專利名稱：氣云燃燒、爆炸模擬與惰化、抑制實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及火災(zāi)安全技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種氣云燃燒、爆炸模擬與惰化、抑制實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法。
背景技術(shù)：
可燃預(yù)混氣、粉塵、液霧蒸汽火災(zāi)、爆炸事故是石油化工等工業(yè)火災(zāi)、爆炸事故中常見的災(zāi)害事故類型，有關(guān)氣云、粉塵、液霧火災(zāi)/爆炸特征、演化規(guī)律及其滅火、防爆、抑爆技術(shù)是工業(yè)火災(zāi)爆炸防治技術(shù)研究的熱點(diǎn)。目前人們對(duì)可燃?xì)庠?、粉塵燃燒、爆炸特性研究通常采用火焰?zhèn)鞑ス堋⒓げü?、爆炸容器或模擬巷道等實(shí)驗(yàn)裝置。目前我國(guó)粉塵云爆炸性能及爆炸極限測(cè)試分析國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)主要有GB/T16425，GB/T16426和GB/T12474，其實(shí)驗(yàn)測(cè)試主要采用20L球形爆炸容器、I立方柱型爆炸容器以及管式燃燒器。對(duì)于氣云燃燒以及爆炸火焰抑制，人們通常采用火焰?zhèn)鞑ス芑蚰M巷道等實(shí)驗(yàn)裝置，通過觀測(cè)火焰?zhèn)鞑ミ^程以及 爆炸火焰溫度、壓力等特征參數(shù)進(jìn)行研究。而目前尚沒有對(duì)于可燃?xì)庠?、粉塵以及油霧蒸汽的惰化、燃燒或爆炸火焰抑制的綜合性實(shí)驗(yàn)方法及裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)可燃?xì)庠?、粉塵以及油霧蒸汽等不同樣品，研發(fā)一種可燃?xì)庠啤⒎蹓m以及油霧蒸汽燃燒、爆炸模擬以及進(jìn)行惰化、爆炸火焰抑制實(shí)驗(yàn)的裝置及實(shí)驗(yàn)方法。采用本發(fā)明可滿足不同氧濃度、不同點(diǎn)火方式與點(diǎn)火能量條件，不同形式可燃?xì)庠迫紵⒈ㄌ卣鲄?shù)測(cè)試，燃燒、爆炸惰化與抑制效果評(píng)價(jià)等實(shí)驗(yàn)研究與惰化抑制系統(tǒng)檢測(cè)等需求，因此，本裝置是一種多功能綜合性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)裝置。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的采取的技術(shù)方案是一種氣云燃燒、爆炸模擬與惰化、抑制實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于包括實(shí)驗(yàn)與測(cè)試系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、燃燒爆炸抑制系統(tǒng)及測(cè)試控制系統(tǒng)四部分，實(shí)驗(yàn)與測(cè)試系統(tǒng)包括爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐、火焰及爆炸壓力徑向傳播檢測(cè)裝置、點(diǎn)火裝置、生成氣體采樣分析儀、由高速攝影儀和紋影儀構(gòu)成的高速紋影系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，測(cè)試控制系統(tǒng)包括無線同步控制系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，所述的爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐為圓柱體，圓柱體的上下兩端面為球形，在圓柱體的兩側(cè)安裝有旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，在兩球形端面上分別安裝有上人孔法蘭和下人孔法蘭，并分別通過上人孔法蘭和下人孔法蘭安裝有頂部人孔蓋和底部人孔蓋，頂部人孔蓋中心位置安裝有法蘭座，法蘭座上安裝有用于連接燃燒爆炸抑制系統(tǒng)的公用接口，在底部人孔蓋的中心位置安裝有用于連接進(jìn)樣系統(tǒng)的進(jìn)樣法蘭，同時(shí)在底部人孔蓋上還安裝有用于連接進(jìn)樣系統(tǒng)的氣體進(jìn)樣口，在爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐的前后兩側(cè)表面中心位置分別通過固定法蘭對(duì)稱安裝有用于高速攝影以及穿透式紋影觀測(cè)的觀察窗，沿爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐罐體豎直軸向設(shè)置有傳感器固定法蘭，溫度傳感器組和壓力傳感器組固定在傳感器固定法蘭上并與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連，所述的點(diǎn)火裝置通過固定法蘭徑向安裝在爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐的中心位置，所述的火焰及爆炸壓力徑向傳播檢測(cè)裝置通過固定法蘭安裝在爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐的中心位置，且徑向朝向點(diǎn)火裝置的點(diǎn)火源位置，并與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，所述的由高速攝影儀和紋影儀構(gòu)成的高速紋影系統(tǒng)固定在相對(duì)于所述的觀察窗的位置，所述的生成氣體采樣分析儀連接在爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐的采樣孔上，并與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過無線同步控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)連接。本發(fā)明所述的氣云燃燒、爆炸模擬與惰化、抑制實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)方法包括以下步驟
(一)·首先利用真空泵將爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐內(nèi)抽真空，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要將實(shí)驗(yàn)樣品的可燃?xì)怏w和氧氣分別按配比濃度體積比充入爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐內(nèi)，利用高速氣流在爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐內(nèi)進(jìn)行充分混合；或是將實(shí)驗(yàn)的可燃粉塵或可燃油料樣品利用壓縮空氣高速噴放到爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐內(nèi)形成可燃?xì)庠疲?br> (二)·當(dāng)進(jìn)行氣云燃燒或爆炸實(shí)驗(yàn)時(shí)，根據(jù)氣云可燃物料的種類選擇相應(yīng)的點(diǎn)火方式和點(diǎn)火能量，利用脈沖點(diǎn)火、化學(xué)點(diǎn)火或熱熔絲點(diǎn)火方式對(duì)可燃?xì)庠七M(jìn)行點(diǎn)火，并且通過調(diào)節(jié)脈沖點(diǎn)火電壓調(diào)整脈沖點(diǎn)火能量，實(shí)現(xiàn)不同能量點(diǎn)火，利用溫度、壓力傳感器測(cè)試燃燒或 爆炸火焰溫度及爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐內(nèi)壓力變化；
(三)·當(dāng)進(jìn)行爆炸火焰抑制實(shí)驗(yàn)時(shí)，根據(jù)需要利用無線同步控制系統(tǒng)同時(shí)或延遲啟動(dòng)點(diǎn)火裝置以及抑制系統(tǒng)，通過觀察窗觀測(cè)燃燒或爆炸抑制實(shí)驗(yàn)過程現(xiàn)象，利用測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試記錄相關(guān)特征參數(shù)；
(四).當(dāng)進(jìn)行可燃?xì)庠贫杌瘜?shí)驗(yàn)時(shí)，則在已分布可燃?xì)庠频谋▽?shí)驗(yàn)容器罐內(nèi)，延時(shí)或同步噴放相應(yīng)濃度的惰化抑制劑，采用不同能量或點(diǎn)火方式進(jìn)行強(qiáng)制點(diǎn)火，通過觀察窗和測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)，對(duì)抑制劑惰化抑制效果進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是實(shí)現(xiàn)了測(cè)試系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)及抑制系統(tǒng)分別由無線同步控制系統(tǒng)進(jìn)行集中控制；無線同步控制系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的主要功能包括罐體的升降旋轉(zhuǎn)、多路同步數(shù)據(jù)采集、同步及延遲點(diǎn)火、精密比例配氣與進(jìn)樣、同步及延遲抑制系統(tǒng)噴放；控制系統(tǒng)采用無線和有線兩種數(shù)據(jù)傳輸方式，可實(shí)現(xiàn)罐體與控制系統(tǒng)的人機(jī)分離，同時(shí)保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩煽俊Ｔ诠摅w中心位置對(duì)稱安裝有旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，用于實(shí)現(xiàn)罐體180度旋轉(zhuǎn)，以便在罐體垂直或水平狀態(tài)開展不同的燃燒或爆炸及其惰化抑制實(shí)驗(yàn)，同時(shí)也方便罐體安裝、清洗與維護(hù)。


圖I是本實(shí)驗(yàn)裝置功能設(shè)計(jì)示意圖。圖2是實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)正面示意圖。圖3是爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐結(jié)構(gòu)俯視示意圖。圖4是燃燒爆炸抑制系統(tǒng)構(gòu)成連接示意圖。圖5是進(jìn)樣系統(tǒng)構(gòu)成連接示意圖。圖6是旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是火焰及爆炸壓力徑向傳播檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖8是可伸縮電極點(diǎn)火裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖9是脈沖點(diǎn)火單元工作原理圖。圖10是化學(xué)點(diǎn)火單元裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖11化學(xué)點(diǎn)火/熱熔絲點(diǎn)火控制電路圖。
圖12是無線同步控制系統(tǒng)工作原理圖。圖13是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)工作原理圖。圖14是本實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)流程圖。
具體實(shí)施例方式 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。參照?qǐng)DI、圖2和圖3，氣云燃燒、爆炸模擬與惰化、抑制實(shí)驗(yàn)裝置包括實(shí)驗(yàn)與測(cè)試系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、燃燒爆炸抑制系統(tǒng)及控制系統(tǒng)四部分，實(shí)驗(yàn)與測(cè)試系統(tǒng)包括爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐I、火焰及爆炸壓力徑向傳播檢測(cè)裝置2、點(diǎn)火裝置3、生成氣體采樣分析儀4、由高速攝影儀和紋影儀構(gòu)成的高速紋影系統(tǒng)7以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8，控制系統(tǒng)包括無線同步控制系統(tǒng)9及計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)10，爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐I為圓柱體，圓柱體的上下兩端面為球形，在 圓柱體的兩側(cè)安裝有旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)Z，在兩球形端面上分別安裝有上人孔法蘭1-1和下人孔法蘭1-2，并分別通過上人孔法蘭1-1和下人孔法蘭1-2安裝有頂部人孔蓋1-3和底部人孔蓋1-4 (可進(jìn)行更換)，頂部人孔蓋1-3中心位置安裝有法蘭座1-5，法蘭座1-5上安裝有用于連接燃燒爆炸抑制系統(tǒng)的公用接口 1-6，在底部人孔蓋1-4的中心位置安裝有用于連接進(jìn)樣系統(tǒng)的進(jìn)樣法蘭1-7，同時(shí)在底部人孔蓋1-4上還安裝有用于連接進(jìn)樣系統(tǒng)的氣體進(jìn)樣口 1-8，通過該氣體進(jìn)樣口可實(shí)現(xiàn)對(duì)爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐I抽真空以及在罐體內(nèi)精密比例配氣，在爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐I的前后兩側(cè)表面中心位置分別通過固定法蘭對(duì)稱安裝有用于高速攝影以及穿透式紋影觀測(cè)的大口徑耐壓石英玻璃觀察窗1-9，沿爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐I罐體豎直軸向設(shè)置有五個(gè)傳感器固定法蘭1-10，溫度傳感器組8-1 (五個(gè)溫度傳感器)和壓力傳感器組8-2 (五個(gè)壓力傳感器)分別固定在傳感器固定法蘭1-10上并與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8相連，點(diǎn)火裝置3通過固定法蘭徑向安裝在爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐I的中心位置，火焰及爆炸壓力徑向傳播檢測(cè)裝置2通過固定法蘭安裝在爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐I的中心位置，且徑向朝向點(diǎn)火裝置3的點(diǎn)火源位置，并與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8連接，由高速攝影儀和紋影儀構(gòu)成的高速紋影系統(tǒng)7固定在相對(duì)于所述的觀察窗1-9的位置，生成氣體采樣分析儀4連接在爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐I的采樣孔上，并與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8連接，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8通過無線同步控制系統(tǒng)9與計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)10連接。在罐體內(nèi)壁面的不同位置設(shè)置有傳感器安裝法蘭，可用于溫度、壓力等多種不同類型傳感器的安裝與實(shí)驗(yàn)測(cè)試。參照?qǐng)D7，火焰及爆炸壓力徑向傳播檢測(cè)裝置2包括溫度傳感器或火焰?zhèn)鞲衅?br> 2-1、壓力傳感器2-2、傳感器可伸縮套桿2-3，其中溫度傳感器或火焰?zhèn)鞲衅?-1以及壓力傳感器2-2分別安裝在可伸縮套桿2-3的同一位置的上下兩個(gè)面上，每個(gè)傳感器數(shù)據(jù)傳輸導(dǎo)線由可伸縮套桿2-3內(nèi)部通過爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐I上的固定法蘭與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8相連。參照?qǐng)D8，點(diǎn)火裝置3是可伸縮電極點(diǎn)火裝置，包括點(diǎn)火電極3-1、伸縮套3-2、電極桿3-3、絕緣層3-4、點(diǎn)火電極帽3-5、壓緊帽3-6及點(diǎn)火線3-7，其中點(diǎn)火電極3_1通過電極緊固螺絲3-8與電極桿3-3相連安裝在伸縮套3-2內(nèi)，絕緣層3-4包覆在電極桿3_3上，并利用壓緊帽3-6固定在爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐I的罐體法蘭上，點(diǎn)火線3-7通過點(diǎn)火電極帽3-5固定在電極桿3-3上并引出。當(dāng)實(shí)驗(yàn)物料需要采用化學(xué)點(diǎn)火時(shí)，需將電極桿3-3上與點(diǎn)火電極3-1相連的點(diǎn)火線3-7更換為化學(xué)點(diǎn)火單元；當(dāng)實(shí)驗(yàn)物料需要采用恒定溫度點(diǎn)火時(shí)，需將點(diǎn)火線3-7更換為熱熔絲點(diǎn)火單元即可。參照?qǐng)D9，與可伸縮電極點(diǎn)火裝置相連的脈沖點(diǎn)火單元是由光電耦合器、直流穩(wěn)壓電源、脈沖發(fā)生器、IGBT驅(qū)動(dòng)模塊、反激式高壓脈沖模塊組成，其工作時(shí)點(diǎn)火信號(hào)經(jīng)光電耦合器啟動(dòng)脈沖發(fā)生器工作，脈沖發(fā)生器輸出的脈沖輸入到IGBT驅(qū)動(dòng)模塊，在反激式脈沖模塊的初級(jí)繞組中產(chǎn)生穩(wěn)定的脈沖電流，同時(shí)在反激式脈沖模塊的次級(jí)繞組中形成高壓脈沖，高壓脈沖經(jīng)可伸縮點(diǎn)火電極的放電針放電，實(shí)現(xiàn)脈沖點(diǎn)火，如需調(diào)整脈沖點(diǎn)火的能量時(shí)，只需調(diào)整脈沖點(diǎn)火直流穩(wěn)壓電源的輸入電壓即可。參照?qǐng)D10，化學(xué)點(diǎn)火單元由控制電路3-7-1、基板3-7-2、熱熔絲3-7-3、磷涂層
3-7-4、火藥3-7-5、保護(hù)層3-7-6組成，其工作時(shí)由點(diǎn)火信號(hào)驅(qū)動(dòng)控制電路3_7_1迅速使熱熔絲3-7-3熔斷，高溫?zé)崛劢z熔斷產(chǎn)生的能量立即引燃磷涂層3-7-4，其燃燒產(chǎn)生能量迅速引燃火藥3-7-5，火藥產(chǎn)生的能量使保護(hù)層3-7-6瞬間爆裂，形成擴(kuò)散形化學(xué)點(diǎn)火。熱熔絲點(diǎn)火單元由兩個(gè)引出電極和熱熔絲組成，熱熔絲由不同熔點(diǎn)的金屬細(xì)絲構(gòu)成，點(diǎn)火信號(hào)經(jīng)控制電路3-7-1使電流通過熱熔絲，通過熱熔絲的電流使熱熔絲的溫度快 速升高，當(dāng)熱熔絲溫度達(dá)到構(gòu)成熱熔絲材料的熔點(diǎn)時(shí)熱熔絲斷裂，即可形成不同溫度的熱熔絲點(diǎn)火。參照?qǐng)D11，化學(xué)點(diǎn)火/熱熔絲點(diǎn)火控制電路包括IGBT驅(qū)動(dòng)模塊I ;開關(guān)電源E ;化學(xué)點(diǎn)火單元/熱熔絲點(diǎn)火單元接線端T、控制信號(hào)公共電源接線端V、點(diǎn)火信號(hào)輸入端S和信號(hào)輸入公共負(fù)端N。點(diǎn)火信號(hào)輸入到IGBT驅(qū)動(dòng)板，經(jīng)光電隔離變換成IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制IGBT高速導(dǎo)通，點(diǎn)火電流瞬間流過熱熔絲，當(dāng)熱熔絲溫度達(dá)到熔點(diǎn)溫度時(shí)熱熔線熔斷，熱熔絲熔斷溫度同時(shí)也可引燃化學(xué)點(diǎn)火單元的磷涂層3-7-4。參照?qǐng)D5，進(jìn)樣系統(tǒng)包括空壓機(jī)5-1、高壓儲(chǔ)氣瓶5-2、截止閥5_3、高壓電磁閥5_4、樣品高壓儲(chǔ)罐5-5、第一氣動(dòng)閥5-6、精密配氣流量計(jì)5-7、真空泵雙向保護(hù)電磁控制閥5-8、真空泵5-9和擴(kuò)散器5-10，其中擴(kuò)散器5-10通過進(jìn)樣法蘭1-7置于爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐I內(nèi)底部，擴(kuò)散器5-10通過第一氣動(dòng)閥5-6與樣品高壓儲(chǔ)罐5-5連接，樣品高壓儲(chǔ)罐5-5通過高壓電磁閥5-4和截止閥5-3與高壓儲(chǔ)氣瓶5-2連接，高壓儲(chǔ)氣瓶5-2與空壓機(jī)5_1連接，真空泵5-9通過真空泵雙向保護(hù)電磁控制閥5-8與所述的氣體進(jìn)樣口 1-8連接，精密配氣流量計(jì)5-7安裝在管路上。通過該進(jìn)樣系統(tǒng)可分別或同時(shí)實(shí)現(xiàn)氣體、粉塵、液體單獨(dú)或混合快速進(jìn)樣，并在罐內(nèi)噴放形成氣云。樣品高壓儲(chǔ)罐內(nèi)存放有粉體/液體樣品及高壓氣體,通過無線同步控制系統(tǒng)9打開第一氣動(dòng)閥，高壓氣體夾帶粉體或液體樣品通過管路高速噴入爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐，高速流動(dòng)的樣品撞擊擴(kuò)散器經(jīng)不同角度反射面的作用，實(shí)現(xiàn)樣品高速均勻擴(kuò)散。參照?qǐng)D4，燃燒爆炸抑制系統(tǒng)包括儲(chǔ)液罐6-1、水霧控制電磁閥6-2、水壓泵6_3、第二氣動(dòng)閥6-4、干粉控制電磁閥6-5、干粉抑制劑儲(chǔ)罐6-6、壓縮氣體控制電磁閥6-7、高壓儲(chǔ)氣罐6-8、氣體控制電磁閥6-9、氣體滅火劑高壓儲(chǔ)氣瓶6-10及抑制劑噴頭/粉末擴(kuò)散器6-11，其中噴頭/粉末擴(kuò)散器6-11通過所述的公用接口 1-6置于爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐I內(nèi)，第二氣動(dòng)閥6-4與噴頭/粉末擴(kuò)散器6-11連接，第二氣動(dòng)閥6-4通過水霧控制電磁閥6-2與水壓泵6-3連接，水壓泵6-3與儲(chǔ)液罐6-1連接，第二氣動(dòng)閥6-4通過干粉控制電磁閥6_5與干粉抑制劑儲(chǔ)罐6-6連接，干粉抑制劑儲(chǔ)罐6-6通過壓縮氣體控制電磁閥6-7與高壓儲(chǔ)氣罐6-8連接，第二氣動(dòng)閥6-4又通過氣體控制電磁閥6-9與氣體滅火劑高壓儲(chǔ)氣瓶6-10連接。第二高速氣動(dòng)閥通過四通連接器和控制電磁閥與不同抑制裝置相連接，可實(shí)現(xiàn)水霧抑制裝置、干粉抑制裝置以及氣體抑制裝置不同抑制劑的分別噴放和同時(shí)噴放；其中水霧抑制裝置主要由儲(chǔ)液罐、水壓泵、水霧噴放電磁控制閥以及水霧噴頭組成，干粉抑制裝置主要由干粉抑制劑儲(chǔ)罐、高壓儲(chǔ)氣罐、干粉控制電磁閥以及干粉噴管等部件組成，氣體抑制裝置主要由氣體滅火劑高壓儲(chǔ)氣瓶、氣體控制電磁閥以及氣體抑制劑噴頭組成。通過控制第二高速氣動(dòng)閥的開關(guān)及干粉控制電磁閥、水霧控制電磁閥、氣體控制電磁閥的開關(guān)，即可實(shí)現(xiàn)不同抑制劑單一或混合方式的滅火及惰化抑制實(shí)驗(yàn)。參照?qǐng)D6，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)Z包括旋轉(zhuǎn)軸Z-I、旋轉(zhuǎn)軸固定套Z-2、軸承套Z_3、連軸器Z_4、雙極渦輪蝸桿減速機(jī)Z-5、四級(jí)減速電機(jī)Z-6及舉升機(jī)托板Z-7，其中旋轉(zhuǎn)軸固定套Z-2軸心相對(duì)焊接在所述的爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐I兩側(cè)，兩側(cè)旋轉(zhuǎn)軸Z-I分別通過軸承套Z-3安裝在舉升機(jī)托板Z-7上，一側(cè)旋轉(zhuǎn)軸Z-I通過連軸器Z-4與雙極渦輪蝸桿減速機(jī)Z-5輸出軸連接，四級(jí)減速電機(jī)Z-6的輸出軸與雙極渦蝸桿減速機(jī)Z-5的輸入軸相連。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)Z用于實(shí)現(xiàn)爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐體180度旋轉(zhuǎn)，以便在罐體垂直或水平狀態(tài) 開展不同的燃燒或爆炸抑制實(shí)驗(yàn)，同時(shí)也方便罐體安裝、清洗與維護(hù)；整個(gè)罐體通過兩側(cè)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝在可同步升降的絲杠或液壓舉抬裝置J上，可實(shí)現(xiàn)同步舉升和下降；在罐體進(jìn)樣法蘭1-7端面上安裝有定位鎖死裝置1-11，一側(cè)旋轉(zhuǎn)軸Z-I安裝有蝸輪蝸桿旋轉(zhuǎn)自鎖裝置Z-8。爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐I上設(shè)有采樣孔，生成氣體采樣分析儀4通過采樣孔上的減壓閥收集實(shí)驗(yàn)生成氣體。爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐I上還安裝有泄壓安全閥。參見圖12，無線同步控制系統(tǒng)9包括接收天線、射頻放大及調(diào)制/解調(diào)模塊、FSK鍵控編碼/解碼模塊、中央處理器、通用COM接口和開關(guān)電源。數(shù)據(jù)接收通過天線接收的載波信號(hào)經(jīng)過射頻放大及調(diào)制/解調(diào)模塊電路放大處理后輸入FSK鍵控編碼/解碼模塊進(jìn)行解碼，經(jīng)中央處理器處理后轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的TTL電平信號(hào)，通過通用COM接口傳輸給主控系統(tǒng)；數(shù)據(jù)發(fā)送由主控系統(tǒng)將需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通過通用COM接口傳輸?shù)街醒胩幚砥?，?shù)據(jù)處理后傳輸?shù)紽SK鍵控編碼/解碼模塊進(jìn)行編碼，經(jīng)射頻放大及調(diào)制/解調(diào)模塊進(jìn)行信號(hào)調(diào)制后，由天線發(fā)射。計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)10包括主控系統(tǒng)，無線控制單元，計(jì)算機(jī)監(jiān)控模塊及相關(guān)軟件。無線控制單元包括天線、射頻放大及調(diào)制/調(diào)解模塊、FSK鍵控編碼/解碼模塊、中央處理器、通用COM接口和開關(guān)電源。參照?qǐng)D13，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8包括罐體內(nèi)的多路溫度、壓力傳感器、采樣電路、高速同步A/D轉(zhuǎn)換電路、中央處理器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，通過各自單元的傳感器電壓、電流信號(hào)的同步轉(zhuǎn)換并與中央處理器以及主控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。參照?qǐng)D14，本實(shí)驗(yàn)裝置具體的實(shí)驗(yàn)流程是首先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)裝置各系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備，將點(diǎn)火裝置、抑制系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)與測(cè)試系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)設(shè)置于工作狀態(tài)，確定爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐I處于實(shí)驗(yàn)所需的水平或豎直狀態(tài)；實(shí)驗(yàn)樣品準(zhǔn)備(可燃粉塵或燃油)，將可燃粉塵或可燃油料樣品加入樣品高壓儲(chǔ)罐5-5內(nèi)，關(guān)閉截止閥5-3，利用空壓機(jī)5-1為高壓儲(chǔ)氣瓶5-2提供一定壓力的壓縮氣體，并打開截止閥5-3以及高壓電磁閥5-4為樣品高壓儲(chǔ)罐5-5提供壓縮氣體。實(shí)驗(yàn)進(jìn)樣時(shí)，首先打開真空泵雙向保護(hù)電磁控制閥5-8，利用真空泵5-9通過氣體進(jìn)樣口 1-8對(duì)爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐I抽真空。當(dāng)壓力傳感器2-2檢測(cè)到達(dá)到需求的真空度要求后，停止抽真空，關(guān)閉真空泵雙向保護(hù)電磁控制閥5-8和真空泵5-9。根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要將樣品高壓儲(chǔ)罐5-5中的實(shí)驗(yàn)樣品的可燃?xì)怏w和氧氣通過精密配氣流量計(jì)5-7和氣體進(jìn)樣口 1-8分別按配比濃度體積比充入爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐I內(nèi)，利用高速氣流在爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐I內(nèi)進(jìn)行充分混合；或是開啟進(jìn)樣系統(tǒng)的第一高速氣動(dòng)閥5-6，將樣品高壓儲(chǔ)罐5-5中的可燃粉塵或可燃油料樣品利用壓縮空氣和擴(kuò)散器5-10高速噴放到爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐I內(nèi)，進(jìn)行可燃液體霧化或可燃粉塵均勻擴(kuò)散，進(jìn)而形成可燃?xì)庠?。?dāng)進(jìn)行氣云燃燒或爆炸實(shí)驗(yàn)時(shí)，根據(jù)氣云可燃物料的種類選擇相應(yīng)的點(diǎn)火方式和點(diǎn)火能量，利用脈沖點(diǎn)火、化學(xué)點(diǎn)火或熱熔絲點(diǎn)火方式對(duì)可燃?xì)庠七M(jìn)行點(diǎn)火，利用罐內(nèi)壁面的溫度傳感器組8-1、壓力傳感器組8-2可測(cè)試縱向燃燒或爆炸火焰波陣面的溫度及爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐內(nèi)壓力變化，利用火焰及爆炸壓力徑向傳播檢測(cè)裝置2可對(duì)軸向燃燒或爆炸火焰波陣面的溫度、壓力進(jìn)行測(cè)試，利用高速紋影系統(tǒng)7通過大口徑觀察窗觀測(cè)點(diǎn)火以及火焰?zhèn)鞑ミ^程；同時(shí)根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要設(shè)定的延時(shí)時(shí)間，無線同步控制系統(tǒng)控制點(diǎn)火裝置3進(jìn)行氣云/油霧燃燒、爆炸模擬。當(dāng)進(jìn)行爆炸火焰抑制實(shí)驗(yàn)時(shí)，根據(jù)需要利用無線同步控制系統(tǒng)同時(shí)或延遲啟動(dòng)點(diǎn)火裝置以及抑制系統(tǒng)，利用高速紋影系統(tǒng)7通過大口徑觀察窗觀測(cè)燃燒或爆炸抑制實(shí)驗(yàn)過程現(xiàn)象，利用測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試記錄相關(guān)特征參數(shù)；根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，可分別或同時(shí)啟動(dòng)氣體抑制·裝置(氣體控制電磁閥6-9和氣體滅火劑高壓儲(chǔ)氣瓶6-10)、干粉抑制裝置(干粉控制電磁閥6-5、干粉抑制劑儲(chǔ)罐6-6、壓縮氣體控制電磁閥6-7和高壓儲(chǔ)氣罐6-8)及水霧抑制裝置(儲(chǔ)液罐6-1、水霧控制電磁閥6-2和水壓泵6-3)，并通過第二氣動(dòng)閥6-4將干粉抑制劑儲(chǔ)罐6-6中的抑制劑通過抑制劑噴頭/粉末擴(kuò)散器6-11在爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐I內(nèi)快速噴放。當(dāng)進(jìn)行可燃?xì)庠贫杌瘜?shí)驗(yàn)時(shí)，根據(jù)需要利用無線同步控制系統(tǒng)啟動(dòng)相應(yīng)的抑制系統(tǒng)裝置，打開第二氣動(dòng)閥6-4向已經(jīng)均勻分布可燃?xì)庠频谋▽?shí)驗(yàn)容器罐I內(nèi)噴放一定濃度的抑制劑，同時(shí)啟動(dòng)對(duì)應(yīng)能量的點(diǎn)火裝置3，對(duì)爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐I內(nèi)的均勻分布可燃?xì)庠七M(jìn)行強(qiáng)制點(diǎn)火，利用高速紋影系統(tǒng)7通過大口徑觀察窗觀測(cè)點(diǎn)火是否出現(xiàn)燃燒或爆炸等實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；同時(shí)利用實(shí)驗(yàn)與測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試記錄相關(guān)特征參數(shù)，評(píng)價(jià)該濃度的抑制劑惰化抑制效果。
權(quán)利要求
1.一種氣云燃燒、爆炸模擬與惰化、抑制實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于包括實(shí)驗(yàn)與測(cè)試系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、燃燒爆炸抑制系統(tǒng)及控制系統(tǒng)四部分，實(shí)驗(yàn)與測(cè)試系統(tǒng)包括爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐(I)、火焰及爆炸壓力徑向傳播檢測(cè)裝置(2)、點(diǎn)火裝置(3)、生成氣體采樣分析儀(4)、由高速攝影儀和紋影儀構(gòu)成的高速紋影系統(tǒng)(7)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(8)，測(cè)試控制系統(tǒng)包括無線同步控制系統(tǒng)(9)及計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)(10)，所述的爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐(I)為圓柱體，圓柱體的上下兩端面為球形，在圓柱體的兩側(cè)安裝有旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(Z)，在兩球形端面上分別安裝有上人孔法蘭(1-1)和下人孔法蘭(1-2)，并分別通過上人孔法蘭(1-1)和下人孔法蘭(1-2)安裝有頂部人孔蓋(1-3)和底部人孔蓋(1-4)，頂部人孔蓋(1-3)中心位置安裝有法蘭座(1-5)，法蘭座(1-5)上安裝有用于連接燃燒爆炸抑制系統(tǒng)的公用接口( 1-6)，在底部人孔蓋(1-4)的中心位置安裝有用于連接進(jìn)樣系統(tǒng)的進(jìn)樣法蘭(1-7)，同時(shí)在底部人孔蓋(1-4)上還安裝有用于連接進(jìn)樣系統(tǒng)的氣體進(jìn)樣口( 1-8)，在爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐(I)的前后兩側(cè)表面中心位置分別通過固定法蘭對(duì)稱安裝有用于高速攝影以及穿透式紋影觀測(cè)的觀察窗(1-9)，沿爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐(I)罐體豎直軸向設(shè)置有傳感器固定法蘭(1-10)，溫度傳感器組(8-1)和壓力傳感器組(8-2)固定在傳感器固定法蘭(1-10)上并與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(8)相連，所述的點(diǎn)火裝置(3)通過固定法蘭徑向安裝在爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐(I)的中心位置，所述的火焰及爆炸壓力徑向傳播檢測(cè)裝置(2)通過固定法蘭安裝在爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐(I)的中心位置，且徑向朝向點(diǎn)火裝置(3)的點(diǎn)火源位置，并與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(8)連接，所述的由高速攝影儀和紋影儀構(gòu)成的高速紋影系統(tǒng)(7)固定在相對(duì)于所述的觀察窗(1-9)的位置，所述的生成氣體采樣分析儀(4)通過減壓閥連接在爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐(I)的采樣孔上，并與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(8)連接，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(8)通過無線同步控制系統(tǒng)(9)與計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)(10)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣云燃燒、爆炸模擬與惰化、抑制實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述的火焰及爆炸壓力徑向傳播檢測(cè)裝置(2)包括溫度傳感器或火焰?zhèn)鞲衅?2-1)、壓力傳感器(2-2)、傳感器可伸縮套桿(2-3)，其中溫度傳感器或火焰?zhèn)鞲衅?2-1)以及壓力傳感器(2-2)分別安裝在可伸縮套桿(2-3)的同一位置的上下兩個(gè)面上，每個(gè)傳感器數(shù)據(jù)傳輸導(dǎo)線由可伸縮套桿(2-3)內(nèi)部通過爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐(I)上的固定法蘭與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(8)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣云燃燒、爆炸模擬與惰化、抑制實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述的點(diǎn)火裝置(3)是可伸縮電極點(diǎn)火裝置，包括點(diǎn)火電極(3-1)、伸縮套(3-2)、電極桿(3-3)、絕緣層(3-4)、點(diǎn)火電極帽(3-5)、壓緊帽(3-6)及點(diǎn)火線(3-7)，其中點(diǎn)火電極(3-1)與電極桿(3-3)相連安裝在伸縮套(3-2)內(nèi)，絕緣層(3-4)包覆在電極桿(3-3)上，并利用壓緊帽(3-6)固定在爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐(I)的罐體法蘭上，點(diǎn)火線(3-7)通過點(diǎn)火電極帽(3-5)固定在電極桿(3-3)上并引出。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣云燃燒、爆炸模擬與惰化、抑制實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述的進(jìn)樣系統(tǒng)包括空壓機(jī)(5-1)、高壓儲(chǔ)氣瓶(5-2)、截止閥(5-3)、高壓電磁閥(5-4)、樣品高壓儲(chǔ)罐(5-5)、第一氣動(dòng)閥(5-6)、精密配氣流量計(jì)(5-7)、真空泵雙向保護(hù)電磁控制閥(5-8)、真空泵(5-9)和擴(kuò)散器(5-10)，其中擴(kuò)散器(5-10)通過所述的進(jìn)樣法蘭(1-7)置于爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐(I)內(nèi)底部，擴(kuò)散器(5-10)通過第一氣動(dòng)閥(5-6)與樣品高壓儲(chǔ)罐(5-5)連接，樣品高壓儲(chǔ)罐(5-5)通過高壓電磁閥(5-4)和截止閥(5-3)與高壓儲(chǔ)氣瓶(5-2)連接，高壓儲(chǔ)氣瓶(5-2 )與空壓機(jī)(5-1)連接，真空泵(5-9 )通過真空泵雙向保護(hù)電磁控制閥(5-8)與所述的氣體進(jìn)樣口(1-8)連接，精密配氣流量計(jì)(5-7)安裝在管線上。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣云燃燒、爆炸模擬與惰化、抑制實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述的燃燒爆炸抑制系統(tǒng)包括儲(chǔ)液罐(6-1)、水霧控制電磁閥(6-2 )、水壓泵(6-3 )、第二氣動(dòng)閥(6-4)、干粉控制電磁閥(6-5)、干粉抑制劑儲(chǔ)罐(6-6)、壓縮氣體控制電磁閥(6-7)、高壓儲(chǔ)氣罐(6-8)、氣體控制電磁閥(6-9)、氣體滅火劑高壓儲(chǔ)氣瓶(6-10)及噴頭/粉末擴(kuò)散器(6-11)，其中噴頭/粉末擴(kuò)散器(6-11)通過所述的公用接口(1-6)置于爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐(I)內(nèi)，第二高速氣動(dòng)閥(6-4)與噴頭/粉末擴(kuò)散器(6-11)連接，第二氣動(dòng)閥(6-4)通過水霧控制電磁閥(6-2 )與水壓泵(6-3 )連接，水壓泵(6-3 )與儲(chǔ)液罐(6-1)連接，第二氣動(dòng)閥(6-4 )通過干粉控制電磁閥(6-5 )與干粉抑制劑儲(chǔ)罐(6-6 )連接，干粉抑制劑儲(chǔ)罐(6-6 )通過壓縮氣體控制電磁閥(6-7)與高壓儲(chǔ)氣罐(6-8)連接，第二氣動(dòng)閥(6-4)又通過氣體控制電磁閥(6-9)與氣體滅火劑高壓儲(chǔ)氣瓶(6-10)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣云燃燒、爆炸模擬與惰化、抑制實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(Z)包括旋轉(zhuǎn)軸(Z-I)、旋轉(zhuǎn)軸固定套(Z-2 )、軸承套(Z-3 )、連軸器(Z-4)、雙極渦輪蝸桿減速機(jī)(Z-5)、四級(jí)減速電機(jī)(Z-6)及舉升機(jī)托板(Z-7)，其中旋轉(zhuǎn)軸固定套(Z-2)軸心相對(duì)焊接在所述的爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐(I)兩側(cè)，兩側(cè)旋轉(zhuǎn)軸(Z-I)分別通過軸承套(Z-3)安裝在舉升機(jī)托板(Z-7)上，一側(cè)旋轉(zhuǎn)軸(Z-I)通過連軸器(Z-4)與雙極渦輪蝸桿減速機(jī)(Z-5)輸出軸連接，四級(jí)減速電機(jī)(Z-6)的輸出軸與雙極渦蝸桿減速機(jī)(Z-5)的輸入軸相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求I、權(quán)利要求2、權(quán)利要求3、權(quán)利要求4、權(quán)利要求5或權(quán)利要求6所述的氣云燃燒、爆炸模擬與惰化、抑制實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)方法包括以下步驟 (一)·首先利用真空泵將爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐內(nèi)抽真空，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要將實(shí)驗(yàn)樣品的可燃?xì)怏w和氧氣分別按配比濃度體積比充入爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐內(nèi)，利用高速氣流在爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐內(nèi)進(jìn)行充分混合；或是將實(shí)驗(yàn)的可燃粉塵或可燃油料樣品利用壓縮空氣高速噴放到爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐內(nèi)形成可燃?xì)庠疲? (二)·當(dāng)進(jìn)行氣云燃燒或爆炸實(shí)驗(yàn)時(shí)，根據(jù)氣云可燃物料的種類選擇相應(yīng)的點(diǎn)火方式和點(diǎn)火能量，利用脈沖點(diǎn)火、化學(xué)點(diǎn)火或熱熔絲點(diǎn)火方式對(duì)可燃?xì)庠七M(jìn)行點(diǎn)火，并且通過調(diào)節(jié)脈沖點(diǎn)火電壓調(diào)整脈沖點(diǎn)火能量，實(shí)現(xiàn)不同能量點(diǎn)火，利用溫度、壓力傳感器測(cè)試燃燒或爆炸火焰溫度及爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐內(nèi)壓力變化； (三)·當(dāng)進(jìn)行爆炸火焰抑制實(shí)驗(yàn)時(shí)，根據(jù)需要利用無線同步控制系統(tǒng)同時(shí)或延遲啟動(dòng)點(diǎn)火裝置以及抑制系統(tǒng)，通過大口徑觀察窗觀測(cè)燃燒或爆炸抑制實(shí)驗(yàn)過程現(xiàn)象，利用測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試記錄相關(guān)特征參數(shù)； (四).當(dāng)進(jìn)行可燃?xì)庠贫杌瘜?shí)驗(yàn)時(shí)，則在已分布可燃?xì)庠频谋▽?shí)驗(yàn)容器罐內(nèi)，延時(shí)或同步噴放相應(yīng)濃度的惰化抑制劑，采用不同能量或點(diǎn)火方式進(jìn)行強(qiáng)制點(diǎn)火，通過觀察窗和測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)，對(duì)抑制劑惰化抑制效果進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。
全文摘要
本發(fā)明涉及火災(zāi)安全技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種氣云燃燒、爆炸模擬與惰化、抑制的實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法。裝置包括由爆炸實(shí)驗(yàn)容器罐、火焰及爆炸壓力徑向傳播檢測(cè)裝置、點(diǎn)火裝置、生成氣體采樣分析儀、高速紋影與數(shù)據(jù)采集構(gòu)成的實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，進(jìn)樣系統(tǒng)，燃燒爆炸惰化抑制系統(tǒng)，以及由無線同步控制和計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控構(gòu)成的控制系統(tǒng)，是一種多功能綜合性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)裝置。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了罐體的180度旋轉(zhuǎn)、數(shù)據(jù)同步采集、精密比例配氣與進(jìn)樣、同步及延遲多方式點(diǎn)火與抑制系統(tǒng)噴放；采用無線和有線數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)罐體與控制的人機(jī)分離，保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩煽?，可在罐體垂直或水平狀態(tài)開展氣云、粉塵、油霧等不同實(shí)驗(yàn)樣品的燃燒或爆炸及其惰化、抑制實(shí)驗(yàn)。
文檔編號(hào)G01N25/54GK102879416SQ20121036437
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月26日
發(fā)明者劉晅亞, 管長(zhǎng)勇, 紀(jì)超, 許曉元, 趙力增, 王穎 申請(qǐng)人:公安部天津消防研究所, 吉林市宏源科學(xué)儀器有限公司