氣體爆炸壓力產生及加載實驗裝置的製作方法
2023-09-20 04:53:50
本實用新型屬於安全工程試驗領域，具體涉及一種氣體爆炸壓力產生及加載實驗裝置。
背景技術：
建築物內部可燃性氣體混合物爆炸已成為當前工業生產和民用生活領域的多發事故之一，多數以氣體爆燃形式發生，對建築結構、室內設備、設施造成嚴重的破壞。氣體爆炸事故產生的破壞效應主要與房間內部氣體爆燃壓力及其對結構的作用有關，室內壓力受到氣體類型、濃度、爆室空間幾何特性、形狀、內部環境以及室內氣體洩放等諸多因素影響，與化學爆炸、核爆炸荷載相比，室內氣體爆燃壓力具有上升時間長、峰值多、壓力形式多樣等特點，也必將影響著結構的動力響應特性。開展室內氣體爆燃壓力發展及該條件下結構破壞效應的研究，對氣體爆炸事故的防護和結構損傷評估具有重要意義，而室內氣體爆炸壓力發生及對結構加載的試驗裝置則是必要的研究手段。
現有對建築結構進行爆炸加載的試驗裝置，主要模擬化學爆炸或核爆炸衝擊波，比如核爆炸模擬器、激波管等，這種荷載形式與室內氣體爆燃壓力在本質上是有區別的；而相關的受限空間內氣體爆炸試驗，重點在於研究氣體爆炸火焰速度傳播、壓力的發展、空間洩爆、以及氣體濃度、種類的影響等，主要在管道、球形或柱形爆炸容器等單個爆室內或連通器中進行，實驗工況與實際方形的建築屋室內氣體爆炸情況相差較大，且均未考慮對建築構件的加載。
技術實現要素：
本實用新型目的是提供一種氣體爆炸壓力產生及加載實驗裝置，用於模擬受限空間內部氣體爆炸壓力產生及其對建築構件的加載影響。
實現本實用新型目的的技術解決方案為：一種氣體爆炸壓力產生及加載實驗裝置，其特徵在於：包括點火裝置、爆炸氣室、壓力測試裝置、封閉裝置、真空壓力表和N個底座，N≥2，N個底座均勻分布固定在爆炸氣室底部；壓力測試裝置設置在爆炸氣室頂部，點火裝置與封閉裝置分別設置在爆炸氣室的兩端，真空壓力表設置在爆炸氣室的頂面。
所述爆炸氣室的長度大於高度，長度方向的兩個端面，一端設有通孔，另一端無端蓋，無端蓋端設有待測受載構件，可燃氣體填充在爆炸氣室的內腔中；爆炸氣室的側壁上開有一個抽氣孔和若干個進氣孔，抽氣孔位於所述側壁的中心，若干個進氣孔依次對稱分布在抽氣孔的兩側，進氣孔通過輸氣管道與氣瓶相連；抽氣孔通過輸氣管道與防爆真空泵相連；爆炸氣室的頂面沿直線設有一個真空壓力表安裝孔和若干個傳感器安裝孔，真空壓力表設置在真空壓力表安裝孔內。
所述抽氣孔和若干個進氣孔的圓心位於同一條直線。
所述側壁不為頂面、底面和長度方向的兩個端面。
所述爆炸氣室為長方體。
上述爆炸氣室外壁上開孔裝配部件後，均要填充密封膠進行密封。
所述點火裝置包括點火控制器、法蘭盤和點火電阻絲，法蘭盤與爆炸氣室的端部通孔固連，點火電阻絲一端與點火控制器連接，另一端自法蘭盤中心伸入爆炸氣室的內腔中，點火控制器通過電流加熱點火電阻絲，使其達到點火溫度，引燃內腔中的可燃氣體。
所述壓力測試裝置包括數據採集器和若干個壓力傳感器，若干個壓力傳感器分別設置在所述傳感器安裝孔內，所述壓力傳感器的基座與爆炸氣室的內壁平齊，若干個壓力傳感器分別與數據採集器連接，數據採集器顯示並記錄採集到的壓力變化值。
所述封閉裝置包括壓框和密封墊層，壓框設置在爆炸氣室的無蓋端，壓框一側與爆炸氣室轉動連接，密封墊層設置在待測受載構件與爆炸氣室的連接處，壓框壓住待測受載構件後，通過螺栓將待測受載構件和爆炸氣室壓緊，實現爆炸氣室的密封。
本實用新型與現有技術相比，其顯著優點在於：
（1）能夠通過調節初始條件（可燃氣體的種類和濃度）產生不同形式的氣體爆燃荷載。
（2）爆炸氣室為長方體，能夠更真實的模擬方形建築空間內部燃氣爆炸的壓力特徵。
（3）可以用於對建築構件（即受載構件）進行爆炸加載。
附圖說明
圖1為本實用新型氣體爆炸壓力產生及加載實驗裝置的整體結構示意圖。
圖2為本實用新型氣體爆炸壓力產生及加載實驗裝置的側視圖。
圖3為本實用新型實施例1實驗時的壓力變化曲線圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本實用新型作進一步詳細描述。
結合圖1和圖2，一種氣體爆炸壓力產生及加載實驗裝置，包括點火裝置、爆炸氣室14、壓力測試裝置、封閉裝置、真空壓力表7和N個底座6，N≥2，N個底座6均勻分布固定在爆炸氣室14底部，對爆炸氣室14起支撐作用。壓力測試裝置設置在爆炸氣室14頂部，點火裝置與封閉裝置分別設置在爆炸氣室14的兩端，真空壓力表7設置在爆炸氣室14的頂面。
所述爆炸氣室14由高強度鋼製成，其長度大於高度，長度方向的兩個端面，一端設有通孔，另一端無端蓋，無端蓋端設有待測受載構件11，可燃氣體充入爆炸氣室14的內腔中，與空氣混合。爆炸氣室14的側壁上開有一個抽氣孔5和若干個進氣孔4，抽氣孔5位於所述側壁的中心，若干個進氣孔4依次對稱分布在抽氣孔5的兩側，所述抽氣孔5和若干個進氣孔4的圓心位於同一條直線，以保證可燃氣體混合均勻，進氣孔4通過輸氣管道與氣瓶相連；抽氣孔5通過輸氣管道與防爆真空泵相連。所述側壁不為頂面、底面和長度方向的兩個端面。爆炸氣室14的頂面沿直線設有一個，真空壓力表安裝孔和若干個傳感器安裝孔，真空壓力表7設置在真空壓力表安裝孔內，使用密封膠封閉以保證爆炸氣室14的密閉性，實時顯示腔體內部壓力情況。
所述爆炸氣室14為長方體。
所述點火裝置包括點火控制器1、法蘭盤2和點火電阻絲3，法蘭盤2與爆炸氣室14的端部通孔通過法蘭固連，點火電阻絲3一端與點火控制器1連接，另一端自法蘭盤2中心伸入爆炸氣室14的內腔中，點火控制器1通過電流加熱點火電阻絲3，使其達到點火溫度，引燃內腔中的可燃氣體。
所述壓力測試裝置包括數據採集器15和若干個壓力傳感器8，若干個壓力傳感器8分別設置在所述傳感器安裝孔內，用於採集爆炸氣室14內腔的壓力變化值，所述壓力傳感器8的基座與爆炸氣室14的內壁平齊，並用密封膠密封以保證密閉性。若干個壓力傳感器8分別與數據採集器15連接，數據採集器15顯示並記錄採集到的壓力變化值。
結合圖2，所述封閉裝置包括壓框12和密封墊層，壓框12設置在爆炸氣室14的無蓋端，壓框12一側與爆炸氣室14通過合頁轉動連接，密封墊層設置在待測受載構件11與爆炸氣室14的連接處，壓框12壓住待測受載構件11後，通過螺栓將待測受載構件11和爆炸氣室14壓緊，實現爆炸氣室14的密封。
實施例1
結合圖1，一種氣體爆炸壓力產生及加載實驗裝置，包括點火裝置、爆炸氣室14、壓力測試裝置、封閉裝置、真空壓力表7和3個底座6，3個底座6均勻分布焊接在爆炸氣室14底部，對爆炸氣室14起支撐穩定作用。壓力測試裝置設置在爆炸氣室14頂部，點火裝置與封閉裝置分別設置在爆炸氣室14的兩端，真空壓力表7設置在爆炸氣室14的頂面。
所述爆炸氣室14由高強度鋼製成，為長方體，長度方向的兩個端面，一端設有通孔，另一端無端蓋，無端蓋端設有待測受載構件11，可燃氣體（乙烯，濃度8%）填充在爆炸氣室14的內腔中。爆炸氣室14的側壁上開有一個抽氣孔5和6個進氣孔4，抽氣孔5位於所述側壁的中心，6個進氣孔4依次對稱分布在抽氣孔5的兩側，所述抽氣孔5和6個進氣孔4的圓心位於同一條直線，以保證可燃氣體混合均勻，進氣孔4通過輸氣管道與氣瓶相連，燃氣自輸氣管道進入爆炸氣室14，與其中的空氣混合；抽氣孔5通過輸氣管道與防爆真空泵相連。所述側壁不為頂面、底面和長度方向的兩個端面。爆炸氣室14的頂面沿直線設有一個，真空壓力表安裝孔和4個傳感器安裝孔，真空壓力表7設置在真空壓力表安裝孔內，使用密封膠封閉以保證爆炸氣室14的密閉性，實時顯示腔體內部壓力情況。
所述點火裝置包括點火控制器1、法蘭盤2和點火電阻絲3，法蘭盤2與爆炸氣室14的端部通孔通過法蘭固連，點火電阻絲3一端與點火控制器1連接，另一端自法蘭盤2中心伸入爆炸氣室14的內腔中，點火控制器1通過電流加熱點火電阻絲3，使其達到點火溫度，引燃內腔中的可燃氣體。
所述壓力測試裝置包括數據採集器15和4個壓力傳感器8，4個壓力傳感器8分別設置在所述傳感器安裝孔內，用於採集爆炸氣室14內腔的壓力變化值，所述壓力傳感器8的基座與爆炸氣室14的內壁平齊，並用密封膠密封以保證密閉性。若干個壓力傳感器8分別與數據採集器15連接，數據採集器15顯示並記錄採集到的壓力變化值。
結合圖2，所述封閉裝置包括壓框12和密封墊層，壓框12為長方形，設置在爆炸氣室14的無蓋端，壓框12一側與爆炸氣室14通過合頁轉動連接，密封墊層設置在待測受載構件11與爆炸氣室14的連接處，壓框12壓住待測受載構件11後，通過螺栓將待測受載構件11和爆炸氣室14壓緊，實現爆炸氣室14的密封。
壓力產生及加載實驗步驟：
步驟1、將壓力傳感器8和真空壓力表7安裝在爆炸氣室14頂面，並檢查其氣密性。
步驟2、將密封墊層13、待測受載構件11、壓框12依次置於爆炸氣室14的無蓋端，並將封閉螺栓擰緊，並檢查氣密性。
步驟3、開啟防爆真空泵進行抽氣，通過真空壓力表7控制內部負壓數值，達到目標壓力停止抽氣，開啟進氣閥通過進氣孔4均勻進氣，達到目標濃度停止進氣。
步驟4、關閉真空壓力表7閥門，斷開進氣接口，接通點火裝置，人員撤離。
步驟5、點火，點火控制器1通過電流加熱點火電阻絲3，使其達到點火溫度，引燃內腔中的可燃氣體，對待測受載構件11進行爆炸加載。
步驟6、壓力傳感器8採集爆炸氣室14內腔的壓力變化值，數據採集器15顯示並記錄採集到的壓力變化值，如圖3所示。同時實時觀察待測受載構件11的破壞情況。
綜上所述，本實用新型能夠通過調節初始條件（可燃氣體的種類和濃度）產生不同形式的氣體爆燃荷載，爆炸氣室為長方體，能夠更真實的模擬方形建築空間內部燃氣爆炸的壓力特徵，並可以用於對建築構件（即受載構件）進行爆炸加載。