CN114935641A - 一种隔爆腔内瓦斯爆炸压力的试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于煤矿安全技术领域，涉及一种隔爆腔内瓦斯爆炸压力的试验装置及方法，包括一个长方体隔爆外壳，以及与该隔爆外壳配合设置的配气系统、点火系统、控制系统和数据采集系统；数据采集系统包括与隔爆外壳配合安装的压力传感器，以及与该压力传感器连通的瞬态信号测试系统，该瞬态信号测试系统与控制系统连通。本发明可以较精确测定在不同阻塞比和点火位置条件下隔爆腔内发生瓦斯爆炸时的最大爆炸压力；同时采用五条压力测试通道，可实现隔爆腔内在不同阻塞比或者点火位置条件下最大爆炸压力的精确测定，可为研究隔爆腔内不同形状的阻塞物在不同点火位置条件下的爆炸压力变化规律提供技术支撑；可真实模拟隔爆外壳内部发生瓦斯爆炸时的过程。

Description

一种隔爆腔内瓦斯爆炸压力的试验装置及方法

技术领域

本发明属于煤矿安全技术领域，涉及一种隔爆腔内瓦斯爆炸压力的试验装置及方法。

背景技术

煤矿井下在生产过程中会产生瓦斯气体，当瓦斯积聚时易形成爆炸性环境；另一方面，当井下使用的电气设备产生高温、火花及电弧时，这些因素就可能成为引起煤矿瓦斯爆炸事故的主要危险源之一。因此，根据煤矿井下的特殊情况，需要用到隔爆型电气设备，而隔爆型电气设备能否防爆的关键在于其外壳。在投入使用之前，相关检测检验机构会对隔爆外壳进行型式试验以得到相关爆炸参数。GB3836.2-2021《爆炸性环境第2部分：由隔爆外壳“d”保护的设备》标准采用进行三次试验(瓦斯体积分数(9.8±0.5)％)、采集最大爆炸压力的方式进行爆炸压力测定。国际标准IEC60079-1采用的测定方法与GB3836.1-2021相同，均是通过采用进行三次试验(瓦斯体积分数(9.8±0.5)％)、采集最大爆炸压力的方式进行爆炸压力测定。目前我国绝大多数机构进行试验时均是在空腔状态以及单一点火位置情况下进行试验，得到的相关试验结果不能确保得到最严酷条件下的爆炸压力参数。

因此，亟需一种可以在腔内放置不同体积阻塞物以及实现不同点火位置的隔爆腔内瓦斯爆炸压力的试验装置及方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种隔爆腔内瓦斯爆炸压力的试验装置及方法，精确地测量到不同阻塞比和点火位置条件下的爆炸压力参数。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种隔爆腔内瓦斯爆炸压力的试验装置，包括一个长方体隔爆外壳，以及与该隔爆外壳腔体配合设置的配气系统、点火系统、控制系统和数据采集系统；

数据采集系统包括与隔爆外壳配合安装的压力传感器，以及与该压力传感器连通的瞬态信号测试系统，该瞬态信号测试系统与控制系统连通。

可选的，隔爆外壳采用Q235A钢制方形外壳，为螺栓门结构，其中防爆主腔内部尺寸为850×650×800mm。

可选的，配气系统包括依次连通的甲烷气瓶、减压阀、膜式燃气表与循环泵，膜式燃气表与循环泵之间设置有阀门a与阀门b；循环泵与隔爆外壳连接的管路之间依次设置有阀门d与阀门c，阀门d与阀门c之间在管路上还通过阀门e连接有激光甲烷浓度传感器。

可选的，点火系统包括设置在隔爆外壳内腔中的点火电极以及与该点火电极连接的点火能量发生器。

一种隔爆腔内瓦斯爆炸压力的试验方法，应用如上述的一种隔爆腔内瓦斯爆炸压力的试验装置，包括以下步骤：

S1，连接试验设备，检查配气系统与点火系统的完整性，对数据采集系统进行校准，使试验结果尽量精准；

S2，试验采用流量配比法进行配气，借助膜式燃气表控制进入腔体的气体流量，将甲烷气体充入隔爆外壳主腔中，挤出腔体内原有空气，再利用循环泵使得腔体内部气体混合均匀，进行微调最终获得指定浓度的甲烷-空气混合气体，同时，隔爆外壳安装压力传感器、点火电极，并与控制系统相连，控制系统通过传输线路与瞬态信号测试系统相连，实现实时采集爆炸数据信号：

S21，打开甲烷气瓶出口的旋塞阀，通过调节气瓶出口处的减压阀，观察压力计的示数，控制气瓶的出口压力；

S22，观察膜式燃气表的示数，通过调节燃气表后减压阀的开度，控制甲烷气瓶向隔爆外壳输送的气体流量，并根据腔体内输送气体要求达到的平均浓度，对输气时间进行估算；

S23，打开阀门a，当输气时间达到使腔体内甲烷平均浓度达到9.8％的最终喷气时间后，同时关闭储气瓶上的旋塞阀、阀门a，停止输气；

S24，打开阀门b、c、d，开启循环泵，对腔体内部气体进行10min的搅拌，随后关闭循环系统上的所有阀门和循环泵，并稳定腔体内混合气体30s；

S25，缓慢打开阀门e，观察激光甲烷浓度传感器示数是否达到9.8％；

S26，若达到设定浓度，则通过点火能量发生器触发点火电极，点燃腔体内部甲烷与空气混合气体，同时开启测试系统对爆炸压力数据进行采集待记录完成后，及时保存相关数据；

S27，一次爆炸试验完成后应及时排出腔体内部的残余气体。

本发明的有益效果在于：本发明一种隔爆腔内瓦斯爆炸压力的试验装置及方法，提出了隔爆腔内瓦斯爆炸压力的测试方法和装置，可以较为精确测定不同阻塞比和点火位置工况的试验条件下爆炸参数；同时本发明特有的针对不同阻塞比和点火位置条件下隔爆腔内瓦斯爆炸压力的测试方法，采用五条压力测试通道，可实现隔爆腔体内部在不同阻塞比和点火位置条件下爆炸压力的精确测定，可为研究隔爆腔内不同形状的阻塞物不同点火位置条件下的爆炸压力变化规律提供技术支撑；可真实模拟在隔爆腔体内部布置有不同阻塞比以及设置不同点火位置条件下的瓦斯爆炸情况，为进一步的科学研究提供技术支撑。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明的整体系统图；

图2为本发明的隔爆腔体示意图。

附图标记：甲烷气瓶1、减压阀2、膜式燃气表3、激光甲烷浓度传感器4、隔爆外壳5、压力传感器6、数据采集系统7、控制系统8、点火电极9、点火能量发生器10、循环泵11。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，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的具体含义。

请参阅图1，为一种隔爆腔内瓦斯爆炸压力的试验装置，包括隔爆外壳5，以及与该隔爆外壳5配合设置的配气系统(与隔爆腔连通，用于在试验时将纯瓦斯气体充入隔爆腔内并与空气混合均匀)、点火系统(设置于隔爆腔，用于对隔爆腔内的瓦斯气体进行点火，点火位置可改变)、控制系统8和数据采集系统7(与隔爆腔连通，用于点爆前对隔爆腔内瓦斯浓度进行监测以及在爆炸过程中的爆炸压力参数的记录)；数据采集系统7包括与隔爆外壳5配合安装的压力传感器6，以及与该压力传感器6连通的瞬态信号测试系统，该瞬态信号测试系统与控制系统8连通，配气系统包括依次连通的甲烷气瓶1、减压阀2、膜式燃气表3与循环泵11，膜式燃气表3与循环泵11之间设置有阀门a与阀门b；循环泵11与隔爆外壳5连接的管路之间依次设置有阀门d与阀门c，阀门d与阀门c之间在管路上还通过阀门e连接有激光甲烷浓度传感器4，点火系统包括设置在隔爆外壳5内腔中的点火电极9以及与该点火电极9连接的点火能量发生器10。

在本实施例中，隔爆外壳5采用Q235A钢制方形外壳，为螺栓门结构，其中防爆主腔内部尺寸为850×650×700mm。

在本实施例中，图2中PS₁～PS₅是5个压力测点位置，采用五条压力测试通道，可以真实客观的对隔爆腔内的爆炸发展过程进行模拟和监测记录，可实现隔爆外壳在不同阻塞比和点火位置条件下爆炸压力的精确测定，可为研究隔爆腔内不同形状的阻塞物不同点火位置条件下的爆炸压力变化规律提供技术支撑。

一种隔爆腔内瓦斯爆炸压力的试验方法，应用如上述的一种隔爆腔内瓦斯爆炸压力的试验装置，包括以下步骤：

S1，连接试验设备，检查配气系统与点火系统的完整性，对数据采集系统7进行校准，使试验结果尽量精准；

S2，试验采用流量配比法进行配气，借助膜式燃气表3控制进入腔体的气体流量，将甲烷气体充入隔爆外壳5主腔中，挤出腔体内原有空气，再利用循环泵11使得腔体内部气体混合均匀，进行微调最终获得指定浓度的甲烷-空气混合气体，同时，隔爆外壳5安装压力传感器6、点火电极9，并与控制系统8相连，控制系统8通过传输线路与瞬态信号测试系统相连，实现实时采集爆炸数据信号：

S21，打开甲烷气瓶1出口的旋塞阀，通过调节气瓶出口处的减压阀2，观察压力计的示数，控制气瓶的出口压力；

S22，观察膜式燃气表3的示数，通过调节燃气表后减压阀2的开度，控制甲烷气瓶1向隔爆外壳5输送的气体流量，并根据腔体内输送气体要求达到的平均浓度，对输气时间进行估算；

S23，打开阀门a，当输气时间达到使腔体内甲烷平均浓度达到9.8％的最终喷气时间后，同时关闭储气瓶上的旋塞阀、阀门a，停止输气；

S24，打开阀门b、c、d，开启循环泵11，对腔体内部气体进行10min的搅拌，随后关闭循环系统上的所有阀门和循环泵11，并稳定腔体内混合气体30s；

S25，缓慢打开阀门e，观察激光甲烷浓度传感器4示数是否达到9.8％；

S26，若达到设定浓度，则通过点火能量发生器10触发点火电极9，点燃腔体内部甲烷与空气混合气体，同时开启测试系统对爆炸压力数据进行采集待记录完成后，及时保存相关数据；

S27，一次爆炸试验完成后应及时排出腔体内部的残余气体。

在本实施例中，隔爆腔体内部可设置不同阻塞比的工况，同时可设置不同点火位置的条件。

本发明考虑到隔爆外壳内部结构较为复杂，以及其实际工况，应研发相应的试验装置模拟在隔爆腔体内部布置有不同阻塞比以及设置不同点火位置条件下的瓦斯爆炸情况，本装置可实现对于腔体内部不同阻塞比和点火位置工况的试验条件下爆炸参数测定功能，使得测试结果更加准确。为此该装置需要具备不同阻塞比和点火位置条件的控制测量功能。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种隔爆腔内瓦斯爆炸压力的试验装置，其特征在于：包括一个长方体隔爆外壳，以及与该隔爆外壳腔体配合设置的配气系统、点火系统、控制系统和数据采集系统；

数据采集系统包括与隔爆外壳配合安装的压力传感器，以及与该压力传感器连通的瞬态信号测试系统，该瞬态信号测试系统与控制系统连通。

2.根据权利要求1所述的一种隔爆腔内瓦斯爆炸压力的试验装置，其特征在于：隔爆外壳采用Q235A钢制方形外壳，为螺栓门结构，其中防爆主腔内部尺寸为850×650×700mm。

3.根据权利要求1所述的一种隔爆腔内瓦斯爆炸压力的试验装置，其特征在于：配气系统包括依次连通的甲烷气瓶、减压阀、膜式燃气表与循环泵，膜式燃气表与循环泵之间设置有阀门a与阀门b；

循环泵与隔爆外壳连接的管路之间依次设置有阀门d与阀门c，阀门d与阀门c之间在管路上还通过阀门e连接有激光甲烷浓度传感器。

4.根据权利要求1所述的一种隔爆腔内瓦斯爆炸压力的试验装置，其特征在于：点火系统包括设置在隔爆外壳内腔中的点火电极以及与该点火电极连接的点火能量发生器。

5.一种隔爆腔内瓦斯爆炸压力的试验方法，应用如权利要求1～4任一所述的一种隔爆腔内瓦斯爆炸压力的试验装置，其特征在于，包括以下步骤：

S1，连接试验设备，检查配气系统与点火系统的完整性，对数据采集系统进行校准，使试验结果尽量精准；

S2，试验采用流量配比法进行配气，借助膜式燃气表控制进入腔体的气体流量，将甲烷气体充入隔爆外壳主腔中，挤出腔体内原有空气，再利用循环泵使得腔体内部气体混合均匀，进行微调最终获得指定浓度的甲烷-空气混合气体，同时，隔爆外壳安装压力传感器、点火电极，并与控制系统相连，控制系统通过传输线路与瞬态信号测试系统相连，实现实时采集爆炸数据信号：

S21，打开甲烷气瓶出口的旋塞阀，通过调节气瓶出口处的减压阀，观察压力计的示数，控制气瓶的出口压力；

S22，观察膜式燃气表的示数，通过调节燃气表后减压阀的开度，控制甲烷气瓶向隔爆外壳输送的气体流量，并根据腔体内输送气体要求达到的平均浓度，对输气时间进行估算；

S23，打开阀门a，当输气时间达到使腔体内甲烷平均浓度达到9.8％的最终喷气时间后，同时关闭储气瓶上的旋塞阀、阀门a，停止输气；

S24，打开阀门b、c、d，开启循环泵，对腔体内部气体进行10min的搅拌，随后关闭循环系统上的所有阀门和循环泵，并稳定腔体内混合气体30s；

S25，缓慢打开阀门e，观察激光甲烷浓度传感器示数是否达到9.8％；

S26，若达到设定浓度，则通过点火能量发生器触发点火电极，点燃腔体内部甲烷与空气混合气体，同时开启测试系统对爆炸压力数据进行采集待记录完成后，及时保存相关数据；

S27，一次爆炸试验完成后应及时排出腔体内部的残余气体。

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