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爆炸專業技術實驗室 2013-05-10  信息來源: 本站

一、爆炸傳播實驗室
1、功能定位
爆炸傳播實驗室具有主要設備10臺(套),包括亞太地區最大、我國唯一的爆炸試驗巷道及管徑豐富的爆炸管路等。可以進行氣體粉塵爆炸傳播規律研究、爆炸氣體成分分析及變化規律研究、爆炸流場及特征參數(激波、火焰陣面結構;壓力;火焰;溫度等)分析、可變因素(點火能量、氣體濃度及體積量、障礙物等)對爆炸傳播規律的影響分析等。
實驗室為爆炸傳播理論研究、相關標準的制修訂提供試驗支撐;同時可以通過爆炸事故的反演分析,為事故調查分析提供技術支持。
2、主要設備
(1)爆炸試驗巷道
    功能:近似模擬煤礦井下實際工況條件,可以進行氣體(瓦斯、油氣等)、粉塵(煤塵、糧食粉塵、金屬粉塵等)爆炸傳播規律研究;可以進行不同影響因素(瓦斯體積、煤塵量、障礙物等)對瓦斯煤塵傳播的影響規律研究。
性能指標:總長度896m,主巷為墻高1m,拱高1.6m,斷面積7.2m2的半圓拱形巷道;具有30m3、50 m3、100 m3和200 m3四種容量等級的瓦斯起爆室。
 

圖1 試驗巷道


(2)爆炸管路系統
功能:爆炸管路系統可以近似模擬煤礦井下復雜條件下(轉彎、分叉、變坡、變徑等)的瓦斯煤塵爆炸傳播規律研究;可以進行不同影響因素(瓦斯濃度、點火能量、障礙物等)對瓦斯爆炸傳播的影響規律研究。
性能指標:
⑤ 直徑1m的鋼制管路,長度60m,設計承壓≥3.5MPa;
②直徑為900mm、800mm、700mm、600mm、400mm、300mm、200mm、100mm的鋼制管路,長度30m,設計承壓2.5Mpa;
③直徑為500mm的鋼制管路,長度66.5m,設計承壓2.5Mpa;
④直徑2m的鋼制管路,長度29m,設計承壓1.5Mpa;
⑤10m2斷面管道,長度24m,設計承壓1.5Mpa;

圖2 試驗管道

       
(3)透明管道試驗系統
功能:透明管道試驗系統可以進行氣體、粉塵爆炸傳播演示及研究;可以進行水霧、粉劑等的抑爆試驗研究;搭配PIV粒子圖像測速系統、紋影儀、高速攝影等裝置可進行爆炸流場的微觀分析。
性能指標:管道長度為20m,由16節1.2m管道和1節0.8m管道組成;管道口徑為400mm×400mm;管壁厚度為40mm;設計承壓為2MPa動壓。
 

圖3 透明管道試驗系統

(4)PIV粒子圖像測速系統
功能:用于研究氣體粉塵爆炸傳播過程流場渦量、流線以及等速度線等流場特性參數分布。
性能指標:
①數字相機分辨率2456×2056 ,采集速率16幀/秒,觸發信號TTL;
②雙脈沖激光器波長532nm,脈沖寬度6-8ns,脈沖能量2×350mJ時;
③同步控制器為獨立7通道輸出,時間精度0.25ns;
④高速光電開關的快門關閉響應時間小于1.5ms,通光窗口尺寸32×26mm。
 

圖4 PIV粒子圖像測速系統

             
(5)紋影儀
功能:本系統可用于有/無自發光流場的定性顯示,得到反映流場密度梯度變化的圖像,在空氣動力學和燃燒、爆炸等問題的實驗研究中有廣泛的應用。
性能指標:
①主反射鏡系統:全口徑Φ420 mm,有效口徑Φ400 mm,面型精度1/6λ;
②狹縫:黑白紋影狹縫,兩刃口,調節范圍0-3mm,可作360°旋轉;
③同步控制系統:8通道時間延時器,延時精度2微秒;
④刀口:機械刀口,移動范圍10 mm。
 

圖5 紋影儀


(6)氣體標定激波管
功能:本系統為產生激波和利用激波壓縮實驗氣體,以模擬所要求工作條件,主要用于氣體激波傳播研究,以及壓力傳感器的動態標定。
性能指標:
①管徑Φ100mm  壁厚30mm  長12m  最高承壓15MPa;
②夾膜機構長度:0.8m;
③高壓起爆段長度:6m。
 

圖6 氣體標定激波管


(7)爆炸氣體采集裝置
功能:氣體采集裝置主要用于采集并即時保存氣體粉塵爆炸過程中和爆炸后的氣體,可根據需要采集爆炸管路及巷道內的氣樣。
性能指標:
①火焰傳感器響應時間:3.1ms;
②控制器響應時間:7.8ms;
③快速開啟裝置響應時間:20ms;
④采樣氣體收集鋼瓶容積2L,可承受壓力》3MPa;
 

圖7 爆炸氣體采集裝置


(8)氣體成分分析系統
功能:本系統用于對氫氣、氧氣、氮氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、硫化氫等氣體的組分分析。
性能指標:
①氮氣發生器:輸出壓力:0~0.4MPa  輸出流量:0~300mL/min  純度:99.99%;
②氫氣發生器:輸出壓力:0~0.4MPa  輸出流量:0~300mL/min  純度:99.99%;
③低噪聲空氣泵:輸出流量:0~300mL/min 輸出壓力:0~0.4MPa;
④燃氣專用氣相色譜儀主機:高溫保護功能、八階程升、近室溫操作、自動后開門、故障自檢、數據保護、秒表功能、時間程序控制。
 

圖8 氣體成分分析系統


(9)爆炸綜合測試系統
功能:可以進行爆炸動態參量的測量,包括壓力、火焰及溫度信號測量。
性能指標:
①64路同步采樣通道;
②12位垂直分辨率;
③60 MS/s實時采樣率;
④32路熱電偶輸入通道; 8路內置冷端溫度補償通道。
 

圖9 爆炸綜合測試系統


(10)高速攝影系統
功能:可以對爆炸高速過程進行拍攝,反映爆炸流動的變化過程。
性能指標:
①傳感器:1280 × 800分辨率;
②感光靈敏度:2100 ISO/ASA(彩色)(ISO12232標準);
③全幅1280 × 800 ,速度2190幀/秒;
④觸發:TTL 脈沖 上升或下降沿,開關開啟或關閉。
 

圖10 高速攝影系統


二、特殊環境氣體爆炸特性實驗室
1、功能定位
該實驗室主要設備為特殊環境20L爆炸特性測試系統。特殊環境20L爆炸特性測試系統按照國際標準ISO建立,設備采用比例配氣方式,提高罐體承壓強度,并利用直接加熱方式和油浴間接加熱方式對罐體內部進行加熱,通過點火能量發生發出指定能量的電火花點燃密閉容器內氣體或粉塵并發生爆炸,利用高頻壓力傳感器檢測爆炸罐體內壓力變化情況,整個過程由爆炸測試控制系統自動控制和記錄。特殊環境20L爆炸特性測試系統能夠進行初始壓力條件、高溫條件和高溫高壓耦合條件下氣體粉塵爆炸特性實驗研究。
2.主要設備
特殊環境20L爆炸特性測試系統
功能:進行初始壓力條件、高溫條件和高溫高壓耦合條件下氣體粉塵爆炸特性實驗研究。
性能指標:
①爆炸罐體:20L/球形
②最高工作溫度:200℃
③壓力測量范圍:-0.1~4MPa
④溫度測控范圍:室溫~200℃
⑤點火方式:化學點火  15KJ;高壓點火  10J
⑥配氣方式:真空比例配氣
⑦配氣精度:±0.1%
 

圖11 特殊環境20L爆炸特性測試系統

   
三、粉塵爆炸特性實驗室
1、功能定位
按照國家標準GB/T 16425~GB/T 16430建立的粉塵爆炸特性實驗室,包括粉塵20L爆炸特性測試系統、粉塵層最低著火溫度測試系統、粉塵云最低溫度著火系統、粉塵云最小點火能量測試系統和粉塵層電阻率測試系統。用于進行煤塵及其它工業粉塵的爆炸特征參量測試及試驗研究工作。所測特征參量包括:①粉塵元爆炸下限;②粉塵云最大爆炸壓力及最大壓力上升速率;③粉塵云最小點火能量;④粉塵云最小著火溫度;⑤粉塵層最小著火溫度;⑥粉塵層電阻率等。
2、主要設備
    (1)粉塵20L爆炸特性測試系統
功能:
進行粉塵云爆炸下限、粉塵云最大爆炸壓力及最大壓力上升速率等參量的測試和研究工作。
粉塵20L爆炸特性測試系統的實驗罐體采用近球形爆炸容器,利用高壓分散相將粉塵在爆炸容器內形成懸浮粉塵云,通過化學點火藥頭點燃發生爆炸,并由傳感器實時采集爆炸過程的壓力和火焰信號,整個過程由爆炸控制系統自動控制和記錄。
性能指標:
①罐體容積及形狀:20L、近球形
②罐體設計承壓:3.0MPa
③儲塵罐容積:0.6L
④儲氣罐充氣壓力:2.0MPa
⑤壓力測量范圍:0~1.0MPa
 

圖12 粉塵爆炸特性測試系統

  
(2)粉塵層最低著火溫度測試系統
功能:
用于進行粉塵層最低著火溫度的測試及試驗研究工作。
粉塵層最低著火溫度測試系統在恒溫熱板上覆蓋一定厚度的堆積粉塵,由熱電偶分別記錄實驗過程中堆積粉塵和熱板的溫度變化情況,以及觀察粉塵層的溫度和顆粒的著火情況,整個過程由控制系統自動控制和記錄。
性能指標:
①加熱器金屬平板:直徑≥200mm,厚度≥20mm
②溫度控制范圍:常溫-400(±1)℃
③粉塵層厚度:5mm、10mm
 

圖13 粉塵層最低著火溫度測試系統


(3)粉塵云最低著火溫度測試系統
功能:
用于進行粉塵云最低著火溫度測試及試驗研究工作。
粉塵云最低著火溫度測試系統是由壓氣噴塵器形成一定濃度的粉塵云高速通過石英加熱爐管冰著火,觀察爐管后沿的火焰發生情況,整個過程由控制系統自動控制和記錄。
性能指標:
①溫度控制范圍:常溫~1200℃
②電磁閥出口到除塵器的距離:≤500mm
③儲氣罐容積:55mL
 

圖14 粉塵層最低著火溫度測試系統


(4)粉塵云最小點火能量測試系統
功能:
用于進行粉塵云最小點火能量測試及試驗研究工作。
粉塵云最小點火能量測試系統由哈特曼管道和點火能量發生器組成,由運動氣流在管道內形成粉塵云,由點火能量發生器產生指定火花能量在電極間釋放,觀察煤塵云的著火情況。
性能指標:
①哈特曼管容積:1.2L
②點火能量發生范圍:10mJ-1000J
③電極間距:≥6mm
④放電回路電阻:≤5Ω
 

圖15 粉塵云最小著火能量測試系統


(5)粉塵層電阻率測試系統
功能:
用于進行粉塵層電阻率的測試及試驗研究工作。
性能指標:
① 輸入電壓:220V±10%
②試驗電壓等級:110V、220V、300V、500V、1000V、1500V、2000V
③試驗電壓精度:±5%
④測定范圍:0.01MΩ~1GΩ

 

圖16 粉塵層電阻率測試系統

 

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