【摘要】：在敞開空間開展了容積為2 L及5 L的超細粉體抑爆裝置瞬態(tài)噴射參數研究,重點介紹了5種典型裝配條件下的噴射性能,并對相關特征參數進行定量分析。結果表明:抑爆劑噴射所形成的超細粉體云幕特性由氣體發(fā)生器裝配結構和膜片開啟壓力共同決定,但兩者之間必須恰當配置,作用在膜片上的能量份額較大時,膜片開啟狀態(tài)惡化,抑爆器腔體聚壓不足,抑爆劑二次噴射嚴重,反之膜片不能正常開啟。裝配優(yōu)化后的I型抑爆器在觸發(fā)后10 ms內腔體聚壓達到峰值,膜片破裂后5 ms內抑爆劑全部噴射,噴射動態(tài)性能較好,在第1個100 ms內擴散速度達到15 m/s,在第2個100 ms內擴散速度約13 m/s,0~1 000 ms內平均擴散速度約8 m/s,擴散過程較為連續(xù),不存在二次噴射現象,噴射距離可達到7.5 m,抑爆劑質量分布呈漸進增長,產生的超細粉體云幕特征參數優(yōu)良。Ⅱ型抑爆器兩種裝配的噴射表明:當抑爆裝置中壓力上升歷程及壓力峰值較為接近時,抑爆劑粉體噴射特性無顯著差異。上述結論的可重復性得到了數百次噴射實驗的驗證。
【圖文】：

在高強度殼體內，封裝成抑爆裝置(抑爆器)，輔以爆炸檢測、觸發(fā)部件而構成的主動式抑爆系統(tǒng)備受關注。該類抑爆裝置噴射出的抑爆劑在時間和空間上的瞬態(tài)分布及彌散特性，對于抑爆劑與爆炸火焰相互作用的全過程至關重要，是決定爆炸抑制效果的控制因素之一。本文利用自主研制的兩種型號抑爆裝置，以超細ABC粉體為噴射介質，闡述了若干裝配條件下的粉體抑爆劑瞬態(tài)噴射特征參量，以期為抑爆裝置的參數優(yōu)化及主動式抑爆系統(tǒng)的現場恰當使用提供基礎數據和技術支持。1裝置結構及工作原理抑爆裝置為自主研制開發(fā)，其結構如圖1(a)所示，圖1(b)為抑爆裝置實物。由殼體、氣體發(fā)生器、抑爆劑、金屬膜片、噴頭等組成。抑爆器有I，Ⅱ兩種類型，容積分別為2L及5L，抑爆器殼體承壓25Pa，用法蘭及雙頭螺柱與帶夾持具的金屬隔離膜片及下部的抑爆劑導流罩連接，金屬隔離膜片為正拱刻槽型爆破片。氣體發(fā)生器由點火頭、發(fā)生劑儲存腔、上堵頭、導氣管及下堵頭組成，與殼體頂部螺紋裝配。抑爆劑放置在殼體內，下部的金屬密封膜片將氣體發(fā)生器、與外界隔離。圖1爆器結構示意及實物Fig.1Chematicdiagramofexplosionsuppressor1—氣體發(fā)生器點火頭;2—發(fā)生劑儲存腔;3—上堵頭;4—導氣管;5—下堵頭;6—抑爆劑;7—膜片;8—噴頭;9—抑爆劑導流管;10—抑爆器殼體;11—壓力傳感器抑爆裝置的工作原理為:當傳感器檢測到初始爆炸特征信號后，觸發(fā)部件給抑爆裝置上的氣體發(fā)生器引火頭通電，氣體發(fā)生劑快速燃燒并在瞬間產生大量惰性氣體，通過導氣管和下堵頭上的小孔排出，經導氣管排出的氣體主要用于給抑爆器腔體充壓，而下堵頭的氣流一方面將抑爆劑卷揚，以便在腔體內形成高壓氣體/抑爆劑混合物，同時其直接沖擊力也是開啟金屬膜片的動力源之一，在該動力源

煤炭學報2015年第40卷2裝置瞬態(tài)噴射實驗系統(tǒng)抑爆裝置的抑爆劑噴射性能直接影響抑爆效果，為此在敞開空間中開展了一系列冷態(tài)噴射性能測試，測試系統(tǒng)如圖2所示。由抑爆器(安裝在支架上)、受計算機控制的觸發(fā)、壓力數據采集系統(tǒng)及高速攝像系統(tǒng)組成。壓力采集系統(tǒng)用于檢測抑爆裝置觸發(fā)后、抑爆劑噴射過程中抑爆器腔體內的壓力瞬態(tài)變化歷程，壓力傳感器為6013CA型壓電石英壓力傳感器，靈敏度為21pc/105Pa，經電荷放大器轉換為電壓信號后，由數據采集系統(tǒng)采樣，采樣頻率500kHz，攝像型號MenrecamGX－8型，拍攝頻率1000frame/s，用以記錄噴射出的抑爆劑在自由空間的運動過程。圖2裝置噴射性能測試系統(tǒng)Fig.2Schematicdiagramofdischargecharacteristicsexperimentsystem實驗流程為:根據試驗工況，裝配相應的氣體發(fā)生器，安裝到抑爆裝置腔體內部，并保證結合面密封良好，確定一定參數、帶專用夾持具的膜片，將腔體、膜片及導流罩裝配成如圖1所示的抑爆裝置。通過抑爆器頂部的灌裝孔向腔體內充裝一定量的超細ABC粉體抑爆劑。抑爆裝置裝配工作全部完成后，安裝壓力傳感器，進行數據采集、觸發(fā)控制系統(tǒng)預演。上述準備工作全部就緒后，周邊100m范圍內人員清場，，操作人員倒計時讀秒，計算機發(fā)出觸發(fā)指令，觸發(fā)氣體發(fā)生器，產生的氣體一部分使抑爆器腔體聚壓，另一部分則直接形成沖擊力膜片開啟，抑爆劑噴射，與此同時，數據采集系統(tǒng)同步采集抑爆裝置內的壓力變化，高速攝像也同步觸發(fā)，記錄抑爆器噴射超細粉體云幕的瞬態(tài)運動過程。3結果及分析研究工作在初步探索的基礎上不斷改進和優(yōu)化，針對兩種型號的抑爆器，開展了21個裝配結構共計279次噴射實驗，限于篇幅，現將其中較具典型的5種裝配結構及實驗結果予以介紹，各裝配結構的
【作者單位】： 中國計量學院質量與安全工程學院;Institute
【基金】：國家國際科技合作專項資助項目(2013DFG71760) 國家自然科學基金資助項目(51174182)
【分類號】：TD712.7

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本文編號：2547148