一种改进的煤矿井下可燃物燃烧特性曲线测定装置制造方法及图纸

一种改进的煤矿井下可燃物燃烧特性曲线测定装置，属于煤矿井下火灾防治领域。本实用新型专利技术的一种改进的煤矿井下可燃物燃烧特性曲线测定装置，包括空气泵、导气管、转子流量计、酒精块、反应槽、毕托管、热电偶、温度采集模块、石英管、橡胶塞、单管倾斜压差计、洗气瓶、干燥管、抽气泵、O2传感器、CO传感器、CO2传感器、笔记本电脑；空气泵、转子流量计、石英管、洗气瓶、干燥管和抽气泵之间通过导气管连接；工作时，启动空气泵并点燃酒精块，空气经转子流量计送至石英管内；由热电偶采集石英管内的温度，气体传感器采集石英管内的气体浓度。本实用新型专利技术可以实现快速、准确测定煤矿井下可燃物的燃烧特性曲线，为矿井火灾仿真提供科学的理论依据。

An improved combustion characteristic curve measuring device for coal mine combustibles

An improved combustion characteristic curve measuring device for coal mine combustibles belongs to the field of coal mine fire prevention and control. Determination of the device of the utility model is an improved coal mine combustible combustion characteristic curve, including air pump, air duct and rotor flowmeter, alcohol block, reactor, pitot tube, thermocouple, temperature acquisition module, quartz tube, rubber plug, tube tilt differential pressure meter, a gas washing bottle, a drying tube, a suction pump, O2 sensor, CO sensor, CO2 sensor, notebook computer; air pump, rotor flowmeter, quartz tube, gas washing bottle, a drying tube and a vacuum pump connected through the guide tube; when the starting air pump and ignite the alcohol block, the air through the rotor flowmeter to the quartz tube; the temperature of the thermocouple acquisition quartz tube gas sensor, collecting quartz pipes of gas concentration. The utility model can quickly and accurately determine the combustion characteristic curve of coal mine combustibles, and provide scientific theoretical basis for mine fire simulation.

【技术实现步骤摘要】
一种改进的煤矿井下可燃物燃烧特性曲线测定装置
本专利技术属于煤矿井下火灾防治领域，特别是涉及一种改进的煤矿井下可燃物燃烧特性曲线测定装置。
技术介绍
矿井的火源燃烧特性、放热量和生成气体的变化规律是矿井火灾风流动态模拟的前提，其计算方法分为三类：第一类，建立能反映矿井火灾及燃烧环境复杂多变因素影响的火源燃烧数学模型，经求解获得火源状态的参数值；第二类，对矿井火灾进行简单分类，以便于分别描述矿井火源的燃烧特性，提供放热量、烟流生成浓度等计算结果；第三类，根据实验矿井的火灾实验，做出各种环境下燃烧的相应火源燃烧特性曲线，为风流动态模拟提供随时间变化的火源热量释放和燃烧气体的生成量。总的来说，第一类以较精确的数学模型来描述不同火源的燃烧特性，但直到如今仍存在着难以解决的困难，同时在实际矿井火灾条件下，对井下环境和火源燃烧状况的粗略了解与精确建模和求解方法并不匹配，仍会造成很大的误差，所以难以在实际矿井火灾中得到应用；第二类简单分类法尽管能简化很多参数，但计算结果误差较大；第三类火源燃烧特性曲线是一种有发展前途的方法，在现代技术和实验水平的条件下，应用此方法必须在实验矿井条件下进行各种火灾实验，需要大量的资金，当前我国还没有用于矿井火灾实验的矿井，但是通过实验室实验的方式模拟矿井火源的燃烧过程同样可以得到近似的煤矿井下可燃物的燃烧特性曲线，选择火源燃烧特性曲线来对矿井火灾进行仿真计算更能真实反映火灾烟流温度随时间的变化规律，是当前火灾仿真技术的主要发展趋势。为了使矿井火灾仿真软件在对火灾烟流流动和温度分布进行仿真计算时更加符合煤矿现场实际情况，通过设计一种改进的煤矿井下可燃物燃烧特性曲线测定装置来测得煤矿井下可燃物的燃烧特性曲线，并将得到的可燃物燃烧特性曲线应用于矿井火灾仿真软件中。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种改进的煤矿井下可燃物燃烧特性曲线测定装置，利用实验装置测定煤矿井下可燃物的燃烧特性曲线，降低了实验成本，为矿井火灾仿真提供科学的依据。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种改进的煤矿井下可燃物燃烧特性曲线测定装置，包括空气泵、导气管、转子流量计、酒精块、反应槽、毕托管、热电偶、温度采集模块、石英管、橡胶塞、单管倾斜压差计、洗气瓶、干燥管、抽气泵、O2传感器、CO传感器、CO2传感器、笔记本电脑；所述的空气泵通过导气管与转子流量计的一端连接，所述的转子流量计另一端通过导气管与石英管一端的橡胶塞连接，所述的洗气瓶通过导气管与石英管另一端的橡胶塞连接，所述的干燥管通过导气管与洗气瓶连接，所述的抽气泵通过导气管与干燥管连接，抽气泵的另一端通过导气管与大气环境连接，所述的温度采集模块一端与热电偶连接，另一端通过数据线与笔记本电脑连接；所述石英管的两侧分别由橡胶塞封闭，所述石英管入风侧的橡胶塞设有入风口，所述石英管出风侧的橡胶塞设有出风口、毕托管插口和热电偶插口；所述的反应槽位于石英管的入风侧，所述酒精块位于反应槽的下部；所述的O2传感器、CO传感器、CO2传感器位于连接抽气泵与大气环境之间的导气管内，所述的O2传感器、CO传感器、CO2传感器与笔记本电脑之间通过数据线连接；进一步地，所述的O2传感器用于测定待测烟流中的氧气浓度，用于计算可燃物燃烧过程中的耗氧量及耗氧速率；进一步地，所述的CO传感器用于测定待测烟流中的CO气体浓度，得到可燃物燃烧过程中产生的CO生成速率；进一步地，所述的CO2传感器用于测定待测烟流中的CO2气体浓度，得到可燃物燃烧过程中产生的CO2生成速率；所述的空气泵用于为整个测试装置提供通风动力，保证石英管内反应槽中的可燃物有足够的氧气参与反应。所述的转子流量计用于控制由空气泵送入的空气流量，其中由两个转子流量计串联保证流过的空气处于稳定状态，防止由于空气泵压力不稳导致转子流量计读数剧烈波动；所述的酒精块用于加热反应槽中的可燃物；所述的反应槽用于盛装可燃物，可燃物在反应槽中发生燃烧反应；所述的毕托管和单管倾斜压差计用于测定石英管中火源下风侧的烟流速压，并通过计算的得到火源下风侧烟流流动速度；进一步地，所述的毕托管为防堵毕托管；所述的热电偶用于测定火源下风侧烟流温度，并将温度信号传送到温度采集模块中；所述的温度采集模块用于接收来自热电偶的温度信号，并将温度信号转换为数字信号传递到笔记本电脑中；所述的石英管用于放置反应槽和提供烟流流动的通道；所述的洗气瓶用于过滤待测烟流中的杂物以及降低待测烟流的温度，保证待测烟流温度在气体传感器的工作温度范围内；进一步地，所述的洗气瓶中盛装的是水；所述的干燥管用于去除待测烟流中所含有的水分；所述的抽气泵用于抽取干燥管内的待测烟流，防止由于洗气瓶和干燥管的阻力过大而影响烟流的流量，保证O2传感器、CO传感器、CO2传感器有足够的待测气体可供测定；所述的笔记本电脑用于采集由温度采集模块转换的数字信号及CO、O2、CO2气体的数字信号，并将数据存储在硬盘中，同时在笔记本电脑屏幕中显示各自的曲线。采用所述的一种改进的煤矿井下可燃物燃烧特性曲线测定装置测定可燃物的燃烧特性曲线，包括如下步骤：步骤1：用天平取加工好的定量煤样放入石英管内的反应槽中；步骤2：点燃反应槽下部的酒精块；步骤3：接通空气泵和抽气泵的电源并启动空气泵和抽气泵；步骤4：调节两个转子流量计的流量值，并保证靠近石英管道一侧的转子流量计的浮标稳定在所设置的刻度附近；步骤5：启动笔记本电脑中的相应程序，采集温度和气体浓度，并同时读取单管倾斜压差计的读数；步骤6：待反应槽中的可燃物燃尽后，整理笔记本电脑采集的实验数据即得到可燃物燃烧过程中耗氧量变化曲线、CO生成速率变化曲线、CO2生成速率变化曲线。步骤7：根据单管倾斜压差计的读数，按照如下公式计算烟流的速度；式中：v——火区下风侧烟流速度，m/s；k——单管倾斜压差计倾斜系数；ρ0——单管倾斜压差计中酒精密度，g/cm3；ρ——空气密度，g/cm3；g——重力加速度，m/s2；h——单管倾斜压差计读数，mm。步骤9：根据耗氧原理即下述公式计算火源的热释放速率，最后得到可燃物燃烧的热释放速率曲线。式中A——巷道断面积，m2；μ——巷道入风平均风速，m/s；T——巷道入风温度，K；T′——烟流速压测点处的温度，K；——巷道入风氧气体积分数，％；μ′——排烟段烟流中氧气体积分数，％；——排烟段烟流平均速度，m/s；E——消耗单位质量氧气所放出的热量，E＝13.1MJ/kg。本专利技术所述的一种改进的煤矿井下可燃物燃烧特性曲线测定装置利用热源主动加热可燃物来模拟煤矿井下可燃物的燃烧过程，并根据相应传感器采集可燃物燃烧过程中产生的CO浓度、CO2浓度、O2浓度及热量释放速率。本专利技术所述的一种改进的煤矿井下可燃物燃烧特性曲线测定装置具有以下优点：1、本专利技术所述的实验装置构造简单，成本低，并可以快速、重复实验；2、本专利技术所述的实验装置可以直接测定煤矿井下包括煤炭、木材、电缆、皮带等多种可燃物燃烧过程中CO2、O2、CO变化曲线，间接测定可燃物的热释放速率曲线；3、本专利技术所述的实验装置可以测定可燃物以点火源和线火源两种形式的燃烧特性曲线。附图说明图1为本专利技术所述的一种改进的煤矿井下可燃物燃烧特性曲线测定装置的结构图。图1中，1—空气泵；2—导气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改进的煤矿井下可燃物燃烧特性曲线测定装置，其特征在于，所述测定装置包括空气泵、导气管、转子流量计、酒精块、反应槽、毕托管、热电偶、温度采集模块、石英管、橡胶塞、单管倾斜压差计、洗气瓶、干燥管、抽气泵、O2传感器、CO传感器、CO2传感器、笔记本电脑；所述的转子流量计之间以串联的方式通过导气管连接；所述的空气泵通过导气管与转子流量计的一端连接，所述的转子流量计另一端通过导气管与石英管一端的橡胶塞连接；所述的洗气瓶通过导气管与石英管另一端的橡胶塞连接；所述的干燥管通过导气管与洗气瓶连接；所述的抽气泵通过导气管与干燥管连接，抽气泵的另一端通过导气管与大气环境连接；所述的温度采集模块一端与热电偶连接，另一端通过数据线与笔记本电脑连接。

【技术特征摘要】
1.一种改进的煤矿井下可燃物燃烧特性曲线测定装置，其特征在于，所述测定装置包括空气泵、导气管、转子流量计、酒精块、反应槽、毕托管、热电偶、温度采集模块、石英管、橡胶塞、单管倾斜压差计、洗气瓶、干燥管、抽气泵、O2传感器、CO传感器、CO2传感器、笔记本电脑；所述的转子流量计之间以串联的方式通过导气管连接；所述的空气泵通过导气管与转子流量计的一端连接，所述的转子流量计另一端通过导气管与石英管一端的橡胶塞连接；所述的洗气瓶通过导气管与石英管另一端的橡胶塞连接；所述的干燥管通过导气管与洗气瓶连接；所述的抽气泵通过导气管与干燥管连接，抽气泵的另一端通过导气管与大气环境连接；所述的温度采集模块一端与热电偶连接，另...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂荣山，赵红泽，范延强，刘赟，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：新型
国别省市：北京,11