CN106908358B - 一种沉积状可燃粉尘卷扬特性的检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种沉积状可燃粉尘卷扬特性的检测装置及方法，属于可燃粉尘爆炸技术领域。装置包括沉积状可燃粉尘卷扬装置、卷扬特性参数检测系统。沉积状可燃粉尘卷扬装置由冲击波产生装置、卷扬特性参数检测管道及消纳器构成；卷扬特性参数检测系统由激光发射和接收模块阵列以及冲击波检测传感器组成，激光发射和接收模块阵列布置在沉积状可燃粉尘卷扬管道的竖直方向。本发明提供的沉积状可燃粉尘卷扬特性的检测装置及方法可用来检测沉积状粉尘在冲击波作用下的卷扬特性参数，为深入定量研究工业粉尘爆炸提供了重要手段。

Description

一种沉积状可燃粉尘卷扬特性的检测装置及方法
技术领域
本发明涉及可燃粉尘爆炸技术领域，具体涉及一种沉积状可燃粉尘卷扬特性的检测装置及方法。
背景技术
在各类加工、处理可燃粉体材料的生产工艺过程中，常会在生产车间内、设备表面存有一定厚度呈沉积状的可燃粉尘，而该类场所通常也为粉尘爆炸危险场所，其发生粉尘爆炸的显著特点是：初始局部爆炸的有害效应并不显著，但局部爆炸产生的冲击波使本身为沉积状的可燃粉尘卷扬，与空气混合形成更大范围的可燃粉尘/空气混合物，发生更为猛烈的二次爆炸，其爆炸强度、影响范围远高于初始爆炸，因而如何防止二次爆炸的发生、控制其爆炸有害效应，是防止爆炸事故蔓延、减少人员伤亡和财产损失的重要措施之一。其中探究初始爆炸冲击波对沉积粉尘卷扬特性的影响，有利于定量揭示二次爆炸的粉尘/空气混合物形成过程，为有效防止粉尘卷扬及二次爆炸的参与程度奠定技术基础。现有技术方案中，大多采用真实的爆炸冲击波诱导沉积粉尘卷扬，卷扬的粉尘已经参与爆炸形成产物，无法对卷扬特性开展定量检测，因而有必要进行较大改进，以便安全、准确检测冲击波诱导沉积粉尘卷扬的特性参数。
发明内容
本发明的目的是提供一种沉积状可燃粉尘卷扬特性的检测装置及方法，可以检测在冲击波用下沉积状粉尘的卷扬特性参数，有利于定量揭示二次爆炸的粉尘/空气混合物形成过程，为有效防止粉尘卷扬及二次爆炸的参与程度奠定技术基础。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：一种沉积状可燃粉尘卷扬特性的检测装置，由沉积状可燃粉尘卷扬装置、卷扬特性参数检测系统组成，沉积状可燃粉尘卷扬装置包括：压缩气瓶，以及与压缩气瓶相连的进气管，所述的进气管上装有电磁阀，该电磁阀通过屏蔽线连接数据采集及控制系统，同时进气管另一端与截面为长方形、呈水平放置的冲击波预形成管道的进气管口相连，该冲击波预形成管道的另一端与截面相同且水平放置的冲击波传播管道以法兰连接，同时在法兰中间安装爆破片，上述的压缩气瓶、进气管、电磁阀、进气管口、冲击波预形成管道及爆破片共同构成冲击波产生装置；所述的冲击波传播管道的另一端通过法兰与沉积状可燃粉尘卷扬管道首端连接，构成卷扬特性参数检测管道；所述的沉积状可燃粉尘卷扬管道前后两侧分别安装有第一观察视窗和第二观察视窗，同时沉积状可燃粉尘卷扬管道下壁面安装有可抽动钢板，该可抽动钢板上铺设有一定厚度的沉积状粉尘；所述的沉积状可燃粉尘卷扬管道尾端通过法兰与圆筒状、竖直放置的消纳器相连。
卷扬特性参数检测系统包括：布置在沉积状可燃粉尘卷扬管道端口位置的激光发射和接收模块阵列，该激光发射和接收模块阵列供电端及信号输出端分别通过导线与电源和信号放大器相连，所述的激光发射和接收模块由位于同一光路的激光发射器、聚焦透镜、激光接收二极管组成；上述冲击波传播管道和沉积状可燃粉尘卷扬管道上壁面端口位置分别安装有第一冲击波检测压力传感器、第二冲击波检测压力传感器；上述的第一冲击波检测压力传感器、第二冲击波检测压力传感器及信号放大器通过屏蔽线分别与数据采集及控制系统相连。
进一步的，激光发射和接收模块阵列中的激光发射和接收模块数量可调，至少为两组。
进一步的，可抽动钢板与沉积状可燃粉尘卷扬管道的壁面完全贴合，沉积状粉尘布满沉积状可燃粉尘卷扬管道下壁面。
本发明还公开了一种使用上述的沉积状可燃粉尘卷扬特性的检测装置检测沉积状可燃粉尘卷扬特性的方法包括以下步骤：
首先，在冲击波预形成管道末端法兰中安装一定爆破压力的爆破片；将一定厚度沉积状粉尘铺设在可抽动钢板上；通过数据采集及控制系统设定电磁阀的触发时间，并在数据采集及控制系统中存储爆破片的爆破压力值及相应粉尘的浓度标定曲线，同时开启电源给激光发射和接收模块阵列供电。
其次，通过数据采集及控制系统触发电磁阀动作，使压缩气体充入冲击波预形成管道；当冲击波预形成管道内压力达到爆破片爆破压力时，爆破片破裂产生冲击波；第一冲击波检测压力传感器检测值达到爆破压力值后，数据采集及控制系统立即再次发出信号，使电磁阀停止动作；冲击波在卷扬特性参数检测管道中传播，使沉积状可燃粉尘卷扬管道下壁面沉积状粉尘卷扬，第二冲击波检测压力传感器、激光发射和接收模块阵列同步采集信号；冲击波穿过卷扬特性参数检测管道后被消纳器吸收。
下一步，实验结果分析，记第二冲击波检测压力传感器检测到冲击波锋面的时间为T0，激光发射和接收模块阵列开始检测到粉尘的时间为Tn（n=1、2…），激光发射和接收模块与沉积状粉尘的间距为H0，相邻激光发射和接收模块的间距为H1。沉积状粉尘接触冲击波锋面后由沉积状态至开始卷扬状态的延迟时间△T=T1-T0；沉积状粉尘与激光发射和接收模块之间的粉尘卷扬速度S0= H0/△T；相邻两个激光发射和接收模块之间的粉尘卷扬速度Sn-1= H1/(Tn-Tn-1)（n≥2）。
最后，清理检测装置；重复上述实验步骤。
与现有的技术方案相比，本发明的有益效果在于：
本发明通过在沉积状可燃粉尘卷扬管道端口位置设置激光发射和接收模块阵列，利用激光发射和接收模块阵列可以测量沉积状可燃粉尘的动态卷扬特性参数，利于定量揭示二次爆炸的粉尘/空气混合物形成过程，为有效防止粉尘卷扬及二次爆炸的参与程度奠定技术基础。
附图说明
图1 是本发明沉积状可燃粉尘卷扬特性的检测装置的结构示意及局部剖面图。
图2 是本发明沉积状可燃粉尘卷扬特性的检测装置中沉积状可燃粉尘卷扬管道的轴侧图。
图3 是本发明实施例中粒径为18μm、不同厚度沉积状煤粉卷扬延迟时间曲线图。
图4是本发明实施例中粒径为18μm、不同厚度沉积状煤粉在竖直方向上的速度分布曲线。
图5是本发明实施例中粒径为18μm、厚度为0.1mm沉积状煤粉经卷扬后在时间和空间上的浓度变化。
附图标记说明：
1、压缩气瓶；2、进气管；3、电磁阀；4、进气管口；5、冲击波预形成管道；6-1、第一冲击波检测压力传感器；6-2、第二冲击波检测压力传感器；7、爆破片；8、冲击波传播管道；9、激光发射和接收模块阵列；9-1、激光发射和接收模块；10、沉积状可燃粉尘卷扬管道；10-1、第一观察视窗；10-2、第二观察视窗；10-3、沉积状粉尘；10-4、可抽动钢板；11、消纳器；12、数据采集及控制系统；13、信号放大器；14、激光接收二极管；15、聚焦透镜；16、激光发射器；17、电源。
具体实施方式
为使本发明所述的沉积状可燃粉尘卷扬特性的检测装置及方法更加便于理解，下面参照附图结合具体实施例对本发明作进一步说明。
参照图1、图2，一种沉积状可燃粉尘卷扬特性的检测装置及方法，检测装置由沉积状可燃粉尘卷扬装置、卷扬特性参数检测系统组成，沉积状可燃粉尘卷扬装置包括：压缩气瓶1，以及与压缩气瓶1相连公称直径为DN25的进气管2，所述的进气管2上装有电磁阀3，该电磁阀3通过屏蔽线连接数据采集及控制系统12，同时进气管2另一端与长度为0.5m、截面为72x112mm2长方形、呈水平放置的冲击波预形成管道5的公称直径为DN32进气管口4相连，该冲击波预形成管道5的另一端与截面相同且水平放置、长度为1m的冲击波传播管道8以法兰连接，同时在法兰中间安装爆破片7，上述的压缩气瓶1、进气管2、电磁阀3、进气管口4、冲击波预形成管道5及爆破片7共同构成冲击波产生装置；所述的冲击波传播管道8的另一端通过法兰与长度为0.8m的沉积状可燃粉尘卷扬管道10首端连接，构成卷扬特性参数检测管道；所述的沉积状可燃粉尘卷扬管道10前后两侧分别安装有第一观察视窗10-1和第二观察视窗10-2，同时沉积状可燃粉尘卷扬管道10下壁面安装有可抽动钢板10-4，该可抽动钢板10-4上铺设有一定厚度的沉积状粉尘10-3；所述的沉积状可燃粉尘卷扬管道10尾端通过法兰与圆筒状、竖直放置的消纳器11相连。
卷扬特性参数检测系统包括：布置在沉积状可燃粉尘卷扬管道10端口位置的激光发射和接收模块阵列9，该激光发射和接收模块阵列9供电端及信号输出端分别通过导线与电源17和信号放大器13相连，所述的激光发射和接收模块9-1距沉积状粉尘8mm处由位于同一光路的波长为660nm的He-Ne激光发射器16、聚焦透镜15、PIN型FDS-100激光接收二极管14组成，其余激光发射和接收模块分别安装在距沉积状粉尘29mm、50mm、71mm、92mm处；上述冲击波传播管道8和沉积状可燃粉尘卷扬管道10上壁面端口位置分别安装有第一冲击波检测压力传感器6-1、第二冲击波检测压力传感器6-2；上述的第一冲击波检测压力传感器6-1、第二冲击波检测压力传感器6-2及信号放大器13通过屏蔽线分别与数据采集及控制系统12相连。
沉积状可燃粉尘卷扬特性的检测方法包括以下步骤：
首先，在冲击波预形成管道5末端法兰中安装爆破压力为0.7MPa的爆破片7；将厚度为0.1mm、粒径为18μm的沉积状煤粉10-3铺设在可抽动钢板10-4上；通过数据采集及控制系统12设定电磁阀3的触发时间，并在数据采集及控制系统12中存储爆破片的爆破压力值及煤粉的浓度标定曲线，同时开启电源17给激光发射和接收模块阵列9供电。
其次，通过数据采集及控制系统12触发电磁阀3动作，使压缩气体充入冲击波预形成管道5；当冲击波预形成管道5内压力达到爆破片7爆破压力时，爆破片破裂产生冲击波；第一冲击波检测压力传感器6-1检测值达到0.7MPa后，数据采集及控制系统12立即再次发出信号，使电磁阀3停止动作；冲击波在卷扬特性参数检测管道中传播，使沉积状可燃粉尘卷扬管道10下壁面沉积状粉尘10-3卷扬，第二冲击波检测压力传感器6-2、激光发射和接收模块阵列9同步采集信号；冲击波穿过卷扬特性参数检测管道后被消纳器11吸收。
下一步，实验结果分析，记第二冲击波检测压力传感器检测到冲击波锋面的时间为T0，激光发射和接收模块阵列9开始检测到粉尘的时间分别为T1━T5（n=1、2…5），激光发射和接收模块9-1与沉积状粉尘10-3的间距为H0，相邻激光发射和接收模块的间距为H1。沉积状粉尘接触冲击波锋面后由沉积状态至开始卷扬状态的延迟时间△T=T1-T0；沉积状粉尘与激光发射和接收模块9-1之间的粉尘卷扬速度S0= H0/△T；相邻两个激光发射和接收模块之间的粉尘卷扬速度Sn-1= H1/(Tn-Tn-1)（n=2、3…5）。
最后，清理检测装置，在其他参量不变的条件下，将沉积状煤粉厚度改变为0.4mm、0.8 mm，重复上述实验步骤。
将上述三种厚度的沉积状煤粉卷扬延迟时间绘成图3，即可获得沉积状粉尘厚度对卷扬延迟时间影响的规律；图4中的沉积状粉尘厚度与其在竖直方向上速度分布的关系可由上述的实验结果分析计算得出；由图5可得出厚度为0.1mm的沉积状煤粉经卷扬后浓度在时间和空间上的变化规律。
由图3、图4、图5可全面、准确地分析冲击波作用下沉积状粉尘的卷扬特性，便于定量揭示二次爆炸的粉尘/空气混合物形成过程，为有效防止粉尘卷扬及二次爆炸的参与程度奠定技术基础。
本发明并不局限于上述实施例的具体实施方式，在不脱离本发明原理的情况下，简单变形和修饰均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种沉积状可燃粉尘卷扬特性的检测装置，由沉积状可燃粉尘卷扬装置、卷扬特性参数检测系统组成，其特性在于：沉积状可燃粉尘卷扬装置包括：压缩气瓶（1），以及与压缩气瓶（1）相连的进气管（2），所述的进气管（2）上装有电磁阀（3），该电磁阀（3）通过屏蔽线连接数据采集及控制系统（12），同时进气管（2）另一端与截面为长方形、呈水平放置的冲击波预形成管道（5）的进气管口（4）相连，该冲击波预形成管道（5）的另一端与截面相同且水平放置的冲击波传播管道（8）以法兰连接，同时在法兰中间安装爆破片（7），上述的压缩气瓶（1）、进气管（2）、电磁阀（3）、进气管口（4）、冲击波预形成管道（5）及爆破片（7）共同构成冲击波产生装置；所述的冲击波传播管道（8）的另一端通过法兰与沉积状可燃粉尘卷扬管道（10）首端连接，构成卷扬特性参数检测管道；所述的沉积状可燃粉尘卷扬管道（10）前后两侧分别安装有第一观察视窗（10-1）和第二观察视窗（10-2），同时沉积状可燃粉尘卷扬管道（10）下壁面安装有可抽动钢板（10-4），该可抽动钢板（10-4）上铺设有一定厚度的沉积状粉尘（10-3）；所述的沉积状可燃粉尘卷扬管道（10）尾端通过法兰与圆筒状、竖直放置的消纳器（11）相连；
卷扬特性参数检测系统包括：布置在沉积状可燃粉尘卷扬管道（10）端口位置的激光发射和接收模块阵列（9），该激光发射和接收模块阵列（9）供电端及信号输出端分别通过导线与电源（17）和信号放大器（13）相连，所述的激光发射和接收模块（9-1）由位于同一光路的激光发射器（16）、聚焦透镜（15）、激光接收二极管（14）组成；上述冲击波传播管道（8）和沉积状可燃粉尘卷扬管道（10）上壁面端口位置分别安装有第一冲击波检测压力传感器（6-1）、第二冲击波检测压力传感器（6-2）；上述的第一冲击波检测压力传感器（6-1）、第二冲击波检测压力传感器（6-2）及信号放大器（13）通过屏蔽线分别与数据采集及控制系统（12）相连；上述的激光发射和接收模块阵列（9）中的激光发射和接收模块数量可调，至少为两组；上述的可抽动钢板（10-4）与沉积状可燃粉尘卷扬管道（10）的壁面完全贴合，沉积状粉尘（10-3）布满沉积状可燃粉尘卷扬管道（10）下壁面。
2.一种使用如权利要求1所述的沉积状可燃粉尘卷扬特性的检测装置检测沉积状可燃粉尘卷扬特性的方法包括以下步骤：
首先，在冲击波预形成管道（5）末端法兰中安装一定爆破压力的爆破片（7）；将一定厚度沉积状粉尘（10-3）铺设在可抽动钢板（10-4）上；通过数据采集及控制系统（12）设定电磁阀（3）的触发时间，并在数据采集及控制系统（12）中存储爆破片的爆破压力值及相应粉尘的浓度标定曲线，同时开启电源（17）给激光发射和接收模块阵列（9）供电；
其次，通过数据采集及控制系统（12）触发电磁阀（3）动作，使压缩气体充入冲击波预形成管道（5）；当冲击波预形成管道（5）内压力达到爆破片（7）爆破压力时，爆破片破裂产生冲击波；第一冲击波检测压力传感器（6-1）检测值达到爆破压力值后，数据采集及控制系统（12）立即再次发出信号，使电磁阀（3）停止动作；冲击波在卷扬特性参数检测管道中传播，使沉积状可燃粉尘卷扬管道（10）下壁面沉积状粉尘（10-3）卷扬，第二冲击波检测压力传感器（6-2）、激光发射和接收模块阵列（9）同步采集信号；冲击波穿过卷扬特性参数检测管道后被消纳器（11）吸收；
下一步，实验结果分析，记第二冲击波检测压力传感器检测到冲击波锋面的时间为T0，激光发射和接收模块阵列（9）开始检测到粉尘的时间为Tn（n=1、2…），激光发射和接收模块（9-1）与沉积状粉尘（10-3）的间距为H0，相邻激光发射和接收模块的间距为H1；
沉积状粉尘接触冲击波锋面后由沉积状态至开始卷扬状态的延迟时间△T=T1-T0；沉积状粉尘与激光发射和接收模块（9-1）之间的粉尘卷扬速度S0= H0/△T；相邻两个激光发射和接收模块之间的粉尘卷扬速度Sn-1= H1/(Tn-Tn-1)（n≥2）；
最后，清理检测装置；重复上述实验步骤。
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激波诱导铝粉二次爆炸的试验研究;张一博，谭迎新;《中国安全科学学报》;20121030;第22卷(第10期);61-64 *

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