专利名称：用于多孔材料抑制瓦斯爆炸传播效果实验的模拟装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种管道实验模拟装置。
背景技术：
在对瓦斯爆炸理论和传播过程的研究结合煤矿瓦斯爆炸事故案例进行分析，可以知道煤矿瓦斯爆炸过程中的主要影响因素为瓦斯爆炸冲击的最大压力和瓦斯爆炸过程中的火焰温度及其传播过程，瓦斯爆炸传播过程中，冲击波压力是导致煤矿井下工作人员死亡、摧毁设备和巷道的主要原因，爆炸火焰则可以严重灼烧工人，能够使瓦斯连续爆炸并可能引起煤尘的二次爆炸，是连续爆炸的主要诱因。因此，就需要确定多孔材料对瓦斯爆炸过程中压力的变化、火焰温度的变化及火焰的连续传播情况进行研究。目前，由于缺少大孔径、高质量的实验管道，多孔材料抑制瓦斯爆炸传播效果实验获得的结果准确底较低。

实用新型内容本实用新型是为了适应多孔材料抑制瓦斯爆炸传播效果实验的需求，从而提供一种用于多孔材料抑制瓦斯爆炸传播效果实验的模拟装置。用于多孔材料抑制瓦斯爆炸传播效果实验的模拟装置，它包括一端开口的起爆管道、N节两端开口的主管道、N个法兰盘和阻隔层；所述N节主管道之间通过N-I个法兰盘连为一个爆炸波传播管道，且所述爆炸波传播管道的一端通过一个法兰盘与起爆管道的开口端连通形成实验管道；所述阻隔层将起爆管道的开口端或一个法兰盘上的一个开口端密封；起爆管道和N节主管道上均开有一个温度传感器安装孔和一个压力传感器安装孔；起爆管道上开有注气孔、真空泵连接孔和起爆器连接孔；N为正整数。它还包括橡胶垫，所述N节主管道之间、爆炸波传播管道与起爆管道之间均采用橡胶垫密封。它还包括实验管道的侧壁上开有四个循环泵安装孔。它还包括真空表，所述真空表设置在起爆管道上。本实用新型提供了一种用于多孔材料抑制瓦斯爆炸传播效果实验的模拟装置，可以根据需要模拟不同位置的多孔材料抑制瓦斯爆炸传播效果，满足了多孔材料抑制瓦斯爆炸传播效果实验的需求。

图I是本实用新型的结构示意图；图2是注气孔、真空泵连接孔和起爆器连接孔在起爆管道上的分布示意图；图3是具体实施方式
一中建造的实验装置的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式
一、结合图I说明本具体实施方式
，用于多孔材料抑制瓦斯爆炸传播效果实验的模拟装置，它包括一端开口的起爆管道I、N节两端开口的主管道2、N个法兰盘3和阻隔层；所述N节主管道2之间通过N-I个法兰盘3连为一个爆炸波传播管道，且所述爆炸波传播管道的一端通过一个法兰盘与起爆管道I的开口端连通形成实验管道；所述阻隔层将起爆管道I的开口端或一个法兰盘3上的一个开口端密封；起爆管道I和N节主管道2上均开有一个温度传感器安装孔4和一个压力传感器安装孔5 ;起爆管道I上开有注气孔6、真空泵连接孔7和起爆器连接孔8 ；N为正整数。本实施方式的实验管道为大断面30c mX30cm方形实验管道。本实用新型的特点抗冲击能力强、抗高温能力强；具有较高的气密性；具有良好的机动性和组合性；实验管道能够需要开设足够数量的安装孔。本实施方式在实验中所采用的配气系统和点火系统A、配气系统设计原则(I)配气过程安全快速；(2)能够根据要求配置不同体积分数的瓦斯空气混合气体；(3)配气设备便于操作，设备易于购买。方案该配气系统由100%浓度甲烷气体钢瓶、气体流量阀、甲烷浓度传感器、防爆循环泵和单项逆止阀组成。其主要工作原理为根据浓度要求，计算出管道内所需的甲烷体积分数，利用气体流量阀向实验管道内注入定量的甲烷气体，然后开启循环泵，使管道内的气体进行循环，当位于单项逆止阀后的瓦斯浓度传感器示数均达到一定值时关闭循环泵和逆止阀，进行实验。在开始实验前，已经将注气软管内、流量阀、循环泵可能存在甲烷气体残留的空间的体积进行了计算，在向管道内注气时进行修正，以达到准确的目的。B、点火系统设计原则(I)点火能量大于O. 28mJ ；(2)点火频率大于10次/s ；(3)稳定性高，保证点火能量变化在±5%之间，并能够持续供电保证实验连续进行；(4)安全系数高，能够保证操作人员的安全。方案考虑到设备费用、使用方便及实验可持续性等问题，点火装置最终选定为江苏南通市华达电子厂生产的电子点火器，点火能量为60J，点火频率为10-15次/s，采用两节5号AAl. 5V供。本实施方式在实验中所采用的测试系统数据采集及数据处理该实验系统主要对瓦斯爆炸压力、火焰温度及火焰传播效果进行实验研究，这三种信号均能被转换为电压信号，因此对这三种数据信号的采集均采用一套数据采集系统。I、数据采集系统设计原则(I)能够准确快速反应出实验数据；(2)有数据采集系统或采集卡采集某一通道激发数据；(3)能够持续稳定工作，对硬件要求较低，性价比高；[0035](4)配套数据处理工具资源广，易于操作。方案动态数据采集系统为四台套，为本人按照实验需求自行选购配置。分别由电脑四台、四通道数据采集卡四块及八块调理模块组成。电脑为方正商祺N720，主要参数如下处理器为酷睿E6700主频2. 6Hz，2OTDR3内存，硬盘为500G。数据采集卡采用台湾凌华科技生产的型号为PCI-9812，如图3. 3，主要参数如下32位PCI总线，即插即用，每通道最高20MHz采样频率，8个单端同步输入通道，12位模拟量输入分辨率，8个A/D转换器，为每一个模拟量通道提供一个转换器，板上带有32k字的FIFO，双极性模拟量输入范围，五种A/D触发方式软件触发、前触发、后触发、中触发与延时触发，采样频率可编程设定。本次实验采用数据采集卡的首测点触发功能，数据采集卡共有十六个通道，其中一通道为采集通道和触发通道，通过一通道触发采集卡开始数据采集工作。2、数据处理软件·[0039]设计原则(I)软件能够充分兼容本次实验所采用的凌华PCI9812的数据采集卡；(2)软件能够长时间稳定运行，并对电脑硬件要求相对较低；(3)对于采集卡采集数据识别能力强，采样长度及采样时间长，并能通过软件本身排出一定外界对实验的干扰；(4)软件对数据处理容易，易于数据处理人员操作，并具有一定扩展性和可开发性。方案考虑到软件成本及软件兼容性及可开发性等因素，本次实验所采用的数据处理软件为与凌华PCI9812配套的数据采集软件凌华科技AD-Logger。凌华科技AD-Logger是一款即用型软件记录器，它为数据采集应用提供了丰富灵活的解决方案。通过凌华科技DAQPilot交互式向导可以轻松配置采样条件而不需任何编程。系统只要兼容凌华科技DAQ设备并安装了 AD-Logger，即可即时启动数据采集和显示的功能。主要特点如下基于DAQPilot任务配置的数据记录；支持实时和历史数据查看；支持即时可用的直观用户界面；支持数据导出功能，并用于第三方应用程序，包括Microsoft Excel、NI DIADem和MathWorks MATLAB 的离线分析。利用凌华科技AD-Loggert软件可轻松在每套采集系统上建立起16通道数据采集方案，完成对压力和火焰温度采集的基础编程工作。本实施方式在实验中所采用的压力采集系统设计原则(I)响应时间短,对于压力敏感度强；(2)压力传感器量程大于瓦斯爆炸最大压力值10% ；(3)连接方便，配套的信号调理及信号放大设备易于购买；(4)传感器结实耐用，抗腐蚀，抗冲击能力强，外界环境影响小。方案由于考虑到压力传感器量程及其配套设备的购买情况，本实验系统最终采用的压力测试系统由压力传感器和传感器调理模块组成。所用传感器为美国Dytarn公司生产，型号为2300V1,量程为250psi (注=Ipsi=I磅/英寸=6894. 76帕，250psi合
I.723625MPa)，分度为20mV/psi，10-32个顶部连接器，具有加速度补偿功能，传感器响应时间为毫秒级。单通道调理模块为美国Dytran压力传感器配套生产，型号为ElectronicsSignal Conditioners_4110C主要技术参数为外部电源供电,2_20mA调理,有效过滤外界对电流的影响。本实施方式在实验中所采用的火焰温度采集系统设计原则( I)对于温度变化敏感，响应时间为毫秒级；(2)温度传感器量程大于230CTC ;(3)传感器抗击冲击能力强，能够抗击瓦斯爆炸产生火焰的灼烧；(4)对于瓦斯爆炸产生的气体及其他影响有一定的消除能力，传感器可重复使用。方案火焰传感器为美国NANMAC公司生产，型号为E12-1-C-U，主要技术参数如下量程0-2300°C，响应时间达微秒级，热电偶结置于探头端面上，可以加工成任何形状， 测量过程中受侵蚀或磨损会自动更新其热电偶结，可测量内壁表面(热接地热电偶)或室内的两种不同的温度非热接地热电偶。热电偶外部保护材料为不锈钢，具有专门连接接头、连接线及固定螺母。本实施方式在实验中所采用的火焰传播现象观测系统设计原则(I)响应时间短，能够快速捕捉火焰信号；(2)具有较高的抗干扰能力，有效避免震动、电磁所产生的干扰；(3)在低火焰照度较低的情况下也能够采集到火焰信号。设计方案根据上述要求，本实验系统拟采用高速摄像机作为火焰传播现象的观察仪器。高速摄像机能在照度较低的情况下采集到火焰的传播情况，有效的避免了其他干扰。实验方案I、空管实验方案利用自行设计制作的30cmX30cm方形实验管道进行瓦斯爆炸实验研究，为了验证阻隔爆装置的效果，本文选用7. 68%瓦斯爆炸浓度，并设计了实验方案全管充瓦斯混合气体，前端点火，后端封闭，本方案可模拟矿井内局部巷道全部充满瓦斯爆炸气体，而且巷道断面大部分壅塞或有风门及密闭等障碍物存在条件下的瓦斯爆炸过程。方案设计主要目的是进行瓦斯爆炸过程的传播规律研究，同时也为阻隔爆技术的实验研究提供对比的依据。2、瓦斯阻隔爆实验方案利用自行设计制作的30CmX30Cm方形实验管道进行多孔材料对瓦斯爆炸传播影响规律的实验研究。在管道3. 5m处利用固定架安设多孔材料。选择7. 68%的瓦斯爆炸浓度条件，全管充瓦斯混合气体，在管道的固定架上插入多孔材料，前端点火，后端封闭，根据多孔材料的参数，利用正交实验法确定阻爆实验组数及顺序。本方案可模拟矿井内局部受限空间巷道全部充满瓦斯爆炸气体，阻隔爆装置被达到爆炸界限的瓦斯混合气体包围，一端点火发生爆炸通过阻隔爆装置向另外一侧传播情况，测试多孔材料淬熄火焰和衰减冲击波的作用。传感器的布置[0076]共配备8组16个传感器进行实验测试，每节管道布置有传感器安装孔2组4个，起爆气室上布置传感器安装孔I组2个，具体参数如下表I所示表I :
权利要求1.用于多孔材料抑制瓦斯爆炸传播效果实验的模拟装置，其特征是它包括一端开口的起爆管道(1)、N节两端开口的主管道(2)、N个法兰盘(3)和阻隔层；所述N节主管道(2)之间通过N-I个法兰盘(3)连为一个爆炸波传播管道，且所述爆炸波传播管道的一端通过一个法兰盘与起爆管道(I)的开口端连通形成实验管道；所述阻隔层将起爆管道(I)的开口端或一个法兰盘(3 )上的一个开口端密封；起爆管道(I)和N节主管道(2 )上均开有一个温度传感器安装孔(4)和一个压力传感器安装孔(5);起爆管道(I)上开有注气孔(6)、真空泵连接孔(7)和起爆器连接孔(8) ；N为正整数。
2.根据权利要求I所述的用于多孔材料抑制瓦斯爆炸传播效果实验的模拟装置，其特征在于它还包括橡胶垫，所述N节主管道(2)之间、爆炸波传播管道与起爆管道(I)之间均采用橡胶垫密封。
3.根据权利要求I或2所述的用于多孔材料抑制瓦斯爆炸传播效果实验的模拟装置，其特征在于实验管道的侧壁上开有四个循环泵安装孔。
4.根据权利要求3所述的用于多孔材料抑制瓦斯爆炸传播效果实验的模拟装置，其特征在于它还包括真空表(11)，所述真空表(11)设置在起爆管道(I)上。
5.根据权利要求1、2或4所述的用于多孔材料抑制瓦斯爆炸传播效果实验的模拟装置，其特征在于阻隔层为牛皮纸。
6.根据权利要求5所述的用于多孔材料抑制瓦斯爆炸传播效果实验的模拟装置，其特征在于N=4。
7.根据权利要求1、2、4或6所述的用于多孔材料抑制瓦斯爆炸传播效果实验的模拟装置，其特征在于每节主管道(2)均为长度是I. 55米的管道。
8.根据权利要求7所述的用于多孔材料抑制瓦斯爆炸传播效果实验的模拟装置，其特征在于起爆管道(I)为长度是O. 3米的管道。
专利摘要用于多孔材料抑制瓦斯爆炸传播效果实验的模拟装置，涉及一种管道实验模拟装置。它是为了适应多孔材料抑制瓦斯爆炸传播效果实验的需求。它的N节主管道之间通过N-1个法兰盘连为一个爆炸波传播管道，且所述爆炸波传播管道的一端通过一个法兰盘与起爆管道的开口端连通形成实验管道；所述阻隔层将起爆管道的开口端或其中一个法兰盘上的一个开口端密封；起爆管道和N节主管道上均开有一个温度传感器安装孔和一个压力传感器安装孔；起爆管道上开有注气孔、真空泵连接孔和起爆器连接孔。本实用新型适用于多孔材料抑制瓦斯爆炸传播效果实验中。
文档编号G01N33/22GK202693574SQ201220394430
公开日2013年1月23日 申请日期2012年8月9日 优先权日2012年8月9日
发明者魏春荣, 孙建华, 邢书仁, 赵建华, 曲征, 杨庆江, 刘振文, 李艳霞, 黄东辉, 李珺 申请人:黑龙江科技学院