限，但与实际情况相距甚远。因此，迫切要求系统研究单一及多元混合气体爆炸的威力和特性,并以此为基础，为安全工业生产和生活，提出合理的方案。

目前，对于气体爆炸反应，爆炸实验腔多为球形、圆柱形、管状和方形；材质多为全封闭不锈钢、有机玻璃、半石英管或开很小的透明视窗全，不利于观察记录实验现象；研究对象为气体、液体、粉尘或者混合型(如：气+固)；泄压位置为顶部或者底部泄压；对于实验研究内容，现有实验装备，大多都是单纯研究可燃气体爆炸极限，或者研究初始温度、压力、点火能量、惰性气体、管道内障碍物面积、数量等一两个因素对爆炸极限的影响。

但是为了有效地预防和控制气体爆炸事故的发生，降低事故中的人员伤亡和减少财产损失，进一步通过爆炸火焰研究可燃性气体的爆炸机理，系统掌握多种外界因素对爆炸的影响显得尤为重要。

发明内容

为了克服现有爆炸实验平台的不足，本发明提供一种可变点火能全透明管道气体爆炸实验平台，包括实验管道、真空表、压力表、真空泵、空气阀、循环泵、气阀，两个压力传感器、点火控制箱、数据采集仪和电脑，实验管道为一全透明的石英管，所述石英管顶端通过法兰固定安装有泄气阀，所述石英管的底端连接空气阀、真空表、真空泵和循环泵的进气端，所述石英管的顶端连接循环泵和气阀的出气端，两个压力传感器固定在石英管上，点火控制箱包括点火器和控制箱，所述点火器与石英管的底部相连通，所述控制箱控制点火器的点火，所述电脑与数据采集仪相连接，所述数据采集仪分别与压力传感器和点火器相连接，以实现电脑同步触发点火器和压力传感器。

所述点火器的的点火能为0.5毫焦-3焦耳。

所述泄压阀的直径与石英管的直径一致。

所述两个压力传感器通过管箍和密封胶固定在石英管的三等分点上。

所述石英管为垂直放置。

可变点火能全透明管道气体爆炸实验平台的实验方法包括以下步骤：

(1)检查装置的气密性和线路连接情况；

(2)打开真空表阀门、真空泵阀门和真空泵，抽真空到600Pa，关闭真空泵和真空泵阀门；

(3)将充有实验气体的气囊连接到气阀接口，观察精密真空表指针，按分压法充入所需体积；

(4)打开空气阀门，补入空气到101KPa，关闭空气阀门，关闭真空表阀门；

(5)打开循环泵的顶部和底部的阀门，打开循环泵，循环300秒，关闭循环泵，关闭循环泵阀门；

(6)泄压阀门口加盖塑料薄膜，开启顶部泄压阀；

(7)触发电脑软件按钮，点火，观察实验现象同时采集数据；

(8)打开真空泵阀门和真空泵，抽出未反应气体和反应产物；

(9)整理设备，实验结束。

本发明的可变点火能全透明管道气体爆炸实验平台使用全透明石英管，易于观察实验现象，有效减少爆炸信号的减弱，可借助拍摄装置准确采集爆炸火焰数据。采用变点火能装置点火，可测量爆炸压力和记录火焰传播情况。实验平台由电脑控制，点火、测量同时触发。垂直放置，易于气体循环均匀混合，可以承受一定压力，同时也有较高的气密性。本发明的实验平台在全透明石英管中，在变点火能条件下，实现采集、点火同步触发，准确测量爆炸压力和记录火焰传播情况，操作简单，成本低廉，安装方便，安全性能高，易于推广。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明的可变点火能全透明管道气体爆炸实验平台示意图。

图2是本发明实施例中打开控制实验平台进行实验的软件的显示屏示意图。

附图标记说明

石英管1、数据采集仪2、点火控制箱3、循环泵4、真空表5、压力表6、真空泵7、空气阀8、泄压阀9、气阀10、压力传感器11、电脑12。

具体实施方式

以下实施用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1是本发明一种可变点火能全透明管道气体爆炸实验平台示意图。本发明的可变点火能全透明管道气体爆炸实验平台包括石英管1、数据采集仪2、点火控制箱3、循环泵4、真空表5、压力表6、真空泵7、空气阀8、泄压阀9、气阀10、两个压力传感器11和电脑12。石英管1是一根长1.5米的全透明石英管，内径100毫米，外径115毫米，体积为11.8L。石英管1垂直放置，顶端、底端与固定装置法兰连接。顶端法兰之上，安装泄压阀9，起泄爆作用，泄压阀8的直径与石英管1的直径一致。距离石英管1两端各50毫米处，开两个孔，安装压力传感器11，由电脑采集爆炸的压力变化曲线，两个压力传感器11固定在石英管1的三等分点上，利用管箍和密封胶固定，保证密闭性和安全性。该实验平台采用循环泵4循环配气系统，石英管1底端连接空气阀8、真空表5、真空泵7和循环泵4的进气端。石英管1顶端连接气阀10和循环泵4的出气端。点火控制箱3包括点火器和控制箱，所述点火器与石英管1的底部相连通，所述控制箱控制点火器的点火，可调节点火能从0.5毫焦-3焦耳无极变。所述电脑与数据采集仪相连接，所述数据采集仪分别与压力传感器和点火器相连接，由自行研发软件控制实验，点火、测量同步触发。该软件使用C语言编写。该软件的使用方法如下：

第一步：打开通道控制执行软件；

第二步：将多通道数据采集仪触发端与触发设备(压力传感器、点火器)连接；

第三步：选择“输出通道”，“脉冲延时”时间，点击“触发”键，使触发设备同时工作(图2所示)。

本发明的可变点火能全透明管道气体爆炸实验平台的实验方法包括以下步骤：

(1)检查装置的气密性和线路连接情况；

(2)打开真空表的阀门、真空泵阀门和真空泵7，抽真空到600Pa，关闭真空泵7和真空泵阀门；

(3)将充有实验气体的气囊连接到气阀9的接口，观察精密真空表5的指针，按分压法充入所需体积；

(4)打开空气阀门，补入空气到101Kpa(大气压)，关闭空气阀门，关闭真空表阀门；

(5)打开循环泵阀门(顶部、底部)，打开循环泵4，循环300秒，关闭循环泵4，关闭循环泵阀门；

(6)泄压阀门口加盖塑料薄膜，开启顶部泄压阀8；

(7)触发电脑软件按钮，点火，观察实验现象同时采集数据；

(8)打开真空泵阀门和真空泵7，抽出未反应气体和反应产物；

(9)整理设备，实验结束。

本发明的实验平台在变点火能方面，可调节点火能从0.5毫焦-3焦耳无极变；两个压力传感器固定在石英管三等分点上，利用管箍和密封胶固定，保证密闭性和安全性；点火器和压力传感器通过数据采集仪和电脑连接，由自行研发软件控制，实验同步触发；爆炸腔体为全石英管，体积为11.8L，完全透明，法兰固定，安全系数高；顶端安装同直径尺寸泄压阀，既可避免产生爆炸传播阻碍效果，又保证密封性能。

本发明专利的有益效果是，在全透明石英管中，在变点火能条件下，实现采集、点火同步触发，准确测量爆炸压力和记录火焰传播情况，操作简单，成本低廉，安装方便，安全性能高，易于推广。

显然，本发明的上述实例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (6)

1.一种可变点火能全透明管道气体爆炸实验平台，其特征在于包括实验管道、真空表、压力表、真空泵、空气阀、循环泵、气阀，两个压力传感器、点火控制箱、数据采集仪和电脑，实验管道为一全透明的石英管，所述石英管顶端通过法兰固定安装有泄气阀，所述石英管的底端连接空气阀、真空表、真空泵和循环泵的进气端，所述石英管的顶端连接循环泵和气阀的出气端，两个压力传感器固定在石英管上，点火控制箱包括点火器和控制箱，所述点火器与石英管的底部相连通，所述控制箱控制点火器的点火，所述电脑与数据采集仪相连接，所述数据采集仪分别与压力传感器和点火器相连接，以实现电脑同步触发点火器和压力传感器。

2.根据权利要求1所述的一种可变点火能全透明管道气体爆炸实验平台，其特征在于：所述点火器的的点火能为0.5毫焦-3焦耳。

3.根据权利要求1所述的一种可变点火能全透明管道气体爆炸实验平台，其特征在于：所述泄压阀的直径与石英管的直径一致。

4.根据权利要求1所述的一种可变点火能全透明管道气体爆炸实验平台，其特征在于：所述两个压力传感器通过管箍和密封胶固定在石英管的三等分点上。

5.根据权利要求1所述的一种可变点火能全透明管道气体爆炸实验平台，其特征在于：所述石英管为垂直放置。

6.可变点火能全透明管道气体爆炸实验平台的实验方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)检查装置的气密性和线路连接情况；

(2)打开真空表阀门、真空泵阀门和真空泵，抽真空到600Pa，关闭真空泵和真空泵阀门；

(3)将充有实验气体的气囊连接到气阀接口，观察精密真空表指针，按分压法充入所需体积；

(4)打开空气阀门，补入空气到101KPa，关闭空气阀门，关闭真空表阀门；

(5)打开循环泵的顶部和底部的阀门，打开循环泵，循环300秒，关闭循环泵，关闭循环泵阀门；

(6)泄压阀门口加盖塑料薄膜，开启顶部泄压阀；

(7)触发电脑软件按钮，点火，观察实验现象同时采集数据；

(8)打开真空泵阀门和真空泵，抽出未反应气体和反应产物；

(9)整理设备，实验结束。