一种爆炸后粉体收集器、爆炸实验装置及爆炸实验方法

摘要

本发明提供了一种爆炸后粉体收集器，包括气流通道、粉盒、气压调节室以及活柱；粉盒靠近进气口设置在气流通道内，粉盒的进气侧设有透气孔且出气侧设有过滤布；气流通道的出气口连接气体收集装置；气压调节室内设有弹性隔膜从而将气压调节室内部分为互不相通的第一气压室和第二气压室，第一气压室与气流通道连通，第二气压室内的气体与外界隔绝且气压受活柱的移动发生变化。本发明还提供了一种包括该粉体收集器的爆炸实验装置和爆炸实验方法。本发明结构简单，可以实现爆炸后粉体和气体的自动收集且不易堵塞。

说明书

技术领域

本发明涉及一种爆炸实验用的粉体收集器，并涉及使用了该粉体收集器的爆炸实验装置，还涉及了基于该爆炸实验装置的爆炸实验方法。

背景技术

我国是世界上煤炭产量最大的国家，也是受各种灾害威胁最严重的国家。其中，瓦斯(煤尘)爆炸事故的发生，极大地影响了我国煤矿的安全高效生产和煤炭行业的健康发展。为了完善瓦斯(煤尘)爆炸基础研究、事故调查物证分析基础研究及技术，很多学者利用实验室仪器对不同浓度瓦斯、煤尘进行了系统的爆炸实验。在做煤尘爆炸实验或抑爆实验时，需要将实验前的煤样进行工业分析和元素分析，爆炸测试后会对反应后的粉体和气体进行取样分析，用于更好的认识煤尘参与的爆炸或抑爆过程，有助于事故调查。

其中研究最多的一个爆炸仪器就是20L爆炸球，但是传统的该实验系统中缺少爆炸后气体和粉体的收集部分。目前实验室内20L球的粉体收集方式主要有：一是在实验后打开球体的上盖，用小型吸尘器进行收集；二是通过压缩机连同气体一起排出，但经常会造成压缩机气管阻塞或者粉体进入泵机内磨损机器。还有就是当研究卤系物抑爆剂的抑爆效果时，爆炸产物中包含有氢氟酸、盐酸等有毒气体，排出方法不当甚至会对操作人员产生危害。

发明内容

本发明的目的之一在于克服现有技术中存在的缺点，提供了一种可以配合爆炸球爆炸实验的粉体收集器，该粉体收集器不仅可以同时自动收集爆炸后的气体和粉体，使用方便，而且收集的粉体不会造成堵塞，有效降低实验成本。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种爆炸后粉体收集器，包括气流通道、粉盒、气压调节室以及活柱；所述粉盒靠近进气口设置在所述气流通道内，所述粉盒的进气侧设有透气孔且出气侧设有过滤布；所述气流通道的出气口连接气体收集装置；所述气压调节室内设有弹性隔膜从而将所述气压调节室内部分为互不相通的第一气压室和第二气压室，所述第一气压室与所述气流通道连通，所述第二气压室内的气体与外界隔绝且气压受所述活柱的移动发生变化。

进一步的，所述气流通道的进气口内和出气口内均设有金属球；所述金属球仅在受重力状态下将所述进气口和所述出气口堵塞。

进一步的，所述进气口朝下，所述进气口的内壁其中一侧为台阶面，相对的另一侧为向外凸出的圆弧面，所述金属球位于所述台阶面和所述圆弧面之间。

进一步的，所述出气口水平设置，所述出气口底部一侧为台阶状，相对的另一侧为向外凸出的圆弧面，所述金属球位于所述台阶面和所述圆弧面之间。

进一步的，所述气压调节室为中间鼓起上下两端呈尖状的纺锤形。

进一步的，所述第一气压室的室壁设有通气孔且所述第一气压室位于所述粉盒的出气侧。

进一步的，所述活塞设置在与所述第二气压室连通的密闭侧室上，所述第二气压室的室壁设有通气孔；所述侧室的内部空间满足所述活塞向所述侧室推进后所述弹性隔膜向所述第二气压室鼓起。

进一步的，所述粉盒底部为可拆卸式连接。

本技术方案的粉体收集器具有如下有益效果：

(1)结构简单，操作方便，有效替代了现有压缩机收集或手动收集的技术方案，同步收集粉体和气体，解决了当前爆炸气体和粉末难以自动收集的问题，拓宽了实验研究的内容；

(2)粉体收集器进气口为球阀，不易阻塞；出气口同样设置球阀，一方面可以防堵塞，另一方面还防止了气体逆向流进气体通道内；

(3)通过粉盒自身的物理过滤，不仅不会对气体和粉体造成影响，而且过滤成本低，使用者可以根据需要更换滤布疏密，得到相应粒度的粉体；并且底部的拆卸式也有利于粉体的取出；

(4)通过外界活柱的移动，即可实现弹性隔膜的变动，从而调整第一气压室的腔内体积进而调整与第一气压室相连的气流通道的气压，实现气体从进气口向出气口的顺利流动方便了爆炸后气体的收集。

本发明的目的之二在于提供一种设有该粉体收集器的爆炸实验装置，实现爆炸实验的可控进行及粉、气的自动收集。为了实现该目的，本发明采用的技术方案如下：

一种爆炸实验装置，设有上述的粉体收集器，包括爆炸点火系统、供风系统、喷尘系统、数据采集控制系统、收集系统；所述爆炸点火系统包括爆炸球盖、点火电极、点火控制器、爆炸球和视窗；所述点火电极安装在所述爆炸球盖上，所述点火电极与所述点火控制器连接且所述点火控制器连接所述数据采集控制系统；

所述供风系统用于向爆炸球内提供混气，包括流量控制阀、进气控制阀、气瓶和封闭阀门；所述气瓶依次连接所述流量控制阀、所述进气控制阀和所述封闭阀门；所述流量控制阀、所述进气控制阀和所述封闭阀门分别与数据采集控制系统相连；

所述喷尘系统包括储尘控制气动阀、储尘罐、充气压力传感器、充气控制阀、流量调节器和压缩空气气瓶；所述储尘控制气动阀位于所述爆炸球下端且连通所述储尘罐和所述爆炸球中气体；所述储尘罐连接在所述储尘控制气动阀上，所述储尘罐上安装有所述充气压力传感器，所述储尘罐依次与所述充气控制阀、所述流量调节器和所述压缩空气气瓶连接；所述储尘控制气动阀、所述充气压力传感器和所述充气控制阀分别与所述数据采集控制系统相连。

所述数据采集控制系统包括压力传感器、温度传感器、系统控制主机和计算机；所述压力传感器和所述温度传感器分别连接系统控制主机，系统控制主机连接计算机；

所述收集系统包括封闭控制阀、取气控制阀、上述粉体收集器、气囊、抽真空控制阀和真空泵；所述封闭控制阀分别连接所述取气控制阀和所述抽真空控制阀，所述取气控制阀连接所述粉体收集器的进气口，所述粉体收集器的出气口连接所述气囊；所述抽真空控制阀连接真空泵；所述封闭控制阀、所述取气控制阀、所述粉体收集器、所述抽真空控制阀和所述真空泵分别连接系统控制主机。

本技术方案的爆炸实验装置，实现了从点火到爆炸、粉气收集的全计算机系统控制的自动化实验测试，各传感器、控制阀同样连接数据采集控制系统，有效实现爆炸实验在不同测试条件下的智能化灵活调整，从而保证爆炸实验的顺利进行和安全性。并且，粉体和气体的自动收集、不易堵塞也使得整个装置可以反复使用，降低装置维护成本。

本发明的目的之三在于提供一种基于上述爆炸实验装置的爆炸实验方法，为了实现该目的，本发明采用的技术方案如下：

一种爆炸实验方法，包括如下步骤：

步骤A：打开所述爆炸球的所述爆炸球盖，检查内部干净无残留，盖紧所述爆炸球盖；

步骤B：控制计算机，关闭所有阀门，拧开所述储尘罐，放入适量煤粉，拧紧所述罐；

步骤C：控制计算机，打开所述封闭控制阀、所述抽真空控制阀和所述真空泵，将所述爆炸球内空气抽出排放到大气，抽完后关闭所述封闭控制阀、所述抽真空控制阀和所述真空泵；

步骤D：控制计算机，打开甲烷气瓶和空气气瓶的所述流量控制阀和所述进气控制阀，打开所述封闭阀门，向所述爆炸球内充入一定浓度的预混气体，关闭所述流量控制阀、所述进气控制阀和所述封闭阀门，打开所述充气控制阀和所述流量调节器，向所述储尘罐内加压，当充气压力传感器示数达到预定值后关闭所述充气控制阀和所述流量调节器；

步骤E：控制计算机，设定所述点火控制器的点火延迟时间，设置储尘控制气动阀的开启时间，所述自动控制喷尘点火动作，爆炸完成后打开所述封闭控制阀、所述取气控制阀和所述粉体收集器，将气体收集进所述气囊，抽气完全后关闭所述封闭控制阀、所述取气控制阀和所述粉体收集器，取出所述粉体收集器内的粉盒，将所述气囊中的气体和粉盒内的粉体进行检测分析，实验结束。

本技术方案的实验方法，有效保证了爆炸实验装置的正常工作、爆炸实验的顺利进行，且爆炸触发可以智能化调整和控制，实验安全可靠；同时爆炸球内爆炸后的气体和粉体能够顺利排出并被收集，为后续分析提供条件。

附图说明

图1为本发明粉体收集器的结构示意图。

图2为本发明爆炸实验装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

参照附图1。本实施例的粉体收集器包括气流通道100、粉盒200、气压调节室300以及活柱400。气流通道100分为进口端、主体腔103和出气端，其中进口端包括相互连通的进气口101和第一流道102，进气口101竖直向下，第一流道102呈水平设置连通至主体腔103。进气口101和第一流道102的连接内壁靠近主体腔103的设置为台阶面1020，远离主体腔的一侧为向外凸出的圆弧面1021，第一流道102内径大于进气口101内径。进口端内设有直径大于进气口内径且小于第一流道的金属球500，自然状态下金属球500在自身重力下落在第一流道102内与进气口101的交界处，也即台阶面1020和圆弧面1021之间，从而将进气口101堵塞。

粉盒200设置在主体腔103内且靠近进气端，粉盒200对应第一流道102的位置设有透气孔201供混合了粉体的爆炸气体流进。粉盒200靠近出气端的一侧则设置过滤布202。为了保证粉体的收集效果，第一流道102优选为正对粉盒200的侧底部且混合气体仅能够通过透气孔201再通过过滤布202的流进主体腔103。粉盒底部203为可拆卸式连接，且底部位于气流通道外从而操作员可以拆除底部取出粉体。

气压调节室300整体为中间鼓起、上下两端呈尖状的纺锤形。气压调节室300内设有弹性隔膜303从而将气压调节室300内部分为互不相通的第一气压室301和第二气压室302。其中，第一气压室301通过室壁上的通气孔3010与主体腔103连通，具体的，第一气压室301位于粉盒200的出气侧设置。即，混合气体先通过粉盒200过滤收集粉体后再进入主体腔103和第一气压室301流通。第二气压室302内的气体与外界隔绝。具体的，活柱400设置在与第二气压室302连通的密闭侧室401上，第二气压室302与密闭侧室401相连的室壁设有通气孔3020。侧室的内部空间满足活柱400向侧室401内推进后弹性隔膜303向第一气压室301鼓起。

出气端包括水平设置的出气口105和连接在出气口105底部与主体腔103连接的第二流道104。出气口105连接收集装置，收集装置可以是气囊23。出气口105和第二流道104的连接内壁上靠近出气口的一侧为台阶状1050，远离出气口的一端为向外凸出的圆弧面1051，金属球600位于台阶面1050和圆弧面1051之间，在自然状态下，金属球600将第二流道104堵塞。特别的，第一流道102和出气口105在各自对应的圆弧面上方均预留有一点的空间，当金属球500、600受混合气体的气流作用后可以沿着圆弧面1021、1051向上离开自然状态位置，从而打开第二流道104和进气口101，使得混合气体流通顺畅被顺利收入收集装置内。

本粉体收集器的工作原理是：爆炸后的混合气体进入进气口101且在气流的作用下将金属球500沿圆弧面1021顶起从而混合气体进入第一流道102，并完全通过透气孔201进入粉盒200，由于过滤网202的作用，粉体被分离在粉盒200内，气体则进入主体腔103并与第一气压室301发生交互。在气体压力足够大时，气体可以通过第二流道104并将金属球600推起从而最终从出气口105流进收集装置。由于气体被收集，流进的混合气体压力变小，此时将活柱400向封闭侧室401内推进，从而弹性隔膜303在密封气体的作用下向第一气压室301鼓起，导致主体腔103内的气体气压变大，从而进一步促进混合气体的流动，保证爆炸粉体和气体的顺利收集。

参照附图2。本实施例的爆炸实验装置，包括爆炸球盖1；点火电极2；点火控制器3；20L爆炸球4；视窗5；流量控制阀6；进气控制阀7；气瓶8；封闭阀门9；储尘控制气动阀10；储尘罐11；充气压力传感器12；充气控制阀13；流量调节器14；压缩空气气瓶15；压力传感器16；温度传感器17；系统控制主机18；计算机19；封闭控制阀20；取气控制阀21；粉体收集器22；气囊23；抽真空控制阀24；真空泵25。

点火电极2安装在爆炸球盖1上，点火电极2与点火控制器3连接，点火控制器3连接系统控制主机18，视窗5位于用于20L爆炸球4的外壁。气瓶8依次连接流量控制阀6、进气控制阀7和封闭阀门9。流量控制阀6、进气控制阀7和封闭阀门9分别与系统控制主机18相连。储尘控制气动阀10位于20L爆炸球4下端，储尘罐11连接在储尘控制气动阀10上，储尘罐11上安装有充气压力传感器12，储尘罐11依次与充气控制阀13、流量调节器14和压缩空气气瓶15连接。储尘控制气动阀10、充气压力传感器12和充气控制阀13分别与系统控制主机18相连。压力传感器16和温度传感器17分别连接系统控制主机18，系统控制主机18连接计算机19。封闭控制阀20分别连接取气控制阀21和抽真空控制阀24，取气控制阀21连接粉体收集器22的进气口，粉体收集器22的出气口连接气囊23；抽真空控制阀24连接真空泵25。封闭控制阀20、取气控制阀21、粉体收集器22、抽真空控制阀24和真空泵25分别连接系统控制主机18。

其中，粉体收集器22的具体结构参考附图1及对应的粉体收集器的实施例。

上述实施例中的煤尘瓦斯爆炸实验装置的一种实验方法，包括如下步骤：

1、打开20L爆炸球的爆炸球盖1，检查内部干净无残留，盖紧爆炸球盖1；

2、控制计算机19，关闭所有阀门，拧开储尘罐11，放入适量煤粉，拧紧储尘罐11；

3、控制计算机19，打开封闭控制阀20、抽真空控制阀24和真空泵25，将20L爆炸球4内空气抽出排放到大气，抽完后关闭封闭控制阀20、抽真空控制阀24和真空泵25；

4、控制计算机19，打开甲烷气瓶和空气气瓶8的流量控制阀6和进气控制阀7，打开封闭阀门9，向20L爆炸球4内充入一定浓度的预混气体，关闭流量控制阀6、进气控制阀7和封闭阀门9，打开充气控制阀13和流量调节器14，向储尘罐11内加压，当充气压力传感器12示数达到预定值后关闭充气控制阀13和流量调节器14。

5、控制计算机19，设定点火控制器3的点火延迟时间，设置储尘控制气动阀10的开启时间，自动控制喷尘点火动作，爆炸完成后打开封闭控制阀20、取气控制阀21和粉体收集器22，将气体收集进气囊23，抽气完全后关闭封闭控制阀20、取气控制阀21和粉体收集器22，取出粉体收集器22内的粉盒200，将气囊23中的气体和粉盒200内的粉体进行检测分析，实验结束。

应当指出，上述描述了本发明的实施例。然而，本领域技术的技术人员应该理解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明范围的前提下本发明还会有多种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。