液霧燃爆參數測試系統及測試方法

液霧燃爆參數測試系統及測試方法
【專利摘要】本發明屬于可燃液體安全指標量化測定【技術領域】，具體涉及一種測試系統及測試方法。液霧燃爆參數測試系統及測試方法，其技術方案是，測試系統包括：控制裝置（1）、二次氣動脈沖噴射霧化器（2）、點火裝置（3）、粒徑檢測裝置（4）、數字記錄系統（5）以及頂部帶有點火擊針的實驗爆炸罐體（6）；本發明操作直觀簡便、控制精準，能完成液霧的燃爆爆壓及爆壓上升速率、爆溫及爆溫上升速率、爆炸極限、最小點火能等相關實驗參數的測定。
【專利說明】液霧燃爆參數測試系統及測試方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于可燃液體安全指標量化測定【技術領域】，具體涉及一種液霧燃爆參數測試系統以及測試方法。
【背景技術】
[0002]液體燃料大多具有低沸點、高揮發度、易燃等特點，由于這些燃料在其生產加工、儲存和運輸過程中極易發生泄漏等現象，可燃性液體分散到空氣介質中，形成均相混合物，一旦遇到外加能量或自發化學反應所釋放能量的作用，即可發生燃燒、爆炸乃至爆轟。對于工業生產部門，為了能夠抑制或預防在生產過程中發生此類事故，就必須從機理上認識云霧爆炸在其點火，燃燒與爆炸過程的基本規律。進而對多相云霧爆炸事故的危險行業(如油船、煉油廠、化工廠等)的安全生產提出依據。
[0003]在化工生產領域中，可燃氣液兩相混合物燃爆極限等各項參數對安全生產有其重要意義。

【發明內容】

[0004]本發明的目的是:為預防可燃液體安全生產環境可能燃爆事故，實現準確獲取不同可燃液體不同工況下，發生燃爆因素指標量化測定，提供一種液霧燃爆參數測試系統以及測試方法。
[0005]本發明的技術方案是:液霧燃爆參數測試系統，它包括:控制裝置、二次氣動脈沖噴射霧化器、點火裝置、粒徑檢測裝置、數字記錄系統以及頂部帶有點火擊針的透明實驗爆炸罐體；
[0006]控制裝置用于控制二次氣動脈沖噴射霧化器內電磁閥的開啟，對點火裝置進行觸發，并對粒徑檢測裝置、數字記錄系統進行開啟；
[0007]二次氣動脈沖噴射霧化器包括:依次連接的手動閥門、高壓氣室、電磁閥、單向閥、儲液室、氣液輸送管段以及噴霧室；儲液室上設有預裝儲液室液體入口 ；噴霧室一端與氣液輸送管段連接，另一端為與實驗爆炸罐體相通的半球形的噴頭；噴霧室內還設有空心球體，空心球體的球面上均布通孔，開孔處為空心球體與其內接正二十面體的交點；
[0008]點火裝置用于對實驗爆炸罐體的點火擊針進行觸發；
[0009]粒徑檢測裝置包括:激光發射單元、光照檢測單元、信號轉換單元以及信號接收處理單元；激光發射單元中包括:多組獨立的激光發射器；光照檢測單元包括:多組獨立的光照強度傳感器；轉換單元用于接收光照檢測單元的信號輸出，并將信號轉換后輸送至信號接收處理單元；信號接收處理單元根據接收到的信號進行計算；激光發射單元與光照檢測單元布置在實驗爆炸罐體的兩側，一個激光發射器與一個光照強度傳感器相配合，光路穿過實驗爆炸罐體的軸心；
[0010]數字記錄系統包括:布置在實驗爆炸罐體內的壓力傳感器、溫度傳感器，連接壓力傳感器、溫度傳感器的電荷放大器，以及連接電荷放大器的信號處理單元。[0011]液霧燃爆參數測試系統的測試方法，它基于上述的液霧燃爆參數測試系統，并包括如下步驟:
[0012]A.對控制裝置進行設定:通過觸控模塊對PLC控制模塊進行設置，其中包括繼電器指令輸出端口的指令輸出時長、開關指令輸出端口的指令輸出的延遲時間以及對放電控制單元的觸發時長；
[0013]B.通過觸控單元將單片機設置為充電狀態，直至電容組達到飽和；
[0014]C.開啟手動閥，使高壓氣室內的氣壓達到實驗壓力值；在儲液室內加裝測試液體；
[0015]D.按壓總啟動鍵；PLC控制模塊通過繼電器指令輸出端口發出指令，在其指令輸出時長內，開啟二次氣動脈沖噴射霧化器中的電磁閥，高壓氣室內的氣體與儲液室內液體預混，并瞬態形成氣液兩相混合物；氣液以環形流型為主進入噴霧室，液相部分對空心球體發生繞流，氣相部分通過空心球體正面開孔處進入噴霧室內部形成局部超壓，再通過噴霧室的噴頭將氣體排出至實驗爆炸罐體形成懸浮云霧；
[0016]E.設定的延遲時間后，PLC控制模塊通過開關指令輸出端口發出指令，開啟粒徑檢測裝置與數據記錄系統，記錄實驗爆炸罐體內的狀況，同時點火裝置中的放電控制單元控制繼電器組的閉合，使得接通電容組與點火輸出單元接通，在觸發時長內點火輸出單元觸發實驗爆炸罐體上的點火擊針，實驗爆炸罐體內發生燃爆；
[0017]F.通過粒徑檢測裝置中的信號接收處理單元，以及數據記錄系統中的信號處理單元獲取液霧燃爆參數數據。
[0018]本發明的有益效果是:(I)本發明操作直觀簡便、控制精準，能完成液霧的燃爆爆壓及爆壓上升速率、爆溫及爆溫上升速率、爆炸極限、最小點火能等相關實驗參數的測定；
[0019](2)本發明中的二次氣動脈沖噴射霧化器采用高壓、高頻空氣對儲液室內液體預混，并瞬態形成氣液兩相混合物；通過氣液輸送管段形成一次氣動脈沖，氣液以環形流型為主進入噴霧室；氣液輸送管段內環狀流進入噴嘴腔體后，可使液相部分對多孔空心球體發生繞流，氣相部分通過多孔空心球體正面開孔處進入球體內部形成局部超壓，再通過其他小孔將氣體排出，對發生繞流的周圍液體進行二次氣動霧化過程；整個霧化過程中，霧化區域湍流強度較低，尤其是噴頭軸心方向，湍流強度最小、波動時間最短，有利于即時點火試驗;
[0020](3)本發明中粒徑檢測裝置可即時準確獲取點火位置濃度，液霧燃爆參數；
[0021](4)本發明中控制裝置可準確控制霧化、點火時長，精確級別達1ms。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發明的結構組成框圖；
[0023]圖2為本發明中粒徑檢測裝置的結構組成框圖；
[0024]圖3為本發明中數字記錄系統的結構組成框圖；
[0025]圖4為本發明中二次氣動脈沖噴射霧化器的霧化機理示意圖；
[0026]圖5為本發明中二次氣動脈沖噴射霧化器的空心球體開孔示意圖；
[0027]其中，1-控制裝置、1.1PLC控制模塊、1.2顯示模塊、1.3觸控模塊、1.4總啟動鍵、1.5開關指令輸出端口、1.6繼電器指令輸出端口、2- 二次氣動脈沖噴射霧化器、2.1手動閥門、2.2高壓氣室、2.3電磁閥、2.4單向閥、2.5儲液室、2.6氣液輸送管段、2.8噴霧室、3-點火裝置、3.1單片機，3.2顯示單元、3.3觸控單元、3.4繼電器組、3.5電容組、3.6充電控制單元、3.7放電控制單元、高壓電源3.8,3.9點火輸出單元、4-粒徑檢測裝置、4.1激光發射單元、4.2光照檢測單元、4.3信號轉換單元、4.4信號接收處理單元、5-數字記錄系統、5.1壓力傳感器、5.2溫度傳感器、5.3電荷放大器、5.4信號處理單兀、6-實驗爆炸罐體。
【具體實施方式】
[0028]液霧燃爆參數測試系統，它包括:控制裝置1、二次氣動脈沖噴射霧化器2、點火裝置3、粒徑檢測裝置4、數字記錄系統5以及頂部帶有點火擊針的透明實驗爆炸罐體6 ；
[0029]控制裝置I用于控制二次氣動脈沖噴射霧化器2內電磁閥2.3的開啟，控制點火裝置3的觸發，并對粒徑檢測裝置4、數字記錄系統5進行開啟；它具體包括:PLC控制模塊
1.1、顯示模塊1.2、觸控模塊1.3以及總啟動鍵1.4 ;PLC控制模塊1.1設有開關指令輸出端口 1.5以及繼電器指令輸出端口 1.6 ;顯示模塊1.2、觸控模塊1.3以及總啟動鍵1.4分別與PLC控制模塊1.1連接；繼電器指令輸出端口 1.6所輸出的指令控制電磁閥2.3的開啟；開關指令輸出端口 1.5的指令輸出與繼電器指令輸出端口 1.6的指令輸出具有延遲，開關指令輸出端口 1.5的輸出指令控制粒徑檢測裝置4、數字記錄系統5的開啟以及點火裝置3的點火觸發時長；觸控模塊1.3用于設置PLC控制模塊1.1每個輸出端口的指令觸發時長以及指令延遲時間；顯示模塊1.2用于顯示設定信息；確認設置后，PLC控制模塊1.1接受來自總啟動鍵1.4的指令，并開始執行；
[0030]二次氣動脈沖噴射霧化器2包括:依次連接的手動閥門2.1、高壓氣室2.2、電磁閥2.3、單向閥2.4、儲液室2.5、氣液輸送管段2.6以及噴霧室2.8 ;儲液室2.5上設有預裝儲液室液體入口 9 ;噴霧室2.8 一端與氣液輸送管段2.6連接，另一端為與實驗爆炸罐體6相通的半球形的噴頭；噴霧室2.8內還設有空心球體2.7，空心球體2.7的球面上均布通孔，開孔處為空心球體2.7與其內接正二十面體的交點；電磁閥2.3受繼電器指令輸出端口
1.6所輸出的指令控制；
[0031]點火裝置3用于對實驗爆炸罐體6的點火擊針進行觸發；它具體包括:單片機
3.1，與單片機3.1連接的顯示單元3.2、觸控單元3.3、放電控制單元3.7、充電控制單元
3.6，與充電控制單元3.6連接的高壓電源3.8，與放電控制單元3.7、充電控制單元3.6連接的繼電器組3.4，與繼電器組3.4連接的電容組3.5、點火輸出單元3.9 ;觸控單元3.3用于對單片機3.1進行充電狀態與放電狀態的設定；顯示單元3.2用于顯示單片機3.1的狀態；點火輸出單元3.9與實驗爆炸罐體6上的點火擊針連接；放電控制單元3.7與開關指令輸出端口 1.5連接；當單片機3.1處于充電狀態時，充電控制單元3.6控制繼電器組3.4的閉合，使得高壓電源3.8向電容組3.5進行充電；當單片機3.1處于放電狀態時，放電控制單元3.7等待開關指令輸出端口 1.5的指令輸出，當放電控制單元3.7接收到開關指令輸出端口 1.5的指令輸出時，放電控制單元3.7控制繼電器組3.4的閉合，使得電容組3.5與點火輸出單元3.9接通，點火輸出單元3.9觸發實驗爆炸罐體6上的點火擊針；
[0032]粒徑檢測裝置4包括:激光發射單元4.1、光照檢測單元4.2、信號轉換單元4.3以及信號接收處理單元4.4 ;激光發射單元4.1中包括:多組獨立的激光發射器；光照檢測單元4.2包括:多組獨立的光照強度傳感器；轉換單元4.3用于接收光照檢測單元4.2的信號輸出，并將信號轉換后輸送至信號接收處理單元4.4 ;信號接收處理單元4.4根據接收到的信號進行計算；激光發射單元4.1與光照檢測單元4.2布置在實驗爆炸罐體6的兩側，一個激光發射器與一個光照強度傳感器相配合，光路穿過實驗爆炸罐體6的軸心；粒徑檢測裝置4受開關指令輸出端口 1.5的指令的控制，當開關指令輸出端口 1.5有指令輸出時，粒徑檢測裝置4開啟；
[0033]數字記錄系統5包括:布置在實驗爆炸罐體6內的壓力傳感器5.1、溫度傳感器
5.2，連接壓力傳感器5.1、溫度傳感器5.2的電荷放大器5.3，以及連接電荷放大器5.3的信號處理單元5.4 ;數字記錄系統5受開關指令輸出端口 1.5的指令的控制，當開關指令輸出端口 1.5有指令輸出時，數字記錄系統5開啟。
[0034]測試時，按如下步驟進行:
[0035]A.對控制裝置I進行設定:通過觸控模塊1.3對PLC控制模塊1.1進行設置，其中包括繼電器指令輸出端口 1.6的指令輸出時長、開關指令輸出端口 1.5的指令輸出的延遲時間以及對放電控制單元3.7的觸發時長；
[0036]B.通過觸控單元3.3將單片機3.1設置為充電狀態，直至電容組3.5達到飽和；
[0037]C.開啟手動閥2.1，使高壓氣室2.2內的氣壓達到實驗壓力值；在儲液室2.5內加裝測試液體；
[0038]D.按壓總啟動鍵1.4 ；PLC控制模塊1.1通過繼電器指令輸出端口 1.6發出指令，在其指令輸出時長內，開啟二次氣動脈沖噴射霧化器2中的電磁閥2.3，高壓氣室2.2內的氣體與儲液室2.5內液體預混，并瞬態形成氣液兩相混合物；氣液以環形流型為主進入噴霧室2.8，液相部分對空心球體2.7發生繞流，氣相部分通過空心球體2.7正面開孔處進入噴霧室2.8內部形成局部超壓，再通過噴霧室2.8的噴頭將氣體排出至實驗爆炸罐體6形成懸浮云霧；
[0039]E.設定的延遲時間后，PLC控制模塊1.1通過開關指令輸出端口 1.5發出指令，開啟粒徑檢測裝置4與數據記錄系統5，記錄實驗爆炸罐體6內的狀況，同時點火裝置3中的放電控制單元3.7控制繼電器組3.4的閉合，使得接通電容組3.5與點火輸出單元3.9接通，在觸發時長內點火輸出單元3.9觸發實驗爆炸罐體6上的點火擊針，實驗爆炸罐體6內發生燃爆；
[0040]F.通過粒徑檢測裝置4中的信號接收處理單元4.4，以及數據記錄系統5中的信號處理單元5.4獲取液霧燃爆參數數據。
【權利要求】
1.液霧燃爆參數測試系統，其特征是，它包括:控制裝置(I)、二次氣動脈沖噴射霧化器(2)、點火裝置(3)、粒徑檢測裝置(4)、數字記錄系統(5)以及頂部帶有點火擊針的透明實驗爆炸罐體(6)； 控制裝置(I)用于控制二次氣動脈沖噴射霧化器(2)內電磁閥(2.3)的開啟，對點火裝置(3)進行觸發，并對粒徑檢測裝置(4)、數字記錄系統(5)進行開啟； 二次氣動脈沖噴射霧化器(2)包括:依次連接的手動閥門(2.1)、高壓氣室(2.2)、電磁閥(2.3)、單向閥(2.4)、儲液室(2.5)、氣液輸送管段(2.6)以及噴霧室(2.8);儲液室(2.5)上設有預裝儲液室液體入口(9);噴霧室(2.8) 一端與氣液輸送管段(2.6)連接，另一端為與實驗爆炸罐體(6)相通的半球形的噴頭；噴霧室(2.8)內還設有空心球體(2.7)，空心球體(2.7)的球面上均布通孔，開孔處為空心球體(2.7)與其內接正二十面體的交點； 點火裝置(3)用于對實驗爆炸罐體(6)的點火擊針進行觸發； 粒徑檢測裝置(4)包括:激光發射單元(4.1)、光照檢測單元(4.2)、信號轉換單元(4.3)以及信號接收處理單元(4.4);激光發射單元(4.1)中包括:多組獨立的激光發射器；光照檢測單元(4.2)包括:多組獨立的光照強度傳感器；轉換單元(4.3)用于接收光照檢測單元(4.2)的信號輸出，并將信號轉換后輸送至信號接收處理單元(4.4);信號接收處理單元(4.4)根據接收到的信號進行計算；激光發射單元(4.1)與光照檢測單元(4.2)布置在實驗爆炸罐體(6)的兩側，一個激光發射器與一個光照強度傳感器相配合，光路穿過實驗爆炸罐體(6)的軸心； 數字記錄系統(5)包括:布置在實驗爆炸罐體(6)內的壓力傳感器(5.1)、溫度傳感器(5.2)，連接壓力傳感器(5.1)、溫度傳感器(5.2)的電荷放大器(5.3)，以及連接電荷放大器(5.3)的信號處理單兀(5.4)。`
2.如權利要求1所述的液霧燃爆參數測試系統，其特征是，控制裝置(I)包括:PLC控制模塊(1.1)、顯示模塊(1.2)、觸控模塊(1.3)以及總啟動鍵(1.4) ;PLC控制模塊(1.1)設有開關指令輸出端口( 1.5 )以及繼電器指令輸出端口( 1.6 );顯示模塊(1.2 )、觸控模塊(1.3)以及總啟動鍵(1.4)分別與PLC控制模塊(1.1)連接；繼電器指令輸出端口( 1.6)所輸出的指令控制電磁閥(2.3)的開啟；開關指令輸出端口(1.5)的指令輸出與繼電器指令輸出端口(1.6)的指令輸出具有延遲，開關指令輸出端口(1.5)的輸出指令控制粒徑檢測裝置(4)、數字記錄系統(5)的開啟以及點火裝置(3)的點火觸發時長；觸控模塊(1.3)用于設置PLC控制模塊(1.1)每個輸出端口的指令觸發時長以及指令延遲時間；顯示模塊(1.2)用于顯示設定信息；確認設置后，PLC控制模塊(1.1)接受來自總啟動鍵(1.4)的指令，并開始執行； 點火裝置(3)包括:單片機(3.1),與單片機(3.1)連接的顯示單元(3.2)、觸控單元(3.3)、放電控制單元(3.7)、充電控制單元(3.6)，與充電控制單元(3.6)連接的高壓電源(3.8)，與放電控制單元(3.7)、充電控制單元(3.6)連接的繼電器組(3.4)，與繼電器組(3.4)連接的電容組(3.5)、點火輸出單元(3.9);觸控單元(3.3)用于對單片機(3.1)進行充電狀態與放電狀態的設定；顯示單元(3.2)用于顯示單片機(3.1)的狀態；點火輸出單元(3.9)與實驗爆炸罐體(6)上的點火擊針連接；放電控制單元(3.7)與開關指令輸出端口(1.5)連接；當單片機(3.1)處于充電狀態時，充電控制單元(3.6)控制繼電器組(3.4)的閉合，使得高壓電源(3.8)向電容組(3.5)進行充電；當單片機(3.1)處于放電狀態時，放電控制單元(3.7)等待開關指令輸出端口(1.5)的指令輸出，當放電控制單元(3.7)接收到開關指令輸出端口( 1.5 )的指令輸出時，放電控制單元(3.7 )控制繼電器組(3.4)的閉合，使得電容組(3.5)與點火輸出單元(3.9)接通，點火輸出單元(3.9)觸發實驗爆炸罐體(6)上的點火擊針。
3.液霧燃爆參數測試系統的測試方法，它基于如權利要求2所述的液霧燃爆參數測試系統，其特征是，它包括如下步驟: A.對控制裝置(I)進行設定:通過觸控模塊(1.3)對PLC控制模塊(1.1)進行設置，其中包括繼電器指令輸出端口(1.6)的指令輸出時長、開關指令輸出端口(1.5)的指令輸出的延遲時間以及對放電控制單元(3.7)的觸發時長； B.通過觸控單元(3.3)將單片機(3.1)設置為充電狀態，直至電容組(3.5)達到飽和； C.開啟手動閥(2.1)，使高壓氣室(2.2)內的氣壓達到實驗壓力值；在儲液室(2.5)內加裝測試液體； D.按壓總啟動鍵(1.4) ;PLC控制模塊(1.1)通過繼電器指令輸出端口(1.6)發出指令，在其指令輸出時長內，開啟二次氣動脈沖噴射霧化器(2 )中的電磁閥(2.3 )，高壓氣室(2.2)內的氣體與儲液室(2.5)內液體預混，并瞬態形成氣液兩相混合物；氣液以環形流型為主進入噴霧室(2.8)，液相部分對空心球體(2.7)發生繞流，氣相部分通過空心球體(2.7)正面開孔處進入噴霧室(2.8)內部形成局部超壓，再通過噴霧室(2.8)的噴頭將氣體排出至實驗爆炸罐體(6)形成懸浮云霧； E.設定的延遲時間后，PLC控制模塊(1.1)通過開關指令輸出端口(1.5)發出指令，開啟粒徑檢測裝置 (4)與數據記錄系統(5)，記錄實驗爆炸罐體(6)內的狀況，同時點火裝置(3)中的放電控制單元(3.7)控制繼電器組(3.4)的閉合，使得接通電容組(3.5)與點火輸出單元(3.9)接通，在觸發時長內點火輸出單元(3.9)觸發實驗爆炸罐體(6)上的點火擊針，實驗爆炸罐體(6)內發生燃爆； F.通過粒徑檢測裝置(4)中的信號接收處理單元(4.4)，以及數據記錄系統(5 )中的信號處理單元(5.4)獲取液霧燃爆參數數據。
【文檔編號】G01N25/54GK103852486SQ201410053726
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年2月17日 優先權日:2014年2月17日
【發明者】劉雪嶺, 張奇, 王悅, 李偉, 段云 申請人:北京理工大學