一种炸药燃烧火焰进入缝隙的临界压力测试系统及方法

技术领域

本发明涉及含能材料安全评估技术领域，具体涉及一种炸药燃烧火焰进入缝隙的临界压力测试系统及方法。

背景技术

炸药在生产、转运、使用及处置等过程中发生意外事故时，炸药可能发生燃烧、爆燃甚至爆轰反应，其发生高烈度反应比较关键的物理过程是炸药以表面层流燃烧形式转变成燃烧表面积增加的对流燃烧形式。然而，发生该物理过程需要两个基本条件，一是炸药材料基体存在缝隙或裂纹等结构，二是燃烧火焰进入这些结构。意外事故中，炸药受热或力载荷作用可能发生断裂损伤形成缝隙，炸药点火后燃烧火焰在一定压力阈值下才能进入缝隙，该压力阈值称为临界压力，不同条件下该临界压力存在差异，主要与炸药的物理化学属性以及缝隙结构尺寸相关。因此，测量炸药燃烧火焰进入缝隙的临界压力不仅能对比筛选安全性能较好炸药，而且还能更有依据地判断不同配方或贮存期限炸药相对事故风险。目前缺乏一种测量炸药燃烧火焰进入缝隙临界压力的试验方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种炸药燃烧火焰进入缝隙的临界压力测试系统及方法，该方法测量压力范围广、操作简便、可靠性高，该系统和方法给区分不同配方炸药的安全性提供新的选择，更能有依据地判断不同配方或贮存期限炸药相对事故风险。

为了达到上述技术效果，本发明提供了如下技术方案：

一种炸药燃烧火焰进入缝隙的临界压力测试系统，包括主体反应装置、压力测试单元、点火单元以及摄影单元，所述主体反应装置包括反应池、视窗和压盖，所述压力测试单元包括压力传感器、电荷放大器和示波器，所述点火单元包括点火器、光纤和激光器，所述摄影单元包括高速相机和数据采集器，所述测试单元还包括控制压力测试单元和摄影单元采集的同步信号触发器，所述压力测试单元和点火单元均与所述主体反应装置连接，所述摄影单元与所述同步信号触发器连接，所述压力测试单元和点火单元分别与所述同步信号触发器连接。

进一步的技术方案为，所述反应池空腔底部设计螺纹孔与压力传感器密封连接，所述反应池端面设计螺纹孔与所述光纤密封连接，所述反应池上端面与所述视窗挤压密封；所述压力传感器与所述电荷放大器连接，所述电荷放大器与所述示波器连接，所述示波器与所述同步信号触发器连接；所述光纤两端分别与所述点火器的一端和所述激光器连接，所述点火器的另一端与样品连接，所述激光器与所述同步信号触发器连接；所述高速相机分别与所述数据采集器和同步信号触发器连接。

进一步的技术方案为，所述主体反应装置还包括密封件、调整块和样品，所述反应池上端敞开，内部设计两级阶梯式凹槽，分别为上凹槽与下凹槽，所述反应池的下凹槽与密封件、调整块、样品连接，所述样品通过所述密封件与所述调整块连接，所述调整块通过所述密封件与所述反应池连接，所述样品端面与所述点火器连接，所述反应池的下凹槽空腔底部通过螺纹孔与所述压力传感器连接，所述反应池的上凹槽与所述视窗连接，所述视窗所述与压盖连接，所述压盖与所述反应池通过螺栓连接。

进一步的技术方案为，所述样品之间有缝隙存在，缝隙形状为开口贯穿，缝隙宽度在50μm～1mm范围内。

进一步的技术方案为，所述反应池的下凹槽空腔体积占下凹槽总体积的40％～60％。

本发明还提供一种炸药燃烧火焰进入缝隙的临界压力测试方法，包括以下步骤：(1)根据缝隙尺寸选定合适的调整块，将样品和调整块通过密封件安装在反应池中；(2)在样品端面安装点火器，在反应池底面和端面分别安装压力传感器和光纤；(3)在反应池上部安装视窗，在视窗上端安装压盖，通过螺栓连接压盖和反应池压紧视窗和反应池；(4)连接压力测试单元、摄影单元和点火单元，并与信号同步触发器连接；(5)进行试验，激光器信号发出开始点火，同时触发同步信号触发器，测试系统在同步信号触发器触发下采集数据；(6)根据测试结果获得样品燃烧火焰进入缝隙的临界压力。

该系统采用激光远程点火，安全性高；样品缝隙尺寸易调节、控制；系统密封性能好；系统设计可视化观测，结合数据测试，试验结果可靠性高。此外该方法可测量不同缝隙尺寸下炸药燃烧火焰进入缝隙的临界压力；缝隙尺寸范围大(50μm～1mm)，缝隙结构尺寸易调节和控制；结构简单、成本低，可靠性高。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：该方法能有效测量炸药燃烧火焰进入缝隙的临界压力，可用于对比筛选安全性能较好炸药。采用本发明的试验系统进行了研究，获得了典型炸药不同缝隙尺寸下燃烧火焰进入缝隙的临界压力，为判断不同配方炸药相对事故风险提供了依据。

附图说明

图1为本发明试验系统结构示意图；

图2为本发明的主体反应装置的俯视图；

图3为本发明的主体反应装置的侧视图。

图中，1-反应池；2-压力传感器；3-光纤；4-点火器；5-样品；6-电荷放大器；7-示波器；8-数据采集器；9-同步信号触发器；10-高速相机；11-视窗；12-压盖；13-激光器；14-密封件；15-调整块；16-样品缝隙；17-螺栓。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步的解释和说明。

实施例1

如图1所示，图1给出了本发明的试验方法系统图，其组成部分主要包括：主体反应装置，它包括反应池1、视窗11，压盖12；连接主体反应装置测量样品反应压力的压力测试单元，它包括压力传感器2、电荷放大器6、示波器7；连接主体反应装置点燃样品的点火单元，它包括点火器4、光纤3、激光器13；测试样品燃烧火焰传播过程的摄影单元，它包括高速相机10、数据采集器8；控制压力测试单元和摄影单元采集的同步信号触发器9。

反应池1空腔底部设计螺纹孔与压力传感器2连接密封，反应池1端面设计螺纹孔与光纤3连接密封，反应池1上端面与视窗挤压密封；压力传感器2与电荷放大器6连接，电荷放大器6与示波器7连接，示波器7与同步信号触发器9连接；光纤3与点火器4连接和激光器13连接，点火器4与样品5连接，激光器13与同步信号触发器9连接；高速相机10与数据采集器8连接，高速相机10与同步信号触发器9连接。

如图2和图3所示，主体反应装置还包括密封件、调整块和样品，反应池1、调整块15、样品5形状为长方体，反应池1上端敞开，内部设计两级阶梯式凹槽，下凹槽与密封件14、调整块15、样品5连接，样品5通过密封件14与调整块15连接，调整块15通过密封件14与反应池1连接，样品5端面与点火器4连接，点火器4与光纤3连接，光纤3部分带螺纹结构与反应池1连接，反应池1下凹槽空腔底部螺纹孔与压力传感器2连接；反应池1上凹槽与长方体视窗11连接，视窗11与压盖12连接，压盖12与反应池1通过螺栓17连接。样品缝隙尺寸16由两个样品拼接而成，由调整块15的厚度控制样品缝隙宽度。样品池1下凹槽空腔体积占下凹槽总体积40％～60％。

实施例2

本实施例提供了一种炸药燃烧火焰进入缝隙的临界压力测试方法，包括以下步骤：(1)根据缝隙尺寸选定合适的调整块，将样品和调整块通过密封件安装在反应池中；(2)在样品端面安装点火器，在反应池底面和端面分别安装压力传感器和光纤；(3)在反应池上部安装视窗，在视窗上端安装压盖，通过螺栓连接压盖和反应池压紧视窗和反应池；(4)连接压力测试单元、摄影单元和点火单元，并与信号同步触发器连接；(5)进行试验，激光器信号发出开始点火，同时触发同步信号触发器，测试单元在同步信号触发器触发下采集数据；(6)根据测试结果获得样品燃烧火焰进入缝隙的临界压力。

试验结果判据：通过高速相机观测样品燃烧火焰开始进入缝隙时刻，获得对应时刻压力数据即为样品燃烧火焰进入缝隙的临界压力。

尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。