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原文传递多参量程序升温气体爆炸装置

专利名称：	多参量程序升温气体爆炸装置
摘要：	本发明涉及气体爆炸试验技术领域，公开了多参量程序升温气体爆炸装置，包括绝热氧化装置、供气系统、温度检测与控制系统、氧化气体产物分析系统、质量变化检测系统以及爆炸装置，所述绝热氧化装置包括温控箱以及位于温控箱内部的绝热桶。本发明通过绝热氧化装置可以模拟煤层在自然环境下的状态，通过供气系统可以模拟在不同氧含量下的状态，通过温度检测与控制系统可以检测和控制煤层在不同温度环境下的状态，通过氧化气体产物分析系统可以模拟煤层自然发火过程中产生的气体种类和浓度，通过质量变化检测系统可以模拟煤层自然发火过程中的煤层和气体的质量变化，且整个装置便于精确操作和控制，精度高，同时可以直观地显示各种特征参数。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	黑龙江;23
申请人：	黑龙江科技大学
发明人：	单麒源;刘永立;王海涛;任梦轩;董长吉;代少军
专利状态：	有效
申请日期：	2023-05-10T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-28T00:00:00+0800
申请号：	CN202310525282.6
公开号：	CN117129621A
代理机构：	深圳市广诺专利代理事务所(普通合伙)
代理人：	蒋小燕
分类号：	G01N31/12;G01N25/54;G01N5/04;G01N30/88;G;G01;G01N;G01N31;G01N25;G01N5;G01N30;G01N31/12;G01N25/54;G01N5/04;G01N30/88
申请人地址：	150028 黑龙江省哈尔滨市松北区浦源路2468号
主权项：	1.多参量程序升温气体爆炸装置，包括绝热氧化装置、供气系统、温度检测与控制系统、氧化气体产物分析系统、质量变化检测系统以及爆炸装置，其特征在于，所述绝热氧化装置包括温控箱(10)以及位于温控箱(10)内部的绝热桶(11)，所述绝热桶(11)的外侧下端的设置有支撑桶(12)，且绝热桶(11)的底端贯穿进气管(13)的内侧设置有进气管(13)；所述绝热桶(11)的上端嵌入设置有桶塞(15)，所述桶塞(15)的顶端贯穿设置有两个排气管(17)，所述绝热桶(11)的内部中间位置填装有煤层(16)，并在煤层(16)内部布置有若干个测温探头(18)和气体采样点(19)，且测温探头(18)和气体采样点(19)的坐标位置一致；所述供气系统包括压缩空气瓶(21)、氮气瓶(22)、第一气体质量流量控制器(25)和第二气体质量流量控制器(26)；所述压缩空气瓶(21)和氮气瓶(22)的出气口分别安装有第一稳压稳流阀(23)和第二稳压稳流阀(24)，所述第一稳压稳流阀(23)和第二稳压稳流阀(24)的一端共同连接有第一气体质量流量控制器(25)，第一气体质量流量控制器(25)的一端依次连接预热铜管(27)和辅助温控管(28)，所述辅助温控管(28)的一端与进气管(13)的底端相连接，并在进气管(13)和排气管(17)之间安装有压差计(29)；所述氧化气体产物分析系统包括第一色谱分析仪(41)和第二色谱分析仪(42)，所述第一色谱分析仪(41)用于分析分析干燥后的气体的成分和含量，所述第二色谱分析仪(42)用于分析未干燥的气体的成分和含量；所述质量变化检测系统包括第一电子天平(51)和第二电子天平(52)，所述第一电子天平(51)用于称量流经第一气体质量流量控制器(25)和第二气体质量流量控制器(26)的气体质量，所述第二电子天平(52)用于称量填装在绝热桶(11)内的煤层(16)质量；所述温度检测与控制系统包括主温控器(31)、辅温控器(32)、465/232转换器(36)和32路高精温度采集器(38)，所述32路高精温度采集器(38)用于采集测温探头(18)测量的温度数据；并将采集的温度数据传输给465/232转换器(36)；所述主温控器(31)和辅温控器(32)的一端分别连接有第一固态调压器(33)和第二固态调压器(34)；所述第一固态调压器(33)和第二固态调压器(34)的一端共同连接有模拟量输出器(35)；所述爆炸装置包括爆炸球(68)，所述爆炸球(68)的内侧的下端嵌入设置有电极(69)，且爆炸球(68)的内侧的手段嵌入设置有U型管(71)，所述爆炸球(68)的内侧的一端嵌入设置有出气采样管(66)，所述U型管(71)的内侧的左端从下向上依次设置有第一流量计(73)和低速风扇(72)，且U型管(71)的内侧的右端设置有第二流量计(74)，所述U型管(71)的底端设置有若干个渗透网(67)，且U型管(71)的右侧的上端固定连接有储气罐(65)，所述储气罐(65)的左端固定连接有连接管(75)，所述连接管(75)的左端固定连接有电热炉(61)，所述电热炉(61)的左端固定连接有空气进口管(63)，且电热炉(61)的上端嵌入设置有水雾喷头(62)，所述空气进口管(63)的内侧安装有第三流量计(76)，所述储气罐(65)的上端嵌入设置有进气采样管(64)；所述连接管(75)、进气采样管(64)、出气采样管(66)的内侧，以及第二流量计(74)的内侧的左端两端均安装有电磁阀，其中，进气采样管(64)和出气采样管(66)内侧的电磁阀为三通电磁阀；所述空气进口管(63)与压缩空气瓶(21)相连接。 2.根据权利要求1所述的多参量程序升温气体爆炸装置，其特征在于，所述进气管(13)和排气管(17)均采用绝热性能良好的硅胶管，所述桶塞(15)采用耐高温耐腐蚀的聚四氟乙烯塞。 3.根据权利要求1所述的多参量程序升温气体爆炸装置，其特征在于，所述绝热桶(11)由上下两部分组成，其中上部分为圆形筒状结构，下部分为半球状结构；所述进气管(13)在半球状结构内部的二分之一高度处盘绕1圈，且进气管壁上每隔2cm开设一个直径为1mm的开口向下的气孔，并在气孔上表面覆盖有石棉。 4.根据权利要求1所述的多参量程序升温气体爆炸装置，其特征在于，所述煤层(16)的顶部和底部均设置有透气的石棉层(14)，所述石棉层(14)的厚度为5～10cm，以保证进出气均匀。 5.根据权利要求1所述的多参量程序升温气体爆炸装置，其特征在于，所述绝热桶(11)由三层结构组成，其中外层为钢板，内层为镜面铁皮，中间夹层为保温石棉，所述温控箱(10)的侧部和底部均安装有加热电阻丝。 6.根据权利要求1所述的多参量程序升温气体爆炸装置，其特征在于，其中一个所述排气管(17)的上端通过三通电磁阀连接有进气采样管(64)和第二色谱分析仪(42)，另一个所述排气管(17)的上端连接有内部填装有硅胶干燥剂的干燥管(20)，所述干燥管(20)的一端连接有第二气体质量流量控制器(26)，并在第二气体质量流量控制器(26)的一端连接有第一色谱分析仪(41)；分别经过第一色谱分析仪(41)和第二色谱分析仪(42)分析后的尾气经过相应的出口排空，且在出口处也设置一个气体采样点(19)。 7.根据权利要求5所述的多参量程序升温气体爆炸装置，其特征在于，所述主温控器(31)用于控制温控箱(10)的侧部和底部的加热电阻丝的发热功率，所述辅温控器(32)用于控制预热铜管(27)和辅助温控管(28)的发热功率。 8.根据权利要求1所述的多参量程序升温气体爆炸装置，其特征在于，所述第一电子天平(51)、第二电子天平(52)、32路高精温度采集器(38)和模拟量输出器(35)均与465/232转换器(36)相连接，所述465/232转换器(36)的一端连接有计算机终端(37)；并在计算机终端(37)内安装有控制软件。 9.根据权利要求1～8任一所述的多参量程序升温气体爆炸装置，其特征在于，其模拟方法包括以下步骤： S1、在井下采集大块煤样，并严禁淋水和淋雨，记录所采煤样的煤种、采样地点和方式； S2、将大块煤样破碎、称重、粒度分析后，填装到绝热桶(11)内，形成煤层(16)，并量出煤层(16)的垂直高度，并通过石棉层(14)和桶塞(15)将绝热桶(11)顶部封严； S3、启动预热铜管(27)和辅助温控管(28)以及温控箱(10)的侧部和底部的加热电阻丝，同时打开压缩空气瓶(21)和氮气瓶(22)，根据实际模拟的需要，通过第一气体质量流量控制器(25)和第二气体质量流量控制器(26)控制压缩空气瓶(21)和氮气瓶(22)中压缩空气和氮气的流量，并形成不同氧气浓度的混合气体，混合气体经过预热铜管(27)和辅助温控管(28)加热到设定的温度后，经过进气管(13)表面开设的气孔均匀地进入到煤层(16)中；同时通过加热电阻丝对温控箱(10)中的空气进行加热，使得实现进入绝热桶(11)中的空气与温控箱(10)内部环境温度达到平衡，同时通过测温探头(18)对煤层(16)中进行测温，测量的温度被32路高精温度采集器(38)所采集，并通过465/232转换器(36)进行转换，最后在计算机终端(37)的控制软件进行界面显示； S4、通过第一电子天平(51)称量在不同时间段流经第一气体质量流量控制器(25)和第二气体质量流量控制器(26)的气体质量，通过第二电子天平(52)称量在不同时间段绝热桶(11)内的煤层(16)质量，最后在计算机终端(37)的控制软件进行界面显示，从而模拟分析煤层(16)的临界温度、加速氧化温度等极限参数以及其他物化参数，全面考察该煤层(16)的自燃特性； S5、分析后的可燃气体依次从排气管(17)和进气采样管(64)进入到储气罐(65)内，再将压缩空气瓶(21)内的压缩空气从空气进口管(63)进入到电热炉(61)，空气和可燃气体在U型管(71)内混合，再从渗透网(67)逸出到爆炸球(68)中，通过电极(69)进行点火，使得空气和可燃气体在爆炸球(68)内发生爆炸，爆炸后的气体从出气采样管(66)内排出，实现气、固、液三相混合爆炸实验，并测定相应爆炸压力等相关参数。