CN108008108B - 采用超级电容进行气体或粉尘燃烧及爆炸性能测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及采用超级电容进行气体或粉尘燃烧及爆炸性能测试装置，包括控制端及测试端，控制端包括串联连接的开关电源(1)、超级电容(3)、单元控制开关(4)、总电源控制开关(5)及总控用PLC控制系统(2)，测试端包括爆炸燃烧反应观察管(8)及设置在该观察管内的电热丝(6)、喷粉或喷气分散装置(10)、红外测温仪(9)，盖设在爆炸燃烧反应观察管(8)顶部的泄放顶盖(7)，所述的电热丝(6)与控制端连接。与现有技术相比，本发明具有安全性可靠，可变装备组合，容易拆卸、具备观察气体和粉尘燃烧及其爆炸性能的效果，适用于各种涉及气体和粉尘的燃烧及其爆炸性能模拟、测试及演示。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃烧和爆炸性的模拟演示装置，尤其是涉及一种采用超级电容进行气体或粉尘燃烧及爆炸性能测试装置。
背景技术
近年来，气体和粉尘爆炸事故频发，造成了重大的人员伤亡和财产损失。根据事故发生的原因统计，很大一部分事故因为气体和粉尘接触工况条件下的电机热表面，达到气体或粉尘的最低着火温度，导致了燃烧和爆炸事故。相关的防爆和防火标准中要求，在爆炸和燃烧环境中，电气设备设施的使用，要依据气体或粉尘的最低着火温度进行防爆电机的选型，防止因电机表面温度过高，达到使用或生产物质的最低着火温度，引发气体或物质的燃烧和爆炸。根据气体和粉尘作业场所的性质和类别，电气设备的选型、设计和排布也不尽相同。对于具有粉尘和气体爆炸的作业风险的场所，在进行输粉系统和集尘排气设计和排布时，应进行相应防爆和泄爆的要求。
另一方面，江苏省昆山中荣粉尘爆炸事故后，大量的涉粉工艺需要判定所使用的粉尘是否属于可爆性粉尘，原料或产品在生产、运输和贮存过程中所产生的各种粉尘，如粮食粉尘、纤维粉尘、药物粉尘、化学药品粉尘、金属粉尘、矿物粉尘等上千种粉尘，都有发生爆炸的可能性。需要气体或爆炸测试装置进行燃烧性或爆炸性的判定。随着生产工艺自动化程度的提高和粉末工艺的广泛应用，各种粉爆事故不断发生，粉尘爆炸危害性问题应该得到政府和有关人士的高度重视。目前普遍认为可以燃烧的气体或粉尘即为可爆，但某些在一般环境中无法点燃的物质便无法辨别其可爆性。我国粉尘测试标准中还没有涉及到粉尘可爆性的测定及判定方法。国外的标准中提及的某些用于粉尘可爆性筛选和测试的设备虽有一定的科学性，但也存在某些的不足之处。
现有的气体或粉尘燃烧和爆炸实验演示装置,大多采用钢管管结构,以承受爆炸产生的最大压力，无法做到可视化的爆炸效果；现有粉尘爆炸实验演示装置虽具有可视化的效果，一般都是简单的是否着火来判断气体或粉尘是否燃烧爆炸，没有温度监控，无法反映事故发生后工况条件下的气体或粉尘燃烧和爆炸之后的温度分布状况，也无法反映出按照温度分布要求的正确防护要素，无法直接得出在不同温度范围域内受到的影响程度。
中国专利CN203366620U公开了一种粉尘燃烧爆炸实验装置，包括支撑架，支撑架呈U形结构，支撑架上设有容器罐，容器罐一侧设有压力径向传播检测装置，压力径向传播检测装置一端与容器罐连接，另一端与支撑架连接，压力径向传播检测装置上设有压力径向传播检测阀，容器罐另一端设有点火装置，点火装置一端与容器罐连接，另一端与支撑架连接，容器罐顶部设有气压盖，容器罐表面分别设有观测窗、温度传感器、压力传感器、高压电磁阀及截止阀，温度传感器与压力传感器电连接，高压电磁阀与截止阀连接。然而该专利存在以下一些缺陷：1)没有设置PLC控制系统，无法有效的对温度传感器、压力传感器、高压电磁阀及截止阀进行控制；2)未能精确的控制点火源的温度；3)未能精确控制点火源的能量要求；4)没有有效的电源；5)无法对工况环境中的测试进行模拟。(请补充该专利由于没有设置超级电容从而带来的缺陷)
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种采用超级电容进行气体或粉尘燃烧及其爆炸性测试装置，采用本发明的装置，尤其是采用PLC控制系统和超级电容后，可以精确控制点火源的温度和能量；可以实现实验室条件下少量的气体或粉尘受到温度影响的管道气体或粉尘爆炸演示模拟可以；实现气体或粉尘爆炸后火焰和爆炸产物温度监控和分布的实况情形，实现测试气体或粉尘的最低着火温度的功能；同时也能够模拟工况条件下，气体或粉尘发生事故时的实时反应状况。该粉尘爆炸实验演示的各部分均采用可插拔式、旋入式或法兰结构提高了装置的便携性和拆装性能。
当装置内发生燃烧时，气体和粉尘燃烧爆炸产生的废弃物以前及时排出。该装置具有携带方便、操作简单、爆炸显示效果好、性价比高等特点,配合移动电源，可随时随地进行气体和粉尘爆炸测试和实训演示。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
采用超级电容进行气体或粉尘燃烧及爆炸性能测试装置，包括控制端及测试端，
所述的控制端包括串联连接的开关电源、超级电容、单元控制开关、总电源控制开关所形成的串联组件及总控用PLC控制系统，
所述的测试端包括爆炸燃烧反应观察管及设置在该观察管内的电热丝、喷粉或喷气分散装置、红外测温仪，盖设在爆炸燃烧反应观察管顶部的泄放顶盖，所述的电热丝与控制端连接，所述的喷粉或喷气分散装置还连接有外接管道，该外接管道上安装有电磁控制阀。
PLC控制系统用于接收相关信号并发出指令进行控制开关电源，超级电容、单元控制开关、总电源控制开关、电热丝、红外测温仪、喷粉或喷气分散装置和电磁控制阀。
所述的超级电容，具有充电速度快的优点，充电10秒～10分钟可达到其额定容量的95％以上；循环使用寿命长，深度充放电循环使用次数可达1～50万次，没有“记忆效应”；大电流放电能力超强，能量转换效率高，过程损失小，大电流能量循环效率≥90％；功率密度高，可达300W/KG～5000W/KG；产品原材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程均没有污染，是理想的绿色环保电源；充放电线路简单，无需充电电池那样的充电电路，安全系数高，长期使用免维护；使用温度宽，温度范围宽-40℃～+70℃；电容电量检测方便，剩余电量可直接读出；电容容量范围通常0.1F--1000F；采用超级电容作为测试装置的电源，能够精确的控制点火源的温度和能量；能够控制反应管内的温度条件。在进行气体或粉尘测试时，选择一定容量的超级电容，接通单元控制开关和总电源控制开关，对电热丝进行加热，红外测温仪对电热丝的温度进行实时监控，通过PLC控制系统对喷粉或喷气分散装置和电磁控制阀进行控制，当测试气体或粉尘经喷粉或喷气分散装置和电磁控制阀分散于爆炸燃烧反应观察管中，遇到经过升温的可插拔电热丝。如果可插拔电热丝的温度达到测试气体或粉尘的最低着火温度，测试气体或粉尘将会被引燃，可以通过爆炸燃烧反应观察管观测到反应结果。
爆炸燃烧反应观察管的气体或粉尘被电热丝引燃后，发生燃烧爆炸反应后，燃烧的废气经由泄放顶盖排放后，进入相应的尾气净化装置处理后排放。
所述的电热丝为可插拔式的电热丝，两端分别与控制端的串联组件连接。
电热丝设有多个，每根电热丝的两端均与一组串联组件，各串联组件之间相互并联，经PLC控制系统控制，对电热丝进行加热。通过在一套爆炸反应观察管上配套设置多个超级电容，单元控制开关，电热丝和红外测温仪的组合，实现在一次测试样品，达到多温度量程测试和多通道监控，对整个爆炸反应观察管的反应情况达到充分的监控目的。
所述的喷粉或喷气分散装置及电磁控制阀经PLC控制系统控制。
所述的红外测温仪设有一个或多个，红外测温仪可以实时对电热丝的温度范围进行监测，当使用多个红外测温仪时，可以对爆炸反应观察管各个部分的温度进行分段监控。
所述的爆炸燃烧反应观察管上设有可视化的观察窗口，可以直接观察到反应的情况。
该装置的各部件采用可插拔式、旋入式或法兰结构进行连接，提高了装置的便携性和拆装性能。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)测试状态下，按照测试的要求，调节超级电容的组合，控制测试可插拔电热丝的温度，利用红外测温仪对可插拔电热丝的温度实时监控。超级电容具有充电速度快，充电10秒～10分钟可达到其额定容量的95％以上；循环使用寿命长，深度充放电循环使用次数可达1～50万次，没有“记忆效应”；大电流放电能力超强，能量转换效率高，过程损失小，大电流能量循环效率≥90％；功率密度高，可达300W/KG～5000W/KG；产品原材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程均没有污染，是理想的绿色环保电源；充放电线路简单，无需充电电池那样的充电电路，安全系数高，长期使用免维护；使用温度宽，温度范围宽-40℃～+70℃；电容电量检测方便，剩余电量可直接读出；电容容量范围通常0.1F--1000F；采用超级电容作为测试装置的电源，能够精确的控制点火源的温度和能量；能够控制反应管内的温度条件。如不采用PLC控制系统和超级电容，则无法有效的对温度传感器、压力传感器、高压电磁阀及截止阀进行控制；无法精确控制点火源的温度；无法精确控制点火源的能量要求；无法获得有效的电源；无法对工况环境中的测试进行模拟。
2)测试状态下，多个可插拔电热丝和红外测温仪组合时，可以对爆炸燃烧反应观察管不同点位的火焰传播的温度变化过程进行实时监控。
3)采用PLC(可编程逻辑控制)远程控制，工作性能稳定可靠，反应灵敏迅捷。
4)该粉尘爆炸实验演示的各部分均采用可插拔式、旋入式或法兰结构提高了装置的便携性和拆装性能。结构简单，使用寿命长，维护维修简单。
5)结构简单，易于维护，适用于各种条件。
附图说明
图1为实施例1中本发明的结构示意图；
图2为实施例2中本发明的结构示意图.
图中，1-开关电源、2-PLC控制系统、3-超级电容，4-单元控制开关、5-总电源控制开关、6-可插拔电热丝、7-泄放顶盖、8-爆炸燃烧反应观察管、9-红外测温仪、10-喷粉或喷气分散装置、11-外接管道、12-电磁控制阀。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
采用超级电容进行气体或粉尘燃烧及爆炸性能测试装置，其结构如图1所示，包括控制端及测试端，控制端包括串联连接的开关电源1、超级电容3、单元控制开关4、总电源控制开关5所形成的串联组件及总控用PLC控制系统2，测试端包括爆炸燃烧反应观察管8及设置在该观察管内的可插拔电热丝6、喷粉或喷气分散装置10、红外测温仪9，盖设在爆炸燃烧反应观察管8顶部的泄放顶盖7，可插拔电热丝6两端分别与控制端的串联组件连接，在喷粉或喷气分散装置10还连接有外接管道11，该外接管道11上安装有电磁控制阀12。
PLC控制系统2用于接收相关信号并发出指令进行控制开关电源1，超级电容3、单元控制开关4、总电源控制开关5、可插拔电热丝6、红外测温仪9、喷粉或喷气分散装置10和电磁控制阀12。
在进行气体或粉尘测试时，选择一定容量的超级电容3，接通单元控制开关4和总电源控制开关5，对可插拔电热丝6进行加热，红外测温仪9对可插拔电热丝6的温度进行实时监控，通过PLC控制系统2对喷粉或喷气分散装置10和电磁控制阀12进行控制，当测试气体或粉尘经喷粉或喷气分散装置10和电磁控制阀12分散于爆炸燃烧反应观察管8中，遇到经过升温的可插拔电热丝6。如果可插拔电热丝6的温度达到测试气体或粉尘的最低着火温度，测试气体或粉尘将会被引燃，可以通过爆炸燃烧反应观察管8观测到反应结果。发生燃烧爆炸反应后，燃烧的废气经由泄放顶盖7排放后，进入相应的尾气净化装置处理后排放。
使用红外测温仪9实时对可插拔电热丝6的温度范围进行监测，在爆炸燃烧反应观察管8上设有可视化的观察窗口，可以直接观察到反应的情况。该装置的各部件采用可插拔式、旋入式或法兰结构进行连接，提高了装置的便携性和拆装性能。
实施例2
采用超级电容进行气体或粉尘燃烧及爆炸性能测试装置，其结构如图2所示，与实施例1的结构大致相同，不同之处在于，可插拔电热丝6设有多个，每根可插拔电热丝6的两端均与一组串联组件，各串联组件之间相互并联，经PLC控制系统2控制，对可插拔电热丝6进行加热。通过在一套爆炸反应观察管上配套设置多个超级电容3，单元控制开关4，可插拔电热丝6和红外测温仪9的组合，实现在一次测试样品，达到多温度量程测试和多通道监控，对整个爆炸反应观察管的反应情况达到充分的监控目的。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (6)
1.采用超级电容进行气体或粉尘燃烧及爆炸性能测试装置，其特征在于，该测试装置包括控制端及测试端，
所述的控制端包括串联连接的开关电源(1)、超级电容(3)、单元控制开关(4)、总电源控制开关(5)及总控用PLC控制系统(2)，
所述的测试端包括爆炸燃烧反应观察管(8)及设置在该观察管内的电热丝(6)、喷粉或喷气分散装置(10)、红外测温仪(9)，盖设在爆炸燃烧反应观察管(8)顶部的泄放顶盖(7)，所述的电热丝(6)与控制端连接；
所述的喷粉或喷气分散装置(10)还连接有外接管道(11)，该外接管道(11)上安装有电磁控制阀(12)；
所述的喷粉或喷气分散装置(10)及电磁控制阀(12)经PLC控制系统(2)控制；
所述的超级电容(3)电流能量循环效率≥90％；功率密度为300W/KG～5000W/KG，电容容量为0.1F-1000F；
所述的电热丝(6)为可插拔式的电热丝，两端分别与控制端的串联组件连接。
2.根据权利要求1所述的采用超级电容进行气体或粉尘燃烧及爆炸性能测试装置，其特征在于，电热丝(6)设有多个，每根电热丝(6)的两端均与一组串联组件连接。
3.根据权利要求2所述的采用超级电容进行气体或粉尘燃烧及爆炸性能测试装置，其特征在于，各串联组件之间相互并联，经PLC控制系统(2)控制，对电热丝(6)进行加热。
4.根据权利要求1所述的采用超级电容进行气体或粉尘燃烧及爆炸性能测试装置，其特征在于，所述的红外测温仪(9)设有一个或多个。
5.根据权利要求1所述的采用超级电容进行气体或粉尘燃烧及爆炸性能测试装置，其特征在于，所述的爆炸燃烧反应观察管(8)上设有可视化的观察窗口。
6.根据权利要求1所述的采用超级电容进行气体或粉尘燃烧及爆炸性能测试装置，其特征在于，该装置的各部件采用可插拔式、旋入式或法兰结构进行连接。
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