CN112067649A - 一种火炸药真空安定性试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火炸药真空安定性试验装置，包括反应器本体和用于放置样品的样品池；反应器本体包括壳体和内腔；壳体上设置有用于安装压力传感器的第一连接口、用于连接抽真空接头的第二连接口和用于安装温度传感器的第三连接口，第一连接口、第二连接口和第三连接口均与内腔连通；品池上设置有用于放置样品的环形槽；内腔的底部设置有第一凸台，样品池悬空支撑在所述的第一凸台上。通过本发明装置减小了样品温度和分解气体温度的差异，能够较为准确的获得分解气体的温度，而不是笼统的采用控制温度作为分解气体温度。较好的解决了因气体温度分布不均匀使得分解气体真实温度测量受影响。

Description

一种火炸药真空安定性试验装置

技术领域

本发明属于火炸药真空安定性试验技术领域，具体涉及一种火炸药真空安定性试验装置。

背景技术

火炸药真空安定性和相容性是火炸药配方设计阶段原材料选型设计时必须获得的安全性能。目前，国内外火炸药真空安定性用试验加热炉炉体一般采用固态加热丝和固态导热块构成的固态加热炉，反应器均为细长型玻璃或不锈钢反应器，试验时样品置于反应器底部，然后将真空安定性反应器抽真空后插入加热孔中，由于加热孔比反应器略大，造成反应器与加热孔内壁之间存在空气间隙，加之炉体自身加热炉孔上下温度梯度大(至少高于3℃)导致反应器内部上下温度差较大远远高于标准GJB772A-97中±0.5℃的要求。捷克等采用液体硅油加热，但由于硅油上下对流换热不充足，反应器内部的温度差虽比固态加热炉的低，但至少也高于2℃，同样不满足要求。过去加热炉体测温点固定在某一点，只考虑孔与孔之间的温度均匀性，未考虑单个孔内上下温度的不一致。导致反应器内部上下温度差较大的情况一直未引起重视。反应器内部上下温度不一致，即使反应器内部气体看作流动，但是无法获得与分解气体所测压力对应的真实温度。PV＝nRT公式中T是指的分解气体的温度，当分解气体温度不一致时，无法获得与P对应的真实温度，采用具有温度差的反应器内部某点的温度来代替显然具有误差。

在现有的直接压力测量法中，样品直接置于反应器底部，与炉孔底部直接接触，样品温度显著高于分解气体温度；反应器周围与炉孔之间存在间隙，导致反应器内部上下温度差较大，分解气体温度与测温点温度不同，采用炉体控制温度代替分解气体温度对最终结果引入较大误差。火炸药的真空安定性和相容性是以一定的样品量在某一温度下加热固定时间后将分解气体折算到标准状态下的放气量来衡量的。由公式PV＝nRT可知，当P，V测量准确后，分解气体温度的测量准确性是影响放气量n测量准确性的唯一因素。当反应器内存在温度梯度时，采用某一点处炉体或分解气体的温度代替分解气体的平均温度显然也是不合适的，此时，与分解气体压力对应的真实温度取值存在问题，进而导致放气量计算值的不准确。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种火炸药真空安定性试验装置，解决现有的试验设备中分解气体温度分布不均匀使得真实温度测量不准确的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种火炸药真空安定性试验装置，包括反应器本体和用于放置样品的样品池；所述的反应器本体包括壳体和内腔；

所述的壳体上设置有用于安装压力传感器的第一连接口、用于连接抽真空接头的第二连接口和用于安装温度传感器的第三连接口，所述的第一连接口、第二连接口和第三连接口均与所述的内腔连通；

所述的样品池上设置有用于放置样品的环形槽；

所述的内腔的底部设置有第一凸台，所述的样品池悬空支撑在所述的第一凸台上；

所述的壳体包括内胆层、加热层和导热层，所述的导热层完全包裹在内胆层外部，所述的加热层设置在内胆层与导热层之间。

优选的，所述的加热层为电加热层，包括电加热片和绝缘片，所述的电加热片夹设在绝缘片之间；所述的电加热片上设置有第一引线铜柱，所述的导热层上设置有供第一引线铜柱穿过的第一孔；所述的第一引线铜柱与第一孔的孔壁之间设置有绝缘层。

进一步的，所述的加热层与内胆层之间设置有控温温度传感器，控温温度传感器与内胆层外表面紧密接触，所述的控温温度传感器连接有第二引线铜柱，所述的加热层与导热层上设置有供第二引线铜柱穿过的第二孔。

优选的，所述的内胆层为扁平状。

优选的，所述的第一连接口、第二连接口分别设置在壳体的顶部中心和底部中心；所述的加热层也设置在壳体的底部和顶部，且加热层围绕第一连接口和第二连接口设置。

具体的，所述的样品池包括盘形本体和设置在盘形本体中心的第二凸台，所述的盘形本体的外沿与第二凸台之间形成所述的环形槽；沿盘形本体底部向第二凸台顶部开设有用于插装第一凸台的凹槽。

更具体的，所述的盘形本体上设置有第一通气孔，所述的第二连接口设置在第一凸台上，所述的第一通气孔与第二连接口连通。

具体的，抽真空接头包括第一端和第二端，第一端外径大于第二端外径；抽真空接头内部设置有L型通气孔，L型通气孔一端沿抽真空接头的轴线方向，另一端延伸至第二端的外壁处；所述的第一端外径与第二连接口内径匹配，所述的第二端的外壁与第二连接口的内壁之间形成通气缝隙；所述的第二连接口为台阶状，所述的第二端端部挤顶在台阶处。

具体的，所述的壳体由上壳体和下壳体通过螺母组装而成。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明的反应器中的加热层直接对内胆进行接触加热，并用导热层进行全包裹，提高了反应器内部径向和轴向的温度场均匀性；同时本发明的样品池中设置有放置样品的环形槽，环形槽截面积远大于原有样品装填截面积，使样品能够均匀薄层平铺在槽底，使样品分解放出的热量直接快速释放到气氛中，而无须通过热传导；并通过将样品池悬空放置于反应器中，使样品与反应器底部物理隔开，避免样品与反应器之间的热传导，使样品温度完全由气体和辐射加热，促使样品受热上下基本对称，确保样品温度恒定。

通过本发明装置减小了样品温度和分解气体温度的差异，能够较为准确的获得分解气体的温度，而不是笼统的采用控制温度作为分解气体温度。较好的解决了因气体温度分布不均匀使得分解气体真实温度测量受影响。

(2)本发明装置在抽真空时，样品池内部气流方向经过多次改变，避免抽气气流直接抽走样品；而且环形槽底部滤板成为向下抽气的一个通道，使环形槽中样品所受的净作用力向下，避免微纳米粉末状样品飞起被抽走。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例1记载的试验装置的整体结构示意图，图中虚线箭头所示为气流方向。

图2是本发明实施例1记载的上壳体结构示意图。

图3是本发明实施例1记载的下壳体结构示意图。

图4是本发明实施例1记载的壳体导热层的俯视图。

图5是本发明实施例2记载的试验装置的整体结构示意图。

图6是本发明实施例3记载的试验装置的整体结构示意图。

图中各标号表示为：

1-样品池，2-壳体，3-内腔，4-压力传感器，5-温度传感器，6-抽真空接头，7-密封垫片，8-第一凸台，9-控温温度传感器；

101-盘形本体，102-第二凸台，103-环形槽，104-凹槽，105-第一通气孔，106-通气孔连接件，107-连接件本体，108-盲孔，109-通气凹槽，110-通气缝隙，111-外沿，112-滤板。

201-内胆层，202-加热层，203-导热层，204-电加热片，205-绝缘片，206-第一引线铜柱，207-绝缘层，208-第二引线铜柱，209-第一连接口，210-第二连接口，211-第三连接口，212-上壳体，213-下壳体，214-螺栓孔，215-盲孔，216-螺母；

601-第一端，602-第二端，603-L型通气孔，604-通气缝隙。

以下结合附图和具体实施方式对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

以下给出本发明的具体实施方式，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、底、顶”通常是指以相应附图的图面为基准定义的，“内、外”是指相应部件轮廓的内和外。

实施例1

本实施例公开了一种火炸药真空安定性试验装置，如图1所示，该装置包括反应器本体和用于放置样品的样品池1。

其中，反应器本体包括壳体2和内腔3。壳体2上设置有第一连接口209、第二连接口210和第三连接口211，第一连接口209、第二连接口210和第三连接口211均与内腔3连通。其中，第一连接口209用于安装压力传感器4，第二连接口用于连接抽真空接头6，第三连接口用于安装测量分解气体温度的温度传感器5。

本实施例的温度传感器5采用铠装PT100，通过焊接方式密封连接在第三连接口211中，温度传感器5伸入内腔3中，直接测量内部分解气体温度。作为本实施例的优选方案，第三连接口211设置在壳体2的侧部，靠近样品池1的环形槽103处。

内腔3的底部设置有第一凸台8，样品池1悬空支撑在所述的第一凸台8上，使样品与反应器壳体2底部物理隔开，避免样品与反应器壳体2之间的热传导，使样品温度完全由气体和辐射加热，促使样品受热上下基本对称，确保样品温度恒定。

作为本实施例的优选方案，第一连接口209由一个圆柱形通道形成，具体的，该圆柱形通道的材质为不锈钢材质。第一连接口209为下大下小的台阶状，具体由两端直径大小不同的通孔形成。直径较小的通孔位于反应器的内腔3侧。在第一连接口209中连接压力传感器4时，直径较大的通孔与压力传感器4接触的台阶端面处设置有密封垫片7，保证试验时内腔3的密封性。

作为本实施例的优选方案，第二连接口210也由一个圆柱形通道形成，且该圆柱形通道向反应器本体的内腔延伸形成第一凸台8，具体的，第一凸台8和该圆柱形通道的材质也为不锈钢材质。第二连接口210为上小下大的台阶状，抽真空接头6的端部挤顶在台阶处。且在第二端602端部与台阶的连接处设置有密封垫片7，保证试验时内腔3的密封性。

具体的，本实施例中的抽真空接头6为图1所示的结构形式，具体的，如图1所示，抽真空接头6包括第一端601和第二端602，第一端601外径大于第二端外径602。在抽真空接头6内部设置有L型通气孔603，L型通气孔603一端沿抽真空接头6的轴线方向，另一端延伸至第二端602的外壁处。第一端601外径与第二连接口210较大的内径匹配，这样使得第二端602的外壁与第二连接口210的内壁之间形成通气缝隙604。当松开抽真空接头6时，使密封垫片7与第二连接口210台阶处不紧密接触，使得内腔3中的气体沿通气缝隙604流动至抽真空接头6中，保证分解气体能够被抽出；当内腔3达到真空度要求时，拧紧抽真空接头6使密封垫片7与小孔端面紧密接触，保证密封。

本实施例的抽真空接头6也可以是市面上存在的其他的接头，只要实现与内腔连通即可，但优选本发明的这种结构形式。

如图1所示，本实施例的壳体2包括内胆层201、加热层202和导热层203，其中，导热层203完全包裹在内胆层201外部；加热层202设置在内胆层201与导热层203之间，为整个装置进行加热。

作为本实施例的优选方案，加热层202为电加热层，包括电加热片204和绝缘片205，具体的，电加热片204为镍络合金片，绝缘片205为云母绝缘片。电加热片204夹设在绝缘片205之间。并在电加热片204上设置有第一引线铜柱206，导热层203上设置有供第一引线铜柱206穿过的第一孔(图中未标出)，电加热片204通过第一引线铜柱206引出接线插头。更进一步的，在第一引线铜柱206与第一孔的孔壁之间设置有绝缘层207，该绝缘层207具体由填充在第一引线铜柱206与第一孔的孔壁之间的绝缘浆料形成。

本实施例的内胆层201为不锈钢材质，该内胆层201围绕形成整个装置的内腔3。优选的，本实施例的内胆层201设计成扁平型，通过结构优化进一步减少反应器内部纵向的温度梯度。

本实施例的导热层203为铜导热层，整个铜导热层接触全包裹在内胆层201和加热层202的外部，通过导热性良好的铜导热层减少外部环境对不锈钢内胆4的影响。

通过本实施例的上述壳体结构，提高了反应器内部径向和轴向的温度场均匀性。

作为本实施例的优选方案，在加热层202与内胆层201之间设置有控温温度传感器9，控温温度传感器9用于控制加热温度。控温温度传感器9的芯片直接与内胆层201外表面紧密接触，这种直接接触加热的方式能够提升反应器内部的温度场均匀性。另外，在控温温度传感器9上连接有第二引线铜柱208，在加热层202与导热层203上设置有供第二引线铜柱208穿过的第二孔(图中未标出)，控温温度传感器9通过第二引线铜柱208引出连接线。同样，在第二引线铜柱208与第一孔的孔壁之间设置有绝缘层207，该绝缘层207具体由填充在第二引线铜柱208与第二孔的孔壁之间的绝缘浆料形成。

作为本实施例的优选方案，内胆层201和导热层202通过螺母216固定，方便拆装。当然其他的如焊接的连接方式也属于本发明的保护范围内，但优选本发明方法。

作为本实施例的优选方案，反应器的壳体2整体为圆柱形，俯视图如图4所示。第一连接口209、第二连接口210分别设置在壳体2的顶部中心和底部中心；加热层202也设置在壳体2的底部和顶部，且加热层202围绕第一连接口209和第二连接口210设置。并在壳体2的底部和顶部分别设置有第一引线铜柱206。

如图1所示，本实施例的样品池1上设置有用于放置样品的环形槽103，并将样品池悬空放置在第一凸台8上。样品置于样品池1的环形槽103中，环形槽103截面积远大于原有样品装填截面积，使样品能够均匀薄层平铺在槽底，使样品分解放出的热量直接快速释放到气氛中，而无须通过热传导。另外，样品池1悬空置于内腔3内，实验时，保证样品与反应器底部物理隔开，避免样品与反应器之间的热传导，使样品温度完全由气体和辐射加热，促使样品受热上下基本对称，确保样品温度恒定。

具体的，如图1所示，本实施例的样品池1包括盘形本体101和设置在盘形本体101中心的第二凸台102，盘形本体101的外沿与第二凸台102之间形成环形槽103。第二凸台102将环形槽103内样品传递给气氛的热量物理隔离，减少样品之间热量的影响，分解气体的温度通过样品池附件的温度传感器直接测量。具体的，第二凸台102为圆柱形凸台，与盘形本体一体化加工而成。为了方便样品池1的安装定位，沿盘形本体101底部向第二凸台102顶部开设有用于插装第一凸台8的凹槽104，第一凸台8的高度大于凹槽104的深度，使得样品池1悬空在内腔3中。本实施例的样品池1为石英玻璃材质。

另外，在盘形本体101上设置有第一通气孔105，第一通气孔105与第一凸台8上的第二连接口210连通。使得内腔中的气体沿着第一通气孔105、第二连接口210以及通气缝隙604进入抽真空接头6中。

本实施例的样品池也可选择实施例2和实施例3的样品池结构。

作为本实施例的优选方案，整个试验装置基本采用上下对称结构，如图2和图3所示，具体的，壳体2由上壳体212和下壳体213通过螺母216组装而成，使得整个装置拆装方便。试验时，只需要将上壳体212和下壳体213采用扭矩扳手将螺母216固定即可。试验完成之后也只需要拆卸螺母216将上壳体212和下壳体213分开即可，即装配好后试验时，上壳体212和下壳体213的内胆层201、加热层202、导热层203是作为一个整体的。

具体为，上壳体212从顶部向下贯通开设有螺栓孔214，上壳体213顶部对应设置有一端盲孔215，上壳体212和下壳体213对接形成完整的壳体2时，该盲孔215与螺栓孔214位置对应，并通过螺母216将上壳体212与下壳体213连接，具体的，如图4所示，内胆层201与导热层203的固定螺母、上下壳体的固定螺母沿外圈圆周间隔排列。另外，上壳体212中的导热层203相对于上内胆层201凸出一段，相应地下壳体213中的铜导热层203相对于内胆层201会缩进相等的一段，避免内胆层201的对接缝与导热层203的对接缝重合。

且在上壳体212与下壳体213的对接处设置有密封垫片7，保证装置的密封性。

本实施例的试验装置的试验过程为：

(1)采用螺丝刀松开图1中的螺母216，将反应器上壳体212和下壳体213分开；

(2)称量一定的样品置于样品池1的环形槽103中；

(3)采用螺丝刀拧紧螺母216，将反应器上下两部分装配好；

(4)采用螺丝刀松开抽真空接头6，使密封垫片7与第二连接口210端面不紧密接触，保证分解气体能够被抽出；

(5)连接抽气系统进行抽气，当达到真空度要求时，拧紧抽真空接头6使密封垫片7与第二连接口210端面端面紧密接触，保证密封；

(6)将反应器放入加热孔中进行试验；

(7)试验完毕后，采用螺丝刀拧开抽真空接头6，使密封垫片7与第二连接口210端面不紧密接触，泄放压力；

(8)采用螺丝刀松开螺母216，将反应器上下两部分分开，取出样品池1，清理样品残渣。

实施例2

本实施例公开了一种火炸药真空安定性试验装置，如图5所示，该试验装置与实施例1的区别在于：样品池1和第一凸台8的结构不同。

本实施例中的样品池1除了盘形本体101、第二凸台102、环形槽103以及凹槽104以外，还包括通气孔连接件106。该通气孔连接件106包括连接件本体107，连接件本体107中心设置有一段盲孔108，连接件本体107外壁上设置有多个与盲孔108同方向分布的通气凹槽109，盲孔108与通气凹槽109之间通过通气缝隙110连通。多个通气凹槽109沿周向均匀分布。本实施例的样品池的外沿111的顶部高于第二凸台102顶部的高度。

在第一凸台8上设置横向通气道801，横向通气道801与第二连接口210连通。第一凸台8设置横向通气道801的一端的外壁与盲孔108的内壁之间设置有间隙802。

该结构的样品池安装在内腔3中时，抽真空时气流的流动方式如图5中虚线箭头所指，相对于实施例1中气流沿中心流动，本实施例的反应器在抽气时，环形槽103中样品上方各处的负压成中心对称，避免第二凸台102周围的样品受向上的吸力过大，从而飞起被抽走。

此处需要说明的是，图5中仅仅给出了壳体2形状的示意，壳体2的结构组成还是同实施例1。

实施例3

本实施例公开了一种微纳米粉火炸药真空安定性试验装置，主要用于测定微纳米粉末样品，本实施例的试验装置与实施例2的区别在于：样品池1中环形槽104底部结构不同，如图6所示。

本实施例的样品池针对微纳米粉样品，将环形槽104底部设置为滤板112。由于滤板中设置有孔道，使得滤板成为向下抽气的一个通道；另外，外沿106与反应器壳体2内壁之间形成圆环形对称通气通道，成为第二个抽气通道。通过调节滤板横截面积与圆环形对称通气通道的横截面积的比例使抽气时样品经滤板向下的吸力为主要受力方向，圆环形对称通气通道形成的抽气负压对样品的向上吸力为次受力方向，使样品所受的净作用力向下，避免样品飞起被抽走，同时样品受到的向上的力和向下的吸力相差不大，避免样品进入滤板孔道中。

本实施例的滤板具体为石英砂芯滤板，滤板的孔径小于等于2μm，外沿106与反应器壳体2内壁之间的间距小于2mm。本实施例中，通气凹槽109的孔径小于2mm，上端的通气缝隙小于1mm。

本实施例的装置在抽真空时，样品池1中的气流方向经过多次改变，避免抽气气流直接抽走样品；而且环形槽底部滤板成为向下抽气的一个通道，使环形槽中样品所受的净作用力向下，避免样品飞起被抽走。

在以上的描述中，除非另有明确的规定和限定，其中的“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是拆卸连接或成一体；可以是直接连接，也可以是间接连接等等。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技术方案中的具体含义。

在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，只要其不违背本发明的思想，同样应当视其为本发明所公开的内容。

Claims (9)

1.一种火炸药真空安定性试验装置，其特征在于，包括反应器本体和用于放置样品的样品池(1)；所述的反应器本体包括壳体(2)和内腔(3)；

所述的壳体(2)上设置有用于安装压力传感器(4)的第一连接口(209)、用于连接抽真空接头(6)的第二连接口(210)和用于安装温度传感器(5)的第三连接口(211)，所述的第一连接口(209)、第二连接口(210)和第三连接口(211)均与所述的内腔(3)连通；

所述的样品池(1)上设置有用于放置样品的环形槽(103)；

所述的内腔(3)的底部设置有第一凸台(8)，所述的样品池(1)悬空支撑在所述的第一凸台(8)上；

所述的壳体(2)包括内胆层(201)、加热层(202)和导热层(203)，所述的导热层(203)完全包裹在内胆层(201)外部，所述的加热层(202)设置在内胆层(201)与导热层(203)之间。

2.如权利要求1所述的火炸药真空安定性试验装置，其特征在于，所述的加热层(202)为电加热层，包括电加热片(204)和绝缘片(205)，所述的电加热片(204)夹设在绝缘片(205)之间；所述的电加热片(204)上设置有第一引线铜柱(206)，所述的导热层(203)上设置有供第一引线铜柱(206)穿过的第一孔；所述的第一引线铜柱(206)与第一孔的孔壁之间设置有绝缘层(207)。

3.如权利要求1所述的火炸药真空安定性试验装置，其特征在于，所述的加热层(202)与内胆层(201)之间设置有控温温度传感器(9)，控温温度传感器(9)与内胆层(201)外表面紧密接触，所述的控温温度传感器(9)连接有第二引线铜柱(208)，所述的加热层(202)与导热层(203)上设置有供第二引线铜柱(208)穿过的第二孔。

4.如权利要求1至3任一项所述的火炸药真空安定性试验装置，其特征在于，所述的内胆层(201)为扁平状。

5.如权利要求1所述的火炸药真空安定性试验装置，其特征在于，所述的第一连接口(209)、第二连接口(210)分别设置在壳体(2)的顶部中心和底部中心；所述的加热层(202)也设置在壳体(2)的底部和顶部，且加热层(202)围绕第一连接口(209)和第二连接口(210)设置。

6.如权利要求1所述的火炸药真空安定性试验装置，其特征在于，所述的样品池(1)包括盘形本体(101)和设置在盘形本体(101)中心的第二凸台(102)，所述的盘形本体(101)的外沿与第二凸台(102)之间形成所述的环形槽(103)；沿盘形本体(101)底部向第二凸台(102)顶部开设有用于插装第一凸台(8)的凹槽(104)。

7.如权利要求6所述的火炸药真空安定性试验装置，其特征在于，所述的盘形本体(101)上设置有第一通气孔(105)，所述的第二连接口(210)设置在第一凸台(8)上，所述的第一通气孔(105)与第二连接口(210)连通。

8.如权利要求1所述的火炸药真空安定性试验装置，其特征在于，抽真空接头(6)包括第一端(601)和第二端(602)，第一端(601)外径大于第二端外径(602)；抽真空接头(6)内部设置有L型通气孔(603)，L型通气孔(603)一端沿抽真空接头(6)的轴线方向，另一端延伸至第二端(602)的外壁处；所述的第一端(601)外径与第二连接口(210)内径匹配，所述的第二端(602)的外壁与第二连接口(210)的内壁之间形成通气缝隙(604)；所述的第二连接口(210)为台阶状，所述的第二端(602)端部挤顶在台阶处。

9.如权利要求1所述的火炸药真空安定性试验装置，其特征在于，所述的壳体(2)由上壳体(212)和下壳体(213)通过螺母(216)组装而成。

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