本發(fā)明涉及可燃粉塵爆炸技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種沉積狀可燃粉塵卷揚(yáng)特性的檢測(cè)裝置及方法。

背景技術(shù)：

在各類加工、處理可燃粉體材料的生產(chǎn)工藝過程中，常會(huì)在生產(chǎn)車間內(nèi)、設(shè)備表面存有一定厚度呈沉積狀的可燃粉塵，而該類場(chǎng)所通常也為粉塵爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所，其發(fā)生粉塵爆炸的顯著特點(diǎn)是：初始局部爆炸的有害效應(yīng)并不顯著，但局部爆炸產(chǎn)生的沖擊波使本身為沉積狀的可燃粉塵卷揚(yáng)，與空氣混合形成更大范圍的可燃粉塵/空氣混合物，發(fā)生更為猛烈的二次爆炸，其爆炸強(qiáng)度、影響范圍遠(yuǎn)高于初始爆炸，因而如何防止二次爆炸的發(fā)生、控制其爆炸有害效應(yīng)，是防止爆炸事故蔓延、減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失的重要措施之一。其中探究初始爆炸沖擊波對(duì)沉積粉塵卷揚(yáng)特性的影響，有利于定量揭示二次爆炸的粉塵/空氣混合物形成過程，為有效防止粉塵卷揚(yáng)及二次爆炸的參與程度奠定技術(shù)基礎(chǔ)?，F(xiàn)有技術(shù)方案中，大多采用真實(shí)的爆炸沖擊波誘導(dǎo)沉積粉塵卷揚(yáng)，卷揚(yáng)的粉塵已經(jīng)參與爆炸形成產(chǎn)物，無法對(duì)卷揚(yáng)特性開展定量檢測(cè)，因而有必要進(jìn)行較大改進(jìn)，以便安全、準(zhǔn)確檢測(cè)沖擊波誘導(dǎo)沉積粉塵卷揚(yáng)的特性參數(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種沉積狀可燃粉塵卷揚(yáng)特性的檢測(cè)裝置及方法，可以檢測(cè)在沖擊波用下沉積狀粉塵的卷揚(yáng)特性參數(shù)，有利于定量揭示二次爆炸的粉塵/空氣混合物形成過程，為有效防止粉塵卷揚(yáng)及二次爆炸的參與程度奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：一種沉積狀可燃粉塵卷揚(yáng)特性的檢測(cè)裝置，由沉積狀可燃粉塵卷揚(yáng)裝置、卷揚(yáng)特性參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)組成，沉積狀可燃粉塵卷揚(yáng)裝置包括：壓縮氣瓶，以及與壓縮氣瓶相連的進(jìn)氣管，所述的進(jìn)氣管上裝有電磁閥，該電磁閥通過屏蔽線連接數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)，同時(shí)進(jìn)氣管另一端與截面為長方形、呈水平放置的沖擊波預(yù)形成管道的進(jìn)氣管口相連，該沖擊波預(yù)形成管道的另一端與截面相同且水平放置的沖擊波傳播管道以法蘭連接，同時(shí)在法蘭中間安裝爆破片，上述的壓縮氣瓶、進(jìn)氣管、電磁閥、進(jìn)氣管口、沖擊波預(yù)形成管道及爆破片共同構(gòu)成沖擊波產(chǎn)生裝置；所述的沖擊波傳播管道的另一端通過法蘭與沉積狀可燃粉塵卷揚(yáng)管道首端連接，構(gòu)成卷揚(yáng)特性參數(shù)檢測(cè)管道；所述的沉積狀可燃粉塵卷揚(yáng)管道前后兩側(cè)分別安裝有第一觀察視窗和第二觀察視窗，同時(shí)沉積狀可燃粉塵卷揚(yáng)管道下壁面安裝有可抽動(dòng)鋼板，該可抽動(dòng)鋼板上鋪設(shè)有一定厚度的沉積狀粉塵；所述的沉積狀可燃粉塵卷揚(yáng)管道尾端通過法蘭與圓筒狀、豎直放置的消納器相連。

卷揚(yáng)特性參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)包括：布置在沉積狀可燃粉塵卷揚(yáng)管道端口位置的激光發(fā)射和接收模塊陣列，該激光發(fā)射和接收模塊陣列供電端及信號(hào)輸出端分別通過導(dǎo)線與電源和信號(hào)放大器相連，所述的激光發(fā)射和接收模塊由位于同一光路的激光發(fā)射器、聚焦透鏡、激光接收二極管組成；上述沖擊波傳播管道和沉積狀可燃粉塵卷揚(yáng)管道上壁面端口位置分別安裝有第一沖擊波檢測(cè)壓力傳感器、第二沖擊波檢測(cè)壓力傳感器；上述的第一沖擊波檢測(cè)壓力傳感器、第二沖擊波檢測(cè)壓力傳感器及信號(hào)放大器通過屏蔽線分別與數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)相連。

進(jìn)一步的，激光發(fā)射和接收模塊陣列中的激光發(fā)射和接收模塊數(shù)量可調(diào)，至少為兩組。

進(jìn)一步的，可抽動(dòng)鋼板與沉積狀可燃粉塵卷揚(yáng)管道的壁面完全貼合，沉積狀粉塵布滿沉積狀可燃粉塵卷揚(yáng)管道下壁面。

本發(fā)明還公開了一種使用上述的沉積狀可燃粉塵卷揚(yáng)特性的檢測(cè)裝置檢測(cè)沉積狀可燃粉塵卷揚(yáng)特性的方法包括以下步驟：

首先，在沖擊波預(yù)形成管道末端法蘭中安裝一定爆破壓力的爆破片；將一定厚度沉積狀粉塵鋪設(shè)在可抽動(dòng)鋼板上；通過數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)設(shè)定電磁閥的觸發(fā)時(shí)間，并在數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)中存儲(chǔ)爆破片的爆破壓力值及相應(yīng)粉塵的濃度標(biāo)定曲線，同時(shí)開啟電源給激光發(fā)射和接收模塊陣列供電。

其次，通過數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)觸發(fā)電磁閥動(dòng)作，使壓縮氣體充入沖擊波預(yù)形成管道；當(dāng)沖擊波預(yù)形成管道內(nèi)壓力達(dá)到爆破片爆破壓力時(shí)，爆破片破裂產(chǎn)生沖擊波；第一沖擊波檢測(cè)壓力傳感器檢測(cè)值達(dá)到爆破壓力值后，數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)立即再次發(fā)出信號(hào)，使電磁閥停止動(dòng)作；沖擊波在卷揚(yáng)特性參數(shù)檢測(cè)管道中傳播，使沉積狀可燃粉塵卷揚(yáng)管道下壁面沉積狀粉塵卷揚(yáng)，第二沖擊波檢測(cè)壓力傳感器、激光發(fā)射和接收模塊陣列同步采集信號(hào)；沖擊波穿過卷揚(yáng)特性參數(shù)檢測(cè)管道后被消納器吸收。

下一步，實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，記第二沖擊波檢測(cè)壓力傳感器檢測(cè)到?jīng)_擊波鋒面的時(shí)間為T₀，激光發(fā)射和接收模塊陣列開始檢測(cè)到粉塵的時(shí)間為T_n（n=1、2…），激光發(fā)射和接收模塊與沉積狀粉塵的間距為H₀，相鄰激光發(fā)射和接收模塊的間距為H₁。沉積狀粉塵接觸沖擊波鋒面后由沉積狀態(tài)至開始卷揚(yáng)狀態(tài)的延遲時(shí)間△T=T₁-T₀；沉積狀粉塵與激光發(fā)射和接收模塊之間的粉塵卷揚(yáng)速度S₀= H₀/△T；相鄰兩個(gè)激光發(fā)射和接收模塊之間的粉塵卷揚(yáng)速度S_n-1= H₁/(T_n-T_n-1)（n≥2）。

最后，清理檢測(cè)裝置；重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟。

與現(xiàn)有的技術(shù)方案相比，本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明通過在沉積狀可燃粉塵卷揚(yáng)管道端口位置設(shè)置激光發(fā)射和接收模塊陣列，利用激光發(fā)射和接收模塊陣列可以測(cè)量沉積狀可燃粉塵的動(dòng)態(tài)卷揚(yáng)特性參數(shù)，利于定量揭示二次爆炸的粉塵/空氣混合物形成過程，為有效防止粉塵卷揚(yáng)及二次爆炸的參與程度奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

附圖說明

圖1 是本發(fā)明沉積狀可燃粉塵卷揚(yáng)特性的檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意及局部剖面圖。

圖2 是本發(fā)明沉積狀可燃粉塵卷揚(yáng)特性的檢測(cè)裝置中沉積狀可燃粉塵卷揚(yáng)管道的軸側(cè)圖。

圖3 是本發(fā)明實(shí)施例中粒徑為18μm、不同厚度沉積狀煤粉卷揚(yáng)延遲時(shí)間曲線圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例中粒徑為18μm、不同厚度沉積狀煤粉在豎直方向上的速度分布曲線。

圖5是本發(fā)明實(shí)施例中粒徑為18μm、厚度為0.1mm沉積狀煤粉經(jīng)卷揚(yáng)后在時(shí)間和空間上的濃度變化。

附圖標(biāo)記說明：

1、壓縮氣瓶；2、進(jìn)氣管；3、電磁閥；4、進(jìn)氣管口；5、沖擊波預(yù)形成管道；6-1、第一沖擊波檢測(cè)壓力傳感器；6-2、第二沖擊波檢測(cè)壓力傳感器；7、爆破片；8、沖擊波傳播管道；9、激光發(fā)射和接收模塊陣列；9-1、激光發(fā)射和接收模塊；10、沉積狀可燃粉塵卷揚(yáng)管道；10-1、第一觀察視窗；10-2、第二觀察視窗；10-3、沉積狀粉塵；10-4、可抽動(dòng)鋼板；11、消納器；12、數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)；13、信號(hào)放大器；14、激光接收二極管；15、聚焦透鏡；16、激光發(fā)射器；17、電源。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明所述的沉積狀可燃粉塵卷揚(yáng)特性的檢測(cè)裝置及方法更加便于理解，下面參照附圖結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

參照?qǐng)D1、圖2，一種沉積狀可燃粉塵卷揚(yáng)特性的檢測(cè)裝置及方法，檢測(cè)裝置由沉積狀可燃粉塵卷揚(yáng)裝置、卷揚(yáng)特性參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)組成，沉積狀可燃粉塵卷揚(yáng)裝置包括：壓縮氣瓶1，以及與壓縮氣瓶1相連公稱直徑為DN25的進(jìn)氣管2，所述的進(jìn)氣管2上裝有電磁閥3，該電磁閥3通過屏蔽線連接數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)12，同時(shí)進(jìn)氣管2另一端與長度為0.5m、截面為72x112mm²長方形、呈水平放置的沖擊波預(yù)形成管道5的公稱直徑為DN32進(jìn)氣管口4相連，該沖擊波預(yù)形成管道5的另一端與截面相同且水平放置、長度為1m的沖擊波傳播管道8以法蘭連接，同時(shí)在法蘭中間安裝爆破片7，上述的壓縮氣瓶1、進(jìn)氣管2、電磁閥3、進(jìn)氣管口4、沖擊波預(yù)形成管道5及爆破片7共同構(gòu)成沖擊波產(chǎn)生裝置；所述的沖擊波傳播管道8的另一端通過法蘭與長度為0.8m的沉積狀可燃粉塵卷揚(yáng)管道10首端連接，構(gòu)成卷揚(yáng)特性參數(shù)檢測(cè)管道；所述的沉積狀可燃粉塵卷揚(yáng)管道10前后兩側(cè)分別安裝有第一觀察視窗10-1和第二觀察視窗10-2，同時(shí)沉積狀可燃粉塵卷揚(yáng)管道10下壁面安裝有可抽動(dòng)鋼板10-4，該可抽動(dòng)鋼板10-4上鋪設(shè)有一定厚度的沉積狀粉塵10-3；所述的沉積狀可燃粉塵卷揚(yáng)管道10尾端通過法蘭與圓筒狀、豎直放置的消納器11相連。

卷揚(yáng)特性參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)包括：布置在沉積狀可燃粉塵卷揚(yáng)管道10端口位置的激光發(fā)射和接收模塊陣列9，該激光發(fā)射和接收模塊陣列9供電端及信號(hào)輸出端分別通過導(dǎo)線與電源17和信號(hào)放大器13相連，所述的激光發(fā)射和接收模塊9-1距沉積狀粉塵8mm處由位于同一光路的波長為660nm的He-Ne激光發(fā)射器16、聚焦透鏡15、PIN型FDS-100激光接收二極管14組成，其余激光發(fā)射和接收模塊分別安裝在距沉積狀粉塵29mm、50mm、71mm、92mm處；上述沖擊波傳播管道8和沉積狀可燃粉塵卷揚(yáng)管道10上壁面端口位置分別安裝有第一沖擊波檢測(cè)壓力傳感器6-1、第二沖擊波檢測(cè)壓力傳感器6-2；上述的第一沖擊波檢測(cè)壓力傳感器6-1、第二沖擊波檢測(cè)壓力傳感器6-2及信號(hào)放大器13通過屏蔽線分別與數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)12相連。

沉積狀可燃粉塵卷揚(yáng)特性的檢測(cè)方法包括以下步驟：

首先，在沖擊波預(yù)形成管道5末端法蘭中安裝爆破壓力為0.7MPa的爆破片7；將厚度為0.1mm、粒徑為18μm的沉積狀煤粉10-3鋪設(shè)在可抽動(dòng)鋼板10-4上；通過數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)12設(shè)定電磁閥3的觸發(fā)時(shí)間，并在數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)12中存儲(chǔ)爆破片的爆破壓力值及煤粉的濃度標(biāo)定曲線，同時(shí)開啟電源17給激光發(fā)射和接收模塊陣列9供電。

其次，通過數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)12觸發(fā)電磁閥3動(dòng)作，使壓縮氣體充入沖擊波預(yù)形成管道5；當(dāng)沖擊波預(yù)形成管道5內(nèi)壓力達(dá)到爆破片7爆破壓力時(shí)，爆破片破裂產(chǎn)生沖擊波；第一沖擊波檢測(cè)壓力傳感器6-1檢測(cè)值達(dá)到0.7MPa后，數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)12立即再次發(fā)出信號(hào)，使電磁閥3停止動(dòng)作；沖擊波在卷揚(yáng)特性參數(shù)檢測(cè)管道中傳播，使沉積狀可燃粉塵卷揚(yáng)管道10下壁面沉積狀粉塵10-3卷揚(yáng)，第二沖擊波檢測(cè)壓力傳感器6-2、激光發(fā)射和接收模塊陣列9同步采集信號(hào)；沖擊波穿過卷揚(yáng)特性參數(shù)檢測(cè)管道后被消納器11吸收。

下一步，實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，記第二沖擊波檢測(cè)壓力傳感器檢測(cè)到?jīng)_擊波鋒面的時(shí)間為T₀，激光發(fā)射和接收模塊陣列9開始檢測(cè)到粉塵的時(shí)間分別為T₁━T₅（n=1、2…5），激光發(fā)射和接收模塊9-1與沉積狀粉塵10-3的間距為H₀，相鄰激光發(fā)射和接收模塊的間距為H₁。沉積狀粉塵接觸沖擊波鋒面后由沉積狀態(tài)至開始卷揚(yáng)狀態(tài)的延遲時(shí)間△T=T₁-T₀；沉積狀粉塵與激光發(fā)射和接收模塊9-1之間的粉塵卷揚(yáng)速度S₀= H₀/△T；相鄰兩個(gè)激光發(fā)射和接收模塊之間的粉塵卷揚(yáng)速度S_n-1= H₁/(T_n-T_n-1)（n=2、3…5）。

最后，清理檢測(cè)裝置，在其他參量不變的條件下，將沉積狀煤粉厚度改變?yōu)?.4mm、0.8 mm，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟。

將上述三種厚度的沉積狀煤粉卷揚(yáng)延遲時(shí)間繪成圖3，即可獲得沉積狀粉塵厚度對(duì)卷揚(yáng)延遲時(shí)間影響的規(guī)律；圖4中的沉積狀粉塵厚度與其在豎直方向上速度分布的關(guān)系可由上述的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析計(jì)算得出；由圖5可得出厚度為0.1mm的沉積狀煤粉經(jīng)卷揚(yáng)后濃度在時(shí)間和空間上的變化規(guī)律。

由圖3、圖4、圖5可全面、準(zhǔn)確地分析沖擊波作用下沉積狀粉塵的卷揚(yáng)特性，便于定量揭示二次爆炸的粉塵/空氣混合物形成過程，為有效防止粉塵卷揚(yáng)及二次爆炸的參與程度奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例的具體實(shí)施方式，在不脫離本發(fā)明原理的情況下，簡單變形和修飾均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。