CN112903750A - 一种抑制可燃气体爆炸传播实验系统及其实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种抑制可燃气体爆炸传播实验系统及其实验方法，实验系统包括第一管体，第一管体上连通设有真空泵和循环泵，所述第一管体的一端设有点火装置，另一端设有第一阀体，第一阀体的一侧与第一管体连通，另一侧设有矩形腔体部件；本发明实验系统的空腔可以自由调整长度、宽度，从而改变空腔体积，细水雾浓度可通过雾化时长来控制，水雾粒径可以通过电磁震荡频率调节；可对不同尺寸空腔和不同浓度、粒径细水雾的协同抑爆性能进行实验研究，通过考察空腔入口、出口及空腔内部的火焰及超压数据，找出协同抑爆性能最佳的空腔尺寸，水雾浓度和粒径，从而指导工程实践。
Description
技术领域
本发明涉及可燃气体爆炸实验领域，具体是一种抑制可燃气体爆炸传播实验系统及其实验方法。
背景技术
煤矿瓦斯爆炸或城市地下管廊气体爆炸事故一旦发生，会在瞬间产生大量的高温火焰、有毒有害气体和巨大的冲击波超压，并迅速在煤矿巷道或城市地下管廊内传播，破坏周围设施，造成大量人员伤亡和财产损失。如何避免爆炸发生、减小爆炸强度或尽可能阻断爆炸在受限空间内的传播，对煤矿瓦斯爆炸以及地下管廊气体爆炸事故防治具有十分重要的科学意义和应用价值，是当前煤矿安全生产以及城市生命线安全运行的迫切需要。
按抑爆方式的不同，现有的隔爆抑爆装置可分为被动式抑爆装置和主动式抑爆装置，被动式抑爆装置工作原理是：当气体爆炸发生时，在火焰前驱冲击波作用下，隔爆棚上装有水或岩粉(抑爆剂)的容器被掀翻或击碎，使水或岩粉在受限空间中分散开来，形成高浓度的水雾区或岩粉云区，当滞后于前驱冲击波的火焰传播到这一区域时，在水或岩粉等抑爆剂作用下被扑灭，从而阻断火焰沿受限空间继续传播，实现隔绝爆炸的作用。主动式抑爆装置由探测器、控制器和抑爆器三部分组成。首先将探测器布置在潜在爆源处，当气体发生燃烧爆炸时，探测器探测温度、火焰或压力等信息，并将信息传送给控制器，控制器经过逻辑运算后触发抑爆器动作，迅速喷出抑爆剂(水、岩粉或惰性气体) 并形成高浓度的抑爆剂云雾，扑灭火焰，从而阻断爆炸在受限空间内的继续传播。
然而，现有的被动式抑爆装置都是一次性装置，对二次爆炸或多次爆炸事故失去抑爆作用，实效性差、有效应用范围窄；而现有的主动式抑爆装置也存在多种不足，如：系统性能不稳定、时效性差、响应时间长、维护成本高、工作量大等，难以在矿井内推广使用。因此，需要研发新型抑爆技术及装置。研究发现，空腔具有泄爆功能，能抑制瓦斯爆炸在受限空间内的传播，但在实际工程应用中，单独使用时抑爆性能有限，需结合其他抑爆技术，提高熄火、消波性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抑制可燃气体爆炸传播实验系统及其实验方法，本发明实验系统的空腔可以自由调整长度、宽度，从而改变空腔体积，细水雾浓度可通过雾化时长来控制，水雾粒径可以通过电磁震荡频率调节；可对不同尺寸空腔和不同浓度、粒径细水雾的协同抑爆性能进行实验研究，通过考察空腔入口、出口及空腔内部的火焰及超压数据，找出协同抑爆性能最佳的空腔尺寸，水雾浓度和粒径，从而指导工程实践。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种抑制可燃气体爆炸传播实验系统，实验系统包括第一管体，第一管体上连通设有真空泵和循环泵，所述第一管体的一端设有点火装置，另一端设有第一阀体，第一阀体的一侧与第一管体连通，另一侧设有矩形腔体部件；
所述第一管体上设有第一可燃气浓度探测仪、数字压力表和第二可燃气浓度探测仪；
所述第一管体包括管主体，所述真空泵的两端均与管主体连通，真空泵与管主体连通的管体上均设有第一球阀，循环泵的两端均与管主体连通，循环泵与管主体连通的管体上均设有第二球阀；
所述管主体上连通设有进气管，进气管上设有第三球阀；
所述矩形腔体部件包括矩形腔室，矩形腔室包括腔主体，腔主体的两端均设有第二连接管，腔主体包括第一腔室和第二腔室，第二连接管与第一腔室连通，第一腔室和第二腔室之间设有方形贯穿孔，第一腔室上设有对称分布的滑动连接孔，滑动连接孔的两侧均设有磁块，磁块位于第一腔室上；第二腔室内设有超细水雾装置；
所述第二连接管上设有压力传感器和火焰传感器；
所述实验系统还包括数据采集设备，数据采集设备与第一可燃气浓度探测仪、数字压力表、第二可燃气浓度探测仪、压力传感器和火焰传感器均电性连接。
进一步的，所述管主体的一端设有密封板，另一端与第一阀体连通，点火装置位于密封板上。
进一步的，所述第一可燃气浓度探测仪与第二可燃气浓度探测仪分别位于真空泵与管主体的连接处，数字压力表位于第一可燃气浓度探测仪与第二可燃气浓度探测仪之间，第一可燃气浓度探测仪与管主体之间设有第四球阀，数字压力表与管主体之间设有第五球阀，第二可燃气浓度探测仪与管主体之间设有第六球阀。
进一步的，所述第二连接管上设有第一连接孔和第二连接孔，第二连接管与腔主体的连接端设有环形槽,第二连接管上设有对称分布的方形连通孔，方形连通孔与环形槽连通，方形连通孔的一端设有第一连接块，第一连接块上设有第一贯穿孔。
进一步的，所述第二腔室上设有对称分布的第一气缸，第一气缸的输出轴与第二腔室紧固连接，第一气缸的缸体上设有密封板，密封板将第一腔室和第二腔室隔开。
所述第一腔室上设有对称分布的第二气缸，第二气缸的输出轴穿过滑动连接孔紧固连接有连接板件，连接板件的两侧均设有第一固定孔，连接板件上设有连接杆，第二气缸的输出轴与连接杆紧固连接。
进一步的，所述连接板件的两侧均设有多个配合块，配合块上靠近连接板件的一侧设有与第一固定孔配合的电磁锁，另一侧设有第二固定孔，配合块与磁块配合。
进一步的，所述矩形腔室上设有对称分布的滑动连接件，滑动连接件包括支撑板，支撑板上设有位于环形槽内滑动的滑动管体，滑动管体上设有第二连接块，第一连接块上设有第三气缸，第三气缸的输出轴穿过第一贯穿孔与第二连接块紧固连接。
进一步的，所述压力传感器和火焰传感器分别通过第一连接孔和第二连接孔与矩形腔室配合。
一种抑制可燃气体爆炸传播实验方法，所述实验方法包括以下步骤：
S1：连接管段，安装空腔，超细水雾装置加满水，水平面与密封板接触，安装点火熔丝，关闭第一阀体，检查管段气密性，打开第一球阀，利用真空泵将第一管体抽真空至真空度-35--25Kpa，关闭第一球阀；
S2：用道尔顿分压法从进气管进行配气、充气；
S3：关闭第三球阀，关闭第五球阀，打开第二球阀，利用气体循环泵对第一管体内混合气体进行10-15min循环混合，形成预混均匀的混合气体，关闭第二球阀；
S4：打开细水雾装置，打开细水雾装置与空腔之间的密封板，使细水雾能进入爆炸空腔，并使腔内充满超细水雾；
S5：开启数据采集设备，设置采集参数，使采集设备处于待触发状态；
S6：打开第一阀体，使第一管体和矩形腔体部件连通，关闭细水雾装置与空腔之间的密封板，关闭细水雾装置；
S7：通过点火装置进行点火；
S8：数据采集装置采集、记录、显示、处理、存储数据；
S9：打开细水雾装置与空腔之间的密封板，打开第一阀体，清除实验系统内的废气；
S10：重复S1-S9进行下一次实验，关闭设备。
本发明的有益效果：
1、本发明实验系统的空腔可以自由调整长度、宽度，从而改变空腔体积，细水雾浓度可通过雾化时长来控制，水雾粒径可以通过电磁震荡频率调节；
2、本发明实验系统可对不同尺寸空腔和不同浓度、粒径细水雾的协同抑爆性能进行实验研究，通过考察空腔入口、出口及空腔内部的火焰及超压数据，找出协同抑爆性能最佳的空腔尺寸，水雾浓度和粒径，从而指导工程实践。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明实验系统结构示意图；
图2是本发明实验系统结构示意图；
图3是本发明实验系统俯视图；
图4是本发明实验系统部分结构示意图；
图5是本发明矩形腔体部件结构示意图；
图6是本发明矩形腔室结构示意图；
图7是本发明矩形腔体部件部分结构示意图；
图8是本发明滑动连接件结构示意图。
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种抑制可燃气体爆炸传播实验系统，实验系统包括第一管体1，第一管体 1上连通设有真空泵2和循环泵3，如图1、图2、图3所示，第一管体1的一端设有点火装置40，另一端设有第一阀体4，第一阀体4的一侧与第一管体1 连通，另一侧设有矩形腔体部件5。
第一管体1上设有第一可燃气浓度探测仪10、数字压力表30和第二可燃气浓度探测仪20。
第一管体1包括管主体11，如图4所示，管主体11的一端设有密封板12，另一端与第一阀体4连通，点火装置40位于密封板12上。
真空泵2的两端均与管主体11连通，真空泵2与管主体11连通的管体上均设有第一球阀101，循环泵3的两端均与管主体11连通，循环泵3与管主体 11连通的管体上均设有第二球阀102
管主体11上连通设有进气管50，进气管50上设有第三球阀103，第一可燃气浓度探测仪10与第二可燃气浓度探测仪20分别位于真空泵2与管主体11 的连接处，数字压力表30位于第一可燃气浓度探测仪10与第二可燃气浓度探测仪20之间，第一可燃气浓度探测仪10与管主体11之间设有第四球阀104，数字压力表30与管主体11之间设有第五球阀105，第二可燃气浓度探测仪20 与管主体11之间设有第六球阀106。
矩形腔体部件5包括矩形腔室51，如图5、图6所示，矩形腔室51包括腔主体511，腔主体511的两端均设有第二连接管512，腔主体511包括第一腔室 5111和第二腔室5112，第二连接管512与第一腔室5111连通，第一腔室5111 和第二腔室5112之间设有方形贯穿孔513，第一腔室5111上设有对称分布的滑动连接孔514，滑动连接孔514的两侧均设有磁块515，磁块515位于第一腔室 5111上；第二腔室5112内设有超细水雾装置。
第二连接管512上设有第一连接孔516和第二连接孔517，第二连接管512 与腔主体511的连接端设有环形槽518,第二连接管512上设有对称分布的方形连通孔5181，方形连通孔5181与环形槽518连通，方形连通孔5181的一端设有第一连接块5182，第一连接块5182上设有第一贯穿孔5183。
第二腔室5112上设有对称分布的第一气缸52，第一气缸52的输出轴与第二腔室5112紧固连接，第一气缸52的缸体上设有密封板53，密封板53将第一腔室5111和第二腔室5112隔开。
第一腔室5111上设有对称分布的第二气缸54，第二气缸54的输出轴穿过滑动连接孔514紧固连接有连接板件55，连接板件55的两侧均设有第一固定孔 551，连接板件55上设有连接杆552，第二气缸54的输出轴与连接杆552紧固连接。
连接板件55的两侧均设有多个配合块56，如图7所示，配合块56上靠近连接板件55的一侧设有与第一固定孔551配合的电磁锁561，另一侧设有第二固定孔562，配合块56与磁块515配合。
矩形腔室51上设有对称分布的滑动连接件592，如图8所示，滑动连接件 592包括支撑板5921，支撑板5921上设有位于环形槽518内滑动的滑动管体5922，滑动管体5922上设有第二连接块5923，第一连接块5182上设有第三气缸，第三气缸的输出轴穿过第一贯穿孔5183与第二连接块5923紧固连接。
第二连接管512上设有压力传感器501和火焰传感器502，压力传感器501 和火焰传感器502分别通过第一连接孔516和第二连接孔517与矩形腔室51配合。
所述实验系统还包括数据采集设备，数据采集设备与第一可燃气浓度探测仪10、数字压力表30、第二可燃气浓度探测仪20、压力传感器501和火焰传感器502均电性连接。
一种抑制可燃气体爆炸传播实验方法，实验方法包括以下步骤：
S1：连接管段，安装空腔，超细水雾装置加满水，水平面与密封板53接触，安装点火熔丝，关闭第一阀体4，检查管段气密性，打开第一球阀101，利用真空泵2将第一管体1抽真空至真空度-35--25Kpa，关闭第一球阀101；
S2：用道尔顿分压法从进气管50进行配气、充气；
S3：关闭第三球阀103，关闭第五球阀105，打开第二球阀102，利用气体循环泵3对第一管体1内混合气体进行10-15min循环混合，形成预混均匀的混合气体，关闭第二球阀102；
S4：打开细水雾装置，打开细水雾装置与空腔之间的密封板53，使细水雾能进入爆炸空腔，并使腔内充满超细水雾；
S5：开启数据采集设备，设置采集参数，使采集设备处于待触发状态；
S6：打开第一阀体4，使第一管体1和矩形腔体部件5连通，关闭细水雾装置与空腔之间的密封板53，关闭细水雾装置；
S7：通过点火装置40进行点火；
S8：数据采集装置采集、记录、显示、处理、存储数据；
S9：打开细水雾装置与空腔之间的密封板53，打开第一阀体4，清除实验系统内的废气；
S10：重复S1-S9进行下一次实验，关闭设备。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”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。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (9)
1.一种抑制可燃气体爆炸传播实验系统，实验系统包括第一管体(1)，第一管体(1)上连通设有真空泵(2)和循环泵(3)，其特征在于，所述第一管体(1)的一端设有点火装置(40)，另一端设有第一阀体(4)，第一阀体(4)的一侧与第一管体(1)连通，另一侧设有矩形腔体部件(5)；
所述第一管体(1)上设有第一可燃气浓度探测仪(10)、数字压力表(30)和第二可燃气浓度探测仪(20)；
所述第一管体(1)包括管主体(11)，所述真空泵(2)的两端均与管主体(11)连通，真空泵(2)与管主体(11)连通的管体上均设有第一球阀(101)，循环泵(3)的两端均与管主体(11)连通，循环泵(3)与管主体(11)连通的管体上均设有第二球阀(102)；
所述管主体(11)上连通设有进气管(50)，进气管(50)上设有第三球阀(103)；
所述矩形腔体部件(5)包括矩形腔室(51)，矩形腔室(51)包括腔主体(511)，腔主体(511)的两端均设有第二连接管(512)，腔主体(511)包括第一腔室(5111)和第二腔室(5112)，第二连接管(512)与第一腔室(5111)连通，第一腔室(5111)和第二腔室(5112)之间设有方形贯穿孔(513)，第一腔室(5111)上设有对称分布的滑动连接孔(514)，滑动连接孔(514)的两侧均设有磁块(515)，磁块(515)位于第一腔室(5111)上；第二腔室(5112)内设有超细水雾装置；
所述第二连接管(512)上设有压力传感器(501)和火焰传感器(502)；
所述实验系统还包括数据采集设备，数据采集设备与第一可燃气浓度探测仪(10)、数字压力表(30)、第二可燃气浓度探测仪(20)、压力传感器(501)和火焰传感器(502)均电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种抑制可燃气体爆炸传播实验系统,其特征在于，所述管主体(11)的一端设有密封板(12)，另一端与第一阀体(4)连通，点火装置(40)位于密封板(12)上。
3.根据权利要求1所述的一种抑制可燃气体爆炸传播实验系统,其特征在于，所述第一可燃气浓度探测仪(10)与第二可燃气浓度探测仪(20)分别位于真空泵(2)与管主体(11)的连接处，数字压力表(30)位于第一可燃气浓度探测仪(10)与第二可燃气浓度探测仪(20)之间，第一可燃气浓度探测仪(10)与管主体(11)之间设有第四球阀(104)，数字压力表(30)与管主体(11)之间设有第五球阀(105)，第二可燃气浓度探测仪(20)与管主体(11)之间设有第六球阀(106)。
4.根据权利要求1所述的一种抑制可燃气体爆炸传播实验系统,其特征在于，所述第二连接管(512)上设有第一连接孔(516)和第二连接孔(517)，第二连接管(512)与腔主体(511)的连接端设有环形槽(518),第二连接管(512)上设有对称分布的方形连通孔(5181)，方形连通孔(5181)与环形槽(518)连通，方形连通孔(5181)的一端设有第一连接块(5182)，第一连接块(5182)上设有第一贯穿孔(5183)。
5.根据权利要求4所述的一种抑制可燃气体爆炸传播实验系统,其特征在于，所述第二腔室(5112)上设有对称分布的第一气缸(52)，第一气缸(52)的输出轴与第二腔室(5112)紧固连接，第一气缸(52)的缸体上设有密封板(53)，密封板(53)将第一腔室(5111)和第二腔室(5112)隔开。
所述第一腔室(5111)上设有对称分布的第二气缸(54)，第二气缸(54)的输出轴穿过滑动连接孔(514)紧固连接有连接板件(55)，连接板件(55)的两侧均设有第一固定孔(551)，连接板件(55)上设有连接杆(552)，第二气缸(54)的输出轴与连接杆(552)紧固连接。
6.根据权利要求5所述的一种抑制可燃气体爆炸传播实验系统,其特征在于，所述连接板件(55)的两侧均设有多个配合块(56)，配合块(56)上靠近连接板件(55)的一侧设有与第一固定孔(551)配合的电磁锁(561)，另一侧设有第二固定孔(562)，配合块(56)与磁块(515)配合。
7.根据权利要求6所述的一种抑制可燃气体爆炸传播实验系统,其特征在于，所述矩形腔室(51)上设有对称分布的滑动连接件(592)，滑动连接件(592)包括支撑板(5921)，支撑板(5921)上设有位于环形槽(518)内滑动的滑动管体(5922)，滑动管体(5922)上设有第二连接块(5923)，第一连接块(5182)上设有第三气缸，第三气缸的输出轴穿过第一贯穿孔(5183)与第二连接块(5923)紧固连接。
8.根据权利要求7所述的一种抑制可燃气体爆炸传播实验系统,其特征在于，所述压力传感器(501)和火焰传感器(502)分别通过第一连接孔(516)和第二连接孔(517)与矩形腔室(51)配合。
9.基于权利要求1-8任意一项所述的一种抑制可燃气体爆炸传播实验系统的实验方法，其特征在于，所述实验方法包括以下步骤：
S1：连接管段，安装空腔，超细水雾装置加满水，水平面与密封板(53)接触，安装点火熔丝，关闭第一阀体(4)，检查管段气密性，打开第一球阀(101)，利用真空泵(2)将第一管体(1)抽真空至真空度-35--25Kpa，关闭第一球阀(101)；
S2：用道尔顿分压法从进气管(50)进行配气、充气；
S3：关闭第三球阀(103)，关闭第五球阀(105)，打开第二球阀(102)，利用气体循环泵(3)对第一管体(1)内混合气体进行10-15min循环混合，形成预混均匀的混合气体，关闭第二球阀(102)；
S4：打开细水雾装置，打开细水雾装置与空腔之间的密封板(53)，使细水雾能进入爆炸空腔，并使腔内充满超细水雾；
S5：开启数据采集设备，设置采集参数，使采集设备处于待触发状态；
S6：打开第一阀体(4)，使第一管体(1)和矩形腔体部件(5)连通，关闭细水雾装置与空腔之间的密封板(53)，关闭细水雾装置；
S7：通过点火装置(40)进行点火；
S8：数据采集装置采集、记录、显示、处理、存储数据；
S9：打开细水雾装置与空腔之间的密封板(53)，打开第一阀体(4)，清除实验系统内的废气；
S10：重复S1-S9进行下一次实验，关闭设备。
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