專利名稱：氣云燃燒、爆炸模擬與惰化、抑制實驗裝置及實驗方法
技術領域：
本發明涉及火災安全技術領域，特別涉及一種氣云燃燒、爆炸模擬與惰化、抑制實驗裝置及實驗方法。
背景技術：
可燃預混氣、粉塵、液霧蒸汽火災、爆炸事故是石油化工等工業火災、爆炸事故中常見的災害事故類型，有關氣云、粉塵、液霧火災/爆炸特征、演化規律及其滅火、防爆、抑爆技術是工業火災爆炸防治技術研究的熱點。目前人們對可燃氣云、粉塵燃燒、爆炸特性研究通常采用火焰傳播管、激波管、爆炸容器或模擬巷道等實驗裝置。目前我國粉塵云爆炸性能及爆炸極限測試分析國家標準主要有GB/T16425，GB/T16426和GB/T12474，其實驗測試主要采用20L球形爆炸容器、I立方柱型爆炸容器以及管式燃燒器。對于氣云燃燒以及爆炸火焰抑制，人們通常采用火焰傳播管或模擬巷道等實驗裝置，通過觀測火焰傳播過程以及 爆炸火焰溫度、壓力等特征參數進行研究。而目前尚沒有對于可燃氣云、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驗方法及裝置。

發明內容
本發明的目的是針對可燃氣云、粉塵以及油霧蒸汽等不同樣品，研發一種可燃氣云、粉塵以及油霧蒸汽燃燒、爆炸模擬以及進行惰化、爆炸火焰抑制實驗的裝置及實驗方法。采用本發明可滿足不同氧濃度、不同點火方式與點火能量條件，不同形式可燃氣云燃燒、爆炸特征參數測試，燃燒、爆炸惰化與抑制效果評價等實驗研究與惰化抑制系統檢測等需求，因此，本裝置是一種多功能綜合性實驗平臺裝置。本發明為實現上述目的采取的技術方案是一種氣云燃燒、爆炸模擬與惰化、抑制實驗裝置，其特征在于包括實驗與測試系統、進樣系統、燃燒爆炸抑制系統及測試控制系統四部分，實驗與測試系統包括爆炸實驗容器罐、火焰及爆炸壓力徑向傳播檢測裝置、點火裝置、生成氣體采樣分析儀、由高速攝影儀和紋影儀構成的高速紋影系統及數據采集系統，測試控制系統包括無線同步控制系統及計算機遠程監控系統，所述的爆炸實驗容器罐為圓柱體，圓柱體的上下兩端面為球形，在圓柱體的兩側安裝有旋轉機構，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的公用接口，在底部人孔蓋的中心位置安裝有用于連接進樣系統的進樣法蘭，同時在底部人孔蓋上還安裝有用于連接進樣系統的氣體進樣口，在爆炸實驗容器罐的前后兩側表面中心位置分別通過固定法蘭對稱安裝有用于高速攝影以及穿透式紋影觀測的觀察窗，沿爆炸實驗容器罐罐體豎直軸向設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據采集系統相連，所述的點火裝置通過固定法蘭徑向安裝在爆炸實驗容器罐的中心位置，所述的火焰及爆炸壓力徑向傳播檢測裝置通過固定法蘭安裝在爆炸實驗容器罐的中心位置，且徑向朝向點火裝置的點火源位置，并與數據采集系統連接，所述的由高速攝影儀和紋影儀構成的高速紋影系統固定在相對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驗容器罐的采樣孔上，并與數據采集系統連接，數據采集系統通過無線同步控制系統與計算機遠程監控系統連接。本發明所述的氣云燃燒、爆炸模擬與惰化、抑制實驗裝置的實驗方法包括以下步驟
(一)·首先利用真空泵將爆炸實驗容器罐內抽真空，根據實驗需要將實驗樣品的可燃氣體和氧氣分別按配比濃度體積比充入爆炸實驗容器罐內，利用高速氣流在爆炸實驗容器罐內進行充分混合；或是將實驗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驗容器罐內形成可燃氣云；
(二)·當進行氣云燃燒或爆炸實驗時，根據氣云可燃物料的種類選擇相應的點火方式和點火能量，利用脈沖點火、化學點火或熱熔絲點火方式對可燃氣云進行點火，并且通過調節脈沖點火電壓調整脈沖點火能量，實現不同能量點火，利用溫度、壓力傳感器測試燃燒或 爆炸火焰溫度及爆炸實驗容器罐內壓力變化；
(三)·當進行爆炸火焰抑制實驗時，根據需要利用無線同步控制系統同時或延遲啟動點火裝置以及抑制系統，通過觀察窗觀測燃燒或爆炸抑制實驗過程現象，利用測試系統測試記錄相關特征參數；
(四).當進行可燃氣云惰化實驗時，則在已分布可燃氣云的爆炸實驗容器罐內，延時或同步噴放相應濃度的惰化抑制劑，采用不同能量或點火方式進行強制點火，通過觀察窗和測試系統的實驗觀測，對抑制劑惰化抑制效果進行評價分析。本發明產生的有益效果是實現了測試系統、進樣系統及抑制系統分別由無線同步控制系統進行集中控制；無線同步控制系統通過計算機遠程監控系統可實現的主要功能包括罐體的升降旋轉、多路同步數據采集、同步及延遲點火、精密比例配氣與進樣、同步及延遲抑制系統噴放；控制系統采用無線和有線兩種數據傳輸方式，可實現罐體與控制系統的人機分離，同時保障數據傳輸的安全可靠。在罐體中心位置對稱安裝有旋轉機構，用于實現罐體180度旋轉，以便在罐體垂直或水平狀態開展不同的燃燒或爆炸及其惰化抑制實驗，同時也方便罐體安裝、清洗與維護。


圖I是本實驗裝置功能設計示意圖。圖2是實驗裝置結構正面示意圖。圖3是爆炸實驗容器罐結構俯視示意圖。圖4是燃燒爆炸抑制系統構成連接示意圖。圖5是進樣系統構成連接示意圖。圖6是旋轉機構結構示意圖。圖7是火焰及爆炸壓力徑向傳播檢測裝置結構示意圖。圖8是可伸縮電極點火裝置結構示意圖。圖9是脈沖點火單元工作原理圖。圖10是化學點火單元裝置結構示意圖。圖11化學點火/熱熔絲點火控制電路圖。
圖12是無線同步控制系統工作原理圖。圖13是數據采集系統工作原理圖。圖14是本實驗裝置實驗流程圖。
具體實施例方式 以下結合附圖對本發明作進一步說明。參照圖I、圖2和圖3，氣云燃燒、爆炸模擬與惰化、抑制實驗裝置包括實驗與測試系統、進樣系統、燃燒爆炸抑制系統及控制系統四部分，實驗與測試系統包括爆炸實驗容器罐I、火焰及爆炸壓力徑向傳播檢測裝置2、點火裝置3、生成氣體采樣分析儀4、由高速攝影儀和紋影儀構成的高速紋影系統7以及數據采集系統8，控制系統包括無線同步控制系統9及計算機遠程監控系統10，爆炸實驗容器罐I為圓柱體，圓柱體的上下兩端面為球形，在 圓柱體的兩側安裝有旋轉機構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樣系統的進樣法蘭1-7，同時在底部人孔蓋1-4上還安裝有用于連接進樣系統的氣體進樣口 1-8，通過該氣體進樣口可實現對爆炸實驗容器罐I抽真空以及在罐體內精密比例配氣，在爆炸實驗容器罐I的前后兩側表面中心位置分別通過固定法蘭對稱安裝有用于高速攝影以及穿透式紋影觀測的大口徑耐壓石英玻璃觀察窗1-9，沿爆炸實驗容器罐I罐體豎直軸向設置有五個傳感器固定法蘭1-10，溫度傳感器組8-1 (五個溫度傳感器)和壓力傳感器組8-2 (五個壓力傳感器)分別固定在傳感器固定法蘭1-10上并與數據采集系統8相連，點火裝置3通過固定法蘭徑向安裝在爆炸實驗容器罐I的中心位置，火焰及爆炸壓力徑向傳播檢測裝置2通過固定法蘭安裝在爆炸實驗容器罐I的中心位置，且徑向朝向點火裝置3的點火源位置，并與數據采集系統8連接，由高速攝影儀和紋影儀構成的高速紋影系統7固定在相對于所述的觀察窗1-9的位置，生成氣體采樣分析儀4連接在爆炸實驗容器罐I的采樣孔上，并與數據采集系統8連接，數據采集系統8通過無線同步控制系統9與計算機遠程監控系統10連接。在罐體內壁面的不同位置設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驗測試。參照圖7，火焰及爆炸壓力徑向傳播檢測裝置2包括溫度傳感器或火焰傳感器
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傳感器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面上，每個傳感器數據傳輸導線由可伸縮套桿2-3內部通過爆炸實驗容器罐I上的固定法蘭與數據采集系統8相連。參照圖8，點火裝置3是可伸縮電極點火裝置，包括點火電極3-1、伸縮套3-2、電極桿3-3、絕緣層3-4、點火電極帽3-5、壓緊帽3-6及點火線3-7，其中點火電極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，絕緣層3-4包覆在電極桿3_3上，并利用壓緊帽3-6固定在爆炸實驗容器罐I的罐體法蘭上，點火線3-7通過點火電極帽3-5固定在電極桿3-3上并引出。當實驗物料需要采用化學點火時，需將電極桿3-3上與點火電極3-1相連的點火線3-7更換為化學點火單元；當實驗物料需要采用恒定溫度點火時，需將點火線3-7更換為熱熔絲點火單元即可。參照圖9，與可伸縮電極點火裝置相連的脈沖點火單元是由光電耦合器、直流穩壓電源、脈沖發生器、IGBT驅動模塊、反激式高壓脈沖模塊組成，其工作時點火信號經光電耦合器啟動脈沖發生器工作，脈沖發生器輸出的脈沖輸入到IGBT驅動模塊，在反激式脈沖模塊的初級繞組中產生穩定的脈沖電流，同時在反激式脈沖模塊的次級繞組中形成高壓脈沖，高壓脈沖經可伸縮點火電極的放電針放電，實現脈沖點火，如需調整脈沖點火的能量時，只需調整脈沖點火直流穩壓電源的輸入電壓即可。參照圖10，化學點火單元由控制電路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、保護層3-7-6組成，其工作時由點火信號驅動控制電路3_7_1迅速使熱熔絲3-7-3熔斷，高溫熱熔絲熔斷產生的能量立即引燃磷涂層3-7-4，其燃燒產生能量迅速引燃火藥3-7-5，火藥產生的能量使保護層3-7-6瞬間爆裂，形成擴散形化學點火。熱熔絲點火單元由兩個引出電極和熱熔絲組成，熱熔絲由不同熔點的金屬細絲構成，點火信號經控制電路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，當熱熔絲溫度達到構成熱熔絲材料的熔點時熱熔絲斷裂，即可形成不同溫度的熱熔絲點火。參照圖11，化學點火/熱熔絲點火控制電路包括IGBT驅動模塊I ;開關電源E ;化學點火單元/熱熔絲點火單元接線端T、控制信號公共電源接線端V、點火信號輸入端S和信號輸入公共負端N。點火信號輸入到IGBT驅動板，經光電隔離變換成IGBT驅動信號，控制IGBT高速導通，點火電流瞬間流過熱熔絲，當熱熔絲溫度達到熔點溫度時熱熔線熔斷，熱熔絲熔斷溫度同時也可引燃化學點火單元的磷涂層3-7-4。參照圖5，進樣系統包括空壓機5-1、高壓儲氣瓶5-2、截止閥5_3、高壓電磁閥5_4、樣品高壓儲罐5-5、第一氣動閥5-6、精密配氣流量計5-7、真空泵雙向保護電磁控制閥5-8、真空泵5-9和擴散器5-10，其中擴散器5-10通過進樣法蘭1-7置于爆炸實驗容器罐I內底部，擴散器5-10通過第一氣動閥5-6與樣品高壓儲罐5-5連接，樣品高壓儲罐5-5通過高壓電磁閥5-4和截止閥5-3與高壓儲氣瓶5-2連接，高壓儲氣瓶5-2與空壓機5_1連接，真空泵5-9通過真空泵雙向保護電磁控制閥5-8與所述的氣體進樣口 1-8連接，精密配氣流量計5-7安裝在管路上。通過該進樣系統可分別或同時實現氣體、粉塵、液體單獨或混合快速進樣，并在罐內噴放形成氣云。樣品高壓儲罐內存放有粉體/液體樣品及高壓氣體,通過無線同步控制系統9打開第一氣動閥，高壓氣體夾帶粉體或液體樣品通過管路高速噴入爆炸實驗容器罐，高速流動的樣品撞擊擴散器經不同角度反射面的作用，實現樣品高速均勻擴散。參照圖4，燃燒爆炸抑制系統包括儲液罐6-1、水霧控制電磁閥6-2、水壓泵6_3、第二氣動閥6-4、干粉控制電磁閥6-5、干粉抑制劑儲罐6-6、壓縮氣體控制電磁閥6-7、高壓儲氣罐6-8、氣體控制電磁閥6-9、氣體滅火劑高壓儲氣瓶6-10及抑制劑噴頭/粉末擴散器6-11，其中噴頭/粉末擴散器6-11通過所述的公用接口 1-6置于爆炸實驗容器罐I內，第二氣動閥6-4與噴頭/粉末擴散器6-11連接，第二氣動閥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與儲液罐6-1連接，第二氣動閥6-4通過干粉控制電磁閥6_5與干粉抑制劑儲罐6-6連接，干粉抑制劑儲罐6-6通過壓縮氣體控制電磁閥6-7與高壓儲氣罐6-8連接，第二氣動閥6-4又通過氣體控制電磁閥6-9與氣體滅火劑高壓儲氣瓶6-10連接。第二高速氣動閥通過四通連接器和控制電磁閥與不同抑制裝置相連接，可實現水霧抑制裝置、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噴放；其中水霧抑制裝置主要由儲液罐、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罐、高壓儲氣罐、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閥的開關及干粉控制電磁閥、水霧控制電磁閥、氣體控制電磁閥的開關，即可實現不同抑制劑單一或混合方式的滅火及惰化抑制實驗。參照圖6，旋轉機構Z包括旋轉軸Z-I、旋轉軸固定套Z-2、軸承套Z_3、連軸器Z_4、雙極渦輪蝸桿減速機Z-5、四級減速電機Z-6及舉升機托板Z-7，其中旋轉軸固定套Z-2軸心相對焊接在所述的爆炸實驗容器罐I兩側，兩側旋轉軸Z-I分別通過軸承套Z-3安裝在舉升機托板Z-7上，一側旋轉軸Z-I通過連軸器Z-4與雙極渦輪蝸桿減速機Z-5輸出軸連接，四級減速電機Z-6的輸出軸與雙極渦蝸桿減速機Z-5的輸入軸相連。旋轉機構Z用于實現爆炸實驗容器罐體180度旋轉，以便在罐體垂直或水平狀態 開展不同的燃燒或爆炸抑制實驗，同時也方便罐體安裝、清洗與維護；整個罐體通過兩側的旋轉機構安裝在可同步升降的絲杠或液壓舉抬裝置J上，可實現同步舉升和下降；在罐體進樣法蘭1-7端面上安裝有定位鎖死裝置1-11，一側旋轉軸Z-I安裝有蝸輪蝸桿旋轉自鎖裝置Z-8。爆炸實驗容器罐I上設有采樣孔，生成氣體采樣分析儀4通過采樣孔上的減壓閥收集實驗生成氣體。爆炸實驗容器罐I上還安裝有泄壓安全閥。參見圖12，無線同步控制系統9包括接收天線、射頻放大及調制/解調模塊、FSK鍵控編碼/解碼模塊、中央處理器、通用COM接口和開關電源。數據接收通過天線接收的載波信號經過射頻放大及調制/解調模塊電路放大處理后輸入FSK鍵控編碼/解碼模塊進行解碼，經中央處理器處理后轉變為標準的TTL電平信號，通過通用COM接口傳輸給主控系統；數據發送由主控系統將需要傳輸的數據通過通用COM接口傳輸到中央處理器，數據處理后傳輸到FSK鍵控編碼/解碼模塊進行編碼，經射頻放大及調制/解調模塊進行信號調制后，由天線發射。計算機遠程監控系統10包括主控系統，無線控制單元，計算機監控模塊及相關軟件。無線控制單元包括天線、射頻放大及調制/調解模塊、FSK鍵控編碼/解碼模塊、中央處理器、通用COM接口和開關電源。參照圖13，數據采集系統8包括罐體內的多路溫度、壓力傳感器、采樣電路、高速同步A/D轉換電路、中央處理器和數據存儲器，通過各自單元的傳感器電壓、電流信號的同步轉換并與中央處理器以及主控系統進行數據交換。參照圖14，本實驗裝置具體的實驗流程是首先進行實驗裝置各系統實驗前準備，將點火裝置、抑制系統、實驗與測試系統以及控制系統設置于工作狀態，確定爆炸實驗容器罐I處于實驗所需的水平或豎直狀態；實驗樣品準備(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罐5-5內，關閉截止閥5-3，利用空壓機5-1為高壓儲氣瓶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為樣品高壓儲罐5-5提供壓縮氣體。實驗進樣時，首先打開真空泵雙向保護電磁控制閥5-8，利用真空泵5-9通過氣體進樣口 1-8對爆炸實驗容器罐I抽真空。當壓力傳感器2-2檢測到達到需求的真空度要求后，停止抽真空，關閉真空泵雙向保護電磁控制閥5-8和真空泵5-9。根據實驗需要將樣品高壓儲罐5-5中的實驗樣品的可燃氣體和氧氣通過精密配氣流量計5-7和氣體進樣口 1-8分別按配比濃度體積比充入爆炸實驗容器罐I內，利用高速氣流在爆炸實驗容器罐I內進行充分混合；或是開啟進樣系統的第一高速氣動閥5-6，將樣品高壓儲罐5-5中的可燃粉塵或可燃油料樣品利用壓縮空氣和擴散器5-10高速噴放到爆炸實驗容器罐I內，進行可燃液體霧化或可燃粉塵均勻擴散，進而形成可燃氣云。當進行氣云燃燒或爆炸實驗時，根據氣云可燃物料的種類選擇相應的點火方式和點火能量，利用脈沖點火、化學點火或熱熔絲點火方式對可燃氣云進行點火，利用罐內壁面的溫度傳感器組8-1、壓力傳感器組8-2可測試縱向燃燒或爆炸火焰波陣面的溫度及爆炸實驗容器罐內壓力變化，利用火焰及爆炸壓力徑向傳播檢測裝置2可對軸向燃燒或爆炸火焰波陣面的溫度、壓力進行測試，利用高速紋影系統7通過大口徑觀察窗觀測點火以及火焰傳播過程；同時根據實驗需要設定的延時時間，無線同步控制系統控制點火裝置3進行氣云/油霧燃燒、爆炸模擬。當進行爆炸火焰抑制實驗時，根據需要利用無線同步控制系統同時或延遲啟動點火裝置以及抑制系統，利用高速紋影系統7通過大口徑觀察窗觀測燃燒或爆炸抑制實驗過程現象，利用測試系統測試記錄相關特征參數；根據實驗需要，可分別或同時啟動氣體抑制·裝置(氣體控制電磁閥6-9和氣體滅火劑高壓儲氣瓶6-10)、干粉抑制裝置(干粉控制電磁閥6-5、干粉抑制劑儲罐6-6、壓縮氣體控制電磁閥6-7和高壓儲氣罐6-8)及水霧抑制裝置(儲液罐6-1、水霧控制電磁閥6-2和水壓泵6-3)，并通過第二氣動閥6-4將干粉抑制劑儲罐6-6中的抑制劑通過抑制劑噴頭/粉末擴散器6-11在爆炸實驗容器罐I內快速噴放。當進行可燃氣云惰化實驗時，根據需要利用無線同步控制系統啟動相應的抑制系統裝置，打開第二氣動閥6-4向已經均勻分布可燃氣云的爆炸實驗容器罐I內噴放一定濃度的抑制劑，同時啟動對應能量的點火裝置3，對爆炸實驗容器罐I內的均勻分布可燃氣云進行強制點火，利用高速紋影系統7通過大口徑觀察窗觀測點火是否出現燃燒或爆炸等實驗現象；同時利用實驗與測試系統測試記錄相關特征參數，評價該濃度的抑制劑惰化抑制效果。
權利要求
1.一種氣云燃燒、爆炸模擬與惰化、抑制實驗裝置，其特征在于包括實驗與測試系統、進樣系統、燃燒爆炸抑制系統及控制系統四部分，實驗與測試系統包括爆炸實驗容器罐(I)、火焰及爆炸壓力徑向傳播檢測裝置(2)、點火裝置(3)、生成氣體采樣分析儀(4)、由高速攝影儀和紋影儀構成的高速紋影系統(7)及數據采集系統(8)，測試控制系統包括無線同步控制系統(9)及計算機遠程監控系統(10)，所述的爆炸實驗容器罐(I)為圓柱體，圓柱體的上下兩端面為球形，在圓柱體的兩側安裝有旋轉機構(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樣系統的進樣法蘭(1-7)，同時在底部人孔蓋(1-4)上還安裝有用于連接進樣系統的氣體進樣口( 1-8)，在爆炸實驗容器罐(I)的前后兩側表面中心位置分別通過固定法蘭對稱安裝有用于高速攝影以及穿透式紋影觀測的觀察窗(1-9)，沿爆炸實驗容器罐(I)罐體豎直軸向設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)上并與數據采集系統(8)相連，所述的點火裝置(3)通過固定法蘭徑向安裝在爆炸實驗容器罐(I)的中心位置，所述的火焰及爆炸壓力徑向傳播檢測裝置(2)通過固定法蘭安裝在爆炸實驗容器罐(I)的中心位置，且徑向朝向點火裝置(3)的點火源位置，并與數據采集系統(8)連接，所述的由高速攝影儀和紋影儀構成的高速紋影系統(7)固定在相對于所述的觀察窗(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驗容器罐(I)的采樣孔上，并與數據采集系統(8)連接，數據采集系統(8)通過無線同步控制系統(9)與計算機遠程監控系統(10)連接。
2.根據權利要求I所述的氣云燃燒、爆炸模擬與惰化、抑制實驗裝置，其特征在于所述的火焰及爆炸壓力徑向傳播檢測裝置(2)包括溫度傳感器或火焰傳感器(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傳感器(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面上，每個傳感器數據傳輸導線由可伸縮套桿(2-3)內部通過爆炸實驗容器罐(I)上的固定法蘭與數據采集系統(8)相連。
3.根據權利要求I所述的氣云燃燒、爆炸模擬與惰化、抑制實驗裝置，其特征在于所述的點火裝置(3)是可伸縮電極點火裝置，包括點火電極(3-1)、伸縮套(3-2)、電極桿(3-3)、絕緣層(3-4)、點火電極帽(3-5)、壓緊帽(3-6)及點火線(3-7)，其中點火電極(3-1)與電極桿(3-3)相連安裝在伸縮套(3-2)內，絕緣層(3-4)包覆在電極桿(3-3)上，并利用壓緊帽(3-6)固定在爆炸實驗容器罐(I)的罐體法蘭上，點火線(3-7)通過點火電極帽(3-5)固定在電極桿(3-3)上并引出。
4.根據權利要求I所述的氣云燃燒、爆炸模擬與惰化、抑制實驗裝置，其特征在于所述的進樣系統包括空壓機(5-1)、高壓儲氣瓶(5-2)、截止閥(5-3)、高壓電磁閥(5-4)、樣品高壓儲罐(5-5)、第一氣動閥(5-6)、精密配氣流量計(5-7)、真空泵雙向保護電磁控制閥(5-8)、真空泵(5-9)和擴散器(5-10)，其中擴散器(5-10)通過所述的進樣法蘭(1-7)置于爆炸實驗容器罐(I)內底部，擴散器(5-10)通過第一氣動閥(5-6)與樣品高壓儲罐(5-5)連接，樣品高壓儲罐(5-5)通過高壓電磁閥(5-4)和截止閥(5-3)與高壓儲氣瓶(5-2)連接，高壓儲氣瓶(5-2 )與空壓機(5-1)連接，真空泵(5-9 )通過真空泵雙向保護電磁控制閥(5-8)與所述的氣體進樣口(1-8)連接，精密配氣流量計(5-7)安裝在管線上。
5.根據權利要求I所述的氣云燃燒、爆炸模擬與惰化、抑制實驗裝置，其特征在于所述的燃燒爆炸抑制系統包括儲液罐(6-1)、水霧控制電磁閥(6-2 )、水壓泵(6-3 )、第二氣動閥(6-4)、干粉控制電磁閥(6-5)、干粉抑制劑儲罐(6-6)、壓縮氣體控制電磁閥(6-7)、高壓儲氣罐(6-8)、氣體控制電磁閥(6-9)、氣體滅火劑高壓儲氣瓶(6-10)及噴頭/粉末擴散器(6-11)，其中噴頭/粉末擴散器(6-11)通過所述的公用接口(1-6)置于爆炸實驗容器罐(I)內，第二高速氣動閥(6-4)與噴頭/粉末擴散器(6-11)連接，第二氣動閥(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 )與儲液罐(6-1)連接，第二氣動閥(6-4 )通過干粉控制電磁閥(6-5 )與干粉抑制劑儲罐(6-6 )連接，干粉抑制劑儲罐(6-6 )通過壓縮氣體控制電磁閥(6-7)與高壓儲氣罐(6-8)連接，第二氣動閥(6-4)又通過氣體控制電磁閥(6-9)與氣體滅火劑高壓儲氣瓶(6-10)連接。
6.根據權利要求I所述的氣云燃燒、爆炸模擬與惰化、抑制實驗裝置，其特征在于所述的旋轉機構(Z)包括旋轉軸(Z-I)、旋轉軸固定套(Z-2 )、軸承套(Z-3 )、連軸器(Z-4)、雙極渦輪蝸桿減速機(Z-5)、四級減速電機(Z-6)及舉升機托板(Z-7)，其中旋轉軸固定套(Z-2)軸心相對焊接在所述的爆炸實驗容器罐(I)兩側，兩側旋轉軸(Z-I)分別通過軸承套(Z-3)安裝在舉升機托板(Z-7)上，一側旋轉軸(Z-I)通過連軸器(Z-4)與雙極渦輪蝸桿減速機(Z-5)輸出軸連接，四級減速電機(Z-6)的輸出軸與雙極渦蝸桿減速機(Z-5)的輸入軸相連。
7.根據權利要求I、權利要求2、權利要求3、權利要求4、權利要求5或權利要求6所述的氣云燃燒、爆炸模擬與惰化、抑制實驗裝置的實驗方法包括以下步驟 (一)·首先利用真空泵將爆炸實驗容器罐內抽真空，根據實驗需要將實驗樣品的可燃氣體和氧氣分別按配比濃度體積比充入爆炸實驗容器罐內，利用高速氣流在爆炸實驗容器罐內進行充分混合；或是將實驗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驗容器罐內形成可燃氣云； (二)·當進行氣云燃燒或爆炸實驗時，根據氣云可燃物料的種類選擇相應的點火方式和點火能量，利用脈沖點火、化學點火或熱熔絲點火方式對可燃氣云進行點火，并且通過調節脈沖點火電壓調整脈沖點火能量，實現不同能量點火，利用溫度、壓力傳感器測試燃燒或爆炸火焰溫度及爆炸實驗容器罐內壓力變化； (三)·當進行爆炸火焰抑制實驗時，根據需要利用無線同步控制系統同時或延遲啟動點火裝置以及抑制系統，通過大口徑觀察窗觀測燃燒或爆炸抑制實驗過程現象，利用測試系統測試記錄相關特征參數； (四).當進行可燃氣云惰化實驗時，則在已分布可燃氣云的爆炸實驗容器罐內，延時或同步噴放相應濃度的惰化抑制劑，采用不同能量或點火方式進行強制點火，通過觀察窗和測試系統的實驗觀測，對抑制劑惰化抑制效果進行評價分析。
全文摘要
本發明涉及火災安全技術領域，特別涉及一種氣云燃燒、爆炸模擬與惰化、抑制的實驗裝置及實驗方法。裝置包括由爆炸實驗容器罐、火焰及爆炸壓力徑向傳播檢測裝置、點火裝置、生成氣體采樣分析儀、高速紋影與數據采集構成的實驗測試系統，進樣系統，燃燒爆炸惰化抑制系統，以及由無線同步控制和計算機遠程監控構成的控制系統，是一種多功能綜合性實驗平臺裝置。本發明實現了罐體的180度旋轉、數據同步采集、精密比例配氣與進樣、同步及延遲多方式點火與抑制系統噴放；采用無線和有線數據傳輸進行控制，實現罐體與控制的人機分離，保障數據傳輸的安全可靠，可在罐體垂直或水平狀態開展氣云、粉塵、油霧等不同實驗樣品的燃燒或爆炸及其惰化、抑制實驗。
文檔編號G01N25/54GK102879416SQ20121036437
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月26日 優先權日2012年9月26日
發明者劉晅亞, 管長勇, 紀超, 許曉元, 趙力增, 王穎 申請人:公安部天津消防研究所, 吉林市宏源科學儀器有限公司