联合静电监测和可变电容充放电系统研究氢气自燃的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种联合静电监测和可变电容充放电系统研究氢气自燃的装置，包括气瓶组、高压氢气储罐、抽真空系统、高压泄放管道、管道内部静电传感器、管道外部静电传感器、高速摄像机、示波器数字信号采集系统和产生火花放电可变电容系统；通过在高压泄放管道的不同位置设置可拆卸内嵌式填料装置，研究不同投放位置、不同投放质量、不同类型及粒径大小颗粒物在管道内传播起电及静电积累的影响；带电颗粒物撞击圆形铜盘，使得电极间形成高的电位差，击穿电极间的空气，自激导电，并伴有火花，诱发氢气自燃的发展过程以及改变电容大小来研究电容大小对氢气被动点火的影响。

【技术实现步骤摘要】
联合静电监测和可变电容充放电系统研究氢气自燃的装置
本技术涉及高压气体自燃的机理测试
，尤其是涉及一种联合静电监测和可变电容充放电系统研究氢气自燃的装置。
技术介绍
传统燃料的大量使用造成了日益严重的环境问题和能源危机，氢气的燃烧产物为水，是一种对环境没有任何污染的清洁高效燃料，是未来的理想能源。但是，氢气在燃烧使用过程中存在着诸多的不安全特性，例如易泄漏性、较宽的爆炸极限（4%-75%）、极低的最小点火能（0.018mJ）。高压氢气突然泄漏极易诱发氢气自燃，有关高压氢气突然泄漏的自燃机理研究，主要有逆焦耳-汤姆逊效应、扩散点火、静电点火、瞬时绝热压缩等。国内外基于扩散点火理论所做的研究渐趋成熟，有关静电点火机理的研究仍处于刚刚起步阶段，仅有美国桑迪亚国家实验室和日本国家先进工业科学技术研究所的科研人员对此机理做过大量的实验研究，桑迪亚国家实验室对高压氢气泄放下游管道中卷吸不同微粒引起静电放电过程进行了研究，证实了静电点火机理的可行性，日本国家先进工业科学技术研究所，对加氢站的排空管的尾端尺寸及形状对颗粒物静电起电的影响进行了实验研究，研究结果显示，不同的尺寸和形状在一定程度上可以降低微粒起电的能量，从而降低氢气自燃的可能性。目前，对于被动点火的研究方法主要集中在高压氢气卷吸微粒在管内高速运动，通过与管壁摩擦带电，带电微粒随气流运动到管外撞击类似能产生火花放电的电容装置，电极间形成极高的电位差进行充放电释放能量，点燃在可燃范围内的氢气，从而引起氢气自燃。静电起电能量公式是E=1/2CV2,其中E为微粒静电起电的能量，C为静电电容，V为微粒的带电量，能影响微粒静电起电的能量值的参数仅为静电电容和颗粒物的带电量，颗粒物的带电量的多少控制起来难度较大，可以通过静电传感器测得实验产生的静电电位，本实验装置采用一种能产生火花放电可调节电容装置，定量控制静电电容的大小，从而达到控制静电起电能量大小的效果，研究静电电容对高压氢气卷吸微粒造成氢气被动点火的影响。
技术实现思路
为了解决上述问题，本技术提供联合静电监测和可变电容充放电系统研究氢气自燃的装置，通过在下游管道不同位置设置可拆卸内嵌式的填料装置研究不同投放位置、不同投放质量、不同颗粒物类型及不同粒径颗粒在管道内传播起电及静电积累的影响。为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本技术是通过以下技术方案实现的：一种联合静电监测和可变电容充放电系统研究氢气自燃的装置，包括气瓶组、高压氢气储罐、抽真空系统、高压泄放管道、管道内部静电传感器、管道外部静电传感器、高速摄像机、示波器数字信号采集系统和产生火花放电可变电容系统；所述气瓶组包括可燃氢气气瓶和氮气气瓶，所述可燃氢气气瓶和氮气气瓶通过进气管道与高压氢气储罐的前端连接，在进气管道上且位于两个气瓶的出气口端分别设有一个减压阀，在进气管道上且位于高压氢气储罐的进气口端设有高压气动球阀，在高压氢气储罐上设有压力表，所述抽真空系统与高压氢气储罐相通，所述高压泄放管道设在高压氢气储罐的下游，在高压泄放管道上游设有高压气动球阀，在高压泄放管道上间隔设置三个可拆卸内嵌式填料装置，所述可拆卸内嵌式填料装置以螺纹拼接的形式与高压泄放管道连接，所述产生火花放电可变电容系统设在高压泄放管道的喷口外部，所述高速摄像机放置于产生火花放电可变电容系统附近安全距离内，所述管道内部静电传感器、管道外部静电传感器和高速摄像机分别与示波器数字信号采集系统电性连接。进一步地，所述抽真空系统由真空泵、排气口以及管线构成，所述抽真空系统通过管线与高压氢气储罐相连通。进一步地，所述管道内部静电传感器设置在高压泄放管道内且位于距离高压泄放管道泄放口50mm处，管道内部静电传感器为环形非接触式针状静电传感器。进一步地，所述高压泄放管道的整体长度为1700mm，管道内径为10mm，三个可拆卸内嵌式填料装置分别设在距离高压泄放管道上游的高压气动球阀的350mm、850mm和1450mm处。进一步地，所述可拆卸内嵌式填料装置包括填料外管和内置填料管，在填料外管的两端为螺纹管道连接口，在填料外管的管道主体上开设填料开口腔，所述内置填料管置于填料开口腔内且通过拱形固定板封闭固定，在拱形固定板的两侧边分别设有一个连接耳，在填料开口腔的开口端侧边与所述连接耳对应的位置设有副连接耳，所述连接耳与所述副连接耳通过加固螺栓螺母组件固定连接，拱形固定板在填料开口腔处与填料外管固定连接后保证填料外管表面平整。进一步地，所述内置填料管的内径与高压泄放管道的内径相同、外径与填料外管的内径相同。进一步地，填装在内置填料管内的样品粒径为10-18μm，各类物质的颗粒物质量范围为0.1-5g。进一步地，所述产生火花放电可变电容系统包括一个不接地的圆形铜盘、一个可调节长度的接地铜棒、绝缘固定支架和滑轨，所述绝缘固定支架可沿滑轨前后移动，所述圆形铜盘和接地铜棒均连接在绝缘固定支架上；所述圆形铜盘斜45度朝向高压泄放管道管口，一面圆心正对高压泄放管道管口、一面圆心正对接地铜棒尖端，所述管道外部静电传感器设在圆心正下方，所述管道外部静电传感器为非接触式静电传感器；接地铜棒尖端正对圆形铜盘的圆心，接地铜棒外表面车出锯齿形的公螺纹，与绝缘固定支架上带有母螺纹的六角螺帽配合使用。进一步地，所述圆形铜盘的直径为300mm，厚3.2mm；接地铜棒直径5mm，长150mm，接地铜棒往前转一圈前端向圆形铜盘圆心靠近0.1mm，接地铜棒的尖端和圆形铜盘的间隙的调节范围为0-30mm。本技术的有益效果是：1.高压氢气卷吸颗粒物在管道中传播，颗粒物在高速气流中运动与管壁摩擦带电，在管口处发生剥离起电，管内外的静电传感器能监测记录到颗粒物的带电量，在示波器上可以直观地显示，通过对比管道内部静电传感器和管道外部静电传感器监测的静电电位差，来分析颗粒物带电量耗散情况；2.可拆卸内嵌式添料方式，可以通过拼接的方式，连接在管道的不同位置，进而可以研究不用的添料位置对氢气卷吸颗粒物带电量多少以及能否诱发氢气自燃的影响；3.产生火花放电可变电容装置，装置支架下装有导轨可以实现调节装置距离高压泄放管道管口的距离，同时实现定量的调节圆形铜盘与接地铜棒尖端的间隙距离，从而起到改变装置静电电容大小的效果，改变火花放电产生的能量，使其高于氢气的最小点火能，在一定的爆炸极限范围内诱发氢气自燃，论证静电点火的可行性。附图说明图1是本新型公开的联合静电监测和可变电容充放电系统研究氢气自燃的装置的结构示意图；图2是本新型公开的可拆卸内嵌式填料装置的结构示意图；图3是本新型公开的可拆卸内嵌式填料装置的结构分解示意图；图4是本新型公开的接地铜棒的结构示意图；图5是高压氢气卷吸颗粒物带电撞击可变电容充放电诱发氢气自燃机理示意图。其中，1-气瓶组，2-高压氢气储罐，3-抽真空系统，4-高压泄放管道，5-管道内部静电传感器，6-管道外部静电传感器，7-高速摄像机，8-示波器数字信号采集系统，9-产生火花放电可变电容系统，10-减压阀，11-高压气动球阀，12-压力表，13-可拆卸内嵌式填料装置；9-1-圆形铜盘，9-2-接地铜棒，9-3-绝缘固定支架，9-4-滑轨，9-5-公螺纹，9-6-六角螺帽；13-1-填料外管，13-2-内置填本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种联合静电监测和可变电容充放电系统研究氢气自燃的装置，其特征在于，包括气瓶组（1）、高压氢气储罐（2）、抽真空系统（3）、高压泄放管道（4）、管道内部静电传感器（5）、管道外部静电传感器（6）、高速摄像机（7）、示波器数字信号采集系统（8）和产生火花放电可变电容系统（9）；所述气瓶组（1）包括可燃氢气气瓶和氮气气瓶，所述可燃氢气气瓶和氮气气瓶通过进气管道与高压氢气储罐（2）的前端连接，在进气管道上且位于两个气瓶的出气口端分别设有一个减压阀（10），在进气管道上且位于高压氢气储罐（2）的进气口端设有高压气动球阀（11），在高压氢气储罐（2）上设有压力表（12），所述抽真空系统（3）与高压氢气储罐（2）相通，所述高压泄放管道（4）设在高压氢气储罐（2）的下游，在高压泄放管道（4）上游设有高压气动球阀（11），在高压泄放管道（4）上间隔设置三个可拆卸内嵌式填料装置（13），所述可拆卸内嵌式填料装置（13）以螺纹拼接的形式与高压泄放管道（4）连接，所述产生火花放电可变电容系统（9）设在高压泄放管道（4）的喷口外部，所述高速摄像机（7）放置于产生火花放电可变电容系统（9）附近安全距离内，所述管道内部静电传感器（5）、管道外部静电传感器（6）和高速摄像机（7）分别与示波器数字信号采集系统（8）电性连接。...

【技术特征摘要】
1.一种联合静电监测和可变电容充放电系统研究氢气自燃的装置，其特征在于，包括气瓶组（1）、高压氢气储罐（2）、抽真空系统（3）、高压泄放管道（4）、管道内部静电传感器（5）、管道外部静电传感器（6）、高速摄像机（7）、示波器数字信号采集系统（8）和产生火花放电可变电容系统（9）；所述气瓶组（1）包括可燃氢气气瓶和氮气气瓶，所述可燃氢气气瓶和氮气气瓶通过进气管道与高压氢气储罐（2）的前端连接，在进气管道上且位于两个气瓶的出气口端分别设有一个减压阀（10），在进气管道上且位于高压氢气储罐（2）的进气口端设有高压气动球阀（11），在高压氢气储罐（2）上设有压力表（12），所述抽真空系统（3）与高压氢气储罐（2）相通，所述高压泄放管道（4）设在高压氢气储罐（2）的下游，在高压泄放管道（4）上游设有高压气动球阀（11），在高压泄放管道（4）上间隔设置三个可拆卸内嵌式填料装置（13），所述可拆卸内嵌式填料装置（13）以螺纹拼接的形式与高压泄放管道（4）连接，所述产生火花放电可变电容系统（9）设在高压泄放管道（4）的喷口外部，所述高速摄像机（7）放置于产生火花放电可变电容系统（9）附近安全距离内，所述管道内部静电传感器（5）、管道外部静电传感器（6）和高速摄像机（7）分别与示波器数字信号采集系统（8）电性连接。2.如权利要求1所述的一种联合静电监测和可变电容充放电系统研究氢气自燃的装置，其特征在于，所述抽真空系统（3）由真空泵、排气口以及管线构成，所述抽真空系统（3）通过管线与高压氢气储罐（2）相连通。3.如权利要求1所述的一种联合静电监测和可变电容充放电系统研究氢气自燃的装置，其特征在于，所述管道内部静电传感器（5）设置在高压泄放管道（4）内且位于距离高压泄放管道（4）泄放口50mm处，管道内部静电传感器（5）为环形非接触式针状静电传感器。4.如权利要求1所述的一种联合静电监测和可变电容充放电系统研究氢气自燃的装置，其特征在于，所述高压泄放管道（4）的整体长度为1700mm，管道内径为10mm，三个可拆卸内嵌式填料装置（13）分别设在距离高压泄放管道（4）上游的高压气动球阀（11）的350mm、850mm和1450mm处。5.如权利要求4所述的一种联合静电监测和可变电容充放电系统研究氢气自燃的装置，其特征在于，所述可拆卸内嵌式填料装置（13）包括填料外管（13-1）和内置填料管（13-2）...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘旭海，王清源，闫伟阳，蒋益明，汪志雷，华敏，蒋军成，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32