超细粉体抑爆装置瞬态喷射特征参数

发布时间：2019-10-10 11:11

【摘要】：在敞开空间开展了容积为2 L及5 L的超细粉体抑爆装置瞬态喷射参数研究,重点介绍了5种典型装配条件下的喷射性能,并对相关特征参数进行定量分析。结果表明:抑爆剂喷射所形成的超细粉体云幕特性由气体发生器装配结构和膜片开启压力共同决定,但两者之间必须恰当配置,作用在膜片上的能量份额较大时,膜片开启状态恶化,抑爆器腔体聚压不足,抑爆剂二次喷射严重,反之膜片不能正常开启。装配优化后的I型抑爆器在触发后10 ms内腔体聚压达到峰值,膜片破裂后5 ms内抑爆剂全部喷射,喷射动态性能较好,在第1个100 ms内扩散速度达到15 m/s,在第2个100 ms内扩散速度约13 m/s,0~1 000 ms内平均扩散速度约8 m/s,扩散过程较为连续,不存在二次喷射现象,喷射距离可达到7.5 m,抑爆剂质量分布呈渐进增长,产生的超细粉体云幕特征参数优良。Ⅱ型抑爆器两种装配的喷射表明:当抑爆装置中压力上升历程及压力峰值较为接近时,抑爆剂粉体喷射特性无显著差异。上述结论的可重复性得到了数百次喷射实验的验证。
【图文】：

在高强度壳体内，封装成抑爆装置(抑爆器)，辅以爆炸检测、触发部件而构成的主动式抑爆系统备受关注。该类抑爆装置喷射出的抑爆剂在时间和空间上的瞬态分布及弥散特性，对于抑爆剂与爆炸火焰相互作用的全过程至关重要，是决定爆炸抑制效果的控制因素之一。本文利用自主研制的两种型号抑爆装置，以超细ABC粉体为喷射介质，阐述了若干装配条件下的粉体抑爆剂瞬态喷射特征参量，以期为抑爆装置的参数优化及主动式抑爆系统的现场恰当使用提供基础数据和技术支持。1装置结构及工作原理抑爆装置为自主研制开发，其结构如图1(a)所示，图1(b)为抑爆装置实物。由壳体、气体发生器、抑爆剂、金属膜片、喷头等组成。抑爆器有I，Ⅱ两种类型，容积分别为2L及5L，抑爆器壳体承压25Pa，用法兰及双头螺柱与带夹持具的金属隔离膜片及下部的抑爆剂导流罩连接，金属隔离膜片为正拱刻槽型爆破片。气体发生器由点火头、发生剂储存腔、上堵头、导气管及下堵头组成，与壳体顶部螺纹装配。抑爆剂放置在壳体内，下部的金属密封膜片将气体发生器、与外界隔离。图1爆器结构示意及实物Fig.1Chematicdiagramofexplosionsuppressor1—气体发生器点火头;2—发生剂储存腔;3—上堵头;4—导气管;5—下堵头;6—抑爆剂;7—膜片;8—喷头;9—抑爆剂导流管;10—抑爆器壳体;11—压力传感器抑爆装置的工作原理为:当传感器检测到初始爆炸特征信号后，触发部件给抑爆装置上的气体发生器引火头通电，气体发生剂快速燃烧并在瞬间产生大量惰性气体，通过导气管和下堵头上的小孔排出，经导气管排出的气体主要用于给抑爆器腔体充压，而下堵头的气流一方面将抑爆剂卷扬，以便在腔体内形成高压气体/抑爆剂混合物，同时其直接冲击力也是开启金属膜片的动力源之一，在该动力源

煤炭学报2015年第40卷2装置瞬态喷射实验系统抑爆装置的抑爆剂喷射性能直接影响抑爆效果，为此在敞开空间中开展了一系列冷态喷射性能测试，测试系统如图2所示。由抑爆器(安装在支架上)、受计算机控制的触发、压力数据采集系统及高速摄像系统组成。压力采集系统用于检测抑爆装置触发后、抑爆剂喷射过程中抑爆器腔体内的压力瞬态变化历程，压力传感器为6013CA型压电石英压力传感器，灵敏度为21pc/105Pa，经电荷放大器转换为电压信号后，由数据采集系统采样，采样频率500kHz，摄像型号MenrecamGX－8型，拍摄频率1000frame/s，用以记录喷射出的抑爆剂在自由空间的运动过程。图2装置喷射性能测试系统Fig.2Schematicdiagramofdischargecharacteristicsexperimentsystem实验流程为:根据试验工况，装配相应的气体发生器，安装到抑爆装置腔体内部，并保证结合面密封良好，确定一定参数、带专用夹持具的膜片，将腔体、膜片及导流罩装配成如图1所示的抑爆装置。通过抑爆器顶部的灌装孔向腔体内充装一定量的超细ABC粉体抑爆剂。抑爆装置装配工作全部完成后，安装压力传感器，进行数据采集、触发控制系统预演。上述准备工作全部就绪后，周边100m范围内人员清场，，操作人员倒计时读秒，计算机发出触发指令，触发气体发生器，产生的气体一部分使抑爆器腔体聚压，另一部分则直接形成冲击力膜片开启，抑爆剂喷射，与此同时，数据采集系统同步采集抑爆装置内的压力变化，高速摄像也同步触发，记录抑爆器喷射超细粉体云幕的瞬态运动过程。3结果及分析研究工作在初步探索的基础上不断改进和优化，针对两种型号的抑爆器，开展了21个装配结构共计279次喷射实验，限于篇幅，现将其中较具典型的5种装配结构及实验结果予以介绍，各装配结构的
【作者单位】： 中国计量学院质量与安全工程学院;Institute
【基金】：国家国际科技合作专项资助项目(2013DFG71760) 国家自然科学基金资助项目(51174182)
【分类号】：TD712.7

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