阅读说明：本技术 一种抑爆演示实验装置及方法 (Explosion suppression demonstration experiment device and method ) 是由 张增亮 王昕� 王昊平 凌元锦 于 2019-01-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种为解决大学、中学等机构在做可燃气体抑爆演示实验时存在的场地不足、实验安全等问题而设计的实验装置及方法。本装置主要由爆炸管道、观测管道和抑爆系统组成。实验主要步骤包括：a.打开控制器点火开关,使爆炸管道内可燃气体点火而发生爆炸。b.启动抑爆系统,空气压缩机内加压气体推动抑爆箱内的气动阀压下灭火瓶阀杆,喷出灭火剂抑爆。由于实验管道长度限制,同时为便于实验演示及其现象的观察,该装置选择在观测管道进行定点抑爆。为了使可燃气体爆炸传播至定点和抑爆剂开始喷洒保持同步,可根据管道长度、抑爆系统动作等具体情况引起的时差,选择对点火系统或抑爆系统进行延时。(The invention discloses an experimental device and method designed for solving the problems of insufficient site, experimental safety and the like of institutions of universities, middle schools and the like during an explosion suppression demonstration experiment of combustible gas. The device mainly comprises an explosion pipeline, an observation pipeline and an explosion suppression system. The main steps of the experiment comprise: a. and opening an ignition switch of the controller to ignite the combustible gas in the explosion pipeline to explode. b. And starting the explosion suppression system, wherein the pressurized gas in the air compressor pushes a pneumatic valve in the explosion suppression box to press down a valve rod of the fire extinguishing bottle, and the fire extinguishing agent is sprayed out for explosion suppression. Due to the limitation of the length of the experimental pipeline, the device is convenient for experimental demonstration and observation of phenomena thereof, and the device selects to perform fixed-point explosion suppression on the observation pipeline. In order to ensure that the combustible gas is exploded and spread to a fixed point and the explosion suppression agent starts to be sprayed synchronously, the ignition system or the explosion suppression system can be delayed according to the time difference caused by the specific conditions of the length of a pipeline, the action of the explosion suppression system and the like.)

一种抑爆演示实验装置及方法

技术领域

本发明涉及可燃气体的***实验研究领域，具体涉及一种抑爆演示实验装置及方法。

背景技术

在我国煤矿及可燃气体输送管道中，可燃气体***危险普遍存在，且危害严重，往往会导致群死群伤，毁坏设备设施，给国家和人民生命财产造成巨大损失。

主动式抑爆是一种重要的可燃气体***抑制方法。为了相关专业教学科研的需求，同时为了使学生初步了解可燃气体主动式抑爆的机理，国内许多大学、中学等机构需要设置主动式可燃气体抑爆的演示实验。但是这些机构的主动式抑爆实验存在如下现实问题：

1、实验室通常场地有限，实验管道长度通常设置较短。由于管道较短，采用主动探测式抑爆法需要设置多个抑爆点，会使灭火剂很难捕捉到***火焰。

2、传统主动探测式抑爆法，灭火瓶采用***或***开启，存在安全问题。

3、本发明实验装置及其实验方法主要是为了帮助学生初步了解抑爆现象及原理，因此将其定性为演示性的实验装置及其实验方法，目的是既要让学生初步了解抑爆现象及其原理，又要确保安全，同时也要便于学生分组重复进行实验。而传统主动式抑爆实验方法主要是用于进行深入准确的科学研究。其优点是反应速度快，但是缺点是安全性较差，且抑爆口开启不能重复进行，不便于重复进行实验。

4、一般的主动探测式抑爆实验大都不能清楚直观地观察分析可燃气体的抑爆过程及现象。

以上问题的存在，需要我们设计一种安全、便利的可燃气体抑爆装置及方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种可进行抑爆演示实验的实验装置及方法。通过运用本装置及方法的实验研究，可以形象、科学地呈现抑爆过程，并进一步研究可燃气体抑爆机理，为工业安全生产做出贡献。

本发明为了实现上述目的，采用的技术解决方案是：

一种抑爆演示实验装置，包括***管道、观测管道、控制器、延时器、点火器、配气系统、抑爆系统、数据采集系统。

如上所述的技术方案，首先确定点火系统或抑爆系统的延时时间，根据延时时间，控制器先后启动点火器或抑爆系统，使***火焰传播到观测管道上抑爆口的同时，灭火瓶喷出灭火剂进行抑爆，并利用安装在管道上不同部位的压力传感器和火焰传感器检测管道内压力和火焰信号的变化情况，再结合数据采集仪和计算机得到压力和火焰曲线，对其信号进行分析，可用于研究抑爆的机制及影响因素。

为了保证实验安全，可燃气体的***实验设在所述***管道内进行，该管道是根据国家相关安全标准设计、使用足够强度的金属材料制作。

为了便于直观地观察抑爆现象，同时确保实验安全，抑爆演示实验设在所述观测管道进行。观测管道使用高强度塑胶透明材料制作，同时，观测管道末端设为开口实验，可及时泄出观测管道内压力，避免观测管道因压力过高破裂而危及实验人员的安全。

***管道与观测管道法兰连接处设有金属薄膜，将可燃气体限制在***管道段。薄膜具有一定的强度，可保证对***管道抽真空时不会抽破，而可燃气体***时气流及火焰能够冲破薄膜进入观测管道。

所述控制器对点火器、延时器、抑爆系统和数据采集系统分别进行控制。

鉴于考虑到一般高校、中学等机构的实验室空间和管道长度限制，采用所述延时器进行定点抑爆演示实验。为了使可燃气体***传播至定点与抑爆剂开始喷洒保持同步，可根据管道长度、抑爆系统动作等具体情况引起的时差，选择利用延时器对点火系统或抑爆系统进行延时。

所述点火器设置于***管道起点处。

所述配气系统包括进气口、可燃气体气瓶、真空泵。所述进气口、真空泵分别与***管道连接，可燃气体气瓶通过进气口与***管道相连。

所述抑爆系统由灭火瓶、抑爆箱、电磁阀、空气压缩机、气动阀组成。抑爆箱内的气动阀通过软管连接到空气压缩机上，电磁阀控制该软管气路的连通；抑爆口设置在观测管道上；抑爆所用灭火瓶可使用常规灭火器，灭火剂可使用常规的气态、液态或干粉灭火剂。

所述数据采集系统包括分别用于检测***管道内压力和火焰信号变化的压力传感器、火焰传感器；用于采集和分析处理各传感器信号的数据采集仪；用于记录和保存数据的计算机。

一种利用上述装置进行抑爆演示实验的方法，包括以下步骤：

A.将一定浓度的可燃气体与空气的混合气体通入***管道内；

B.确定点火系统或抑爆系统的延时时间。根据延时时间，控制器先后启动点火器或抑爆系统，使***火焰传播到观测管道上抑爆口的同时，灭火瓶喷出灭火剂进行抑爆；

C.当***及抑爆压力、火焰变化信号传至***管道和观测管道上的传感器时，通过数据采集仪进行分析处理，最后传输到计算机进行记录和保存。

优选的，所述步骤A中，利用负压方法将混合气体吸入***管道。具体为，先使用真空泵将***管道内抽成真空状态，再将一定浓度的可燃气体与空气的混合气体吸入***管道内。

优选的，所述步骤B中，本发明实验装置及其实验方法定性为演示性的实验装置及其实验方法。综合考虑本发明装置的用途及传统主动探测式抑爆法的优缺点，为了保证演示实验安全及便于实验的重复进行，本发明实验装置及其实验方法选择利用气动阀开启灭火瓶的方式进行抑爆，即：启动抑爆开关，电磁阀打开，空气压缩机内的加压气体推动气动阀压下灭火瓶阀杆，使灭火瓶喷出灭火剂进行抑爆。

本发明的有益效果在于：通过本装置及方法的实验研究，可形象地演示抑爆现象，初步了解可燃气体的抑爆机理。可燃气体***实验设置在***管道内进行，管道设计制作强度高，可保证实验人员的安全；抑爆演示实验设在观测管道进行，便于清晰、直观地观察分析抑爆现象，同时抑爆演示实验设为开口实验，可及时泄出观测管道内压力，避免观测管道因压力过大破裂而危及实验人员的安全。整个实验安全系数高，对实验环境的要求较低。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是抑爆演示实验装置的示意图。

图中：1-可燃气体气瓶，2-进气口，3-点火器，4-控制器，5-延时器，6-抑爆口，7-抑爆系统，8-空气压缩机，9-火焰传感器，10-压力传感器，11-计算机，12-数据采集仪，13-真空泵；I-***管道；II-观测管道。

图2是抑爆系统的示意图

图中：71-电磁阀，72-灭火瓶，73-喷管，74-气动阀，75-抑爆箱，76-灭火瓶阀门。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步的描述。

如图1所示为抑爆演示实验装置，包括可燃气体气瓶1，进气口2，点火器3，控制器4，延时器5，抑爆口6，抑爆系统7，空气压缩机8，火焰传感器9，压力传感器10，计算机11，数据采集仪12，真空泵13，***管道I，观测管道II。

本装置的主体部分是实验管道和抑爆系统7，实验管道分为***管道I和观测管道II两部分。

***管道I与观测管道II连接处设置有金属薄膜用以将待引爆的可燃气体限制在***管道I内。

***管道I上设有进气口2与可燃气体气瓶1连接，可燃气体气瓶1内的气体是一定浓度的可燃气体和空气的混合气体。真空泵13主要用于***管道I内的气体配置：先用真空泵13将***管道I抽成真空状态，然后借助真空吸力将可燃气体气瓶1内的气体吸入到***管道I。***管道I内气体配置完成后，可通过控制器4启动点火器3对管道内气体点火启爆。

观测管道II的设置是为了便于直观地观察、演示抑爆现象。***管道I内的可燃气体***时气流及火焰能够冲破金属薄膜进入观测管道II，同时，抑爆系统7通过设置在观测管道II上的抑爆口6喷撒灭火剂进行抑爆。整个抑爆过程可通过观测管道II进行观察分析。

抑爆系统7的具体结构如图2所示，包括电磁阀72，气动阀73，抑爆箱74，灭火瓶75，喷管77。灭火瓶75和气动阀73置于抑爆箱74内，灭火瓶72与喷管73连接，喷管73末端连接于抑爆口6，电磁阀72连接在气动阀加压管71和气动阀之间，并固定于抑爆箱74的接口上。控制器4启动电磁阀72后，气动阀73开启，空气压缩机8内的加压气体推动气动阀73撞击并压下灭火瓶75的灭火瓶阀门76的阀杆，控制灭火瓶72由喷管73向观测管道II的抑爆口6喷出灭火剂，起到抑制***的作用。

一般情况下，***管道I内的可燃气体***火焰进入观测管道II后，其与抑爆系统7喷撒灭火剂往往不同步，为了使可燃气体***传播至定点(本实施例的定点即为抑爆口)与抑爆剂开始喷洒保持同步，可根据管道长度、抑爆系统动作等具体情况引起的时差，选择利用延时器按照该时差对点火系统或抑爆系统进行延时。根据该时差设置延时时间分两种情况：

当***管道I长度相对较长，***传播到抑爆口6的持续时间大于抑爆系统7自启动至在抑爆口开始喷撒灭火剂的持续时间时，以两者的时间差作为延时器的设定延时时间，控制器4首先启动点火器3对管道内可燃气体点火，与此同时，控制器4控制延时器5根据设定延时时间延时启动抑爆系统7抑爆，这样便保证了：***火焰传播到观测管道II上抑爆口6的同时，灭火瓶喷出灭火剂进行抑爆；当***管道I长度相对较短，***传播到抑爆口6的持续时间小于抑爆系统7自启动至在抑爆口开始喷撒灭火剂的持续时间时，以两者的时间差作为延时器的设定延时时间，控制器4首先启动抑爆系统7，与此同时，延时器5对点火器3延时点火，这样同样保证了可燃气体***传播至定点和抑爆剂开始喷洒保持同步。

***管道I和观测管道II上不同部位分别设有火焰传感器9和压力传感器10，分别用于测试实验管道内压力和火焰信号的变化情况，各传感器的信号通过数据传输线传输到数据采集仪12，对各传感器的信号进行分析处理，然后通过数据传输线传输到计算机11记录并保存。

本实施例还公开了一种抑爆演示实验的操作方法，包括以下步骤：

启动真空泵，将整个***管道内抽成真空状态，将一定浓度的可燃气体与空气的混合气体吸入***管道内；

确定点火系统或抑爆系统的延时时间。根据延时时间，控制器先后启动点火器或抑爆系统，使***火焰传播到观测管道上抑爆口的同时，灭火瓶喷出灭火剂进行抑爆；

当可燃气体***及抑爆压力、火焰变化信号传至***管道和观测管道上的传感器时，通过数据采集仪进行分析处理，然后传输到计算机进行记录和保存。

通过对可燃气体抑爆现象的观察分析以及对计算机所记录的压力、火焰曲线的分析，可以了解可燃气体的抑爆发展过程，据此进一步探索可燃气体的抑爆机理。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。