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爆炸专业技术实验室 2013-05-10  信息来源: 本站

一、爆炸传播实验室
1、功能定位
爆炸传播实验室具有主要设备10台(套),包括亚太地区最大、我国唯一的爆炸试验巷道及管径丰富的爆炸管路等。可以进行气体粉尘爆炸传播规律研究、爆炸气体成分分析及变化规律研究、爆炸流场及特征参数(激波、火焰阵面结构;压力;火焰;温度等)分析、可变因素(点火能量、气体浓度及体积量、障碍物等)对爆炸传播规律的影响分析等。
实验室为爆炸传播理论研究、相关标准的制修订提供试验支撑;同时可以通过爆炸事故的反演分析,为事故调查分析提供技术支持。
2、主要设备
(1)爆炸试验巷道
    功能:近似模拟煤矿井下实际工况条件,可以进行气体(瓦斯、油气等)、粉尘(煤尘、粮食粉尘、金属粉尘等)爆炸传播规律研究;可以进行不同影响因素(瓦斯体积、煤尘量、障碍物等)对瓦斯煤尘传播的影响规律研究。
性能指标:总长度896m,主巷为墙高1m,拱高1.6m,断面积7.2m2的半圆拱形巷道;具有30m3、50 m3、100 m3和200 m3四种容量等级的瓦斯起爆室。
 

图1 试验巷道


(2)爆炸管路系统
功能:爆炸管路系统可以近似模拟煤矿井下复杂条件下(转弯、分叉、变坡、变径等)的瓦斯煤尘爆炸传播规律研究;可以进行不同影响因素(瓦斯浓度、点火能量、障碍物等)对瓦斯爆炸传播的影响规律研究。
性能指标:
⑤ 直径1m的钢制管路,长度60m,设计承压≥3.5MPa;
②直径为900mm、800mm、700mm、600mm、400mm、300mm、200mm、100mm的钢制管路,长度30m,设计承压2.5Mpa;
③直径为500mm的钢制管路,长度66.5m,设计承压2.5Mpa;
④直径2m的钢制管路,长度29m,设计承压1.5Mpa;
⑤10m2断面管道,长度24m,设计承压1.5Mpa;

图2 试验管道

       
(3)透明管道试验系统
功能:透明管道试验系统可以进行气体、粉尘爆炸传播演示及研究;可以进行水雾、粉剂等的抑爆试验研究;搭配PIV粒子图像测速系统、纹影仪、高速摄影等装置可进行爆炸流场的微观分析。
性能指标:管道长度为20m,由16节1.2m管道和1节0.8m管道组成;管道口径为400mm×400mm;管壁厚度为40mm;设计承压为2MPa动压。
 

图3 透明管道试验系统

(4)PIV粒子图像测速系统
功能:用于研究气体粉尘爆炸传播过程流场涡量、流线以及等速度线等流场特性参数分布。
性能指标:
①数字相机分辨率2456×2056 ,采集速率16帧/秒,触发信号TTL;
②双脉冲激光器波长532nm,脉冲宽度6-8ns,脉冲能量2×350mJ时;
③同步控制器为独立7通道输出,时间精度0.25ns;
④高速光电开关的快门关闭响应时间小于1.5ms,通光窗口尺寸32×26mm。
 

图4 PIV粒子图像测速系统

             
(5)纹影仪
功能:本系统可用于有/无自发光流场的定性显示,得到反映流场密度梯度变化的图像,在空气动力学和燃烧、爆炸等问题的实验研究中有广泛的应用。
性能指标:
①主反射镜系统:全口径Φ420 mm,有效口径Φ400 mm,面型精度1/6λ;
②狭缝:黑白纹影狭缝,两刃口,调节范围0-3mm,可作360°旋转;
③同步控制系统:8通道时间延时器,延时精度2微秒;
④刀口:机械刀口,移动范围10 mm。
 

图5 纹影仪


(6)气体标定激波管
功能:本系统为产生激波和利用激波压缩实验气体,以模拟所要求工作条件,主要用于气体激波传播研究,以及压力传感器的动态标定。
性能指标:
①管径Φ100mm  壁厚30mm  长12m  最高承压15MPa;
②夹膜机构长度:0.8m;
③高压起爆段长度:6m。
 

图6 气体标定激波管


(7)爆炸气体采集装置
功能:气体采集装置主要用于采集并即时保存气体粉尘爆炸过程中和爆炸后的气体,可根据需要采集爆炸管路及巷道内的气样。
性能指标:
①火焰传感器响应时间:3.1ms;
②控制器响应时间:7.8ms;
③快速开启装置响应时间:20ms;
④采样气体收集钢瓶容积2L,可承受压力》3MPa;
 

图7 爆炸气体采集装置


(8)气体成分分析系统
功能:本系统用于对氢气、氧气、氮气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、硫化氢等气体的组分分析。
性能指标:
①氮气发生器:输出压力:0~0.4MPa  输出流量:0~300mL/min  纯度:99.99%;
②氢气发生器:输出压力:0~0.4MPa  输出流量:0~300mL/min  纯度:99.99%;
③低噪声空气泵:输出流量:0~300mL/min 输出压力:0~0.4MPa;
④燃气专用气相色谱仪主机:高温保护功能、八阶程升、近室温操作、自动后开门、故障自检、数据保护、秒表功能、时间程序控制。
 

图8 气体成分分析系统


(9)爆炸综合测试系统
功能:可以进行爆炸动态参量的测量,包括压力、火焰及温度信号测量。
性能指标:
①64路同步采样通道;
②12位垂直分辨率;
③60 MS/s实时采样率;
④32路热电偶输入通道; 8路内置冷端温度补偿通道。
 

图9 爆炸综合测试系统


(10)高速摄影系统
功能:可以对爆炸高速过程进行拍摄,反映爆炸流动的变化过程。
性能指标:
①传感器:1280 × 800分辨率;
②感光灵敏度:2100 ISO/ASA(彩色)(ISO12232标准);
③全幅1280 × 800 ,速度2190帧/秒;
④触发:TTL 脉冲 上升或下降沿,开关开启或关闭。
 

图10 高速摄影系统


二、特殊环境气体爆炸特性实验室
1、功能定位
该实验室主要设备为特殊环境20L爆炸特性测试系统。特殊环境20L爆炸特性测试系统按照国际标准ISO建立,设备采用比例配气方式,提高罐体承压强度,并利用直接加热方式和油浴间接加热方式对罐体内部进行加热,通过点火能量发生发出指定能量的电火花点燃密闭容器内气体或粉尘并发生爆炸,利用高频压力传感器检测爆炸罐体内压力变化情况,整个过程由爆炸测试控制系统自动控制和记录。特殊环境20L爆炸特性测试系统能够进行初始压力条件、高温条件和高温高压耦合条件下气体粉尘爆炸特性实验研究。
2.主要设备
特殊环境20L爆炸特性测试系统
功能:进行初始压力条件、高温条件和高温高压耦合条件下气体粉尘爆炸特性实验研究。
性能指标:
①爆炸罐体:20L/球形
②最高工作温度:200℃
③压力测量范围:-0.1~4MPa
④温度测控范围:室温~200℃
⑤点火方式:化学点火  15KJ;高压点火  10J
⑥配气方式:真空比例配气
⑦配气精度:±0.1%
 

图11 特殊环境20L爆炸特性测试系统

   
三、粉尘爆炸特性实验室
1、功能定位
按照国家标准GB/T 16425~GB/T 16430建立的粉尘爆炸特性实验室,包括粉尘20L爆炸特性测试系统、粉尘层最低着火温度测试系统、粉尘云最低温度着火系统、粉尘云最小点火能量测试系统和粉尘层电阻率测试系统。用于进行煤尘及其它工业粉尘的爆炸特征参量测试及试验研究工作。所测特征参量包括:①粉尘元爆炸下限;②粉尘云最大爆炸压力及最大压力上升速率;③粉尘云最小点火能量;④粉尘云最小着火温度;⑤粉尘层最小着火温度;⑥粉尘层电阻率等。
2、主要设备
    (1)粉尘20L爆炸特性测试系统
功能:
进行粉尘云爆炸下限、粉尘云最大爆炸压力及最大压力上升速率等参量的测试和研究工作。
粉尘20L爆炸特性测试系统的实验罐体采用近球形爆炸容器,利用高压分散相将粉尘在爆炸容器内形成悬浮粉尘云,通过化学点火药头点燃发生爆炸,并由传感器实时采集爆炸过程的压力和火焰信号,整个过程由爆炸控制系统自动控制和记录。
性能指标:
①罐体容积及形状:20L、近球形
②罐体设计承压:3.0MPa
③储尘罐容积:0.6L
④储气罐充气压力:2.0MPa
⑤压力测量范围:0~1.0MPa
 

图12 粉尘爆炸特性测试系统

  
(2)粉尘层最低着火温度测试系统
功能:
用于进行粉尘层最低着火温度的测试及试验研究工作。
粉尘层最低着火温度测试系统在恒温热板上覆盖一定厚度的堆积粉尘,由热电偶分别记录实验过程中堆积粉尘和热板的温度变化情况,以及观察粉尘层的温度和颗粒的着火情况,整个过程由控制系统自动控制和记录。
性能指标:
①加热器金属平板:直径≥200mm,厚度≥20mm
②温度控制范围:常温-400(±1)℃
③粉尘层厚度:5mm、10mm
 

图13 粉尘层最低着火温度测试系统


(3)粉尘云最低着火温度测试系统
功能:
用于进行粉尘云最低着火温度测试及试验研究工作。
粉尘云最低着火温度测试系统是由压气喷尘器形成一定浓度的粉尘云高速通过石英加热炉管冰着火,观察炉管后沿的火焰发生情况,整个过程由控制系统自动控制和记录。
性能指标:
①温度控制范围:常温~1200℃
②电磁阀出口到除尘器的距离:≤500mm
③储气罐容积:55mL
 

图14 粉尘层最低着火温度测试系统


(4)粉尘云最小点火能量测试系统
功能:
用于进行粉尘云最小点火能量测试及试验研究工作。
粉尘云最小点火能量测试系统由哈特曼管道和点火能量发生器组成,由运动气流在管道内形成粉尘云,由点火能量发生器产生指定火花能量在电极间释放,观察煤尘云的着火情况。
性能指标:
①哈特曼管容积:1.2L
②点火能量发生范围:10mJ-1000J
③电极间距:≥6mm
④放电回路电阻:≤5Ω
 

图15 粉尘云最小着火能量测试系统


(5)粉尘层电阻率测试系统
功能:
用于进行粉尘层电阻率的测试及试验研究工作。
性能指标:
① 输入电压:220V±10%
②试验电压等级:110V、220V、300V、500V、1000V、1500V、2000V
③试验电压精度:±5%
④测定范围:0.01MΩ~1GΩ

 

图16 粉尘层电阻率测试系统

 

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