CN112556967A - 一种复杂结构管网气固两相运移模拟试验装置 - Google Patents

一种复杂结构管网气固两相运移模拟试验装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种复杂结构管网气固两相运移模拟试验装置，包括：气固两相生成装置、透明复杂结构管网系统、无极变速送风装置、环境与过程监测监控装置和数据采集与分析装置；气固两相生成装置出口端通过管线与透明复杂结构管网系统侧壁螺纹连接，透明复杂结构管网系统入口端与无极变速送风装置密封连接，环境与过程监测监控装置位于透明复杂结构管网系统外侧，数据采集与分析装置通过数据线与环境与过程监测监控装置、透明复杂结构管网系统、气固两相生成装置中设置的传感器及控制组件线连接。通过本发明，能够实现不同成因状态下气固两相的运移过程模拟，满足矿山、化工等领域复杂通风管网条件下的固体颗粒运移与形成特征研究的需求。

Description

一种复杂结构管网气固两相运移模拟试验装置
技术领域
本发明涉及工业、矿山安全领域，具体是一种研究复杂管网条件下模拟爆炸过程的测试分析装置。
背景技术
日常生活中，空气与空气中的固体颗粒运移是最普遍存在的气固两相运移，气固两相运移是我国黄土高原形成、矿山工人尘肺病产生乃至化工领域粉尘爆炸的直接成因，此外，烟气的气固运移规律与城市建设、环境保护密切相关。现有装备体系中，有在管路中测试可燃气体爆炸传播的设备、巷道风阻测量装置，通过雷诺数实现了对简单结构管道气体流动规律以及气固状态下的流动过程模拟研究，但在复杂结构管网、复杂形态固体颗粒下的运移规律研究方面，现有设备更多的是测试管道拐弯等局部环境下的摩阻损失和压力变化，并不能够测试不同条件下的气固运移规律模拟，也无法实现不同成因状态下气固两相的运移过程模拟，无法满足矿山、化工等领域复杂通风管网条件下的固体颗粒运移与形成特征研究的需求。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提供一种复杂结构管网气固两相运移模拟试验装置。
本发明采取以下技术方案：一种复杂结构管网气固两相运移模拟试验装置，包括：气固两相生成装置、透明复杂结构管网系统、无极变速送风装置、环境与过程监测监控装置和数据采集与分析装置；
其中，气固两相生成装置出口端通过管线与透明复杂结构管网系统侧壁螺纹连接，透明复杂结构管网系统入口端与无极变速送风装置密封连接，环境与过程监测监控装置位于透明复杂结构管网系统外侧，数据采集与分析装置通过数据线与环境与过程监测监控装置、透明复杂结构管网系统、气固两相生成装置中设置的传感器及控制组件线连接。
其中，气固两相生成装置包括气源、示踪粒子播撒箱、粒子泄漏管、精控电机、位移传感器、过滤装置、气溶胶生成器、电磁控制阀、烟气生成容器、控制面板、电加热模块及风扇；示踪粒子播撒箱入口端通过电磁控制阀、管线与气源密封连接，粒子泄漏管为上部带盖、底部开有小孔的多根组合的连通管体，管体间焊接连接成一体，通过螺纹固定在示踪粒子播撒箱内侧壁，粒子泄漏管顶部与示踪粒子播撒箱顶盖密封垫密封连接，底部开口通过一底部挡板控制开关，底部挡板穿过示踪粒子播撒箱侧壁与精控电机螺纹连接，底部挡板与踪粒子播撒箱侧壁通过密封垫密封连接，位移传感器一端固定在精密电机移动轴上，另一端固定在示踪粒子播撒箱外侧壁，粒子泄漏管与示踪粒子播撒箱环空中上部设置有固定台阶，过滤装置下端坐落于固定台阶上，上端与示踪粒子播撒箱顶盖面接触，示踪粒子播撒箱侧壁、过滤装置之上设置出口端，通过第一电磁阀与透明复杂结构管网系统侧壁管线连接；气溶胶生成器入口端通过第二电磁阀、管线与气源密封连接，出口端通过第三电磁阀与透明复杂结构管网系统侧壁管线连接；烟气生成容器顶盖可拆卸，通过螺纹与容器主体密封连接，烟气生成容器底部铺设有电加热模块，连接导线密封穿过烟气生成容器侧壁，与控制面板电连接，烟气生成容器上部侧壁安置无极调速变频风扇，风扇正对的烟气生成容器侧壁位置设置有烟气流动出口，烟气流动出口通过电磁阀与透明复杂结构管网系统侧壁管线连接。
其中，透明复杂结构管网系统包括：轮式支撑钢架、模块化组合透明管路、带位移传感器的闸板阀门、尾气收集装置；其中，模块化组合透明管路分为直管道、带角度双通管道和带角度三通管道，模块化组合透明管路入口端直管道通过法兰、密封圈与无极变速送风装置出口端密封连接，模块化组合透明管路相邻直管道通过法兰、密封圈螺纹密封连接，拐角处通过带角度双通管道或者带角度三通管道与直管道通过法兰、螺纹密封连接，通过螺纹将模块化组合透明管路固定在轮式支撑钢架上，轮式钢架带有刹车滑轮；带位移传感器的闸板阀门两端内径与直管道相同，通过密封圈、法兰与直管道密封连接；在模块化组合透明管路出口端设置尾气收集装置。
其中，环境与过程监测监控装置包括温度传感器、压力传感器、粉尘浓度传感器、瓦斯浓度传感器、激光测速装置；其中，温度传感器、压力传感器、粉尘浓度传感器、瓦斯浓度传感器与模块化组合透明管路侧壁或顶壁螺纹固定连接，并和数据采集与分析装置线连接；激光测速装置固定于一轮式工作台上，激光探头竖直正对模块化组合透明管路，通过一导光臂与激光测速装置连接，激光测速装置接收端与模块化组合透明管路平行、正对放置，并和数据采集与分析装置线连接。
其中，数据采集与分析装置用于试验过程各类传感器数据采集、试验过程控制和试验结果分析，自动记录、保存所有过程数据并绘制分析曲线，并实现数据结果打印输出。
与现有技术相比，本发明提供的一种复杂结构管网气固两相运移模拟试验装置，其优点在于：
1、本发明提供的透明复杂结构管网系统以最小单元实现了直管、拐角、分叉、折返等几乎所有管网组合形式，结构管网采用模块化组合方式，大大降低了实验过程、后清理及维护难度；
2、本发明提供的气固两相生成装置综合考虑了烟气、气溶胶、示踪粒子与气相混合的差异和生成过程，实现了不同类型气固混合的精确控制，有效降低了设备空间和成本；
3、本发明提供的装置测试段采取全透明材质，融合激光测速装置、温度传感器等高精密装置，形成了一套均有全可视化、高仿真度、高测试精度的测试模拟装备，且各模块灵活组合，实现了试验过程无死角、实时监测功能；
4、本发明提供的装置采用了模块化设计，各连接口采用相同标准，通过快速接头实现快速连接，便于组装、拆卸，阀门、管线统一标准，零部件通用性好；
5、本发明提供的装置尾气收集装置可确保测试过程零排放，实现了实验过程的绿色环保。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明提供的一种复杂结构管网气固两相运移模拟试验装置的结构示意图。
图2是本发明提供的一种复杂结构管网气固两相运移模拟试验装置的侧视结构示意图。
图3是本发明提供的一种复杂结构管网气固两相运移模拟试验装置中示踪粒子播撒装置侧视示意图。
其中，1-气固两相生成装置，2-透明复杂结构管网系统，3-环境与过程监测监控装置，4-数据采集与分析装置，5-无极变速送风装置，1-1-气源，1-2-示踪粒子播撒箱，1-3-粒子泄漏管，1-4-精控电机，1-5-位移传感器，1-6-过滤装置，1-6-1-顶柱，1-6-2-上压制环，1-6-3-筛网，1-6-4-固定台阶，1-7-气溶胶生成器，1-8-电磁控制阀，1-9-烟气生成容器，1-10-控制面板，1-11-电加热模块，1-12-风扇，2-1-轮式支撑钢架，2-2-模块化组合透明管路，2-3-带位移传感器的闸板阀门，2-4-尾气收集装置，3-1-温度传感器，3-2-压力传感器，3-3-粉尘浓度传感器，3-4-瓦斯浓度传感器，3-5-激光测速装置，3-5-1-激光测速装置接收端，3-5-2-激光探头，3-5-3-激光器发射端，3-5-4-导光臂，3-5-5-轮式工作台。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
参阅图1，本发明提供了一种复杂结构管网气固两相运移模拟试验装置，包括包括气固两相生成装置1、透明复杂结构管网系统2、环境与过程监测监控装置3、数据采集与分析装置4、无极变速送风装置5。气固两相生成装置1出口端通过管线与透明复杂结构管网系统2侧壁螺纹连接，透明复杂结构管网系统2入口端与无极变速送风装置5密封连接，环境与过程监测监控装置3位于透明复杂结构管网系统2外侧，数据采集与分析装置4通过数据线与环境与过程监测监控装置3、透明复杂结构管网系统2、气固两相生成装置1传感器及控制组件线连接，用于测试系统精确控制和过程数据采集。
其中，气固两相生成装置包括气源1-1、示踪粒子播撒箱1-2、粒子泄漏管1-3、精控电机1-4、位移传感器1-5、过滤装置1-6、气溶胶生成器1-7、电磁控制阀1-8、烟气生成容器1-9、控制面板1-10、电加热模块1-11、风扇1-12。示踪粒子播撒箱1-2入口端通过电磁控制阀1-8、管线与气源1-1密封连接，粒子泄漏管1-3为上部带盖、底部开有小孔的多根组合的连通管体，管体间焊接连接成一体，通过螺纹固定在示踪粒子播撒箱1-2侧壁，粒子泄漏管1-3顶部与示踪粒子播撒箱1-2顶盖密封垫密封连接，粒子泄漏管1-3底部挡板穿过示踪粒子播撒箱1-2侧壁与精控电机1-4螺纹连接，底部挡板与踪粒子播撒箱1-2侧壁通过密封垫密封连接，位移传感器1-5一端固定在精密电机1-4移动轴上，另一端固定在示踪粒子播撒箱1-2外侧壁，粒子泄漏管1-3与示踪粒子播撒箱1-2环空中上部设置过滤装置1-6，示踪粒子播撒箱1-2侧壁、过滤装置1-6之上设置出口端，通过电磁阀1-8与透明复杂结构管网系统2侧壁管线连接；气溶胶生成器1-7入口端通过电磁阀1-8、管线与气源1-1密封连接，出口端通过电磁阀1-8与透明复杂结构管网系统2侧壁管线连接；烟气生成容器1-9顶盖可拆卸，通过螺纹与容器密封连接，烟气生成容器1-9底部铺设有电加热模块1-11，连接导线密封穿过烟气生成容器1-9侧壁，与控制面板1-10电连接，烟气生成容器1-9上部侧壁安置无极调速变频风扇1-12，风扇1-12正对烟气生成容器1-9侧壁位置设置有烟气流动出口，出口通过电磁阀1-8与透明复杂结构管网系统2侧壁管线连接。
过滤装置1-6结构如图3所示，过滤装置1-6底部固定台阶1-6-4分别焊接在示踪粒子播撒箱1-2内壁和粒子泄漏管1-3外壁，筛网1-6-3置于固定台阶1-6-4上，筛网1-6-3上部安置上压制环1-6-2，上压制环1-6-2上安置顶柱1-6-1，顶柱1-6-1上端与示踪粒子播撒箱1-2顶盖面接触，上压制环1-6-2与顶柱1-6-1用于固定筛网1-6-3，防止筛网1-6-3被上升气流扰动。
透明复杂结构管网系统2整体结构如图1、图2所示，至少包括轮式支撑钢架2-1、模块化组合透明管路2-2、带位移传感器的闸板阀门2-3、尾气收集装置2-4。其中，模块化组合透明管路2-2分为直管道、带角度双通管道、带角度三通管道，模块化组合透明管路2-2入口端直管道通过法兰、密封圈与无极变速送风装置5出口端密封连接，模块化组合透明管路2-2相邻直管道通过法兰、密封圈螺纹密封连接，拐角处通过带角度双通管道或者带角度三通管道与直管道通过法兰、螺纹密封连接，通过螺纹、轴承将模块化组合透明管路2-2固定在轮式支撑钢架2-1上，轮式钢架带有刹车滑轮，模块化组合透明管路2-2由轮式支撑钢架2-1控制，实现360°旋转功能，用于模拟不同角度下的流体流动过程；带位移传感器的闸板阀门2-3两端内径与直管道相同，通过密封圈、法兰与直管道密封连接；在模块化组合透明管路2-2出口端设置尾气收集装置2-4，用于收集试验过程中产生的烟气、粉尘等废弃物，防止外排造成环境污染。
环境与过程监测监控装置3至少包括温度传感器3-1、压力传感器3-2、粉尘浓度传感器3-3、瓦斯浓度传感器3-4、激光测速装置3-5，温度传感器3-1、压力传感器3-2、粉尘浓度传感器3-3、瓦斯浓度传感器3-4与模块化组合透明管路2-2侧壁或顶壁螺纹固定连接，并和数据采集与分析装置4线连接，用于检测试验过程中的压力、温度、烟气浓度、瓦斯含量变化等参数；激光测速装置接收端3-5-1固定于轮式工作台3-5-5上，激光探头3-5-2竖直、正对模块化组合透明管路2-2，通过导光臂3-5-4与激光器发射端3-5-3连接，激光测速装置接收端3-5-1与模块化组合透明管路2-2平行、正对放置，并和数据采集与分析装置4线连接，激光测速装置3-5能够在透明复杂结构管网系统2周围自由移动，实现对模块化组合透明管路2-2内任意位置处流体流动状态等信息的采集。
数据采集与分析装置4用于采集试验过程各类传感器数据、远程自动控制试验过程和试验结果分析，该装置实现压力、温度、粉尘浓度、瓦斯浓度试验数据自动记录、保存所有过程数据并绘制分析曲线，并可实现数据结果打印输出。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (5)

1.一种复杂结构管网气固两相运移模拟试验装置，其特征在于，包括：气固两相生成装置、透明复杂结构管网系统、无极变速送风装置、环境与过程监测监控装置和数据采集与分析装置；
其中，气固两相生成装置出口端通过管线与透明复杂结构管网系统侧壁螺纹连接，透明复杂结构管网系统入口端与无极变速送风装置密封连接，环境与过程监测监控装置位于透明复杂结构管网系统外侧，数据采集与分析装置通过数据线与环境与过程监测监控装置、透明复杂结构管网系统、气固两相生成装置中设置的传感器及控制组件线连接。
2.根据权利要求1所述的复杂结构管网气固两相运移模拟试验装置，其特征在于，所述气固两相生成装置包括气源、示踪粒子播撒箱、粒子泄漏管、精控电机、位移传感器、过滤装置、气溶胶生成器、电磁控制阀、烟气生成容器、控制面板、电加热模块及风扇；示踪粒子播撒箱入口端通过电磁控制阀、管线与气源密封连接，粒子泄漏管为上部带盖、底部开有小孔的多根组合的连通管体，管体间焊接连接成一体，通过螺纹固定在示踪粒子播撒箱内侧壁，粒子泄漏管顶部与示踪粒子播撒箱顶盖密封垫密封连接，底部开口通过一底部挡板控制开关，底部挡板穿过示踪粒子播撒箱侧壁与精控电机螺纹连接，底部挡板与踪粒子播撒箱侧壁通过密封垫密封连接，位移传感器一端固定在精密电机移动轴上，另一端固定在示踪粒子播撒箱外侧壁，粒子泄漏管与示踪粒子播撒箱环空中上部设置有固定台阶，过滤装置下端坐落于固定台阶上，上端与示踪粒子播撒箱顶盖面接触，示踪粒子播撒箱侧壁、过滤装置之上设置出口端，通过第一电磁阀与透明复杂结构管网系统侧壁管线连接；气溶胶生成器入口端通过第二电磁阀、管线与气源密封连接，出口端通过第三电磁阀与透明复杂结构管网系统侧壁管线连接；烟气生成容器顶盖可拆卸，通过螺纹与容器主体密封连接，烟气生成容器底部铺设有电加热模块，连接导线密封穿过烟气生成容器侧壁，与控制面板电连接，烟气生成容器上部侧壁安置无极调速变频风扇，风扇正对的烟气生成容器侧壁位置设置有烟气流动出口，烟气流动出口通过电磁阀与透明复杂结构管网系统侧壁管线连接。
3.根据权利要求1所述的复杂结构管网气固两相运移模拟试验装置，其特征在于，所述透明复杂结构管网系统包括：轮式支撑钢架、模块化组合透明管路、带位移传感器的闸板阀门、尾气收集装置；其中，模块化组合透明管路分为直管道、带角度双通管道和带角度三通管道，模块化组合透明管路入口端直管道通过法兰、密封圈与无极变速送风装置出口端密封连接，模块化组合透明管路相邻直管道通过法兰、密封圈螺纹密封连接，拐角处通过带角度双通管道或者带角度三通管道与直管道通过法兰、螺纹密封连接，通过螺纹将模块化组合透明管路固定在轮式支撑钢架上，轮式钢架带有刹车滑轮；带位移传感器的闸板阀门两端内径与直管道相同，通过密封圈、法兰与直管道密封连接；在模块化组合透明管路出口端设置尾气收集装置。
4.根据权利要求1所述的复杂结构管网气固两相运移模拟试验装置，其特征在于，环境与过程监测监控装置包括温度传感器、压力传感器、粉尘浓度传感器、瓦斯浓度传感器、激光测速装置；其中，温度传感器、压力传感器、粉尘浓度传感器、瓦斯浓度传感器与模块化组合透明管路侧壁或顶壁螺纹固定连接，并和数据采集与分析装置线连接；激光测速装置固定于一轮式工作台上，激光探头竖直正对模块化组合透明管路，通过一导光臂与激光测速装置连接，激光测速装置接收端与模块化组合透明管路平行、正对放置，并和数据采集与分析装置线连接。
5.根据权利要求1所述的复杂结构管网气固两相运移模拟试验装置，其特征在于，数据采集与分析装置用于试验过程各类传感器数据采集、试验过程控制和试验结果分析，自动记录、保存所有过程数据并绘制分析曲线，并实现数据结果打印输出。
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