技术摘要：
一种机械刺激点火方式下的粉尘爆炸环境阈值测试装置及评估方法，属于粉尘爆炸学科研究领域。该测试装置包括长方体爆炸容器、环境湿度控制装置、保护装置、喷粉装置、配气装置、数据采集控制装置和点火装置。通过施加不同点火方式，可实现点火装置及点火能量的控制；通  全部
背景技术：
粉尘爆炸的点火源主要包括机械刺激，如受外力撞击、旋转摩擦而产生的高温火 花和高温热表面以及静电火花等。在惰性氛围中进行易燃粉体制备时，当粉体所处环境阈 值（相对湿度或环境氧浓度）达到一定程度时，遇到点火源极易发生粉尘爆炸，火焰会瞬间 传播于整个粉尘空间，同时形成高温和爆燃超压，造成难以估量的人员伤亡和经济损失，成 为制约众多涉及粉体制备、使用和处理行业发展的关键瓶颈。 目前，国内大部分研究机构在易燃易爆介质受撞击、旋转摩擦火花引燃测试装置 中均采用重物落锤冲击或重物垂直旋转摩擦方式。而上述点火方式均会阻碍粉尘云的形 成，不能反映粉尘云在机械刺激点火方式下的燃烧爆炸特性。同时，现有装置也无法满足点 火方式、点火能量、粉尘浓度、环境氧浓度及相对湿度等参数均可定量改变的要求，进而无 法测量不同点火方式下粉尘发生爆炸的环境阈值，国内专利CN201410543075 .4  、 CN201410477928.9、CN201910583431.8等均未满足此要求。
技术实现要素：
本发明解决现有技术存在的问题，提供一种机械刺激点火方式下的粉尘爆炸环境 阈值测试装置及评估方法，该装置可提供球-球撞击摩擦点火方式、球-板撞击摩擦点火方 式、旋转摩擦点火方式及静电点火方式。 本发明的技术方案是：一种机械刺激点火方式下的粉尘爆炸环境阈值测试装置， 它包括长方体爆炸容器，长方体爆炸容器的顶部设有泄爆片，前部设有观察窗上部内侧设 有压力传感器，中部内侧设有湿度传感器它还包括环境湿度控制装置、保护装置、喷粉装 置、配气装置、数据采集控制装置和点火装置，长方体爆炸容器的左、右侧板的下部设置用 于安装点火装置的第一安装孔和第二安装孔；所述环境湿度控制装置包含超声波雾化器、 气动阀门和第一气瓶，超声波雾化器的出雾管道通过气动阀门与长方体爆炸容器的上部连 通，气动阀门的底部通过第一电磁阀连接第一气瓶； 所述保护装置包含第二气瓶、湿度传感器保护槽、第一气缸、第二电磁阀、湿度隔离翻 板、第二气缸、第三电磁阀，第一气缸从湿度传感器下方的位置插入长方体爆炸容器的内 部，第一气缸插入长方体爆炸容器的一端通过连接杆转动连接湿度传感器保护槽，另一端 采用管道通过第二电磁阀连接第二气瓶，设置在湿度传感器保护槽下方的湿度隔离翻板通 过连接杆转动连接第二气缸，第二气缸通过第三电磁阀连接第二气瓶； 所述喷粉装置包含蘑菇头喷嘴、缓冲罐和空气瓶，蘑菇头喷嘴设置在长方体爆炸容器 的内侧底板上，空气瓶通过空气控制阀连接四通的顶部通孔，四通的底部通孔通过喷粉控 4 CN 111579590 A 说　明　书 2/6 页 制阀连接缓冲罐的一端，缓冲罐的另一端通过第四电磁阀和第一气体管道连接蘑菇头喷 嘴，第一压力表设置在缓冲罐和喷粉控制阀之间的管道上； 所述配气装置包含惰性气体瓶、三通和真空泵，惰性气体瓶通过惰性气体控制阀连接 四通的右侧通孔，四通的左侧通孔通过针阀连接三通的右侧通孔，三通的左侧通孔通过气 体总阀和第二气体管道连接长方体爆炸容器底部的气体进口，真空泵通过真空阀连接三通 的底部通孔，第二压力表设置在气体总阀和长方体爆炸容器之间的管道上； 所述数据采集控制装置包含信号调理仪、数据采集器和同步控制器，压力传感器和湿 度传感器电连接信号调理仪，信号调理仪电连接数据采集器，数据采集器电连接同步控制 器，同步控制器电连接第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀。 所述点火装置采用磨球撞击点火装置、旋转摩擦点火装置或静电点火装置。 所述磨球撞击点火装置包含第三气瓶、气体发射电磁阀、发射气缸、发射球和待撞 磨球，第三气瓶通过气体发射电磁阀连接发射气缸的一端，发射气缸的另一端连接发射球 发射滑道的一端，发射滑道的另一端通过第一安装孔连通长方体爆炸容器的内部，待撞磨 球或待撞平板通过第二安装孔固定在长方体爆炸容器的内部，并位于发射滑道的延长线 上；所述气体发射电磁阀电连接同步控制器。 所述旋转摩擦点火装置包含电机、联轴器、扭矩传感器、旋转圆盘和磨球，电机通 过联轴器连接扭矩传感器的一端，扭矩传感器的另一端通过转轴穿过第一安装孔连接旋转 圆盘，磨球通过第二安装孔固定在长方体爆炸容器的内部，磨球的球面接触旋转圆盘的盘 面，旋转圆盘和磨球上设置有与数据采集器电连接的温度传感器；所述电机电连接同步控 制器。 所述静电点火装置包含高压点火器、第一电极和第二电极，第一电极、第二电极的 放电端分别通过第一安装孔、第二电极插入长方体爆炸容器的内部，高压点火器电连接第 一电极和第二电极，数据采集器通过电流探头接触连接第一电极，电压探头套在第二电极 上；所述高压点火器电连接同步控制器。 所述的一种机械刺激点火方式下的粉尘爆炸环境阈值测试装置的评估方法，包含 以下步骤： a、不同相对湿度条件下粉尘浓度阈值的测量：通过配气系统在长方体爆炸容器内充入 一定浓度的惰性气体后，通过环境湿度控制装置控制长方体爆炸容器内的湿度值，施加静 电点火方式，按照步幅1%的幅度增加粉尘浓度，直到连续10次实验给定浓度的粉尘均被点 燃为止，改变惰性气体浓度、环境的相对湿度和按照步幅30mJ增加点火能量并按照每次只 改变一个条件重复上述实验，记录不同惰性气体浓度、相对湿度值和不同点火能量条件下 发生爆炸的粉尘浓度阈值； b、不同氧浓度条件下粉尘浓度阈值的测量：通过配气系统在长方体爆炸容器内充入一 定比例的空气和惰性气体后，施加静电点火方式，按照步幅1%的幅度增加粉尘浓度，直到连 续10次实验给定浓度的粉尘均被点燃为止，改变充入的空气和惰性气体的比例，按照步幅 30mJ增加点火能量并按照每次只改变一个条件重复上述实验，记录不同氧浓度和不同点火 能量作用下粉尘发生爆炸的浓度阈值； c、改变步骤a中的静电点火方式为旋转摩擦点火方式或磨球撞击点火方式，重读步骤b 的实验，记录不同惰性气体浓度、不同相对湿度值和不同点火方式的不同点火能量作用下 5 CN 111579590 A 说　明　书 3/6 页 粉尘发生爆炸的浓度阈值； d、改变步骤b中的静电点火方式为旋转摩擦点火方式或磨球撞击点火方式，重读步骤b 的实验，记录不同氧浓度和不同点火方式的不同点火能量作用下粉尘发生爆炸的浓度阈 值。 本发明的有益效果如下：这种机械刺激点火方式下的粉尘爆炸环境阈值测试装置 及评估方法，该装置通过施加不同点火方式，可实现点火装置及点火能量的控制，球-球撞 击点火方式能量范围0kJ-4kJ可控，球-板撞击点火方式能量范围在0kJ-0.5kJ可控，旋转摩 擦点火方式可通过调节电动机转速对点火能量定量表征，静电点火能量范围在0kJ-3kJ可 控。通过环境湿度控制装置实现容器内环境的相对湿度可在0%-95%范围内调控，通过配气 装置实现环境氧浓度可在0%-21%范围内调控。该装置具有体积较小、结构合理、功能强大、 操作简便等优势。该评估方法可实现对一定浓度粉尘施加不同点火方式，并对粉尘爆炸的 环境阈值进行定量评估，获得不同点火方式、不同点火能量、不同相对湿度及不同环境氧浓 度下粉尘爆炸的浓度阈值，实现了粉尘发生爆炸环境阈值条件的多维度评价。 附图说明 图1是一种机械刺激点火方式下的粉尘爆炸环境阈值测试装置的结构图。 图2是图1中长方体爆炸容器的结构图。 图3是磨球撞击点火装置的一种结构图。 图4是磨球撞击点火装置的另一种结构图。 图5是旋转摩擦点火装置的结构图。 图6是静电点火装置的结构图。 图中：1、长方体爆炸容器，1a、泄爆片，1b、压力传感器，1c、湿度传感器，1d、湿度隔 离翻板，1e、第一安装孔，1f、第二安装孔，1g、观察窗，2、超声波雾化器，2a、气动阀门，2b、第 一电磁阀，2c、第一气瓶，3、第二气瓶，3a、湿度传感器保护槽，3b、第一气缸，3c、第二电磁 阀，3d、第二气缸，3e、第三电磁阀，4、蘑菇头喷嘴，4a、第一气体管道，5、缓冲罐，5a、第四电 磁阀，5b、第一压力表，5c、喷粉控制阀，6、四通，7、空气瓶，7a、空气控制阀，8、惰性气体瓶， 8a、惰性气体控制阀，8b、针阀，9、三通，9a、气体总阀，9b、第二压力表，9c、第二气体管道， 10、真空泵，10a、真空阀，11、信号调理仪，12、数据采集器，13、同步控制器，a1、第四气瓶， a2、气体发射电磁阀，a3、发射气缸，a4、发射滑道，a5、待撞磨球，a6、待撞平板，b1、电机，b2、 联轴器，b3、扭矩传感器，b4、旋转圆盘，b5、磨球，c1、高压点火器，c2、电流探头，c3、第一电 极，c4、第二电极，c5、电压探头。