CN109493674A - 一种模拟瓦斯爆炸效果现代化教学装置及其控制方法 - Google Patents
一种模拟瓦斯爆炸效果现代化教学装置及其控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种模拟瓦斯爆炸效果现代化教学装置及其控制方法,其中装置包括:爆炸反应容器,以及通过阀门与所述爆炸反应容器连通的惰性气体储气瓶、甲烷储气瓶和真空泵;所述教学装置还包括点火控制器、点火电极、多个传感器、数据采集模块和模拟效果显示屏;所述点火电极接入爆炸反应容器内部与爆炸介质接触,并且所述点火电极还与爆炸反应容器外部的点火控制器连接;所述多个传感器接入爆炸反应容器内部,并与爆炸反应容器外部的数据采集模块和模拟效果显示屏连接,用于将采集数据输送到数据采集模块并显示在模拟效果显示屏上。本发明利用抽真空的方式,可抽取爆炸反应容器内的空气,进而按照设定瓦斯浓度可快速配制瓦斯爆炸反应的瓦斯浓度。
Description
技术领域
本发明涉及瓦斯灾害防治与利用领域,尤其涉及一种模拟瓦斯爆炸效果现代化教学装置及其控制方法。
背景技术
现有模拟煤矿井下巷道内瓦斯或瓦斯-煤尘爆炸的实验演示装置,满足了对模拟煤矿井下巷道内瓦斯、瓦斯-煤尘爆炸的实验演示装置的需求。向爆炸腔体内注入甲烷气体和煤尘,当爆炸腔体内的压力值与外部大气压力相等时,高能点火柜控制爆炸腔体上的点火电极点火,从而实现瓦斯、瓦斯-煤尘的爆炸实验,爆炸后的气体等通过瓦斯爆炸扩散管路、瓦斯爆炸扩散支路扩散出去。压力传感器和火焰传感器实时监测爆炸时的瓦斯爆炸扩散管路内的压力和火焰,并将压力和火焰参数发送至高速数据采集器,并储存在高能点火柜中。
现有的模拟瓦斯爆炸效果现代化教学装置存在以下缺点:
(1)仅能通过压力或温度传感器获取相应数据,后续分析数值;不能直接观察到瓦斯爆炸模拟效果图。
(2)现有装置配气过程繁琐,多种气体混合时,需要多次更换气源进行配气,并且配气误差较大。
(3)装置结构单一,数据采集以单一采集超压、温度、火焰为主,少见联合采集更未见噪音采集。
(4)现有装置不能分析瓦斯爆炸后爆炸容器内的残余气体组分。
(5)装置体积偏大,操作繁杂,浪费大量实验用气或其他材料,危险性偏高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是,针对现有技术中的至少一部分缺陷,提供一种模拟瓦斯爆炸效果现代化教学装置及其控制方法。
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种模拟瓦斯爆炸效果现代化教学装置,包括:爆炸反应容器,以及通过阀门与所述爆炸反应容器连通的惰性气体储气瓶、甲烷储气瓶和真空泵;所述教学装置还包括点火控制器、点火电极、多个传感器、数据采集模块和模拟效果显示屏;所述点火电极接入所述爆炸反应容器内部与爆炸介质接触,并且所述点火电极还与所述爆炸反应容器外部的点火控制器连接;所述多个传感器接入所述爆炸反应容器内部,并与所述爆炸反应容器外部的数据采集模块和模拟效果显示屏连接,用于将采集数据输送到数据采集模块并显示在所述模拟效果显示屏上。
在根据本发明所述的模拟瓦斯爆炸效果现代化教学装置中,优选地,所述惰性气体储气瓶包括氮气储气瓶和/或二氧化碳储气瓶。
在根据本发明所述的模拟瓦斯爆炸效果现代化教学装置中,优选地,所述惰性气体储气瓶和甲烷储气瓶均为带有体积刻度的活塞式储气瓶,其中每个活塞式储气瓶包括:瓶体、活塞、推柄、气体阀门、密封圈和档扣;所述活塞通过密封圈与所述瓶体内壁密闭接触,且所述活塞底端设有推柄,所述瓶体上沿轴上分布有刻度;所述档扣设置于所述瓶体底部用于对所述活塞进行阻挡;所述气体阀门设置于所述瓶体的瓶口。
在根据本发明所述的模拟瓦斯爆炸效果现代化教学装置中,优选地,所述模拟效果显示屏包括:火焰变化曲线显示屏、噪声变化曲线显示屏、温度变化曲线显示屏、压力变化曲线显示屏和压力分贝数值显示屏。
在根据本发明所述的模拟瓦斯爆炸效果现代化教学装置中,优选地,所述教学装置还包括通过进样阀门与所述爆炸反应容器连通的气相色谱仪。
在根据本发明所述的模拟瓦斯爆炸效果现代化教学装置中,优选地,所述教学装置还包括防爆压力表。
在根据本发明所述的模拟瓦斯爆炸效果现代化教学装置中,优选地,所述爆炸反应容器上设置有卸荷薄膜。
本发明还提供了一种模拟瓦斯爆炸效果现代化教学装置的控制方法,包括以下步骤:
S1、通过真空泵将爆炸反应容器中的空气抽出a%的体积分数;
S2、推动带有体积刻度的惰性气体储气瓶的活塞向爆炸反应容器内注入b%体积分数的惰性气体,同时推动带有体积刻度的甲烷储气瓶的活塞向爆炸反应容器内注入c%体积分数的甲烷;
S3、点火控制器打火引燃爆炸反应容器内气体。
在根据本发明所述的模拟瓦斯爆炸效果现代化教学装置的控制方法中,优选地,其中a%的取值等于b%+c%。
在根据本发明所述的模拟瓦斯爆炸效果现代化教学装置的控制方法中,优选地,其中c%的取值范围为5%~16%。
实施本发明的模拟瓦斯爆炸效果现代化教学装置及其控制方法,具有以下有益效果:本发明利用抽真空的方式,可抽取爆炸反应容器内的空气,进而按照设定瓦斯浓度可快速配制瓦斯爆炸反应的瓦斯浓度;进一步地,本发明中惰性气体储气瓶和甲烷储气瓶均带有体积刻度,通过活塞的移动位置可清楚的知道储气瓶内剩余气体体积量与进入爆炸反应容器内的气体体积量,进而实现体积量的控制。
附图说明
图1为根据本发明优选实施例的模拟瓦斯爆炸效果现代化教学装置的示意图;
图2为根据本发明提供的模拟瓦斯爆炸效果现代化教学装置中储气瓶的结构图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1,为根据本发明优选实施例的模拟瓦斯爆炸效果现代化教学装置的示意图。如图所示,该优选实施例提供的模拟瓦斯爆炸效果现代化教学装置包括:爆炸反应容器2,以及通过各自的阀门与该爆炸反应容器2连通的惰性气体储气瓶、甲烷储气瓶14和真空泵22。该教学装置还包括点火控制器1、点火电极2、多个传感器、数据采集模块和模拟效果显示屏。其中点火电极2接入爆炸反应容器2内部与爆炸介质接触,并且点火电极2还与爆炸反应容器2外部的点火控制器1连接。多个传感器接入爆炸反应容器2内部,并与爆炸反应容器2外部的数据采集模块和模拟效果显示屏连接,用于将采集数据输送到数据采集模块并显示在模拟效果显示屏上。
本发明的模拟瓦斯爆炸效果现代化教学装置的使用过程如下:首先,设定好爆炸反应容器2中瓦斯浓度,利用真空泵22抽去爆炸反应容器2内一定量的空气,并控制惰性气体储气瓶和甲烷储气瓶14向爆炸反应容器2中注入惰性气体和甲烷。当瓦斯爆炸反应容器2达到爆炸范围后,操作自动点火控制器1进行瓦斯爆炸引爆。
因此,本发明利用抽真空的方式,可抽取爆炸反应容器2内的空气,进而按照设定瓦斯浓度可快速配制瓦斯爆炸反应的瓦斯浓度。例如:配制体积分数为8%CH4+5%CO2+87%空气的爆炸反应气体,本发明只需将原有爆炸反应容器抽出13%体积分数的空气,推动惰性气体储气瓶向爆炸反应容器2内注入5%体积分数的CO2,与此同时推动甲烷储气瓶1的活塞向爆炸反应容器2内注入8%体积分数的CH4即可。
本发明中惰性气体储气瓶可以包括氮气储气瓶12和/或二氧化碳储气瓶13。优选地,在该实施例中,模拟瓦斯爆炸效果现代化教学装置包括1个氮气储气瓶12和1个二氧化碳储气瓶13。其中氮气储气瓶12通过第一输气管17与爆炸反应容器2连通,并通过第一阀门18控制其通断。二氧化碳储气瓶13通过第二输气管16与爆炸反应容器2连通,并通过第二阀门19控制其通断。甲烷储气瓶14通过第三输气管15与爆炸反应容器2连通,并通过第三阀门20控制其通断。抑制瓦斯爆炸的气体有N2、CO2等多种惰性气体,在研究上述气体抑制瓦斯爆炸效果实验过程中,当涉及到2种惰性气体同时参与反应的工况时,本发明设置2个惰性气体储气瓶可以很好地满足该实验要求。
优选地,多个传感器包括:超压传感器8、温度传感器9、噪声传感10和火焰传感器11。数据采集模块可与模拟效果显示屏集成在同一装置中。数据采集模块可通过各种数据采集软件实现,通过爆炸反应容器2上安设的这些传感器采集各参数的变化趋势,并以曲线形式展现在显示器上。相应地,该模拟效果显示屏包括:火焰变化曲线显示屏4、噪声变化曲线显示屏5、温度变化曲线显示屏6、压力变化曲线显示屏7和压力分贝数值显示屏3。本发明中不同类型的传感器采集的信息分别以曲线形式展现在多块显示屏幕中,让观看者很直观的观察各参数曲线的变化趋势,增强演示效果。并且超压传感器及噪声传感器采集到的爆炸超压最大值与爆炸声贝最大值可传入到模拟软件中,在模拟显示屏幕中显示出来,让观看者更加直观感受瓦斯爆炸效果,了解瓦斯爆炸危害。
优选地,该模拟瓦斯爆炸效果现代化教学装置还包括通过进样阀门26与爆炸反应容器2连通的气相色谱仪25。爆炸反应容器2中发生瓦斯爆炸后,爆炸反应容器2中残余气体通过进样阀门进入到气相色谱仪25中,实现原位气相色谱分析,分析瓦斯爆炸后反应容器中残余气体组分浓度。
优选地,该模拟瓦斯爆炸效果现代化教学装置还包括防爆压力表24。优选地,爆炸反应容器上设置有卸荷薄膜27。
请结合参阅图2,为根据本发明提供的模拟瓦斯爆炸效果现代化教学装置中储气瓶的结构图。优选地,本发明中惰性气体储气瓶和甲烷储气瓶14均为带有体积刻度的活塞式储气瓶,其中每个活塞式储气瓶包括:瓶体100、活塞102、推柄101、气体阀门103、密封圈104和档扣106。其中活塞102通过密封圈104与瓶体100内壁密闭接触,且活塞102底端设有推柄101,瓶体100上沿轴上分布有刻度105。档扣106设置于瓶体100底部用于对活塞102进行阻挡。气体阀门103设置于瓶体100的瓶口。瓶体100中挡扣106用于防止活塞102移动至储气瓶底部而脱落,气体阀门103防止储气瓶内气体溢出。本发明中惰性气体储气瓶和甲烷储气瓶14均带有体积刻度,并且每个储气瓶的体积相同,活塞的移动位置可清楚的知道储气瓶内剩余气体体积量与进入爆炸反应容器内的气体体积量,所以通过手动推动推柄101即可实现体积量的控制。
本发明还提供了一种模拟瓦斯爆炸效果现代化教学装置的控制方法。该方法可以但不限于使用如前所述的模拟瓦斯爆炸效果现代化教学装置来实现。该方法包括以下步骤:
S1、通过真空泵将爆炸反应容器中的空气抽出a%的体积分数;
S2、推动带有体积刻度的惰性气体储气瓶的活塞向爆炸反应容器内注入b%体积分数的惰性气体,同时推动带有体积刻度的甲烷储气瓶的活塞向爆炸反应容器内注入c%体积分数的甲烷;
S3、点火控制器打火引燃爆炸反应容器内气体。
优选地,其中a%的取值等于b%+c%。例如:配制体积分数为8%CH4+5%CO2+87%空气的爆炸反应气体,本发明只需将原有爆炸反应容器抽出13%体积分数的空气,推动惰性气体储气瓶向爆炸反应容器2内注入5%体积分数的CO2,与此同时推动甲烷储气瓶1的活塞向爆炸反应容器2内注入8%体积分数的CH4即可。
优选地,其中c%的取值范围为5%~16%。瓦斯爆炸的条件一般情况如下:1)混合气体中CH4浓度介于5%~16%;2)混合气体中O2的浓度不低于12%;3)足够能量的高温火源,一般为650℃-750℃。因此,在满足上述条件时,可以获得较佳的瓦斯爆炸模拟效果。
综上所述,本发明具有以下特点:
1)本发明通过抽真空的方式实现了瓦斯气体浓度的快速配置;
2)本发明将噪声传感器等接入到瓦斯爆炸教学演示实验装置中;
3)通过数值模拟的形式展示瓦斯爆炸超压与爆炸噪声等爆炸效果;
4)研制了带有可移动活塞、可视、带有体积刻度的甲烷储气瓶及惰性储气瓶,可实现瓦斯爆炸介质的快速配制;
5)实现了原位在线测试瓦斯爆炸后残余气体的组分浓度,有利于分析瓦斯爆炸后巷道内残余气体成分及浓度判定。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种模拟瓦斯爆炸效果现代化教学装置,其特征在于,包括:爆炸反应容器,以及通过阀门与所述爆炸反应容器连通的惰性气体储气瓶、甲烷储气瓶和真空泵;所述教学装置还包括点火控制器、点火电极、多个传感器、数据采集模块和模拟效果显示屏;所述点火电极接入所述爆炸反应容器内部与爆炸介质接触,并且所述点火电极还与所述爆炸反应容器外部的点火控制器连接;所述多个传感器接入所述爆炸反应容器内部,并与所述爆炸反应容器外部的数据采集模块和模拟效果显示屏连接,用于将采集数据输送到数据采集模块并显示在所述模拟效果显示屏上。
2.根据权利要求1所述的模拟瓦斯爆炸效果现代化教学装置,其特征在于,所述惰性气体储气瓶包括氮气储气瓶和/或二氧化碳储气瓶。
3.根据权利要求2所述的模拟瓦斯爆炸效果现代化教学装置,其特征在于,所述惰性气体储气瓶和甲烷储气瓶均为带有体积刻度的活塞式储气瓶,其中每个活塞式储气瓶包括:瓶体、活塞、推柄、气体阀门、密封圈和档扣;所述活塞通过密封圈与所述瓶体内壁密闭接触,且所述活塞底端设有推柄,所述瓶体上沿轴上分布有刻度;所述档扣设置于所述瓶体底部用于对所述活塞进行阻挡;所述气体阀门设置于所述瓶体的瓶口。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的模拟瓦斯爆炸效果现代化教学装置,其特征在于,所述模拟效果显示屏包括:火焰变化曲线显示屏、噪声变化曲线显示屏、温度变化曲线显示屏、压力变化曲线显示屏和压力分贝数值显示屏。
5.根据权利要求1~3中任一项所述的模拟瓦斯爆炸效果现代化教学装置,其特征在于,所述教学装置还包括通过进样阀门与所述爆炸反应容器连通的气相色谱仪。
6.根据权利要求1~3中任一项所述的模拟瓦斯爆炸效果现代化教学装置,其特征在于,所述教学装置还包括防爆压力表。
7.根据权利要求1~3中任一项所述的模拟瓦斯爆炸效果现代化教学装置,其特征在于,所述爆炸反应容器上设置有卸荷薄膜。
8.一种模拟瓦斯爆炸效果现代化教学装置的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、通过真空泵将爆炸反应容器中的空气抽出a%的体积分数;
S2、推动带有体积刻度的惰性气体储气瓶的活塞向爆炸反应容器内注入b%体积分数的惰性气体,同时推动带有体积刻度的甲烷储气瓶的活塞向爆炸反应容器内注入c%体积分数的甲烷;
S3、点火控制器打火引燃爆炸反应容器内气体。
9.根据权利要求8所述的控制方法,其特征在于,其中a%的取值等于b%+c%。
10.根据权利要求8所述的控制方法,其特征在于,其中c%的取值范围为5%~16%。
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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