一种新型的带放大器的压杆式压电压力传感器及其在爆炸测试技术中的应用

介绍了一种新型带放大器的压杆式压电压力传感器。该传感器采用压电陶瓷作为敏感元件;为提高其响应速率,采用带声吸收杆式的结构;并充分考虑到测试专用设备的特殊构造,放置放大器及电池的需要,采用了特殊的外观及内腔结构;为提高传感器及其测试系统的响应速率,采用具有高输入阻抗及５０Ω输出阻抗的电压放大器,同时也采用ＳＹＶ－ ５０－ ７－ １较粗的射频传输电缆,减少了爆炸与冲击模拟信号的传输畸变。该传感器经过爆炸洞及爆炸罐压力测试的反复试验,证明性能的确优异     

密闭管道瓦斯爆炸冲击波冲量及压力上升速率的实验研究

针对矿井瓦斯爆炸破坏模式主要在压力破坏和冲量破坏的研究,实验分析瓦斯在密闭管道发生爆炸时瓦斯浓度对冲击波冲量及压力上升速率的影响,利用管道中距离点火源不同位置的压力传感器测试了不同浓度瓦斯的爆炸压力,对冲击波冲量及压力上升速率进行分析,为防爆抑爆提供依据。研究结果显示:在管道中距离点火源的不同位置上,当浓度为9.5%时,瓦斯爆炸冲击波冲量及压力上升速率最大;由于超压衰减和传播距离的增加,在距离点火源4m和8m时压力冲量较大;在瓦斯浓度较低的范围内瓦斯爆炸时,其压力上升速率增长较快,而随着浓度的增加在较宽的浓度范围内,能较稳定地维持在高位值。     

初始温度对城镇燃气爆炸强度的影响研究

为了探讨城镇燃气爆炸强度与反应初始温度的对应关系,根据工程热力学研究定组分混合气体的基本方法以及阿马格分体积定律将城镇燃气简化为含碳、氢、氧、氮的单一气体,简化其热化学反应方程式及反应终态温度的求解办法.在此基础上采用经典的气体爆炸强度公式计算不同反应初始温度下城镇燃气(体积分数10％)-空气混合气体理论上的最大爆炸压力和最大压力上升速率.结果表明,城镇燃气的最大爆炸压力及最大压力上升速率随初始温度的提高而线性减小,近似成反比例关系.为了验证理论计算所得结论的正确性,采用经典爆炸特性参数测试系统实测了该混合气体对应初始温度下的爆炸强度.实测结果与理论计算结果所得结论基本吻合,且最大爆炸压力的理论值与实测值最大误差为13.95％,最大爆炸压力上升速率的理论值与实测值最大误差为14.52％,满足工程应用(最大误差不超过20％)的需要.该理论计算方法可以近似估算不同初始温度下城镇燃气-空气混合气体的爆炸强度.在爆炸极限范围内城镇燃气的爆炸强度随反应初始温度的增加而线性减少,二者近似成反比例关系.     

叶红素干渣爆炸特性实验研究

为研究叶红素干渣的爆炸特性,在对样品进行表观形态及粒径分布测试的基础上,开展了爆炸下限、最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率等参数的研究,并进行了热重分析。结果表明,粒径较小的叶红素干渣510B拥有更低的爆炸下限浓度;随着粉尘浓度的增加,两种样品的最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率曲线均呈现先升高后降低的趋势;510B在爆炸过程中的热分解反应更快、更充分,具有更高的最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率。     

密闭容器甲烷-空气混合物爆炸的尺寸效应

为探究密闭容器甲烷爆炸的尺寸效应及其变化特征,以及预防和控制密闭容器甲烷爆炸事故,通过改变圆柱形容器体积和管道的长度和直径,研究密闭容器甲烷-空气混合物爆炸压力变化特性;采用多元线性回归模型,分析最大爆炸压力及最大压力上升速率与管径和管长的关系。结果表明:在圆柱形容器中,最大爆炸压力上升速率随容器体积的增大而减小;随着管道内径的增加,管道末端的最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率均下降;管道长度增加,管道末端最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率均增加。试验得到最大爆炸压力及最大压力上升速率的无量纲预测模型。     

不同粒度铝粉在水平管道内的爆炸压力测定

利用自制的水平管道式气体-粉尘爆炸试验装置对不同粒度铝粉的爆炸压力进行测试。结果表明,爆炸压力及爆炸压力上升速率都随着铝粉粒度的减小而增大,粒度为6～8μm,9～12μm,15～17μm铝粉的平均最大爆炸压力分别为0.63 MPa,0.56 MPa,0.45 MPa,爆炸压力上升速率分别为47.2MPa/s,38.1MPa/s,30.2MPa/s。铝粉粒度越小,在相同时刻铝粉参与反应的时间越提前。在水平管道内,测试结果受点火延迟时间及测试装置尺寸的影响较大。     

多孔聚丙烯复合材料的抑爆性能研究

为分析填充多孔材料对管道中瓦斯爆炸压力的抑制效果,采用自主搭建的气体爆炸测试平台,试验研究多孔聚丙烯复合材料的内径、填充位置和填充长度等参数影响瓦斯爆炸压力的机制。结果表明:与空管道爆炸状态比较,填充多孔材料后最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率都明显降低;当填充多孔材料为实心,即内径为0 mm,填充在距离点火源最近处、填充长度为2 m时,管道末端最大爆炸压力值衰减69.64%,最大爆炸压力上升速率降低58.31%,对瓦斯爆炸压力的抑爆效果最佳;改变材料内径、填充位置和填充长度等因素均会对多孔材料的抑爆性能产生显著影响。     

气体二氧化氯爆炸特性参数的测定

利用20L圆柱形可燃气体(蒸气)爆炸测试实验装置,用预先配制好浓度的盐酸溶液和亚氯酸钠溶液现场发生反应生成二氧化氯气体,对二氧化氯气体爆炸特性参数进行测定。采用TST6150动态数据储存仪和压力传感器等实验设备获得了高清晰度的二氧化氯气体爆炸压力变化曲线。通过综合分析实验结果,得到了二氧化氯气爆炸极限和爆炸压力变化规律。根据该研究结果,对于预防二氧化氯气体爆炸事故的发生提供数据参考,对指导安全生产和使用,均具有实际意义。     

酚醛树脂粉尘爆炸危险性实验研究

针对工业生产中的酚醛树脂粉尘爆炸问题,运用20 L近球形粉尘爆炸特性测试系统,测试了常温常压条件下酚醛树脂粉尘的爆炸下限、最大爆炸压力和最大压力上升速率等爆炸特征参数,分析不同质量浓度与其之间的变化规律,并计算出相应爆炸指数,对爆炸危害等级进行分级。实验结果表明,酚醛树脂粉尘云的爆炸下限质量浓度为10~20 g/m~3;最大爆炸压力、最大压力上升速率和爆炸指数关系曲线变化趋势大致相同,均呈现先升高后降低的现象,并同在200 g/m~3时达到最大值,分别为0.664 MPa,82.5 MPa/s,22.4 MPa·m/s;其粉尘爆炸危害等级为S_(t2)。     

化爆空气冲击波测试的误差分析——BPR—2-Y6D—3-SC—16系统

为研究炸药爆炸引起的空气冲击波,目前国内广泛采用BPR—2型压力传感器、Y6D—3型动态电阻应变仪和SC—16型光线示波器的测试系统,其原理方框图如图1所示。由于经过许多中间环节,各个环节的传输函数对空气冲击波信号都有较大的影响,其测试结果的可信程度如何?这是当前急待解决的问题。一年来,我们在进行大量实际测试的同时,对这个问题从理论计算上进行了初步探索。下面我们试图逐级解剖该     

大尺度管道中煤粉爆炸的试验研究

煤粉爆炸传播特性的试验研究对于深入了解和预防矿井煤尘爆炸事故有重要意义。利用自制的长29.6 m,内径199 mm的试验管道,对煤粉-空气混合物爆炸压力波传播过程进行试验研究。采用压电传感器测量压力信号,得到爆炸压力波沿管道传播过程中不同测点处的压力时间历程曲线,探讨煤粉粒度和浓度对其爆炸超压的影响规律。结果表明:煤粉-空气混和物在弱点火条件下能够实现粉尘火焰的形成和传播。煤粉爆炸压力波传播过程中速度为400~430 m/s,峰值超压为68~72 kPa。煤粉爆炸峰值超压随着煤粉粒度的减小而增大,但煤粉粒度对其爆炸峰值超压的影响程度随着浓度的增加将逐渐减弱。     

外部条件对玉米淀粉粉尘爆炸特性的影响

为了探明外部条件对玉米淀粉粉尘爆炸特性参数的影响,利用20 L球形爆炸装置进行试验测试,探讨了点火能量及粉尘含水量对粉尘爆炸特性的影响,对比研究了CaCO_3和Al(OH)_3两种惰性介质的抑爆效果。结果表明:随点火能量增加,粉尘最大爆炸压力和最大升压速率呈线性上升,在高质量浓度下,粉尘爆炸压力受点火能量的影响更显著;添加CaCO_3和Al(OH)_3能够降低玉米淀粉的爆炸压力,相对于CaCO_3的物理抑爆,Al(OH)_3的物理-化学抑爆效果更佳;玉米淀粉粉尘的最大爆炸压力及爆炸升压速率随粉尘含水量降低而不断增大。     

泄爆静开启压力对气体内爆炸载荷的影响研究

针对约束泄爆结构静开启压力这一关键特征参数,对建筑物内气体爆炸瞬态流场展开数值模拟研究,探索不同静开启压力条件下爆炸压力载荷的分布规律。研究结果证实了爆炸压力载荷双峰结构的客观存在,阐释了双峰压力结构在时间上的分布规律,揭示了双峰时间间隔随泄爆结构静开启压力的非线性特征。研究成果为建筑物内可燃气体爆炸事故的定量风险评估及气体爆炸荷载下建筑结构动力响应与防爆抗爆安全设计奠定必要的理论基础。     

碳纤维复合材料粉尘爆炸强度特性研究

碳纤维复合材料是应用于航天、航空领域的高性能材料之一,对于该材料的粉尘爆炸特性还未有相关研究报告。为了研究碳纤维复合材料粉尘的爆炸强度特性,本文采用20L球形粉尘爆炸测试实验系统开展了相关实验研究。实验测得碳纤维复合材料粉尘爆炸下限浓度为50g/m 3,最大爆炸压力为0.48MPa。在测试浓度范围内,最大压力上升速率和爆炸指数均随浓度的增大而变大。另外,在其爆炸强度特性研究的基础上,对产尘车间的环境风险进行了初步辨识,提出了相应的防护措施。本文的研究成果对此类碳纤维复合材料粉尘的工业防护具有实际的指导作用,对于该粉尘的爆炸机理的深入研究也具有一定的参考价值。     

气相爆轰实验系统设计

设计了一套内径139 mm、总长10 m的气体、粉尘爆轰管道式反应装置,装置由试验管道系统、测试系统、辅助实验系统和控制系统4部分构成。测试系统包括高频响动态压力传感器、火焰传感器、超动态应变仪、数据采集卡、高速摄像系统等设备,以便测试可燃气体、粉尘的爆轰参数和管道的动力学响应特征参数。实验装置可用于可燃气云和粉尘的燃烧、爆炸特性以及爆轰波对结构加载作用的研究,研究成果可用于燃气输送管道的设计、校核,为安全生产保驾护航。     

燃烧管中烟煤粉粉尘云传播参数的试验研究

利用自行设计的长29.6 m,内径199 mm,配有特殊扬尘装置的大犁卧式燃烧爆炸管道试验系统,对弱点火条件下烟煤粉与空气两相悬浮流中的爆炸过程进行了试验研究,用压电传感器测量了管内各测点的压力信号,观测到快速爆燃的状态稳定,分析了爆燃波稳定传播机理.结果表明:在煤粉浓度为300g/m~3及弱点火条件下,悬浮烟煤粉粉尘云中爆燃波能够稳定传播,且稳态传播距离持续20 m以上,峰值超压和波速平均值分别约为70 kPa和430m/s.     

缝洞型管道瓦斯爆炸特性数值模拟研究

为探究采空区遗煤、松散破碎岩块对瓦斯爆炸的影响,建立缝洞型管道模型,采用数值模拟与理论分析结合方法研究采空区内缝洞型管道内瓦斯爆炸的传播规律及管道长径比对瓦斯爆炸过程中速度与冲击波的影响。研究结果表明:在缝洞型结构内,随着火焰沿管道向前传播,各监测点速度逐渐变大、压力先增加后降低,而压力上升速率则表现出不规则的变化;缝洞结构加剧了火焰燃烧的剧烈程度,提高了管道内各监测点的温度峰值;在缝洞型管道内随长径比r增加,各监测点最大压力峰值以及速度大小依次降低。     

公共建筑结构内爆炸效应的数值模拟

大型公共建筑结构内的爆炸问题分为4个连续阶段,即炸药的爆轰、冲击波的传播、冲击波与结构壁面的反射、结构壁面在爆炸载荷作用下的动力响应。为研究大型公共建筑结构内爆炸的效应,以爆轰动力学、爆炸力学、结构动力学和爆炸力学计算方法等多个领域的理论知识为基础,选取典型长方体空间为研究对象,采用有限元计算方法,对长方体密闭空间内冲击波传播规律及壁面爆炸载荷分布特性进行了数值模拟。结果表明:在爆炸冲击波距离结构壁面较远时,计算模型中的冲击波衰减规律与无限大气中的相似,可以采用空爆理论计算模型;而在结构壁面处,由于受到反射冲击波的影响,当反射波与入射波叠加后在某些观察点会出现压力急剧升高,甚至压力超过首个峰值的现象;在结构壁面的角域,由于冲击波衰减缓慢,超压作用时间较长,破坏效果也最大。     

湍流状态下甲烷爆炸特性的实验研究

利用20L近球形气体爆炸反应装置,测试甲烷在宏观静止和湍流两种不同状态下的爆炸特性。实验结果表明:甲烷的爆炸极限受其流动状态的影响不明显;湍流状态下甲烷爆炸压力Pm和爆炸压力上升速率(dp/dt)m较宏观静止状态明显增大,爆炸压力峰值时间tm明显缩短,其中爆炸压力上升速率受湍流影响较为显著;甲烷浓度不同,其爆炸受湍流影响的程度也不同,较高浓度(11%～16%)时的Pm受湍流的影响程度较大,越靠近最佳浓度(dp/dt)m和tm受湍流的影响程度越大;同一浓度下Pm和(dp/dt)m随着湍流的加强而增大,tm则缩短。该研究表明,避免和减少湍流对矿井瓦斯爆炸过程的抑制具有重要作用。     

长庆油田油气爆炸参数及抑爆试验研究

采用哈特曼爆炸试验装置完成长庆油田典型油气组分爆炸特性参数测试,建立了油气爆炸模拟试验装置,并针对长庆油田油气爆炸研制自动抑爆装置,进行了长庆油田油气爆炸抑爆试验.长庆油田油气爆炸下限体积分数为3.0％,爆炸上限体积分数为14.0％,最大爆炸压力0.671 MPa,最大爆炸压力上升梯度40.625 MPa/s.长庆油田油气点爆后33 ms发展成爆炸,230 ms爆炸火焰向上扩展,624 ms爆炸火焰达到最大状态,920 ms爆炸火焰强度明显减弱,爆炸火焰很快自行熄灭.所研制的自动抑爆装置由紫外传感器、控制器和抑爆器组成.紫外传感器能抗太阳光、一般电源光的干扰;控制器由高能干电池供电,使用方便;自动抑爆装置响应时间小于15 ms,成雾时间小于150 ms.油气抑爆试验表明,自动抑爆装置能在1.5m范围内扑灭油气爆炸火焰.