CN110243861B - 有毒气体爆炸箱测试装置的测试方法 - Google Patents

有毒气体爆炸箱测试装置的测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种有毒气体爆炸箱测试装置的测试方法，包括爆炸箱、混合机构、气体采集机构和排气机构；所述爆炸箱具有爆炸腔室，所述爆炸腔室内部设有用于放置样品的臼炮；所述混合机构包括混合管道，所述混合管道两端均与爆炸室连接，所述混合管道上连接有空气压缩机和气动阀；所述气体采集机构包括采集管道和排气阀，所述采集管道的一端与混合管道连通。本发明通过混合机构、气体采集机构、排气机构之间的配合，使得炸药在常压下爆炸，试验药量可达500gTNT当量、装药直径可达100mm，填补了国内炸药有毒气体生成量测试的空白，使用乳化炸药进行实验，为无雷管感度炸药的有毒气体含量测试提供了一种科学手段。

Description

有毒气体爆炸箱测试装置的测试方法
技术领域
本发明涉及炸药有毒气体测试设备技术领域，尤其涉及一种有毒气体爆炸箱测试装置的测试方法。
背景技术
国内现有测试工业炸药有毒气体含量均为试验药量130g以下、装药直径不大于45mm，在弹筒中抽真空后进行测量，采用化学分析方法进行一氧化碳和氮氧化物的分析。由此可见，现有装置无法模拟正常使用条件下炸药的爆炸环境，从而客观反映炸药爆炸后产生的有毒气体含量，也无法满足无雷管感度炸药的大药量、大直径装药测试条件。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种有毒气体爆炸箱测试装置的测试方法，炸药在常压下爆炸，试验药量可达500g、装药直径可达100mm，不仅填补了国内炸药有毒气体生成量测试的空白，也为无雷管感度炸药的有毒气体含量测试提供了一种科学手段。
根据本发明实施例的一种有毒气体爆炸箱测试装置，包括爆炸箱、混合机构、气体采集机构和排气机构；
所述爆炸箱具有爆炸腔室，所述爆炸腔室内部设有用于放置样品的臼炮；
所述混合机构包括混合管道，所述混合管道两端均与爆炸腔室连通，所述混合管道上连接有空气压缩机和气动阀；
所述气体采集机构包括采集管道以及位于采集管道上的排气阀，所述采集管道的一端与混合管道连通；
所述排气机构包括设置在爆炸箱侧面的进/排气窗；
所述接线装置用于连接臼炮内样品引爆线。
优选的，还包括控制装置，所述控制装置与气动阀、空气压缩机、进/排气窗和接线装置连接。
优选的，所述爆炸箱包括内层和外层，所述内层为复合钢板层，所述复合钢板层包括不锈钢板层和高强度钢板层，所述外层为钢筋混凝土层。
优选的，所述混合管道包括依次连接的第一连接管、第二连接管、第三连接管、第四连接管和第五连接管，所述空气压缩机设置于第一连接管、第二连接管之间，所述第一连接管、第二连接管、第三连接管、第四连接管和第五连接管与爆炸箱之间为柔性连接，所述第一连接管、第二连接管、第三连接管、第四连接管和第五连接管上均设有气动阀。
优选的，所述采集管道与混合管道之间安装有密封板，所述密封板上设有采集管道与混合管道连通的通孔。
优选的，所述爆炸箱内腔的顶部固定安装有挂钩。
优选的，所述臼炮的外侧套设有定位环。
优选的，所述爆炸箱的外部设置有减震沟。
优选的，有毒气体测试方法，包括以下步骤：
S1：装药：将待测样品放入装药孔，将待测样品的引爆线与接线装置连接；
S2：气密性测试：通过控制装置控制空气压缩机加压，压力为0.15MPa，保持8-12min；
S3：引爆与混合气体：测试完毕后，通过控制装置控制爆炸箱内部的待测样品引爆，引爆后，通过控制装置开启第一连接管、第三连接管、第四连接管上的气动阀进行内部循环使得气体均匀混合，混合3-5min，用气泵经采集管道抽取混匀后的气体；
S4：排气：取气完成后，通过控制装置开启排气机构和第五连接管上的气动阀，将爆炸箱中的气体在8-12min之内全部排净；
S5：取气完成后将取得的气体使用气相色谱仪进行检测。
优选的，所述待测样品为乳化炸药、粉状炸药中的一种。
本发明中的有益效果是：通过爆炸箱、混合机构、气体采集机构、排气机构及控制装置之间的配合，使得炸药在常压下爆炸，试验药量可达500gTNT当量、装药直径可达100mm，扩大了炸药的测量药量，降低了测量条件，填补了国内炸药有毒气体生成量测试的空白，使用乳化炸药进行实验，为无雷管感度炸药的有毒气体含量测试提供了一种科学手段。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明提出的一种有毒气体爆炸箱测试装置结构示意图；
图2为本发明提出的一种有毒气体爆炸箱测试装置的原理框图；
图3为本发明图1的剖视图；
图4为本发明图1的左视图；
图5为本发明图1的右视图；
图6为本发明图3中A处放大示意图；
图7为本发明爆炸箱结构示意图。
图中：1臼炮、11装药孔、12定位环、2爆炸箱、21复合钢板层、22钢筋混凝土层、23挂钩、24抗爆门、3混合机构、31第一连接管、32第二连接管、33第三连接管、34第四连接管、35第五连接管、351过滤网板、36气动阀、37空气压缩机、4气体采集机构、41密封板、42采集管道、43排气阀、5排气机构、51进/排气窗、6控制装置、61接线装置、62测量孔。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参照图1-7，一种有毒气体爆炸箱测试装置，包括爆炸箱2、混合机构3、气体采集机构4和排气机构5和控制装置6组成，所述控制装置6与气动阀36、空气压缩机37和排气机构5电连接，控制装置6实现混合、取气、排气的自动控制以及抗爆门24开关状态显示，配备总控台用于控制各阀门与设备动作、起爆操作等，排气机构5、抗爆门24等联锁设计，具有安全报警和警示功能，混合机构3、气体采集机构4、排气机构5均设置与爆炸箱2的侧面，爆炸箱2具有爆炸腔室，爆炸腔室内部设有用于放置样品的臼炮1，控制装置6通过传输电缆与爆炸箱2内的接线装置61相连，接线装置61还可连接样品引爆线，臼炮1的上方开设有装药孔11，混合机构3包括混合管道，混合管道两端均与爆炸箱2连接，混合管道上连接有空气压缩机37和气动阀36，混合管道包括依次连接的第一连接管31、第二连接管32、第三连接管33、第四连接管34和第五连接管35，空气压缩机37设置于第一连接管31、第二连接管32之间，气体采集机构4包括采集管道42和密封板41，采集管道42的一端与密封板41连通，密封板41设有使得采集管道42与混合管道连通的通孔，密封板41与混合管道上的第四连接管34连接，采集管道42上设有排气阀43，排气机构5包括设置在爆炸箱2侧面的进/排气窗51，直径为Ф150mm，在容器内部500gTNT当量爆炸载荷(裸露装药)条件下能够可靠抵御冲击波和雷管破片的作用，接线装置61的接口形式为BNC同轴电缆插座，接线装置61上设有测量孔62；测量孔62供测量爆炸箱内气体温度、压力，爆炸箱2侧面的底部铰接有抗爆门24，便于人员及测试设备出入，门为铰链内推式结构，关闭后手动与门框锁紧或解锁，满足长期使用，抗爆门24的外侧设有密封圈，提高密封性，防止毒气泄露。
爆炸箱2采用半球顶圆柱壳形，爆炸箱2包括内层和外层，内层为复合钢板层21，外层为钢筋混凝土层22，复合钢板层21包括内外两层，其内层为不锈钢板、外层为高强度钢板，不锈钢板厚度为3mm，高强度钢板厚度为16mm，净空间15.2m3，净高3.3m；下部为内径2.6m、高2m的圆柱体；上部为半径1.3m的半球体；钢筋混凝土层22的厚度不小于300mm的钢筋混凝土，可衰减爆炸产生的噪声，吸收爆炸能量，半球形钢板中心350mm内无焊缝，所有焊缝需经探伤检查无内部缺陷。
第五连接管35远离爆炸箱2的一端设有过滤网板351。
爆炸箱2内腔的顶部固定安装有挂钩23，供悬吊试样。
臼炮1的外侧套设有定位环12。
第一连接管31、第二连接管32、第三连接管33、第四连接管34和第五连接管35与爆炸箱2之间为柔性连接，第一连接管31、第二连接管32、第三连接管33、第四连接管34和第五连接管35上均设有气动阀，且厚度均不小于5mm。
爆炸箱2的外部设置有减震沟，用以减弱爆炸产生的地震波。
设备验证：
(1)爆炸箱2的设计：参照EN13631-16:2004《民用爆炸物品高能炸药第16部分：有毒气体的测量和检测》标准的技术要求，采用19mm的复合钢板(内层为3mm厚不锈钢板，外层为16mm厚高强度钢板)焊接，主体为圆柱形，内径2.6m，总高度3.3m(上盖为Φ2.6m的半球体)，外面用300mm厚的钢筋混凝土覆盖，体积18m3，净容积为不小于15m3的密闭容器，以利于炸药爆炸后有毒气体的采集。设计试验药量为500g。
(2)爆炸箱的设计强度校核
本爆炸箱实验最大药量460g，r＝2m，依据刚性地面冲击波超压公式试算得：入射冲击波为：
Figure GDA0003408917170000051
其中
Figure GDA0003408917170000052
—对比距离。
Figure GDA0003408917170000053
mτ—TNT炸药质量；
进入到爆炸箱壁后反射波最大为：ΔPr′＝8ΔPr＝1.4849MPa
在臼炮中装药为柱型装药：TNT装药密度1.5g·cm-3，爆热为4225.8kJ·kg-3
以460g，装药直径32mm为例，计算装药长度L。
Figure GDA0003408917170000054
19mm的复合钢板(内层为3mm厚不锈钢板，外层为16mm厚高强度钢板)：弹性模量E＝206×109Pa，泊松比υ＝0.29，屈服极限σb＝300×106Pa，许用应力[σ]＝157×106Pa。
对1.3m半径球壳，固有自振频率和圆频率分别为：
Figure GDA0003408917170000055
Figure GDA0003408917170000061
反射压力作用时间：
Figure GDA0003408917170000062
由于
Figure GDA0003408917170000063
则动载系数：
Figure GDA0003408917170000064
则等效静载荷：ΔP静＝ΔP反·Cd＝1.29MPa
由等效静载荷ΔP静计算壳体中的应力：
Figure GDA0003408917170000065
σ＜[σ]
所以，壳体壁厚采用19mm的复合钢板(内层为3mm厚不锈钢板，外层为16mm厚高强度钢板)是可行的。
测试方法：
(1)装药：将炸药或雷管放入臼炮1内部，或者通过挂钩24将炸药放入臼炮1内部，将引爆线与接线装置61进行连接；
(2)气密性测试：设备安装调试完毕后，对爆炸箱2进行气密性测试，采用空气压缩机37加压，压力为0.15MPa，保持10min不下降，爆炸箱运行正常；
(3)引爆与混合气体：检测完毕后，引爆爆炸箱2内部的炸药，引爆后，开启第一连接管31、第三连接管33、第四连接管34上的气动阀36进行内部循环方式进行气体均匀混合，混合3-5min，配套小型耐腐蚀抽气泵经采集管道42抽取混匀后的气体；
(4)排气：取气完成后，开启排气机构5和第五连接管35上的气动阀36，将爆炸箱2中的气体在10min之内全部排净；
(5)检测：取气完成后将取得的气体使用美国安捷伦气相色谱仪进行检测。
实施例1
西安军潮机电设备有限公司工程师介绍了有毒气体爆炸箱的基本知识，同时对爆炸箱基本操作及日常维护与保养进行了简要介绍和培训。
采用2号岩石乳化炸药对爆炸箱进行抗爆能力试验，试验药量分别为200g、300g、400g及500g，测试条件为裸露药包悬挂于爆炸箱正中央，距爆炸箱底部1.65m处。同时对500g 2号岩石乳化炸药进行臼炮测试。
上述测试结束后，观察爆炸箱及连接管道均无异常，再对爆炸箱再次进行气密性测试，采用空气压缩机打压，压力为0.15MPa，压力保持10min不下降。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种有毒气体爆炸箱测试装置的测试方法，其特征在于：所述测试装置包括爆炸箱、混合机构、气体采集机构、排气机构和接线装置；
所述爆炸箱具有爆炸腔室，所述爆炸腔室内部设有用于放置样品的臼炮；
所述混合机构包括混合管道，所述混合管道两端均与爆炸腔室连通，所述混合管道上连接有空气压缩机和气动阀；
所述气体采集机构包括采集管道以及位于采集管道上的排气阀，所述采集管道的一端与混合管道连通；
所述排气机构包括设置在爆炸箱侧面的进/排气窗；
所述接线装置用于连接臼炮内样品引爆线；
所述测试方法包括以下步骤：
S1：装药：将待测样品放入装药孔，将待测样品的引爆线与接线装置连接；
S2：气密性测试：通过控制装置控制空气压缩机加压，压力为0.15MPa，保持8-12min；
S3：引爆与混合气体：气密性测试完毕后，通过控制装置控制爆炸箱内部的待测样品引爆，引爆后，通过控制装置开启第一连接管、第三连接管、第四连接管上的气动阀进行内部循环使得气体均匀混合，混合3-5min，用气泵经采集管道抽取混匀后的气体；
S4：排气：取气完成后，通过控制装置开启排气机构和第五连接管上的气动阀，将爆炸箱中的气体在8-12min之内全部排净；
S5：取气完成后将取得的气体进行检测；
所述混合管道包括依次连接的第一连接管、第二连接管、第三连接管、第四连接管和第五连接管，所述空气压缩机设置于第一连接管、第二连接管之间，所述第一连接管、第二连接管、第三连接管、第四连接管和第五连接管与爆炸箱之间为柔性连接，所述第一连接管、第二连接管、第三连接管、第四连接管和第五连接管上均设有气动阀；
所述爆炸箱包括内层和外层，所述内层为复合钢板层，所述复合钢板层包括不锈钢板层和高强度钢板层，所述外层为钢筋混凝土层。
2.根据权利要求1所述的有毒气体爆炸箱测试装置的测试方法，其特征在于：还包括控制装置，所述控制装置与气动阀、空气压缩机、进/排气窗和接线装置连接。
3.根据权利要求1所述的有毒气体爆炸箱测试装置的测试方法，其特征在于：所述采集管道与混合管道之间安装有密封板，所述密封板上设有用于连通采集管道与混合管道连通的通孔。
4.根据权利要求1所述的有毒气体爆炸箱测试装置的测试方法，其特征在于：所述爆炸箱内腔的顶部固定安装有挂钩。
5.根据权利要求1所述的有毒气体爆炸箱测试装置的测试方法，其特征在于：所述臼炮设有用于放置样品的装药孔，所述臼炮的外侧套设有定位环。
6.根据权利要求1所述的有毒气体爆炸箱测试装置的测试方法，其特征在于：所述爆炸箱的外部设置有减震沟。
7.根据权利要求1所述的有毒气体爆炸箱测试装置的测试方法，其特征在于，在S1中，所述待测样品为乳化炸药、粉状炸药中的一种。
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受限空间煤尘爆炸毒害气体传播伤害研究;景国勋;《中国安全科学学报》;20100430;第20卷(第4期);第55-58页 *
炸药爆炸对大气的污染研究;周晓光;《采矿技术》;20131031;第13卷(第5期);第138-196页 *

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