CN112362691A - 一种检测煤膨胀压力的装置及检测方法 - Google Patents
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Abstract
一种检测煤膨胀压力的装置及检测方法，装置包括横杆、供热系统管式炉、S型拉压力传感器、支撑杆、受力杆、套环、应力杆、限位螺栓，横杆的一端与支撑杆铰接，横杆的另一端连接受力杆，应力杆的底部固定，应力杆的上端连接S型拉压力传感器，受力杆的下端连接S型拉压力传感器，套环滑动连接在横杆上，供热系统管式炉设置在横杆的下方；横杆与支撑杆之间的铰点能够沿支撑杆上下移动；在受力杆上、横杆的上下两端设有限位螺栓。与现有的技术相比，本发明的有益效果是：1)本发明的装置根据杠杆原理，用S型拉压力传感器检测较大的膨胀力，可采用量程小、精度高的S型拉压力传感器，使测量结果更精确。
Description
技术领域
本发明涉及煤膨胀力检测领域，尤其涉及一种检测煤膨胀压力的装置及检测方法。
背景技术
煤作为一种古老的能源资源，在人类生活中有着极其重要的作用。我国煤炭资源量丰富，且有多种用途，但煤不同的用途要选用不同品质的煤。因此，煤的品质鉴定是一项重要的事件，中国煤炭国家分类标准对煤的粘结指数(G)、挥发分(Vdaf)、胶质层最大厚度(Y)等做了标准规定，但近年来发现用做炼焦煤，膨胀系数也是必不可少的因素。如何能精确地测量不同种煤的膨胀压力也成为了近代人的困扰。
公告号为CN203606055U的中国专利“一种炼焦煤膨胀压力测定装置”，该装置包括：金属杯、压力盘、循环水腔、压力传感器托架、压力传感器、压力传感器支撑架、横梁、横梁固定螺母、出水管、进水管、循环水箱、循环水泵、数据采集系统和温度控制系统。虽然其操作简单，稳定性好，压力测定灵敏性高，测定结果重复性好，可测压力范围大。但是其装煤量比较多，实验时间长，实验的误差大。
公告号为CN203595573U的专利“一种测量炼焦膨胀压力的装置”，主要由试验焦炉、固定在试验焦炉内的坩埚、连杆组成，坩埚内有活动侧壁，活动侧壁右边装炼焦煤，左边连接连杆，连杆穿过试验焦炉左侧壁上的孔与压力感应器相连，连杆下方有支撑轴承。可以简单快速地测定炼焦过程中的膨胀压力，并且用煤量少，同时由于最大限度地消除了各部位的摩擦力，测量精度高。但其无法测定不同温度下的炼焦膨胀压力。
公告号为CN105841868A的专利“一种单侧加热式煤结焦膨胀力检测装置及检测方法”，所述装置包括水平平台、实验焦炉、压力检测装置和固定挡板；实验焦炉内设两个炭化室，炭化室一侧设管式炉，另一侧分别设压力检测装置，实验焦炉顶部设生成气处理装置；压力检测装置由压板、不锈钢连杆、冷却水套和称重传感器组成。用煤量小，结构简单，可以在完全相同的实验条件下，对不同煤样的煤结焦膨胀力进行对比实验，增加数据的关联性和可信度。但该发明冷却水套比较麻烦，称重传感器量程大，测量不精确且只能测煤的膨胀力，测量范围单一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种检测煤膨胀压力的装置及检测方法，本发明既可测膨胀压力，又可测收缩应力，测量范围更广泛。采用煤笔作为测量试样，煤笔的制作用煤量小，有效减少了环境污染和原料浪费；管式炉的预热温度及升温速率可控；使用精度高、量程小的S型拉压力传感器，使测量结果更精确。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种检测煤膨胀压力的装置，包括横杆、供热系统管式炉、S型拉压力传感器、支撑杆、受力杆、套环、应力杆、限位螺栓，所述横杆的一端与支撑杆铰接，所述横杆的另一端连接受力杆，所述应力杆的底部固定，应力杆的上端连接S型拉压力传感器，所述受力杆的下端连接S型拉压力传感器，所述套环滑动连接在横杆上，所述供热系统管式炉设置在横杆的下方；所述横杆与支撑杆之间的铰点能够沿支撑杆上下移动；在受力杆上、横杆的上下两端设有限位螺栓。
所述供热系统管式炉包括外壳、保温层、加热电阻丝、铝青铜块，所述外壳、保温层、加热电阻丝和铝青铜块从外到内逐层设置，在所述铝青铜块上设有检测孔。
所述检测孔为两个，两个检测孔与铝青铜块轴中心的距离相等，两个检测孔的中心距为：50mm-60mm，检测孔的直径为：15-20mm。
所述套环的检测位置距离横杆铰点的距离≤1/2受力杆距离横杆铰点的距离。
所述套环包括顶板、侧板、底座，两个所述侧板固定在底座上端，两个侧板之间为横杆滑行通道，所述顶板固定在两个侧板的上端，在所述侧板上设有螺纹孔，所述底座下部设有煤笔定位孔。
一种检测煤膨胀压力的装置检测煤膨胀压力的方法，包括如下方法：
1)采用无缝钢管制作成一端封闭的膨胀管，膨胀管外径略小于检测孔内径，采用外径小于膨胀管内径且能在管内自由滑动的钢杆作为膨胀杆；参考“奥亚膨胀度测定”的煤笔制备方法制作膨胀力检测煤笔试样，制作的煤笔放在膨胀管内，插入膨胀杆压住煤笔；
2)把膨胀管放置在供热系统管式炉的检测孔里，膨胀杆的上端插入套环的煤笔定位孔中，调整横杆的高度并保持横杆处于水平状态，使S型拉压力传感器的检测数值达到实验要求，将该数值设定为初始试验力；
3)完成设备初始试验力设置后启动供热系统管式炉加热，根据不同煤种会产生两种不同的现象：
a)煤笔受热膨胀使膨胀杆受力传力给横杆，支撑杆为不动轴，调节螺母处即为支点，根据杠杆原理，由S型拉压力传感器检测数值换算得到煤笔膨胀力数值；
b)针对一些无膨胀仅收缩煤种的检测，或者在加热初期会出现收缩情况的煤种，随着实验的进行，初始试验力下降的数值视为煤在加热过程中产生的收缩力。
所述煤笔的密度为：0.85-1.05g/cm3。
所述的初始试验力数值为10-100牛顿力。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明的装置根据杠杆原理，用S型拉压力传感器检测较大的膨胀力，可采用量程小、精度高的S型拉压力传感器，使测量结果更精确；
2)本发明提供的测量方法，既可测煤样的膨胀压力，又可间接检测煤样的收缩应力，测量范围更广泛。
3)本发明采用更为科学的制样方法，膨胀力检测试样差异小；平行样同时加热，温度条件差异小；在这样的条件下，实验结果准确度高、重复性好；
4)本发明采用的膨胀力煤笔试样，其制作用煤量小，有效减少了环境污染和原料浪费；
5)本发明采用管式炉对煤笔进行加热，其预热温度，升温速率及最终温度均可控且易于调节，使实验更具普遍性。
附图说明
图1为本发明的一种检测煤膨胀力的装置的立体结构示意图。
图2为本发明中横杆装置的结构示意图。
图3为本发明中可移动套环的立体结构示意图。
图4为本发明中供热系统管式炉的内部结构示意图。
图5为本发明的检测煤膨胀力的方法的原理框图。
图6为本发明实施例煤种的膨胀力-温度曲线图。
图中：1-横杆、2-供热系统管式炉、3-S型拉压力传感器、4-铰点、5-限位螺母、6-套环、7-支撑杆、8-水平平台、9-受力杆、10-应力杆、11-膨胀管、12-膨胀杆、13-调节螺母、2-1-铝青铜块、2-2-炉底、2-3-顶盖、2-4-外壳、2-5-云母层、2-6-加热电阻丝、2-7-保温层、6-1-螺纹孔、6-2-煤笔定位孔、6-3-顶板、6-4-侧板、6-5-底座。
具体实施方式
下面对本发明做详细说明，但本发明的实施范围不仅仅限于下述的实施方式。
如图1-图4所示，一种检测煤膨胀压力的装置，包括横杆1、供热系统管式炉2、S型拉压力传感器3、支撑杆7、受力杆9、套环6、应力杆10、限位螺栓5，所述横杆1的一端与支撑杆7铰接，所述横杆1的另一端连接受力杆9，所述应力杆10的底部固定，应力杆10的上端连接S型拉压力传感器3，所述受力杆9的下端连接S型拉压力传感器3，所述套环6滑动连接在横杆1上，所述供热系统管式炉2设置在横杆1的下方；所述横杆1与支撑杆7之间的铰点4能够沿支撑杆7上下移动；在受力杆9上、横杆1的上下两端设有限位螺栓5。
所述供热系统管式炉2包括外壳、保温层2-7、加热电阻丝2-6、铝青铜块2-1，所述外壳、保温层2-7、加热电阻丝2-6和铝青铜块2-1从外到内逐层设置，在所述铝青铜块2-1上设有检测孔。
所述检测孔为两个，两个检测孔与铝青铜块2-1轴中心的距离相等，两个检测孔的中心距为：50mm-60mm，检测孔的直径为：15mm-20mm。
所述套环6的检测位置距离横杆1铰点4的距离≤1/2受力杆9距离横杆1铰点4的距离。
所述套环6包括顶板6-3、侧板6-4、底座6-5，两个所述侧板6-4固定在底座6-5上端，两个侧板6-4之间为横杆滑行通道，所述顶板6-3固定在两个侧板6-4的上端，在所述侧板6-4上设有螺纹孔6-1，所述底座6-5下部设有煤笔定位孔6-2。
一种检测煤膨胀压力的装置检测煤膨胀压力的方法，包括如下方法：
1)采用无缝钢管制作成一端封闭的膨胀管11，膨胀管11外径略小于检测孔内径，采用外径小于膨胀管11内径且能在管内自由滑动的钢杆作为膨胀杆12，膨胀管11内部非常光洁；参考“奥亚膨胀度测定”的煤笔制备方法制作膨胀力检测煤笔试样，制作的煤笔放在膨胀管11内，插入膨胀杆12压住煤笔；
2)把膨胀管11放置在供热系统管式炉2的检测孔里，膨胀杆12的上端插入套环6的煤笔定位孔6-2中，转动调节螺母13和限位螺母5，调整横杆1的高度并保持横杆1处于水平状态，使S型拉压力传感器3的检测数值达到实验要求，将该数值设定为初始试验力；为保证横杆1水平，调整时可在横杆1上方放置水平仪用以检测。
3)完成设备初始试验力设置后启动供热系统管式炉2加热，加热速率及温度制度可根据具体的实验要求进行设置。根据不同煤种会产生两种不同的现象：
a)煤笔受热膨胀使膨胀杆12受力传力给横杆1，支撑杆7为不动轴，调节螺母13处即为支点，根据杠杆原理，由S型拉压力传感器3检测数值换算得到煤笔膨胀力数值；
b)针对一些无膨胀仅收缩煤种的检测，或者在加热初期会出现收缩情况的煤种，随着实验的进行，初始试验力下降的数值视为煤在加热过程中产生的收缩力。
所述煤笔的密度为：0.85-1.05g/cm3。
所述的初始试验力数值为10-100牛顿力。
如图5所示，本发明由共热系统、供电系统、控制系统、煤笔、测量机构和拉应力传感器等部分构成，相互关系如图5所示。
实施例：
以某炼焦煤为检测试样，制作煤笔并进行煤结焦膨胀力检测，检测结果如图6所示。
一种检测煤膨胀压力的装置的检测方法，包括如下步骤：
1)参考“奥亚膨胀度测定”的煤笔制备方法制作膨胀力检测煤笔试样，煤笔水分10±0.5％，密度1±0.1g/cm3。
2)将供热系统管式炉2预先升至一定温度(试样Vdaf<20％时升至380℃，Vdaf＝20％-26％时升至350℃，Vdaf>26％时升至300℃)。
3)将制作的煤笔放在膨胀管11内，插入膨胀杆12压住煤笔。把膨胀管11放置在供热系统管式炉2检测孔里，膨胀杆12上端插入套环6内。套环6的检测位置距离横杆1铰点4的距离≤1/2受力杆9距离横杆1铰点4的距离。
4)检测开始前，打开供电系统，转动调节螺母13和限位螺母5，使S型拉压力传感器3具有一定的初始示数。根据煤种的不同，这一数值通常在10-100牛顿力范围内。如若煤品种受热不膨胀而收缩，则开始试验前给膨胀管11施加一定的压力，以此为测试零点。加热后，该煤样受热收缩，S型拉压力传感器3测得为收缩应力，即为该煤种的收缩应力。
5)调整到合适的初始实验膨胀力时，要保证横杆1水平。为达到这一要求，可在转动螺母时在横杆1上方放置水平仪用以检测。
6)完成设备初始设置后启动供热系统管式炉2加热，加热速率及温度制度可根据具体的实验要求进行设置。检测开始后，S型拉压力传感器3获取拉力信号并传送到信号放大器，信号经放大后进一步传送到信号转换器中，信号转换器将拉力信号转换为电信号传送给控制系统；控制系统将所接收到的数据进行处理后，以图表和表格的形式直观显示在显示器或屏幕上。
使用该炼焦煤制备两支煤笔，即为平行样1和平行样2，同时插入供热系统管式炉2检测孔里进行膨胀力检测，所测得的实施例数据见表1。最大平均绝对偏差为0.2，最小平均绝对偏差为0，可见数据波动极小，使用该设备检测数据，可重复性良好。
表1实施例膨胀力平行样偏差
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同等替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种检测煤膨胀压力的装置，其特征在于，包括横杆、供热系统管式炉、S型拉压力传感器、支撑杆、受力杆、套环、应力杆、限位螺栓，所述横杆的一端与支撑杆铰接，所述横杆的另一端连接受力杆，所述应力杆的底部固定，应力杆的上端连接S型拉压力传感器，所述受力杆的下端连接S型拉压力传感器，所述套环滑动连接在横杆上，所述供热系统管式炉设置在横杆的下方；所述横杆与支撑杆之间的铰点能够沿支撑杆上下移动；在受力杆上、横杆的上下两端设有限位螺栓。
2.根据权利要求1所述的一种检测煤膨胀压力的装置，其特征在于，所述供热系统管式炉包括外壳、保温层、加热电阻丝、铝青铜块，所述外壳、保温层、加热电阻丝和铝青铜块从外到内逐层设置，在所述铝青铜块上设有检测孔。
3.根据权利要求2所述的一种检测煤膨胀压力的装置，其特征在于，所述检测孔为两个，两个检测孔与铝青铜块轴中心的距离相等，两个检测孔的中心距为：50mm-60mm，检测孔的直径为：15-20mm。
4.根据权利要求1所述的一种检测煤膨胀压力的装置，其特征在于，所述套环的检测位置距离横杆铰点的距离≤1/2受力杆距离横杆铰点的距离。
5.根据权利要求1所述的一种检测煤膨胀压力的装置，其特征在于，所述套环包括顶板、侧板、底座，两个所述侧板固定在底座上端，两个侧板之间为横杆滑行通道，所述顶板固定在两个侧板的上端，在所述侧板上设有螺纹孔，所述底座下部设有煤笔定位孔。
6.一种采用如权利要求1-5其中任意一项所述的检测煤膨胀压力的装置检测煤膨胀压力的方法，其特征在于，包括如下方法：
1)采用无缝钢管制作成一端封闭的膨胀管，膨胀管外径小于检测孔内径，采用外径小于膨胀管内径且能在管内自由滑动的钢杆作为膨胀杆；参考“奥亚膨胀度测定”的煤笔制备方法制作膨胀力检测煤笔试样，制作的煤笔放在膨胀管内，插入膨胀杆压住煤笔；
2)把膨胀管放置在供热系统管式炉的检测孔里，膨胀杆的上端插入套环的煤笔定位孔中，调整横杆的高度并保持横杆处于水平状态，使S型拉压力传感器的检测数值达到实验要求，将该数值设定为初始试验力；
3)完成设备初始试验力设置后启动供热系统管式炉加热，根据不同煤种会产生两种不同的现象：
a)煤笔受热膨胀使膨胀杆受力传力给横杆，支撑杆为不动轴，调节螺母处即为支点，根据杠杆原理，由S型拉压力传感器检测数值换算得到煤笔膨胀力数值；
b)针对一些无膨胀仅收缩煤种的检测，或者在加热初期会出现收缩情况的煤种，随着实验的进行，初始试验力下降的数值视为煤在加热过程中产生的收缩力。
7.根据权利要求6所述的采用检测煤膨胀压力的装置检测煤膨胀压力的方法，其特征在于，所述煤笔的密度为：0.85-1.05g/cm3。
8.根据权利要求6所述的采用检测煤膨胀压力的装置检测煤膨胀压力的方法，其特征在于，所述的初始试验力数值为10-100牛顿力。
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