一种电火花作用下的粉尘层着火敏感性测试装置及方法
【专利摘要】一种电火花作用下的粉尘层着火敏感性测试装置及方法，装置包括底座、立柱、载粉台、伸缩式悬臂梁及电火花发生器，伸缩式悬臂梁一端固装针尖电极，另一端套装连接在立柱上，载粉台上设有拖粉盘及粉尘层制备罩，电火花发生器正极与针尖电极相连，负极与拖粉盘相导通。方法为：水平放置测试装置并完成接线，控制伸缩式悬臂梁缩回，按设定厚度制备粉尘层，控制伸缩式悬臂梁伸展，使针尖电极尖端位于粉尘层正上方并调整两者间距，启动电火花发生器并输出最高能量，甄别待测粉尘是否具有着火敏感性，如具有着火敏感性，重新制备粉尘层后再进行着火敏感性的敏感度测试，通过调整电火花发生器输出能量及粉尘层厚度，测得不同厚度下的粉尘层最小点火能量。
【专利说明】
一种电火花作用下的粉尘层着火敏感性测试装置及方法
技术领域
[0001] 本发明属于工业粉尘爆炸防护技术领域，特别是涉及一种电火花作用下的粉尘层 着火敏感性测试装置及方法。
【背景技术】
[0002] 在可燃粉体过程工业中，静电产生的电火花是较为常见的粉尘爆炸点火源，为了 评价可燃粉尘云在电火花作用下的爆炸风险，国内外颁布有成套的粉尘云最小点火能量测 试标准，例如CEI IEC 61241-2-3-1994、BS EN 13821-2002、ASTM E2019-03-2007等，基于 上述标准也涌现了很多的粉尘云最小点火能量测试装置，例如瑞士的MIKE 3等。
[0003] 但在实际工业生产中，不单单有云状粉尘，层状堆积粉尘也是可燃粉尘的一种常 见存在形式，而且根据现有的研究结果表明，层状堆积粉尘在电火花作用下存在着火的可 能，进而可以引起粉尘爆炸。
[0004] 然而，目前对于如何测试和评价层状堆积粉尘在电火花作用下的爆炸风险，现阶 段仍未有相关的测试标准颁布过，更没有基于标准的测试装置，而对于现有的粉尘层着火 敏感性测试标准，其均是针对在高温热表面作用下的粉尘着火敏感性测试。
[0005] 因此，亟需设计一套全新的粉尘层着火敏感性测试装置及方法，其应满足在电火 花作用下的层状堆积粉尘着火敏感性测试，用以完善现有可燃粉尘着火敏感性评价指标体 系，弥补现有可燃粉尘着火敏感性测试标准的空白。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术存在的问题，本发明提供一种电火花作用下的粉尘层着火敏感性测 试装置及方法，有效满足在电火花作用下的层状堆积粉尘着火敏感性测试，有效完善了现 有可燃粉尘着火敏感性评价指标体系，有效弥补了现有可燃粉尘着火敏感性测试标准的空 白。
[0007] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:一种电火花作用下的粉尘层着火 敏感性测试装置，包括底座、立柱、载粉台、伸缩式悬臂梁及电火花发生器，所述立柱竖直固 装在底座上，所述载粉台水平固装在底座上，所述伸缩式悬臂梁位于载粉台上方，在伸缩式 悬臂梁一端竖直固装有针尖电极，且针尖电极的尖端朝下;所述伸缩式悬臂梁的另一端为 套筒结构，伸缩式悬臂梁通过套筒结构套装于立柱上，在套筒结构与立柱之间设置有定位 锁紧螺栓;在所述载粉台上表面开设有圆形凹槽，在圆形凹槽内固装有拖粉盘，且拖粉盘及 载粉台的上表面处在同一水平面上;在所述载粉台上方设置有粉尘层制备罩，在粉尘层制 备罩中心开设有粉尘层制备孔，在载粉台侧面安装有导电接头;所述电火花发生器的正极 通过导线与针尖电极相连接，电火花发生器的负极通过导线与导电接头相连接，导电接头 通过导线与载粉台相连;所述底座、立柱、载粉台及伸缩式悬臂梁均采用绝缘材料制造，所 述拖粉盘采用导电材料制造。
[0008] 所述粉尘层制备罩的数量若干，若干粉尘层制备罩的厚度各不相同。
[0009] 在所述立柱外表面设置有刻度标尺。
[0010] 在所述导线外部以及针尖电极上端均包覆有高压绝缘保护套。
[0011] 所述的电火花作用下的粉尘层着火敏感性测试装置还配置有高速摄像机和红外 热成像仪。
[0012] 所述的电火花作用下的粉尘层着火敏感性测试装置还配置有刮板，刮板通过导线 进行接地。
[0013] -种电火花作用下的粉尘层着火敏感性测试方法，采用了所述的电火花作用下的 粉尘层着火敏感性测试装置，包括如下步骤：
[0014] 步骤一:准备一处水平基准台，将测试装置放置到水平基准台上，保证载粉台始终 处于水平状态；
[0015] 步骤二：用一根导线将针尖电极与电火花发生器的正极连接在一起，用另一根导 线将导电接头与电火花发生器的负极连接在一起，进而使电火花发生器的负极与拖粉盘相 导通；
[0016] 步骤三:将伸缩式悬臂梁调整到缩回状态，使针尖电极退到载粉台侧方，为粉尘层 制备做准备；
[0017] 步骤四：选取一个厚度最薄的粉尘层制备罩置于载粉台上，粉尘层厚度通过粉尘 层制备卓完成设定；
[0018] 步骤五:将待测粉尘缓慢倒入粉尘层制备罩的粉尘层制备孔中，然后利用接地刮 板将粉尘层上表面刮平，再将粉尘层制备孔周围散落的粉尘清理干净，最后移除粉尘层制 备卓，完成粉尘层制备；
[0019] 步骤六:将伸缩式悬臂梁调整到伸展状态，保证针尖电极尖端位于粉尘层正上方；
[0020] 步骤七:松开定位锁紧螺栓，调整伸缩式悬臂梁在立柱上的位置，进而调整针尖电 极尖端与粉尘层之间的间距，再根据刻度标尺设定一个间距的初始值，最后旋紧定位锁紧 螺栓；
[0021] 步骤八:启动电火花发生器，控制电火花发生器输出最高能量，用以甄别待测粉尘 是否具有着火敏感性，具体情况如下：
[0022] ①观察针尖电极尖端与粉尘层之间是否产生电火花，如果没有电火花产生，则需 要不断缩小针尖电极尖端与粉尘层之间间距，如果始终无电火花产生，说明待测粉尘无着 火敏感性；
[0023] ②观察针尖电极尖端与粉尘层之间是否产生电火花，如果没有电火花产生，则需 要不断缩小针尖电极尖端与粉尘层之间间距，直到产生电火花为止，然后观察粉尘层表面 着火情况，如果在电火花作用下粉尘层表面未发生着火现象，说明待测粉尘无着火敏感性；
[0024] ③观察针尖电极尖端与粉尘层之间是否产生电火花，如果没有电火花产生，则需 要不断缩小针尖电极尖端与粉尘层之间间距，直到产生电火花为止，然后观察粉尘层表面 着火情况，如果在电火花作用下粉尘层表面发生了蔓延性的着火现象，说明待测粉尘具有 着火敏感性；
[0025] 步骤九：当待测粉尘被甄别为具有着火敏感性后，重新制备粉尘层，然后对待测粉 尘着火敏感性的敏感度进行测试；
[0026] 步骤十：调低电火花发生器的输出能量，观察粉尘层表面着火情况，如果发生着 火，则重新制备粉尘层，并继续调低电火花发生器的输出能量，直到粉尘层表面不再发生着 火，记录下最后一次粉尘层发生着火时的电火花发生器的输出能量，该输出能量即为当前 粉尘层厚度下的粉尘层最小点火能量；
[0027]步骤十一:重新制备粉尘层，逐渐提高粉尘层厚度，直到测得不同粉尘层厚度下的 粉尘层最小点火能量。
[0028]本发明的有益效果：
[0029] 本发明与现有技术相比，有效满足在电火花作用下的层状堆积粉尘着火敏感性测 试，有效完善了现有可燃粉尘着火敏感性评价指标体系，有效弥补了现有可燃粉尘着火敏 感性测试标准的空白。
【附图说明】
[0030] 图1为本发明的一种电火花作用下的粉尘层着火敏感性测试装置(粉尘层制备状 态)结构示意图；
[0031] 图2为本发明的一种电火花作用下的粉尘层着火敏感性测试装置(粉尘层着火敏 感性测试状态)结构示意图；
[0032]图中，1一底座，2-立柱，3-载粉台，4 一伸缩式悬臂梁，5-电火花发生器，6-针 尖电极，7-定位锁紧螺检，8-拖粉盘，9一粉尘层制备罩，10-粉尘层制备孔，11 一导电接 头，12-导线，13-刻度标尺，14-粉尘层。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0034] 如图1、2所示，一种电火花作用下的粉尘层着火敏感性测试装置，包括底座1、立柱 2、载粉台3、伸缩式悬臂梁4及电火花发生器5,所述立柱2竖直固装在底座1上，所述载粉台3 水平固装在底座1上，所述伸缩式悬臂梁4位于载粉台3上方，在伸缩式悬臂梁4 一端竖直固 装有针尖电极6,且针尖电极6的尖端朝下;所述伸缩式悬臂梁4的另一端为套筒结构，伸缩 式悬臂梁4通过套筒结构套装于立柱2上，在套筒结构与立柱2之间设置有定位锁紧螺栓7; 在所述载粉台3上表面开设有圆形凹槽，在圆形凹槽内固装有拖粉盘8,且拖粉盘8及载粉台 3的上表面处在同一水平面上;在所述载粉台3上方设置有粉尘层制备罩9,在粉尘层制备罩 9中心开设有粉尘层制备孔10,在载粉台3侧面安装有导电接头11;所述电火花发生器5的正 极通过导线12与针尖电极6相连接，电火花发生器5的负极通过导线12与导电接头11相连 接，导电接头11通过导线与载粉台3相连;所述底座1、立柱2、载粉台3及伸缩式悬臂梁4均采 用绝缘材料制造，所述拖粉盘8采用导电材料制造。
[0035] 为了满足制备不同厚度的粉尘层，所述粉尘层制备罩9的数量若干，若干粉尘层制 备罩9的厚度各不相同。
[0036] 为了精确调整针尖电极6的尖端与粉尘层上表面的间距，在所述立柱2外表面设置 有刻度标尺13。
[0037] 为了防止发生高压触电，在所述导线12外部以及针尖电极6上端均包覆有高压绝 缘保护套。
[0038] 为了更好的记录下电火花放电过程中的粉尘层着火过程以及温度分布情况，所述 的电火花作用下的粉尘层着火敏感性测试装置还配置有高速摄像机和红外热成像仪。
[0039] 在粉尘层制备过程中，为了平整粉尘层，所述的电火花作用下的粉尘层着火敏感 性测试装置还配置有刮板，刮板通过导线进行接地，防止粉尘层制备过程中因摩擦产生的 静电或因人体静电而引燃粉尘层。
[0040] 本实施例中，电火花发生器5内高压电源的输出电压为5kV~30kV，电火花发生器5 内电容组的可选电容为2(^?、60??、200??、600??、2必、61^、201^及1以？，电火花发生器5的输 出能量(点火能量)依次设定为ImJ、3mJ、IOmJ、30mJ、IOOmJ、300mJ、1000 mJ及50J，其中，输出 能量通过公式E = CU2/2计算得到，式中，E为输出能量，C为电容，U为输出电压。
[0041] 本实施例中，粉尘层制备孔10采用圆形孔，圆形孔的直径设为50mm，粉尘层制备罩 9共准备五个，五个粉尘层制备罩9的厚度分别为0.5mm、lmm、3mm、5mm及6mm，刻度标尺13的 最小刻度单位设为〇. 5mm。
[0042] -种电火花作用下的粉尘层着火敏感性测试方法，采用了所述的电火花作用下的 粉尘层着火敏感性测试装置，包括如下步骤：
[0043]步骤一:准备一处水平基准台，将测试装置放置到水平基准台上，保证载粉台3始 终处于水平状态；
[0044] 步骤二：用一根导线将针尖电极6与电火花发生器5的正极连接在一起，用另一根 导线将导电接头11与电火花发生器5的负极连接在一起，进而使电火花发生器5的负极与拖 粉盘8相导通；
[0045] 步骤三:将伸缩式悬臂梁4调整到缩回状态，使针尖电极6退到载粉台3侧方，为粉 尘层制备做准备；
[0046] 步骤四：选取一个厚度最薄的粉尘层制备罩9置于载粉台3上，粉尘层厚度通过粉 尘层制备卓9完成设定；
[0047] 步骤五:将待测粉尘缓慢倒入粉尘层制备罩9的粉尘层制备孔10中，然后利用接地 刮板将粉尘层上表面刮平，再将粉尘层制备孔10周围散落的粉尘清理干净，最后移除粉尘 层制备罩9,完成粉尘层制备；
[0048]步骤六:将伸缩式悬臂梁4调整到伸展状态，保证针尖电极6尖端位于粉尘层正上 方；
[0049] 步骤七:松开定位锁紧螺栓7,调整伸缩式悬臂梁4在立柱2上的位置，进而调整针 尖电极6尖端与粉尘层之间的间距，再根据刻度标尺13设定一个间距的初始值，最后旋紧定 位锁紧螺栓7;
[0050] 步骤八:启动电火花发生器5,控制电火花发生器5输出最高能量，用以甄别待测粉 尘是否具有着火敏感性，具体情况如下：
[0051] ①观察针尖电极6尖端与粉尘层之间是否产生电火花，如果没有电火花产生，则需 要不断缩小针尖电极6尖端与粉尘层之间间距，如果始终无电火花产生，说明待测粉尘无着 火敏感性；
[0052] ②观察针尖电极6尖端与粉尘层之间是否产生电火花，如果没有电火花产生，则需 要不断缩小针尖电极6尖端与粉尘层之间间距，直到产生电火花为止，然后观察粉尘层表面 着火情况，如果在电火花作用下粉尘层表面未发生着火现象，说明待测粉尘无着火敏感性；
[0053] ③观察针尖电极6尖端与粉尘层之间是否产生电火花，如果没有电火花产生，则需 要不断缩小针尖电极6尖端与粉尘层之间间距，直到产生电火花为止，然后观察粉尘层表面 着火情况，如果在电火花作用下粉尘层表面发生了蔓延性的着火现象，说明待测粉尘具有 着火敏感性；
[0054] 步骤九：当待测粉尘被甄别为具有着火敏感性后，重新制备粉尘层，然后对待测粉 尘着火敏感性的敏感度进行测试；
[0055] 步骤十：调低电火花发生器5的输出能量，观察粉尘层表面着火情况，如果发生着 火，则重新制备粉尘层，并继续调低电火花发生器5的输出能量，直到粉尘层表面不再发生 着火，记录下最后一次粉尘层发生着火时的电火花发生器5的输出能量，该输出能量即为当 前粉尘层厚度下的粉尘层最小点火能量；
[0056] 步骤十一:重新制备粉尘层，逐渐提高粉尘层厚度，直到测得不同粉尘层厚度下的 粉尘层最小点火能量。
[0057] 本实施例中，还对粉尘层着火敏感性的敏感度进行了等级划分，且提供了不同敏 感度等级下的防护措施，具体的等级划分情况如表1所示。
[0058] 表1粉尘层着火敏感性的敏感度等级表
【主权项】
1. 一种电火花作用下的粉尘层着火敏感性测试装置，其特征在于:包括底座、立柱、载 粉台、伸缩式悬臂梁及电火花发生器，所述立柱竖直固装在底座上，所述载粉台水平固装在 底座上，所述伸缩式悬臂梁位于载粉台上方，在伸缩式悬臂梁一端竖直固装有针尖电极，且 针尖电极的尖端朝下;所述伸缩式悬臂梁的另一端为套筒结构，伸缩式悬臂梁通过套筒结 构套装于立柱上，在套筒结构与立柱之间设置有定位锁紧螺栓;在所述载粉台上表面开设 有圆形凹槽，在圆形凹槽内固装有拖粉盘，且拖粉盘及载粉台的上表面处在同一水平面上； 在所述载粉台上方设置有粉尘层制备罩，在粉尘层制备罩中心开设有粉尘层制备孔，在载 粉台侧面安装有导电接头;所述电火花发生器的正极通过导线与针尖电极相连接，电火花 发生器的负极通过导线与导电接头相连接，导电接头通过导线与载粉台相连;所述底座、立 柱、载粉台及伸缩式悬臂梁均采用绝缘材料制造，所述拖粉盘采用导电材料制造。2. 根据权利要求1所述的一种电火花作用下的粉尘层着火敏感性测试装置，其特征在 于:所述粉尘层制备罩的数量若干，若干粉尘层制备罩的厚度各不相同。3. 根据权利要求1所述的一种电火花作用下的粉尘层着火敏感性测试装置，其特征在 于:在所述立柱外表面设置有刻度标尺。4. 根据权利要求1所述的一种电火花作用下的粉尘层着火敏感性测试装置，其特征在 于:在所述导线外部以及针尖电极上端均包覆有高压绝缘保护套。5. 根据权利要求1所述的一种电火花作用下的粉尘层着火敏感性测试装置，其特征在 于:所述的电火花作用下的粉尘层着火敏感性测试装置还配置有高速摄像机和红外热成像 仪。6. 根据权利要求1所述的一种电火花作用下的粉尘层着火敏感性测试装置，其特征在 于:所述的电火花作用下的粉尘层着火敏感性测试装置还配置有刮板，刮板通过导线进行 接地。7. -种电火花作用下的粉尘层着火敏感性测试方法，采用了权利要求1所述的电火花 作用下的粉尘层着火敏感性测试装置，其特征在于包括如下步骤： 步骤一:准备一处水平基准台，将测试装置放置到水平基准台上，保证载粉台始终处于 水平状态； 步骤二：用一根导线将针尖电极与电火花发生器的正极连接在一起，用另一根导线将 导电接头与电火花发生器的负极连接在一起，进而使电火花发生器的负极与拖粉盘相导 通； 步骤三:将伸缩式悬臂梁调整到缩回状态，使针尖电极退到载粉台侧方，为粉尘层制备 做准备； 步骤四：选取一个厚度最薄的粉尘层制备罩置于载粉台上，粉尘层厚度通过粉尘层制 备罩完成设定； 步骤五:将待测粉尘缓慢倒入粉尘层制备罩的粉尘层制备孔中，然后利用接地刮板将 粉尘层上表面刮平，再将粉尘层制备孔周围散落的粉尘清理干净，最后移除粉尘层制备罩， 完成粉尘层制备； 步骤六:将伸缩式悬臂梁调整到伸展状态，保证针尖电极尖端位于粉尘层正上方； 步骤七:松开定位锁紧螺栓，调整伸缩式悬臂梁在立柱上的位置，进而调整针尖电极尖 端与粉尘层之间的间距，再根据刻度标尺设定一个间距的初始值，最后旋紧定位锁紧螺栓； 步骤八：启动电火花发生器，控制电火花发生器输出最高能量，用以甄别待测粉尘是否 具有着火敏感性，具体情况如下： ① 观察针尖电极尖端与粉尘层之间是否产生电火花，如果没有电火花产生，则需要不 断缩小针尖电极尖端与粉尘层之间间距，如果始终无电火花产生，说明待测粉尘无着火敏 感性； ② 观察针尖电极尖端与粉尘层之间是否产生电火花，如果没有电火花产生，则需要不 断缩小针尖电极尖端与粉尘层之间间距，直到产生电火花为止，然后观察粉尘层表面着火 情况，如果在电火花作用下粉尘层表面未发生着火现象，说明待测粉尘无着火敏感性； ③ 观察针尖电极尖端与粉尘层之间是否产生电火花，如果没有电火花产生，则需要不 断缩小针尖电极尖端与粉尘层之间间距，直到产生电火花为止，然后观察粉尘层表面着火 情况，如果在电火花作用下粉尘层表面发生了蔓延性的着火现象，说明待测粉尘具有着火 敏感性； 步骤九：当待测粉尘被甄别为具有着火敏感性后，重新制备粉尘层，然后对待测粉尘着 火敏感性的敏感度进行测试； 步骤十：调低电火花发生器的输出能量，观察粉尘层表面着火情况，如果发生着火，则 重新制备粉尘层，并继续调低电火花发生器的输出能量，直到粉尘层表面不再发生着火，记 录下最后一次粉尘层发生着火时的电火花发生器的输出能量，该输出能量即为当前粉尘层 厚度下的粉尘层最小点火能量； 步骤十一:重新制备粉尘层，逐渐提高粉尘层厚度，直到测得不同粉尘层厚度下的粉尘 层最小点火能量。
【文档编号】G01N25/54GK105891254SQ201610504939
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月30日
【发明人】苑春苗, 李刚, 刘康福
【申请人】东北大学