Устройство для определения взрывоопасных параметров пылевоздушных смесей Советский патент 1982 года по МПК G01N25/54 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЗРЫВООПАСНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПЫЛЕВОЗДУШНЫХ С/ЧЕСЕЙ

1

Изобретение относится к исследованию порошкообразных материалов путем определения взрывчатых свойств, а именно нижнего предела воспламенения, минимального взрывоопасного содержания кислорода и максимального давления взрыва, и может быть использовано для оценки пожаровзрывоопасности пылегазовых смесей в горной, металлургической, строительной и пищевой промышленностях.

Известно устройство для определения нижнего предела воспламенения и минимальной энергии воспламенения пыли, содержащее камеру, распылитель, в котором в качестве источника зажигания используется искровой разряд конденсаторной бате ри.

Пылевое облако в предварительно вакуумированной камере создается впуском навески пыли из распылителя вместе с атмосферным воздухом. В момент наиболее равномерного распределения пыли по объему камеры диэлектрический экран выводится из междуэлектродного промежутка и происходит разряд. По давлению, образовавшемуся при воспламении аэрозоля, и распространению пламени определяют нижний предел воспламенения испытуемого материала. Нижний предел воспламенения, определяемый по данной установке, спраедлив для условий воспламенения пылевоздушных смесей конденсированным электрическим разрядом или искровым разрядом, возникающим при коротких замыканиях в промышленной электрической сети 1.

Однако в различных отраслях промыш,Q ленности источником воспламенения взрывоопасной среды может быть не только электрический разряд, для которого характерны высокая температура (до 10000°С) и выделение большой энергии за короткий промежуток времени, но и различные источники

15 теплового воздействия, имеющие относитель но искрового разряда малую температуру, но находящиеся в взрывоопасной среде продолжительное время. Такие источники зажигания оказываются более опасными. Так,

20 опытами установлено, что величина нижнего предела воспламенения, определенная при действии на пылевоздущную смесь искрового разряда, гораздо выше величины нижнего предела воспламенения, установленной при зажигании аэрозоля спиралью, имеющей температуру 1100°С. Поэтому для. определения нижнего предела воспламенения, минимального взрывоопасного содержания кислорода и максимального давления взрыва аэрозолей используют установки с источником зажигания в виде электронагревателя, стационарно установленного внутри реакционной камеры. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для определения взрывопожароопасных параметров нылевоздушных смесей, состояш.ее из герметичной реакционной камеры с электронагревательным источником зажигания, распылителем, датчиком давления и блоком регистрации 2. Недостаток установки заключается в том, что при расположении внутри реак ционной камеры источника зажигания, разогреваемого относительно длительное время до 1100°С, воздух в камере (еще до поступления в нее пыли) будет прогрет, следовательно воспламенение пылевоздушного облака будет происходить при повышенной темпертуре окружающей среды, что не всегда соответствует реальным производственным условиям. Наличие высокотемпературного источника зажигания внутри герметичной камеры небольшого объема неизбежно приводит к изменению кислородного баланса прокаливаемого воздуха, что в определенной мере влияет на точность экспериментов по определению минимального взрывоопасного содержания кислорода. Таким образом, фактор повышенной температуры воздуха внутри реакционной камеры может приводить к завышенной опасности по величине нижнего предела воспламенения, а фактор уменьшения кислорода - к заниженной опасности по минимальному взрывоопасному содержанию кислорода. Учесть влияние этих факторов, изменяющихся от опыта к опыту, поправочным коэффициентами сложно и ненадежно. Кроме того, действующий источник зажигания внутри камеры создает конвективный тепловой поток, котор 1Й препятствует нормальному формированию пылевого облака с равномерным распределением вещест ва в объеме камеры, что приводит к неверному определению величины нижнего предела воспламенения. Источник зажигания, находящийся внутри камеры во время распыления разогретый до 1100° С, зажигает пылевое облако прежде, чем вся навеска пыли войдет в камеру и распределится по ее объему. Это происходит вследствие того, что факел пыли, формирующийся узкой струей у распылителя и расщиряющийся кверху, имеет оболочки с различной концентрацией вещества (минимальной на периферии и максимальной в центре). В результате процесс воспламенения происходит при неопределенной концентрации. Положение усугубляется тем, что частички вещества во внешней оболочке факела, имеющей хотя и малую концентрацию, начинают сгорать на поверхности высокотемпературного источника зажигания раньще подхода к нему оболочки с большой концентрацией. Образующиеся при этом продукты химического разложения вещества создают искусственное контрдавление внутри камеры, что препятствует входу всей навески пыли в камеру. Величина этого контрдавления может значительно из меняться в зависимости от величины навески пыли, химической активности вещества, формы факела и концентрации вещества в его изменяющихся оболочках. Особенно заметно это становится при испытаниях больших навесок пыли, когда требуется определить максимальное давление взрыва. Опыты по определению максимального давения взрыва, показали, что при испытании больщих навесок, например, более 5г в камеру фактически входит не более 40% навески, остальные 60% остаются в распылителе из-за сильного противодавления, образующегося в результате преждевре.менной вспышки пыли. Все перечисленные недостатки устройства снижают точность определения взрывопожароопасных параметров пылевоздушной смеси. Цель изобретения - повышение точности и надежности испытаний. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения взрывоопасных параметров пылевоздушных смесей, содержащее герметичную реакционную камеру с электронагревательным источником зажигания, распылителем, датчиком давления и блоком регистрации, дополнительно веден герметичный корпус, расположенный на внешней поверхности реакционной камеры, электронагревательный источник зажигания, снабжен возвратно-поступательным механизмом и размешен в герметичном корпусе, при это.м в .месте соединения реакционной камеры и герметичного корпуса установлена герметизирующая гфобка, соосно и жестко скрепленная с источником зажигания. Кроме того, источник зажигания .может быть снабжен щетками и токосъемниками. На фиг. 1 схе.матически изображено уст ройство, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2. Устройство для определения взрывоопасных пара.метров пылевоздущных смесей вклю чает цилиндрическую реакционную камеру 1 блок 2 регистрации,герметичный корпус 3 источника 4 зажигания, закрепленный на внеш ней стороне реакционной камеры 1. Реакционная камера 1 окружена водяной рубашкой 5 охлаждения. С торцов камера герметизирована фланцами 6 и 7. К нижнему флану 7 прикреплен распылитель 8. На боковой поверхности реакционной камеры расположены также смотровое окно 9 и датчик 10 давления. Герметичнй корпус 3 источника 4 зажигания частично окружен радиатором 11. Блок 2 регистрации включает усилитель 12 сигналов, поступающих от датчика 10 давления, осциллограф 13, вольтметр 14 и пирометр 15 с термопарой 16, которые служат для измерения напряжения и температуры на источнике зажигания. В герметичном корпусе 3 (фиг. 2 и 3) расположены источник 4 зажигания (например, электрическая спираль), герметизирующая пробка 17 из теплоизолционного материала, щетки 18 и токосъемники 19. В корпусе 3 также расположен возвратнопоступательный механизм, включающий порщень 20 с электроизолированным штоком 21, возвратную пружину 22 и ограничитель 23 длины хода. Сжатый воздух к поршню подводят через патрубок 24. Устройство работает следующим образом Реакционнаую камеру 1 с торцов герметизируют фланцами 6 и 7. В распылителе 8 размещают навеску пыли испытываемого материала, подают воду в радиатор 11 и включают источник 4 зажигания, доводя его температуру до 1100°С путем подачи регулируемого напряжения на щетки 18. Напряжение поступает к выдвижному источнику зажигания через токосъемники 19. Далее воздухом, дозированным по количест ву и давлению, впрыскивают навеску пыли в реакционную камеру 1. С некоторой задержкой по времени, необходимой для входа всей навески пыли в реакционную камеру 1 и равномерного распределения ее по всему объему, к поршню 20 подают сжатый воздух через патрубок 24. Сжатый воздух, воздействуя на поршень 20, выталкивает источник 4 зажигания вместе с герметизирующей пробкой 17 в центр реакционной камеры 1 и удерживает их в таком положении до окончания опыта. Выдвижной источник 4 зажигания во все время опыта находится под напряжением за счет непрерывного контакта скользящих щеток 18 с токосъемниками 19. После опыта давление сжатого воздуха за поршнем 20 сбрасывается и пружина 22 возвращает источник 4 зажигания в исходное положение. Реакционную камеру 1 после опыта (при нобходимости) охлаждают подачей воды в водяную рубашку 5 охлаждения. Предлагаемое устройство обладает следующими преимущества: вынесенный за пределы полости реакционной камеры выдвижной источник зажигания исключает предварительный нагрев воздуха в камере, в результате чего обеспечивается воспроизводимость и точность проведения экспериментов, расположенный в герметичном корпусе выдвижной источник зажигания исключает конвективный теплообмен в реакционной камере, что создает благоприятные условия для нормального формирования пылевого облака; выдвижной источник зажигания, изолированный от внутренней полости реакционной камеры в герметичном корпусе, исключает преждевременное воспламенение пыли, но позволяет производить поджигание ее в заданный момент времени, т. е. после выхода всей навески из распылителя, и равномерного распределения ее во всем объеме реакционной камеры, что обеспечивает повышение точности определяемых параметров. Все это существенно влияет на достоверность и величину результатов испытания аэрозолей на взрывоопасность. Внедрение предлагаемого устройства позволит более достоверно оценивать пожарную опасность пылевоздушных смесей по нижнему пределу воспламенения. Предполагается, что нижний предел воспламенения возрастет не менее, чем в 2-3 раза. Это повлечет за собой пересмотр категорийности производственных помещений и отнесение их к числу менее пожаровзрывоопасных. В итоге снизятся затраты на оснащение их дорогостоящим оборудованием во взрывозащищенном исполнении без снижения уровня безопасности технологических процессов. Формула изобретения Устройство для определения взрывоопасных параметров пылевоздушных смесей, содержащее герметичную реакционную камеру с электронагревательным источником зажигания, распылителем, датчиком давления и блоком регистрации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и надежности испытаний, в него дополнительно введен герметичный корпус, расположенный на внешней поверхности реакционной камеры, электронагревательный источник зажигания снабжен возвратно-поступательным механизмом и размещен в герметичном корпусе, при этом в месте соединения реакционной камеры и герметичного корпуса установлена герметизирующая пробка, соосно и жестко скрепленная с источником зажигания. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что источник зажигания снабжен щетками и токосъемниками. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Петрухин Г. М. и др. Предупреждение взрывов пыли в угольных и сланцевых шахтах М., «Недра, 1974, с. 22. 2.Инструкция по экспериментальному определению взрыво- и пожароопасных характеристик пылевоздушных смесей при нормальных условиях. Северодонец, 1976 (прототип).

К регулятору /С регулятору Чна.

иг.З