一种测定粉尘云燃烧爆炸特性的实验装置的制作方法

本实用新型涉及一种研究粉尘云燃烧爆炸特性参数的实验装置，属于粉尘燃烧爆炸危险性测试研究技术领域。

背景技术：

随着工业生产技术的不断发展，易燃易爆粉尘得到了广泛应用，也使得发生粉尘爆炸的潜在危险性也大大增加。研究粉尘爆炸特性参数对预防和控制粉尘爆炸灾害性事故具有重要的现实意义。粉尘云最小点火能（minimumignitionenergyofdustcloud,mie）是指刚好能够点燃最敏感条件下粉尘云所需的最低能量，是反映可燃性粉尘危害性的重要表征参数，其对粉尘爆炸危险性评估及有效防爆措施等方面具有重要意义。

研究粉尘云燃烧爆炸特性的实验设备主要有20l球形爆炸装置和1.2l哈特曼管，国内外各科研机构在研究粉尘云最小点火能的设备中，应用较多的是1.2l哈特曼管最小点火能装置。目前，广泛使用的粉尘云最小点火能测试实验装置主要有chilworth、mike3等几种进口设备，国内较成熟的产品不多，且设备功能较少，价格均十分昂贵。

技术实现要素：

本实用新型的目的是设计一种可测定粉尘云最小点火能、爆炸压力和燃烧温度等特征参数的粉尘云燃烧爆炸实验装置，旨在研究粉尘云燃烧爆炸发生发展规律以及为粉尘爆炸事故预防方面提供可靠的科学依据。

本实用新型采用的技术方案如下。

一种测定粉尘云燃烧爆炸特性的实验装置，其特征在于：它包括一粉尘云燃烧爆炸发生装置和一压力/温度数据采集装置；

所述粉尘云燃烧爆炸发生装置包括一多孔稳流喷粉管路、一电火花点火装置和一特制石英玻璃管组成；所述多孔稳流喷粉管路由一迷你空压机进行供气，一气源处理器过滤器进行调压，一电磁阀进行管路开闭，一多孔气体分流器进行稳流喷气；所述电火花点火装置由一电火花对电极通过小型气动装置移动触发点火，电火花点火能量由电火花点火电路进行调控；所述一特制石英玻璃管上开有可插入电火花对电极的对称固定孔，特制石英玻璃管顶端有用于装设泄爆片的紧固装置。

所述压力/温度数据采集装置包括一可装设等角度六个热电偶或六个压力传感器的移动拆卸式固定架，一用于压力/温度数据采集的数据采集器和控制计算机；所述的热电偶和压力传感器可根据需要进行单独和组合使用；所述热电偶和压力传感器分别通过热电偶专用线和压力传感器专用线与数据采集器相连，并通过在控制计算机上安装的配套软件进行控制。

所述电火花点火装置通过电火花点火电路中的电容器来调控电火花点火能量，电容器对应小能量和大能量两大类多个可选能级的电火花可自由选择；所述电火花点火电路通过继电开关进行电容器充电和实验启动，通过单向整流桥将交流电转换为直流电，通过变压器将电压升至所需值，通过第一同步定时器和第二同步控制器对实验启动时间和点火延迟时间进行设定。

所述特制石英玻璃管底部安装蘑菇状分散器和多孔气体分流器，并与多孔稳流喷粉管路相连接，实现待测粉尘从蘑菇状分散器底部均匀吹起；所述特制石英玻璃管底部一定距离开有对称固定孔用于插入电火花对电极，特制石英玻璃管顶端设有泄爆片的紧固装置，可安装不同尺寸的泄爆片。

所述热电偶可直接测量实验过程中粉尘云燃烧爆炸火球的温度，所述压力传感器可直接测量实验过程中粉尘云燃烧爆炸过程中产生的压力，所述热电偶和压力传感器与数据采集器相连接，并将相关实验数据实时保存到控制计算机中，热电偶和压力传感器的安装数量和安装位置均可通过移动拆卸式固定架和其上的移动圆环进行调整，所述移动拆卸式固定架上标有刻度尺，能够直接显示安装高度。

该实验装置通过变压器将220v交流电升至高电压后，经单向整流桥对电容器进行充电，根据电容器电能计算公式e=0.5cu²，提高电压值可有效降低电火花点火能量损失，并通过测量电容器放电时的电压和电流，进一步精确电火花点火能量值。

本实用新型的有效效果如下。

（1）本实用新型提供了一种测定粉尘云燃烧爆炸特性的实验装置，其能够测定粉尘云最小点火能、爆炸压力和燃烧温度等重要的特征参数。

（2）本实用新型的多孔气体分流器可实现均匀稳定喷气，电火花触发电路能实现小能量和大能量两大类多个可选能级的电火花，可保证较高的粉尘云最小点火能精度，通过在特制石英玻璃管顶部装设不同尺寸的泄爆片和自制移动拆卸式固定架，可研究不同泄爆面积和不同位置的粉尘云燃烧爆炸压力和温度。

（3）本实用新型装置较现有同类设备价格更低，功能更多，并具有较好的实验扩展性。

附图说明

图1是本实用新型的整体实验装置图。

图2是本实用新型的电火花触发电路图。

图3是本实用新型的特制石英玻璃管结构图。

图4是本实用新型的蘑菇状分散器和多孔气体分流器简图。

图5是本实用新型的移动拆卸式固定架结构图。

其中：1-多孔稳流喷粉管路；2-电火花点火装置；3-特制石英玻璃管；4-迷你空压机；5-气源处理器；6-电磁阀；7-多孔气体分流器；8-电火花对电极；9-小型气动装置；10-电火花点火电路；11-对称固定孔；12-泄爆片；13-紧固装置；14-热电偶；15-压力传感器；16-移动拆卸式固定架；17-数据采集器；18-控制计算机；19-热电偶专用线；20-压力传感器专用线；21-电容器；22-继电开关；23-单向整流桥；24-变压器；25-第一同步定时器；26-第二同步定时器；27-蘑菇状分散器，28-移动圆环。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

本实用新型公开的一种测定粉尘云燃烧爆炸特性的实验装置，整个实验装置的主体部分包括一多孔稳流喷粉管路、一电火花点火装置、一特制石英玻璃管、一压力/温度数据采集装置和一移动拆卸式固定架。在研究粉尘云燃烧爆炸实验过程中，通过多孔稳流喷粉管路对待测粉尘进行均匀稳定喷气，设计了电火花点火电路可实现小能量和大能量两大类多个可选能级的电火花点火，在石英玻璃管顶部设计了可装设不同尺寸的泄爆片以及通过自制移动拆卸式固定架，可进行不同泄爆面积和不同位置的粉尘云燃烧爆炸压力和温度的采集。本实用新型以图1~5所示的实验装置为例对其进行说明。

如图1所示，一种测定粉尘云燃烧爆炸特性的实验装置的多孔稳流喷粉管路1的迷你空压机4选用gw-206型空压机，容积为3.5l，容积流量为35-40l/min。迷你空压机通过管路与气源处理器5相连，气源处理器选用afr型调压过滤器，接管口径pt1/4，手动调压范围0.05mpa~0.9mpa，最高使用压力1.0mpa。气源处理器通过管路与电磁阀6相连，电磁阀6选用220v常闭开关气阀。电磁阀6通过管路与多孔气体分流器7相连。连接各部分的管路由304薄壁不锈钢制成，整个管路的压力损失可通过流体力学的伯努利方程求得，以气源处理器设置的初始压力0.8mpa为例，经多孔稳流喷粉管路后用于喷粉的压力约为0.78mpa。

如图1、3和4所示，在特制石英玻璃管3底部安装了蘑菇状分散器27和多孔气体分流器7，蘑菇状分散器27形似蘑菇，待测粉尘通过蘑菇状分散器27的顶部可均匀洒落至周边，蘑菇状分散器27高为16mm，直径为20mm，蘑菇状分散器27底部通过多孔气体分流器7的中间预留孔进行连接，多孔气体分流器7的直径为20mm，厚为2mm，周边开有6个直径为4mm的均匀小孔，压缩空气从小孔中均匀喷出，将置于特制石英玻璃管底部的待测粉尘均匀吹起形成理想的粉尘云。

如图1和2所示，通过继电开关22控制整个实验装置的启动，当继电开关22打到变压器24时，将220v交流电升至1kv高压电，变压器24选用定制的bk-1kv的高压变压器，再将1kv高压电通过单向整流桥23把交流电转换为直流电，并对电容器21进行充电，单向整流桥23选用50a1000v的单向整流桥，电容器21备有多个可选电容，从1nf~1μf和1μf~10μf。充电完毕后继电开关22打到电火花点火触发回路，第一同步定时器25设置电磁阀6的开启时间，第二同步定时器26控制小型气动装置9触发电火花放电的延迟启动时间，第一同步定时器25和第二同步定时器26的精确度为0.1s，小型气动装置9选用缸内径为50mm，行程为100mm的气缸小型气动器，并将活塞杆与左侧的电火花对电极8用绝缘金属保护套连接，电火花对电极8采用优质纯钨材料，直径为3.2mm，长度为25mm，两对电极间隙距离范围为2mm-6mm，可以实现左右调节，顶端长度超过20mm以上的部分直径减至2mm，直至尖端。整个电火花点火电路10可实现1mj~1j小能量和1j~10j大能量两大类多个可选能级的电火花点火。

如图1和3所示，特制石英玻璃管3采用高强度优质石英玻璃，其莫氏硬度为七级，管长度为300mm，容积为1.2l，外径为85mm，内径65mm。在距管底60mm位置开设对称固定孔11，用于装设电火花对电极8。特制石英玻璃管3的顶端设计了可加设泄爆片12的紧固装置13，紧固装置13的材质采用304不锈钢，紧固装置13为两个开口的法兰，下法兰固定在石英玻璃管3的顶端，上法兰通过m5*30的螺栓与下法兰进行固定，两法兰之间加设泄爆片12，泄爆片12的尺寸有φ60mm、50mm、40mm、30mm、10mm等多个。

如图1和5所示，移动拆卸式固定架16上标有刻度尺，移动圆环28可进行上下移动，移动圆环28上开有等角度的六个固定孔，用于装设热电偶14和压力传感器15，并能进行前后伸缩。热电偶14选用k型铠装热电偶，长度30mm，直径为1.6mm，温度测量范围为-50~1200℃，响应时间300ms，热电偶专用线19选用对应的k型热电偶测温补偿导线；压力传感器15选用cyg1401mf型压力变送器，量程0~5mpa，测量频率100khz，压力传感器专用线20选用配套的屏蔽线。热电偶14和压力传感器15分别通过热电偶专用线19和压力传感器专用线20连接到数据采集器17中，数据采集器17选用hiokilr8400-21型数据采集仪，脉冲输入8ch，分辨率为1/n(r/s)，数据采集器18与控制计算机19相连，并通过配套软件对粉尘云燃烧爆炸在不同位置和不同条件下的压力和温度进行记录。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本领域的普通技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本实用新型的保护范围，凡采用等同替换等方式所获得的技术方案，均落于本实用新型的保护范围内。

本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。