CN106593530B - 一种基于非牛顿流体的软质减压防爆门 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于非牛顿流体的软质减压防爆门，包括防爆门本体和门框，门框为钢骨架结构，门框与防爆门本体通过密封条来实现密闭，防爆门本体上部固定在框架上，下部门扇由外层钢板和内部柔韧材料构成，内部柔韧材料包括三部分，分别为：紧贴门扇面的两层低强度纤维织物以及由这两层纤维织物包裹着的至少一层浸渍过非牛顿流体的纤维层，外层钢板与内部柔韧材料之间通过胶粘剂粘连。本发明这种软材和硬材的结合使用，阻击冲击波波阵面和高压气浪，使冲击波波阵面和高压气浪的超压降至门后人员、电气设备、永久设施可承受的安全范围内，实现抗压、减压的目的，与现用防爆门相比，构件重量较轻，阻击高压冲击波更具效果，便于在生产中安装应用。
Description
技术领域
本发明涉及地下采矿工程防爆、防冲击波安全设施领域，具体涉及一种基于非牛顿流体的软质减压防爆门。
背景技术
在我国的能源结构中，煤炭占一次能源生产和消费的70％左右，预计到2050年还将占50％以上。因此，煤炭在相当长的一段时期内仍将是我国的主要能源。随着我国的煤矿开采技术的飞速发展，矿井事故也频繁发生，尤以矿井火灾爆炸事故较为严重。每一次爆炸事故，都会造成大量资源浪费、设备损坏，人员伤亡，甚至造成矿井大面积坍塌，地表建筑物的大量破坏。因此，预防控制火灾、瓦斯爆炸是矿井安全生产的重要环节。对地下采矿工程而言，炸药库、炸药发放间、避难硐室和机电硐室等处，因发生爆炸的几率和造成的危害较大或者自身隔爆的需要，常在这些位置处设置防爆门。当爆炸发生时，现有防爆门主要依靠硬质钢材的高强度结构来防止爆炸冲击波及爆炸物的伤害。防爆门承受爆炸冲击波及高压气浪的全部冲击力和压力，冲击波与防爆门之间属于刚性接触，对防爆门及巷壁造成非常大的破坏，甚至造成坍塌，严重危及矿井安全生产人员的安全，对矿井生产设备产生极大危害。因此，针对现有防爆门存在的问题，急需发明一种既具有良好减压缓压效果，又方便现场施工安装的软质防爆门。
发明内容
为了防止爆炸、采场顶板冒落等产生的冲击波及高压气浪对人身和地下设施的伤害，本发明提供了一种基于非牛顿流体的软质减压防爆门，该软质减压防爆门根据冲击波在巷道中超高压和超音速传播(冲击阵面压力可达2MPa，前向冲击波叠加和反射时压力更大可达6MPa，且传播速度大于声速)的特点。所以本发明采用以浸渍过非牛顿流体的纤维层为主，冲击波封面到达时，纤维层内呈悬浮状态的硬质纳米粒子便会骤然聚集成微粒簇，随压力的增大瞬间产生较大粘度，起到较好的减压效果，外层钢板为辅，软材和硬材结合使用，阻击冲击波波阵面和高压气浪，使冲击波波阵面和高压气浪的超压层层递减降至门后人员、电气设备、永久设施可承受的安全范围内。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种基于非牛顿流体的软质减压防爆门，包括防爆门本体和门框，门框为钢骨架结构，门框与防爆门本体通过密封条来实现密闭，防爆门本体上部固定在框架上，下部门扇由外层钢板和内部柔韧材料构成。门扇外层的钢板直接阻击冲击波波阵面、高压气浪以及气浪中的碎石，其强度根据冲击波波阵面和高压气浪的超压值、碎石速度等确定。冲击波波阵面、高压气浪的超压高和碎石速度越大，则门面构件强度越大，反之可以小些，门扇采用特定的手轮机械锁，手轮转动锁杆沿着滑槽移动，转动90°，锁杆前端穿过锁扣，增强防爆门本体的整体性、稳定性。内部柔韧材料包括三部分，分别为：紧贴门扇面的两层低强度纤维织物以及由这两层纤维织物包裹着的至少一层浸渍过非牛顿流体(如剪切增稠流)的纤维层，外层钢板与内部柔韧材料之间通过胶粘剂粘连。
优选地，所述外层钢板选用5.0mm碳结钢板，门扇表面焊接牢固，焊点在门扇侧面，分布均匀正面无焊点。无假焊和烧穿现象外表面塞焊部位打磨平整。防爆门本体表面喷塑处理，漆层均匀、平整、光滑、无麻点、气泡漏涂以及流淌等现象。
优选地，所述非牛顿流体(如剪切增稠流)由粒子尺寸为10-50nm的二氧化硅颗粒，经超声作用均匀分散于分子量为600的聚乙二醇中得到，纳米级二氧化硅颗粒的质量分数为50％-80％。剪切增稠流体平时呈现柔韧性，而在受到冲击时，呈悬浮状态的硬质纳米粒子便会骤然聚集成微粒簇，呈现坚固性，粘度随剪切速率的增大而增大。
优选地，所述低强度纤维织物为低强度棉纤维制品，原料价廉易得。棉纤维制作成特殊的结构，便于吸收剪切增稠液。外层为纤维织物，内层与外层通过平板压制固化胶黏剂，使中间浸过剪切增稠流的棉纤维层密封在边缘两层纤维织物间，不会发生渗漏。
本发明具有以下有益效果：
该软质减压防爆门根据冲击波在巷道中超高压和超音速传播(冲击阵面压力可达2MPa，前向冲击波叠加和反射时压力更大可达6MPa，且传播速度大于声速)的特点。所以本发明采用以浸渍过非牛顿流体的纤维层为主，冲击波封面到达时，纤维层内呈悬浮状态的硬质纳米粒子便会骤然聚集成微粒簇，随压力的增大瞬间产生较大粘度，起到较好的减压效果，外层钢板为辅，软材和硬材结合使用，阻击冲击波波阵面和高压气浪，使冲击波波阵面和高压气浪的超压层层递减降至门后人员、电气设备、永久设施可承受的安全范围内。
附图说明
图1为本发明实施例一种基于非牛顿流体的软质减压防爆门示意图。
图2为图1沿I-I的剖视图。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1、2，本发明实施例提供了一种基于非牛顿流体的软质减压防爆门，该防爆门只可单向打开。预判爆炸产生的冲击波波阵面，高压气浪超压、气流中夹带的危险物等的危险程度来确定门扇外层钢板1的强度。具体的，包括防爆门本体和门框5，门框5为钢骨架结构，门框与防爆门本体通过密封条6来实现密闭，防爆门本体上部固定在框架上，下部门扇由外层钢板1和内部柔韧材料构成。门扇外层钢板1直接阻击冲击波波阵面、高压气浪以及气浪中的碎石，其强度根据冲击波波阵面和高压气浪的超压值、碎石速度等确定。冲击波波阵面、高压气浪的超压高和碎石速度越大，则门面构件强度越大，反之可以小些，内部柔韧材料包括三部分，分别为：紧贴门扇面的两层低强度纤维织物4以及由这两层纤维织物包裹着的至少一层浸渍过非牛顿流体(如剪切增稠流)的纤维层2，外层钢板与内部柔韧材料之间通过胶粘剂3粘连。
所述外层钢板选用5.0mm碳结钢板，门扇表面焊接牢固，焊点在门扇侧面，分布均匀正面无焊点。无假焊和烧穿现象外表面塞焊部位打磨平整。防爆门本体表面喷塑处理，漆层均匀、平整、光滑、无麻点、气泡漏涂以及流淌等现象。
所述非牛顿流体(如剪切增稠流)由粒子尺寸为10-50nm的二氧化硅颗粒，经超声作用均匀分散于分子量为600的聚乙二醇中得到，纳米级二氧化硅颗粒的质量分数为50％-80％。剪切增稠流体平时呈现柔韧性，而在受到冲击时，呈悬浮状态的硬质纳米粒子便会骤然聚集成微粒簇，呈现坚固性，粘度随剪切速率的增大而增大。
所述低强度纤维织物为低强度棉纤维制品，原料价廉易得。棉纤维制作成特殊的结构，便于吸收剪切增稠液。外层为纤维织物，内层与外层通过平板压制固化胶黏剂，使中间浸过剪切增稠流的棉纤维层密封在边缘两层纤维织物间，不会发生渗漏。
外层钢板1形成的刚性面直接阻击冲击波波阵面、高压气浪超压和杂物等。进一步，门扇内部2、3、4受冲击，剪应力增大，呈悬浮状态的硬质纳米粒子便会骤然聚集成微粒簇，粘度随之增大，抗压、减压效果较明显，多层构件2可使超压逐层递减。门扇1通过构件6与门框连接，将冲击力传至门框5上。门框5嵌入混凝土硐室7的壁内，将超压传至侧壁，通过侧壁的摩擦阻力进一步降低压力。通过刚性接触、侧壁摩擦阻力和非牛顿流体受压产生的粘性剪切力，使超压层层递减降至门后人员、电气设备、永久设施可承受的安全范围内。门扇采用特定的手轮机械锁8，手轮转动锁杆9沿着滑槽移动，转动转动90°，锁杆前端穿过锁扣，增强防爆门本体的整体性、稳定性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种基于非牛顿流体的软质减压防爆门，包括防爆门本体和门框，门框为钢骨架结构，门框与防爆门本体通过密封条来实现密闭，其特征在于，防爆门本体上部固定在框架上，下部门扇由外层钢板和内部柔韧材料构成，内部柔韧材料包括三部分，分别为：紧贴门扇面的两层低强度纤维织物以及由这两层纤维织物包裹着的至少一层浸渍过非牛顿流体的纤维层，外层钢板与内部柔韧材料之间通过胶粘剂粘连；所述非牛顿流体由粒子尺寸为10-50nm的二氧化硅颗粒，经超声作用均匀分散于分子量为600的聚乙二醇中得到，纳米级二氧化硅颗粒的质量分数为50％-80％。
2.如权利要求1所述的一种基于非牛顿流体的软质减压防爆门，其特征在于，所述外层钢板选用5.0mm碳结钢板，门扇表面焊接牢固，焊点在门扇侧面，分布均匀正面无焊点。
3.如权利要求1所述的一种基于非牛顿流体的软质减压防爆门，其特征在于，所述低强度纤维织物为低强度棉纤维制品。
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