CN112179942A - 高倍泡沫发生及其对液化天然气危害防控研究装置 - Google Patents
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Abstract
本发明所述的高倍泡沫发生及其对液化天然气危害防控研究装置，包括电控箱、框架、位置调节装置、空气夹带装置、泡沫液喷洒装置和泡沫液承装测试装置，位置调节装置安装在框架上，位置调节装置上设有空气夹带装置，泡沫液喷洒装置与所述空气夹带装置连接，空气夹带装置的末端设有泡沫液承装测试装置，所述空气夹带装置和泡沫液喷洒装置分别与电控箱连接，所述电控箱与计算机连接。本发明所述的有益效果为：1.实现高倍泡沫发生器的参数调控的多样化和操作的简便化，参数可视化程度高，都可进行数值计算；2.泡沫承装收集装置成本低，价值实现大，在满足承装低温液体的同时能够研究高倍泡沫以及对低温液体的作用效果并建立传热模型。
Description
技术领域
本发明涉及消防设备领域，具体是涉及一种高倍泡沫发生及其对液化天然气危害防控研究装置。
背景技术
液化天然气LNG是以甲烷为主的液态混合物，价格低廉，燃烧产物清洁绿色。常压下沸点温度为-162℃。但LNG作为低温液体，其泄漏后会与周围环境发生剧烈的热交换并迅速气化，由于气化过程体积膨胀600多倍，少量泄漏就会产生巨大的蒸气云团，其能与空气形成可燃气体，在室温下的爆炸极限为5％-15％，遇到点火源会发生火灾甚至爆炸事故，造成人员伤亡和财产损失。液化天然气作为一种清洁能源目前在全国乃至全世界范围内都被广泛投入使用，液化天然气在造福人类的同时同样也带来了一些安全挑战。经证实，高倍泡沫能有效减轻高倍泡沫泄露时的气体灾害。高倍泡沫产生机理研究方面已有类似高倍泡沫发生器的建造，泡沫质量与泡沫液流速、风速、喷嘴对泡沫液的雾化程度、筛网孔目大小等都有关系，但是高倍泡沫发生器的操作参数和变量控制麻烦，不易操作更换部件，实现泡沫发生器的变量更换操作简易在实验过程中十分重要。另外高倍泡沫的性质和作用于低温液体时的效果对于科研工作十分重要，实验时可利用氮气代替液化天然气来研究高倍泡沫影响下的低温气体扩散行为。
发明内容
为实现泡沫发生器可操作参数调节更加方便迅捷，自动化程度更高，泡沫质量高度可控，本发明提供了一种高倍泡沫发生及其对液化天然气危害防控研究装置。
本发明所述的高倍泡沫发生及其对液化天然气危害防控研究装置，其采用的技术方案为：包括电控箱、框架、位置调节装置、空气夹带装置、泡沫液喷洒装置和泡沫液承装测试装置，所述位置调节装置安装在框架上，所述位置调节装置上设有空气夹带装置，所述泡沫液喷洒装置与所述空气夹带装置连接，所述空气夹带装置的末端设有泡沫液承装测试装置，所述空气夹带装置和泡沫液喷洒装置分别与电控箱连接，所述电控箱与计算机连接。
进一步的，所述位置调节装置包括竖直导轨、水平导轨、升降电机、丝杆和支撑板，所述框架两侧对称设有竖直导轨，两根所述水平导轨通过滑块分别与竖直导轨滑动连接，两根所述水平导轨底部连接有支撑板，所述升降电机位于所述支撑板的下方，其由电控箱控制工作并通过丝杆驱动所述支撑板带动水平导轨向上或向下滑动。
进一步的，所述每个水平导轨的两端分别设有隔块。
进一步的，所述空气夹带装置包括发泡筒、喷嘴、筛网、挡板，所述发泡筒内从首端至末端依次设有风机、喷嘴、筛网，所述发泡筒的末端开口活动设有所述挡板，所述发泡筒通过滑架与所述位置调节装置滑动连接，发泡筒侧壁上设有风速传感器，所述风机及风速传感器分别与电控箱连接。
进一步的，发泡筒包括筒Ⅰ、筒Ⅱ、筒Ⅲ、筒Ⅳ，4个筒从左至右依次排列，相邻两个筒之间通过钢圈连接并通过螺栓固定，所述风机、喷嘴和筛网分别对应位于筒Ⅰ、筒Ⅲ、筒Ⅳ内，每个所述钢圈底部分别通过滑架连接位置调节装置。
进一步的，所述喷嘴通过可调节卡套固定在筒Ⅲ内，所述喷嘴通过软管与泡沫喷洒装置连接。
进一步的，泡沫液喷洒装置包括储液箱、计量泵、流量计、调压阀、回流管和压力表，所述储液箱出口端通过回流管与所述空气夹带装置的末端口连接，所述计量泵通过输液管道与钢圈连接，所述输液管道上依次设置的调压阀、流量计、压力表，所述计量泵、流量计分别连接电控箱，储液箱通过导线与电控箱连接，所述导线上设有截止阀。
进一步的，泡沫液承装测试装置包括泡沫盛装箱、摄像机、热电偶和台秤，所述台秤上设有所述泡沫盛装箱，所述泡沫盛装箱内设有若干热电偶，泡沫盛装箱外设有摄像机。
进一步的，所述泡沫盛装箱包括盛装筒和位于其底部的不锈钢盛装盘，所述盛装筒侧壁上设有刻度尺，盛装筒的上端设有氮气传感器，盛装筒的底部设有排液口。
进一步的，所述不锈钢盛装盘包括从上至下依次设置的底盘、加热板和泡沫板，所述底盘的底部为含有空气夹层的中空结构，所述底盘上设有一圈开口向上的凹槽，所述盛装筒的底端卡设在所述凹槽内并通过氯化钠液封。
本发明所述的有益效果为：1.实现高倍泡沫发生器的参数调控的多样化和操作的简便化，参数可视化程度高，都可进行数值计算；2.泡沫承装收集装置成本低，价值实现大，在满足承装低温液体的同时能够研究高倍泡沫以及对低温液体的作用效果并建立传热模型。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明主视结构示意图。
图2是可调节卡套结构示意图。
图3是泡沫盛装箱的剖视结构示意图。
其中：1-电控箱，2-框架，3-位置调节装置，31-竖直导，32-水平导轨，33- 升降电机，34-丝杆，35-支撑板，36-隔块，4-空气夹带装置，41-发泡筒，411- 筒Ⅰ，412-筒Ⅱ，413-筒Ⅲ，414-筒Ⅳ，42-喷嘴，43-筛网，44-挡板，45-风机， 46-钢圈，461-通孔，47-风速传感器，48-滑架，5-泡沫液喷洒装置，51-储液箱， 52-计量泵，53-流量计，54-调压阀，55-回流管，56-压力表，57-输液管道，58- 截止阀，6-泡沫液承装测试装置，61-泡沫盛装箱，611-盛装筒，612-不锈钢盛装盘，6121-底盘，6122-加热板，6123-泡沫板，6124-空气夹层，6125-凹槽， 613-刻度尺，614-排液口，62-摄像机，63-热电偶，64-台秤，65-热电偶，66- 氮气传感器，7-计算机，8-可调节卡套，81-固定架，82-软管，83-卡套，84- 调节旋钮。
具体实施方式
如图1所示，所述高倍泡沫发生及其对液化天然气危害防控研究装置，包括电控箱1、框架2、位置调节装置3、空气夹带装置4、泡沫液喷洒装置5和泡沫液承装测试装置6，所述位置调节装置安装在框架2上，所述位置调节装置3上设有空气夹带装置4，所述泡沫液喷洒装置5与所述空气夹带装置4连接，所述空气夹带装置4的末端设有泡沫液承装测试装置6，所述空气夹带装置4和泡沫液喷洒装置5分别与电控箱1连接，所述电控箱1与计算机7连接。
所述位置调节装置3包括竖直导轨31、水平导轨32、升降电机33、丝杆34 和支撑板35，所述框架1的前后两侧对称设有竖直导轨31，两根所述水平导轨 32通过滑块分别与竖直导轨31滑动连接，每个水平导轨32的两端分别设有隔块36，两根所述水平导轨32的底部连接有支撑板35，所述升降电机33固定在框架上并位于支撑板35的下方通过导线与电控箱连接，升降电机33的驱动端通过丝杆34驱动所述支撑板带动水平导轨35向上或向下滑动。
所述空气夹带装置4包括发泡筒41、喷嘴42、筛网43、挡板44、风机45，所述发泡筒41采用透明亚克力材料，包括从左至右依次排列的筒Ⅰ411、筒Ⅱ 412、筒Ⅲ413、筒Ⅳ414，相邻两个筒之间通过钢圈46连接并通过螺栓固定，发泡筒41和钢圈46之间设有垫圈；所述风机45、喷嘴42和筛网43分别对应位于筒Ⅰ411、筒Ⅲ412、筒Ⅳ413内，所述筒Ⅳ413的末端活动设有挡板44；每个所述钢圈46底部分别通过滑架48连接所述水平导轨32，筒Ⅱ412的侧壁上设有风速传感器47，所述风机45及风速传感器47分别与电控箱1连接。
所述挡板可为多种结构，其主要目的是为了调节开口位置，使泡沫能够最大限度的落入手机装置中。本申请设计的挡板结构为U型，其两侧有折边防护，可使泡沫能全部落入收集装置中。
其中，如图2所示，所述喷嘴42通过可调节卡套8安装在筒Ⅲ内，在本实施例中，可调节卡套8包括固定架81、软管82、卡套83和调节旋钮84，所述固定架81固定在筒Ⅲ内，固定架81上固设有所述卡套83，卡套83的侧壁上设有调节旋钮84，喷嘴卡设在所述卡套83中，并可沿筒Ⅲ的长度方向活动，通过拧松或拧紧调节旋钮84来固定喷嘴在筒Ⅲ中的位置。所述钢圈上开设有容纳软管的通孔461，喷嘴通过软管82与泡沫液喷洒装置连接。
在本发明中，为了更方便更换筛网和喷嘴部件及方便维护透明发泡筒内部，水平放置的透明发泡筒分成三段由钢圈卡住，并用螺丝固定，且发泡筒和钢圈之间配有垫圈。钢圈与水平导轨相连接，更换零部件时松掉钢圈螺丝使透明筒可以沿水平导轨滑动，筛网和喷嘴更换完毕后滑动钢圈和透明筒卡住并拧紧螺丝；另外透明筒和风机整体都可以在水平移动，调整泡沫产出位置。泡沫发生器水平发泡筒部分可实现高度调节，风机、发泡筒和水平导轨整体架在垂直导轨上，升降电机和支撑板可以实现电控调节发泡筒距高度；发泡筒与喷嘴之间采用软管连接，喷嘴采用松紧可调节卡套装置固定在发泡筒中央，卡套调松可前后移动喷嘴的位置并可固定在不同的位置，以此调节喷嘴与筛网之间的距离；发泡筒末端的挡板可通过滑轮和钢丝绳的配合来调节挡板开口的角度，发泡筒内部安装风速传感器，用来检测风速的大小。
泡沫液喷洒装置5包括储液箱51、计量泵52、流量计53、调压阀54、回流管55和压力表56，所述筒Ⅳ414的末端设有回流孔，所述储液箱51出口端通过回流管57与所述回流孔连接，喷嘴喷出的液体经过筛网未形成泡沫的部分可通过回流管流入储液箱中；所述计量泵52通过输液管道57与软管82连接，所述输液管道上依次设置的所述调压阀54、流量计53、压力表56，所述计量泵52、流量计53分别连接电控箱1，储液箱通过管道与计量泵连接，所述管道上安装有截止阀58。
在发泡筒的末端放置有泡沫液承装测试装置6，所述泡沫液盛装测试装置6 包括泡沫盛装箱61、摄像机62、热电偶63和台秤64，所述台秤64上设有所述泡沫盛装箱61，泡沫盛装箱外设有摄像机62；摄像机可计算泡沫的填充时间和破碎时间，台秤可以计算泡沫的质量；其可用于观察高倍泡沫性质及高倍泡沫作用于低温液体时的气体扩散行，为实验现象并检测温度、氧气含量等指标。
所述泡沫盛装箱61包括盛装筒611和位于其底部的不锈钢装盘612，所述盛装筒611采用透明亚克力材料，其侧壁上设有可计算泡沫体积的刻度尺613，盛装筒的顶部设有氮气传感器66，其可以检测不同时间段泡沫盛装箱顶部的氮气浓度；盛装筒的底部设有排液口614；所述盛装筒611内设有三个竖杆，沿每个竖杆的长度方向上均设有若干对热电偶65，以实现盛装筒611内部纵向和横向的温度测量，进一步获得低温液体的蒸发规律。
所述不锈钢盛装盘612包括从上至下依次设置的底盘6121、加热板6122和泡沫板6123，所述底盘6121的底部为含有空气夹层6124的中空结构，所述底盘上设有一圈开口向上的凹槽6125，为防止低温液体和蒸发气体从四周泄露，采用不锈钢盛装盘承装低温液体，透明亚克力盛装筒底部卡设在凹槽6125内并用氯化钠溶液进行液封；底盘下面安装有加热板，可以调节加热板的温度来间接调控盛装盘低温液体的蒸发速率，加热板配合聚氯乙烯泡沫板还可以防止盛装盘温度过低冻坏台秤。
实验方法：
1、高倍泡沫测试与表征
调节不同泡沫液配比、泡沫液流速、筛网网孔尺寸、风速、液滴雾化程度来产生高倍泡沫、用泡沫承装及测试装置来收集高倍泡沫，通过台秤的对泡沫质量 (mfoam)和排水质量(mdrain)测量、泡沫围墙的体积测量(Vfoam)、围墙内充满泡沫的时间(t)和视频对泡沫层高度的持续记录(h)，确定高倍泡沫的产生率
发泡倍数
气泡尺寸(R)、破碎率
2、高倍泡沫作用于LNG的气体灾害减灾
将热电偶和氮气传感器都接入数据采集装置，打开摄像机和计算机，用液氮代替LNG注入到低温液体承装装置，再加入高倍泡沫。
摄像机记录气体危害防控过程高倍泡沫的破碎率，热电偶测量泡沫层温度分布曲线，揭示高倍泡沫阻隔热对流和热辐射的热传递机理；大型天平测量液氮汽化速率，热电偶测量泡沫层的温度曲线，观察测量泡沫层的结构特征，揭示高倍泡沫汽化低温液体的热传递机理；测量泡沫层中汽化气体的温度曲线，观察测量泡沫层气体通道的尺寸、数量和分布，揭示高倍泡沫加热汽化气体的热传递机理。
以上所述仅为本发明的优选方案，并非作为对本发明的进一步限定，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的各种等效变化均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.高倍泡沫发生及其对液化天然气危害防控研究装置，其特征在于，包括电控箱、框架、位置调节装置、空气夹带装置、泡沫液喷洒装置和泡沫液承装测试装置，所述位置调节装置安装在框架上，所述位置调节装置上设有空气夹带装置，所述泡沫液喷洒装置与所述空气夹带装置连接，所述空气夹带装置的末端设有泡沫液承装测试装置，所述空气夹带装置和泡沫液喷洒装置分别与电控箱连接，所述电控箱与计算机连接。
2.根据权利要求1所述的高倍泡沫发生及其对液化天然气危害防控研究装置，其特征在于，所述位置调节装置包括竖直导轨、水平导轨、升降电机、丝杆和支撑板，所述框架两侧对称设有竖直导轨，两根所述水平导轨通过滑块分别与竖直导轨滑动连接，两根所述水平导轨底部连接有支撑板，所述升降电机位于所述支撑板的下方，其由电控箱控制工作并通过丝杆驱动所述支撑板带动水平导轨向上或向下滑动。
3.根据权利要求2所述的高倍泡沫发生及其对液化天然气危害防控研究装置，其特征在于，所述每个水平导轨的两端分别设有隔块。
4.根据权利要求1所述的高倍泡沫发生及其对液化天然气危害防控研究装置，其特征在于，所述空气夹带装置包括发泡筒、喷嘴、筛网、挡板，所述发泡筒内从首端至末端依次设有风机、喷嘴、筛网，所述发泡筒的末端开口活动设有所述挡板，所述发泡筒通过滑架与所述位置调节装置滑动连接，发泡筒侧壁上设有风速传感器，所述风机及风速传感器分别与电控箱连接。
5.根据权利要求4所述的高倍泡沫发生及其对液化天然气危害防控研究装置，其特征在于，发泡筒包括筒Ⅰ、筒Ⅱ、筒Ⅲ、筒Ⅳ，4个筒从左至右依次排列，相邻两个筒之间通过钢圈连接并通过螺栓固定，所述风机、喷嘴和筛网分别对应位于筒Ⅰ、筒Ⅲ、筒Ⅳ内，每个所述钢圈底部分别通过所述滑架连接位置调节装置。
6.根据权利要求5所述的高倍泡沫发生及其对液化天然气危害防控研究装置，其特征在于，所述喷嘴通过可调节卡套固定在筒Ⅲ内，所述喷嘴通过软管与泡沫喷洒装置连接。
7.根据权利要求1所述的高倍泡沫发生及其对液化天然气危害防控研究装置，其特征在于，泡沫液喷洒装置包括储液箱、计量泵、流量计、调压阀、回流管和压力表，所述储液箱出口端通过回流管与所述空气夹带装置的末端口连接，所述计量泵通过输液管道与空气夹带装置连接，所述输液管道上依次设置的调压阀、流量计、压力表，所述计量泵、流量计分别连接电控箱，储液箱通过管道与计量泵连接，所述管道上安装有截止阀。
8.根据权利要求1所述的高倍泡沫发生及其对液化天然气危害防控研究装置，其特征在于，泡沫液承装测试装置包括泡沫盛装箱、摄像机、热电偶和台秤，所述台秤上设有所述泡沫盛装箱，所述泡沫盛装箱内设有若干对热电偶，泡沫盛装箱外设有摄像机。
9.根据权利要求8所述的高倍泡沫发生及其对液化天然气危害防控研究装置，其特征在于，所述泡沫盛装箱包括盛装筒和位于其底部的不锈钢盛装盘，所述盛装筒侧壁上设有刻度尺，盛装筒的顶部设有氮气传感器，盛装筒的底部设有排液口。
10.根据权利要求9所述的高倍泡沫发生及其对液化天然气危害防控研究装置，其特征在于，所述不锈钢盛装盘包括从上至下依次设置的底盘、加热板和泡沫板，所述底盘的底部为含有空气夹层的中空结构，所述底盘上设有一圈开口向上的凹槽，所述盛装筒的底端卡设在所述凹槽内并通过氯化钠液封。
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