阅读说明：本技术 瓦斯***特性参数测试装置 (Gas explosion characteristic parameter testing device ) 是由 汪泉 常伟达 李志敏 徐小猛 程扬帆 李雪交 林朝键 马宏昊 盛道林 于 2019-08-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种瓦斯爆炸特性参数测试装置,包括火焰加速管、消音组件、点火电极、甲烷气瓶、压缩空气瓶、混气罐、真空泵、可调式点火器,真空泵通过管道与火焰加速管连通,真空泵与火焰加速管连通的管道上安装有第一真空阀,混气罐通过管道与火焰加速管连通,混气罐与火焰加速管连通的管道上安装有第三进气阀,甲烷气瓶通过管道与混气罐连通,甲烷气瓶与混气罐连通的管道上安装有第一进气阀。本发明通过传感器以及高速摄像机实现瓦斯爆炸特性参数的测试,通过计算机与存储记录仪对数据进行处理显示,火焰加速管外壁与内壁采用爆炸焊接的方式固定,在保证火焰加速管强度的同时保证火焰加速管内壁不易生锈腐蚀,并且通过设置消音组件,减弱和吸收噪音。(The invention discloses a gas explosion characteristic parameter testing device which comprises a flame accelerating tube, a silencing component, an ignition electrode, a methane gas cylinder, a compressed air cylinder, a gas mixing tank, a vacuum pump and an adjustable igniter, wherein the vacuum pump is communicated with the flame accelerating tube through a pipeline, a first vacuum valve is arranged on the pipeline through which the vacuum pump is communicated with the flame accelerating tube, the gas mixing tank is communicated with the flame accelerating tube through a pipeline, a third gas inlet valve is arranged on the pipeline through which the gas mixing tank is communicated with the flame accelerating tube, the methane gas cylinder is communicated with the gas mixing tank through a pipeline, and a first gas inlet valve is arranged on the pipeline through which the methane gas cylinder is communicated with the gas mixing tank. The invention realizes the test of gas explosion characteristic parameters through the sensor and the high-speed camera, processes and displays data through the computer and the storage recorder, the outer wall and the inner wall of the flame accelerating tube are fixed in an explosion welding mode, the strength of the flame accelerating tube is ensured, meanwhile, the inner wall of the flame accelerating tube is not easy to rust and corrode, and noise is weakened and absorbed through the arrangement of the silencing component.)

瓦斯***特性参数测试装置

技术领域

本发明涉及瓦斯***防治技术技术领域，尤其涉及一种瓦斯***特性参数测试装置。

背景技术

我国是一个能源使用大国，其能源结构组成的特点是“富煤、少油、缺气”。由于特殊的能源结构使得煤炭作为主导能源的地位在相当长一段时间内无法被取代，虽然我国煤炭资源丰富，但贮藏条件恶劣，露天煤矿数量较少，绝大多数为地下矿藏，随着开采深度的增加，使得煤矿灾害事故多发，其中绝大部分事故是由瓦斯***引起的，造成了严重的人员伤亡和巨大的财产损失。

瓦斯***严重影响着我国煤炭工业的发展，所以开展防治瓦斯***的相关研究是非常有必要的，目前研究瓦斯***的实验装置多为普通钢制火焰加速管道，但这些装置存在一定的不足之处，例如，普通钢制管道内壁易锈蚀、不可以直观的观测火焰传播状态和实验过程中瓦斯爆燃泄放会产生巨大的噪声等，这些问题在一定程度上制约着防治瓦斯***的深入研究，因此，有必要发明一种新型的瓦斯***测试系统来解决现有试验装置的不足之处。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种瓦斯***特性参数测试装置，通过传感器以及高速摄像机实现瓦斯***特性参数的测试，通过计算机与存储记录仪对数据进行处理显示，火焰加速管外壁与内壁采用***焊接的方式固定，在保证火焰加速管强度的同时保证火焰加速管内壁不易生锈腐蚀，并且通过设置消音组件，减弱和吸收噪音。

根据本发明实施例的一种瓦斯***特性参数测试装置，包括火焰加速管、消音组件、点火电极、甲烷气瓶、压缩空气瓶、混气罐、真空泵，混气罐通过管道与火焰加速管、甲烷气瓶、压缩空气瓶连通，真空泵通过管道与混气罐、火焰加速管连通，所述消音组件、点火电极分别安装在所述火焰加速管两端。

优选的，消音组件包括消音筒，消音筒内部呈蜂窝状，消音筒内部设置有多个环形板，多个环形板间隔布置且多个环形板均与消音筒内壁连接。

优选的，所述消音筒下方设置有滑轨底座，所述消音筒与滑轨底座之间通过滚轮滚动连接。

优选的，所述环形板材质为泡沫陶瓷，所述环形板的外径小于消音筒的内径，所述环形板的内径大于所述火焰加速管的最大外径。

优选的，所述火焰加速管由多个方管组成，所述多个方管之间通过法兰固定，方管包括锰钢外管和不锈钢内管，锰钢外管与不锈钢内管之间通过***焊接复合。

优选的，火焰加速管侧壁上安装有两组可视观察窗，两组所述可视观察窗关于火焰加速管中轴线对称设置，两组所述可视观察窗外侧均设置有凹面反射镜，靠近其中一个所述凹面反射镜一侧设置有光源，靠近另一组所述凹面反射镜一侧设置有高速摄像机，两组所述凹面反射镜形成反射光路，高速摄像机靠近反射光路的一侧安装有微距镜头，所述微距镜头靠近反射光路的一侧设置有刀口，所述高速摄像机通过导线外接有计算机。

优选的，所述可视观察窗包括观察窗法兰、石英玻璃，所述观察窗法兰靠近所述火焰加速管一侧开设有安装槽，所述石英玻璃安装在所述安装槽内部，所述火焰加速管外壁与观察窗法兰均开设有螺栓孔，所述火焰加速管与所述观察窗法兰通过螺栓固定。

优选的，所述点火电极通过导线外接有可调式点火器，所述火焰加速管侧壁上还安装有压力传感器、温度传感器、光电传感器，所述压力传感器、温度传感器、光电传感器通过导线外接有存储记录仪；点火电极为高熔点、耐高温高压、点火稳定的铱金点火电极。

优选的，所述火焰加速管外壁上还安装有数字真空表。

优选的，所述消音筒与所述火焰加速管之间沿消音筒到点火电极方向上依次安装有封头与膜片。

本发明中：

(1)通过压力传感器、温度传感器、光电传感器、高速摄像机实现瓦斯爆燃火焰传播的参数测试，通过计算机与存储记录仪对数据进行处理显示，从而测定多种工况下的瓦斯爆燃火焰特性参数的变化规律。

(2)火焰加速管外壁为ZGMn13-4锰钢管，内壁为0Cr18Ni9不锈钢，通过***焊接的方式复合形成复合金属材质，保证火焰加速管强度的同时，同时使得火焰加速管内壁具有抗锈蚀性。

(3)火焰加速管内壁具有抗锈蚀性，防止由于内壁生锈，使得火焰加速管内壁粗糙，进而增加瓦斯爆燃火焰传播的湍流程度，使得装置测试瓦斯爆燃火焰传播的参数精确度变低。

(4)火焰加速管管壁上设置可视观察窗，利用光源与两组对称设置的凹面反射镜形成反射光路，通过高速摄像机捕捉影像，并通过计算机对影像进行处理显示，使得爆燃火焰的观察更加直观，方便后续研究的进行。

(5)火焰加速管通过点火电极点火，同时点火电极与可调式点火器电信号连接，通过可调式点火器设定点火电压与点火时间，其可调范围分别为10-220V与0-10s，点火电压和点火时间的改变使得点火能量改变，从而测定不同点火能量下瓦斯爆燃火焰特性参数。

(6)火焰加速管远离点火电极的一侧设置有消音组件，通过环形板与声波碰撞，环形板材质为泡沫陶瓷制成，声波与环形板的碰撞减弱声波的能量，并且消音组件为具有蜂窝状内壁的不锈钢罐体，罐体为突扩结构，声波在蜂窝状内壁上进行多次碰撞反射，衰减瓦斯爆燃泄放产生的有害效应，并且大幅度减弱瓦斯爆燃产生的巨大噪声，使噪声的最大声压级降低45％-65％，不仅保证了实验研究的安全性还保持了相对安静的实验环境。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明提出的一种瓦斯***特性参数测试装置的结构示意图；

图2为本发明提出的可视观察窗的结构示意图；

图3为本发明提出的消音组件的结构示意图；

图4为本发明提出的封头和膜片的结构示意图。

图中：1-火焰加速管、2-法兰、3-螺栓螺母、4-可视观察窗、5-观察窗法兰、6-石英玻璃、7-螺栓孔、8-封头、9-膜片、10-消音组件、11-环形板、12-固定片、13-滚轮、14-滑轨底座、15-点火电极、16-数字真空表、17-压力传感器、18-温度传感器、19-光电传感器、20-第一真空阀、21-第二真空阀、22-第一进气阀、23-第二进气阀、24-第三进气阀、25-甲烷气瓶、26-压缩空气瓶、27-混气罐、28-压力表、29-***膜、30-泄压阀、31-真空泵、32-可调式点火器、33-高速摄像机、34-计算机、35-存储记录仪、36-光源、37-凹面反射镜、38-刀口、39-微距镜头。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

参照图1-4，一种瓦斯***特性参数测试装置，包括火焰加速管1、消音组件10、点火电极15、甲烷气瓶25、压缩空气瓶26、混气罐27、真空泵31、可调式点火器32，所述真空泵31通过管道与所述火焰加速管1连通，所述真空泵31与所述火焰加速管1连通的管道上安装有第一真空阀20，所述混气罐27通过管道与所述火焰加速管1连通，所述混气罐27与所述火焰加速管1连通的管道上安装有第三进气阀24，所述甲烷气瓶25通过管道与所述混气罐27连通，所述甲烷气瓶25与所述混气罐27连通的管道上安装有第一进气阀22，所述压缩空气瓶26通过管道与所述混气罐27连通，所述压缩空气瓶26与所述混气罐27连通的管道上安装有第二进气阀23，所述混气罐27通过管道与所述真空泵31连通，所述混气罐27与所述真空泵31连通的管道上安装有第二真空阀21，所述消音组件10安装在所述火焰加速管1的一侧，所述点火电极15安装在所述火焰加速管1的另一侧，所述消音组件10内壁为蜂窝状结构，所述消音组件10的内壁上安装有环形板11；所述消音组件10内壁上设置有多个环形板11，所述环形板11与消音组件10内壁之间设置有固定片12，所述固定片12通过螺栓螺母分别与所述环形板11、消音组件10内壁固定；所述消音组件10下方设置有滑轨底座14，所述消音组件10与滑轨底座14之间通过滚轮13滚动连接；所述环形板11材质为泡沫陶瓷，所述环形板11的外径小于所述消音组件10的内径，所述环形板11的内径大于所述火焰加速管1的最大外径；所述火焰加速管1由多个方管组成，所述方管之间通过法兰2固定，所述方管外壁为锰钢管，所述方管内壁为不锈钢，所述外壁与所述内壁通过***焊接复合；所述火焰加速管1中部安装有两组可视观察窗4，两组所述可视观察窗4对应管道两端对称设置，对应两组所述可视观察窗4外侧还对称设置有两组凹面反射镜37，靠近一组所述凹面反射镜37一侧设置有光源36，两组所述凹面反射镜37形成反射光路，靠近另一组所述凹面反射镜37一侧设置有高速摄像机33，高速摄像机33靠近反射光路的一侧安装有微距镜头39，所述微距镜头39靠近反射光路的一侧设置有刀口38，所述高速摄像机33通过导线外接有计算机34，所述火焰加速管1侧壁上还安装有压力传感器17、温度传感器18、光电传感器19，所述压力传感器17、温度传感器18、光电传感器19通过导线外接有存储记录仪35；所述可视观察窗5包括观察窗法兰5、石英玻璃6，所述观察窗法兰5靠近所述火焰加速管1外壁的一侧开设有安装槽，所述石英玻璃6安装在所述安装槽内部，所述火焰加速管1外壁与观察窗法兰5均开设有螺栓孔7，所述火焰加速管1与所述观察窗法兰5通过螺栓固定；所述点火电极15通过导线外接有可调式点火器32，所述点火电极15与所述可调式点火器32电信号连接；所述火焰加速管1外壁上还安装有数字真空表16；所述消音组件10与所述火焰加速管1之间依次安装有封头8与膜片9。

火焰加速管1是由复合金属制成的分段方管，其复合结构为ZGMn13-4锰钢管，内壁通过***焊接手段复合一层3-5mm厚的0Cr18Ni9不锈钢，各段管道通过法兰2用螺栓螺母3联接在一起；所述可视观察窗4(管道两侧对称安装)是由观察窗法兰5和石英玻璃6，通过螺栓将观察窗法兰5和石英玻璃6固定在管道外壁上构成，并在火焰加速管1外壁和石英玻璃6内侧间加装氟橡胶垫圈保证气密性，石英玻璃6厚度为15mm、长度、宽度要小于单节管道1尺寸；所述膜片9为锡制薄片，厚度在0.6-1.5mm，与封头8安装在管道末端；所述消音组件10内壁为蜂窝状结构，内部装有多个多孔环形板11，将3-5个环形板11间隔20-40cm的距离依次垂直于罐体轴向，固定在罐体内，环形板11由泡沫陶瓷制成，厚度为15-30cm，所述压力传感器17、温度传感器18、光电传感器19与存储记录仪35相连接，其中光电传感器19等距离间隔30-50cm布置；所述可调式点火器32通过调节点火电压和点火时间来改变点火能量；所述微距镜头39安装在高速摄像机33上；所述高速摄像机33正对刀口38拍摄，并与计算机34相连接；所述存储记录仪35为多通道多功能记录仪器，并带有示波器功能。

实施例1

(1)如图1所示，将火焰加速管1、法兰2、螺栓螺母3、可视观察窗4、封头8、膜片9、消音组件10、滚轮13、滑轨底座14、点火电极15、数字真空表16、压力传感器17、温度传感器18、光电传感器19、第一真空阀20、第二真空阀21、第一进气阀22、第二进气阀23、第三进气阀24、甲烷气瓶25、压缩空气瓶26、混气罐27、压力表28、***膜29、泄压阀30、真空泵31、可调式点火器32、微距镜头39、高速摄像机33、计算机34、存储记录仪35、光源36、凹面反射镜37、刀口38连接成试验装置，并测试测试整个系统气密性，待确定无漏气现象后方可开展实验。

(2)首先打开第二真空阀21，保持其他阀门全部关闭，再开启真空泵31将混气罐27抽真空至-101kpa后，按先后顺序关闭第二真空阀21和真空泵31。

(3)开启第一进气阀22和甲烷气瓶25，保持其他阀门关闭，向混气罐27内配送实验所需体积分数的甲烷气体后，将甲烷气瓶11与第一进气阀22按先后顺序关闭。

(4)开启第二进气阀23和压缩空气瓶26，保持其他阀门关闭，向混气罐27内配送实验所需体积分数的压缩空气后，将压缩空气瓶12与第二进气阀23按先后顺序关闭。

(5)将混气罐27内的混合气体静置3-5小时，以确保气体混合均匀。

(6)开启数字真空表16和第一真空阀20，保持其他阀门关闭，开启真空泵31将火焰加速管1抽真空至-101kpa后，按先后顺序关闭第一真空阀20与真空泵31。

(7)开启第三进气阀24，保持其他阀门关闭，向火焰加速管1中配送混气罐27内的预混气体，待数字真空表16读数到达0kPa时，按照先后顺序关闭第三进气阀24与数字真空表16。

(8)依次开启高速摄像机33、存储记录仪35、光源36，在计算机34中打开高速摄像机33控制软件将高速摄像机33设置为待触发状态；在存储记录仪35内分别设置压力传感器17、温度传感器18和光电传感器19的触发参数，并保持各传感器为待触发状态。

(9)保持所有阀门处于关闭状态，打开可调式点火器设定好所需点火能量对点火电极15进行点火；火焰加速管1内预混气体被点燃，使高速摄像机33和火焰加速管1上的各传感器被触发；高速摄像机33拍摄的火焰传播图像储存在计算机34中，压力传感器17、温度传感器18和光电传感器19测出的数据储存在存储记录仪35中。

(10)拆下封头8更换膜片9，在重复(6)-(9)过程中改变不同点火电压和点火时间来研究不同点火能量条件下的瓦斯爆燃火焰传播特性参数。

实施例2

(1)瓦斯***特性参数测试系统同实施例1，实验前同样测试测试整个系统气密性，待确定无漏气现象后方可开展实验。

(2)首先打开第二真空阀21，保持其他阀门全部关闭，再开启真空泵31将混气罐27抽真空至-101kpa后，按先后顺序关闭第二真空阀21和真空泵31。

(3)开启第一进气阀22和甲烷气瓶25，保持其他阀门关闭，向混气罐27内配送实验所需体积分数的甲烷气体后，将甲烷气瓶11与第一进气阀22按先后顺序关闭。

(4)开启第二进气阀23和压缩空气瓶26，保持其他阀门关闭，向混气罐27内配送实验所需体积分数的压缩空气后，将压缩空气瓶12与第二进气阀23按先后顺序关闭。

(5)将混气罐27内的混合气体静置3-5小时，以确保气体混合均匀。

(6)开启数字真空表16和第一真空阀20，保持其他阀门关闭，开启真空泵31将火焰加速管1抽真空至-101kpa后，按先后顺序关闭第一真空阀20与真空泵31。

(7)开启第三进气阀24，保持其他阀门关闭，向火焰加速管1中配送混气罐27内的预混气体，待数字真空表16读数到达0kPa时，按照先后顺序关闭第三进气阀24与数字真空表16。

(8)依次开启高速摄像机33、存储记录仪35、光源36，在计算机34中打开高速摄像机33控制软件将高速摄像机33设置为待触发状态；在存储记录仪35内分别设置压力传感器17、温度传感器18和光电传感器19的触发参数，并保持各传感器为待触发状态。

(9)保持所有阀门处于关闭状态，打开可调式点火器设定好所需点火能量对点火电极15进行点火；火焰加速管1内预混气体被点燃，使高速摄像机33和火焰加速管1上的各传感器被触发；高速摄像机33拍摄的火焰传播图像储存在计算机34中，压力传感器17、温度传感器18和光电传感器19测出的数据储存在存储记录仪35中。

(10)拆下封头8更换膜片9，在重复(2)-(9)的过程中改变混气罐27内各气体的体积分数来研究不同当量比条件下的瓦斯爆燃火焰传播特性参数。

实施例3

(1)瓦斯***特性参数测试系统同实施例1，实验前同样试测试整个系统气密性，待确定无漏气现象后方可开展实验。

(2)首先打开第二真空阀21，保持其他阀门全部关闭，再开启真空泵31将混气罐27抽真空至-101kpa后，按先后顺序关闭第二真空阀21和真空泵31。

(3)开启第一进气阀22和甲烷气瓶25，保持其他阀门关闭，向混气罐27内配送实验所需体积分数的甲烷气体后，将甲烷气瓶11与第一进气阀22按先后顺序关闭。

(4)开启第二进气阀23和压缩空气瓶26，保持其他阀门关闭，向混气罐27内配送实验所需体积分数的压缩空气后，将压缩空气瓶12与第二进气阀23按先后顺序关闭。

(5)将混气罐27内的混合气体静置3-5小时，以确保气体混合均匀。

(6)开启数字真空表16和第一真空阀20，保持其他阀门关闭，开启真空泵31将火焰加速管1抽真空至-101kpa后，按先后顺序关闭第一真空阀20与真空泵31。

(7)开启第三进气阀24，保持其他阀门关闭，向火焰加速管1中配送混气罐27内的预混气体，待数字真空表16读数到达0kPa时，按照先后顺序关闭第三进气阀24与数字真空表16。

(8)依次开启高速摄像机33、存储记录仪35、光源36，在计算机34中打开高速摄像机33控制软件将高速摄像机33设置为待触发状态；在存储记录仪35内分别设置压力传感器17、温度传感器18和光电传感器19的触发参数，并保持各传感器为待触发状态。

(9)保持所有阀门处于关闭状态，打开可调式点火器设定好所需点火能量对点火电极15进行点火；火焰加速管1内预混气体被点燃，使高速摄像机33和火焰加速管1上的各传感器被触发；高速摄像机33拍摄的火焰传播图像储存在计算机34中，压力传感器17、温度传感器18和光电传感器19测出的数据储存在存储记录仪35中。

(10)拆下封头8更换膜片9重复(6)-(9)，应用高速摄像机33结合微距镜头39和光源36、凹面反射镜37、刀口38可以通过火焰加速管1的可视观察窗可开展瓦斯爆燃火焰阵面精细结构等相关研究。

综上所述，该瓦斯***特性参数测试装置通过传感器以及高速摄像机实现瓦斯***特性参数的测试，通过计算机与存储记录仪对数据进行处理显示，火焰加速管外壁与内壁采用***焊接的方式固定，在保证火焰加速管强度的同时保证火焰加速管内壁不易生锈腐蚀，并且通过设置消音组件，减弱和吸收噪音。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。