一种机械摩擦点火源测试系统及方法

技术领域

本发明创造属于工业粉尘爆炸防护技术领域，尤其是涉及一种机械摩擦点火源测试系统及方法。

背景技术

机械摩擦点火源是指由机械摩擦作用形成的点火源。一般来说，在摩擦过程中机械能转换成热能，当两个表面粗糙的坚硬物体相互摩擦时，往往会产生火花或者火星，这种火花实质上是摩擦物体产生的高温发光的固体微粒。摩擦发出的火花通常能点燃沉积的可燃粉尘、易燃气体、粉尘与空气爆炸性混合物等，导致安全事故发生。

在生产生活中，尤其是工业活动中，机械摩擦造成的燃爆及火灾事故时有发生，而目前尚缺乏一种有效对其进行预测、分析及评估的装置。所以丞待研制一种可以模拟不同能量情形下机械摩擦点火源产生并且可以发生燃爆的系统，以满足对于火灾科学研究、燃爆风险预测以及事故调查分析的要求。

发明创造内容

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种机械摩擦点火源测试系统及方法，测试摩擦区域的温度，用以评估机械摩擦点火源的危险性。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种机械摩擦点火源测试系统，包括测试箱、火花发生模块、配气执行模块、检测模块和总控模块，火花发生模块设置在测试箱内；

火花发生模块包括摩擦盘、摩擦杆和驱动单元，摩擦杆贴合摩擦盘设置，驱动单元用于带动摩擦盘相对于摩擦杆转动，摩擦杆可更换；

配气执行模块包括电磁阀，用于向测试箱内投加待测气体；

检测模块包括温度检测单元和气体浓度检测单元，分别用于采集火花发生机构附近的温度以及测试箱内的气体浓度；

总控模块与检测模块连接，用于采集温度和气体浓度数据。

进一步的，还设有按压力调节模块，包括动力端和作用端，动力端设置在测试箱外部，作用端深入测试箱内与摩擦杆连接，所述按压力调节模块用于调节摩擦杆与摩擦盘的贴合程度；

还包括按压力传感器，用于检测按压力调节模块施加的按压力，压力传感器与总控模块连接。

进一步的，按压力调节模块包括按压力调节手柄和手柄安装座，按压力调节手柄固定在手柄安装座上，按压力调节手柄和手柄安装座设有对应的外螺纹和内螺纹结构；

按压力调节手柄的作用端深入至测试箱内，通过按压力传感器与摩擦杆连接，用于带动摩擦杆移动以调节摩擦杆与摩擦盘之间的贴合程度。

进一步的，还设有搅拌单元，包括搅拌电机和扇叶，扇叶设置在测试箱内，搅拌电机通过电机底座和法兰A安装在测试箱外壁上。

进一步的，驱动单元包括与总控模块连接的伺服电机，伺服电机的输出轴与摩擦盘连接，伺服电机通过电机连接架和法兰B安装在测试箱外壁上。

进一步的，温度检测单元包括第一温度检测单元和第二温度检测单元；

所述第一温度检测单元包括沿径向分布在摩擦杆端面的温度传感器A、温度传感器B、温度传感器C；

所述第二温度检测单元包括设置在距离摩擦杆轴心端面不同距离的温度传感器D、温度传感器E。

进一步的，所述电磁阀包括电磁阀A和电磁阀B，电磁阀A用于出气流量控制，电磁阀B用于进气流量控制，电磁阀与总控模块连接。

进一步的，还包括防爆单元，包括泄爆膜，泄爆膜安装在测试箱面板上。

进一步的，总控模块包括线缆插接件、主控电路、供电源以及继电器，线缆插接件包括第一线缆插接件、第二线缆插接件和第三线缆插接件；

第一线缆插接件为温度数据线缆，用于将温度传感器采集数据传输至主控电路板；

第二线缆插接件为压力数据和氧浓度数据线缆，用于将氧浓度按压力采集数据传输至主控电路板；

第三线缆插接件为电磁阀搅拌电机控制线缆，电磁阀及搅拌电机由主控电路板通过线缆驱动。

进一步的，火花发生模块还包括电点火针，所述电点火针靠近摩擦盘设置。

进一步的，一种机械摩擦点火源测试方法，包括：将选定金属材质的摩擦杆固定在压力调节模块最下端，按照事先计算好的按压力，转动按压力调节手柄，将摩擦杆压在摩擦盘上，分别在两个视窗上放置好防爆玻璃和泄爆膜，再通过压板和螺钉将其固定密封，通过参数设置及数据显示记录模块设置可燃性气体浓度通过控制电磁阀导通时间，直至混合气体配至所需浓度，设置摩擦盘转速，使摩擦盘按照设置的参数转动，与摩擦杆摩擦产生火花，从而点燃测试箱内的混合气体，通过温度传感器测得的温度变化参数可以进行火灾科学研究、燃爆风险预测以及事故调查分析。

相对于现有技术，本发明创造所述的一种机械摩擦点火源测试系统具有以下优势：

本发明创造所述的一种机械摩擦点火源测试系统及方法通过改变摩擦盘转速以及摩擦杆的按压力，使其以某一机械摩擦能量运行时，基于摩擦杆温度随时间变化曲线、爆炸瞬间温度变化曲线、摩擦盘转速、摩擦杆按压力、可燃性气体浓度等与爆炸相关参数，对于火灾科学研究、燃爆风险预测以及事故调查分析起到重要技术支撑作用。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明创造实施例所述的一种机械摩擦点火源测试系统整体结构示意图；

图2为本发明创造实施例所述的电控箱结构示意图；

图3为本发明创造实施例所述的一种机械摩擦点火源测试系统整体结构爆炸图示意图；

图4为本发明创造实施例所述的一种机械摩擦点火源测试系统整体内部结构爆炸图示意图。

附图标记说明：

1-第一线缆插接件；2-第二线缆插接件；3-第三线缆插接件；4-主控电路；5-散热装置；6-电路电源模块；7-继电器；8-压板A；9-O形圈A；10-视镜玻璃A；11-O形圈B；12-前面板；13-上面板；14-摩擦杆座；15-按压力调节手柄；16-侧面板；17-O形圈C；18-泄爆膜；19-橡胶垫；20-压板B；21-电磁阀A；22-摩擦盘；23-按压力传感器；24-电点火针；25-电磁阀B；26-法兰A；27-电机座板；28-搅拌电机；29-温度传感器A；30-温度传感器B；31-氧浓度传感器；32-温度传感器C；33-温度传感器D；34-温度传感器E；35-伺服电机；36-电机连接架；37-轴承座；38-法兰B；39-深沟球轴承；40-输出轴；41-摩擦杆。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

如图1至图4所示，一种机械摩擦点火源测试系统，包括测试箱、火花发生模块、配气执行模块、检测模块和总控模块，火花发生模块设置在测试箱内；

火花发生模块包括摩擦盘22、摩擦杆41和驱动单元，摩擦杆41贴合摩擦盘22设置，驱动单元用于带动摩擦盘22相对于摩擦杆41转动，摩擦杆41可更换；

配气执行模块包括电磁阀，用于向测试箱内投加待测气体；

检测模块包括温度检测单元和气体浓度检测单元，分别用于采集火花发生机构附近的温度以及测试箱内的气体浓度；

总控模块与检测模块连接，用于采集温度和气体浓度数据。

还设有按压力调节模块，包括动力端和作用端，动力端设置在测试箱外部，作用端深入测试箱内与摩擦杆41连接，所述按压力调节模块用于调节摩擦杆41与摩擦盘22的贴合程度；

还包括按压力传感器23，用于检测按压力调节模块施加的按压力，压力传感器与总控模块连接。

按压力调节模块包括按压力调节手柄15和手柄安装座，按压力调节手柄15固定在手柄安装座上，按压力调节手柄15和手柄安装座设有对应的外螺纹和内螺纹结构；

按压力调节手柄15的作用端深入至测试箱内，通过按压力传感器23与摩擦杆41连接，用于带动摩擦杆41移动以调节摩擦杆41与摩擦盘22之间的贴合程度。

还设有搅拌单元，包括搅拌电机28和扇叶，扇叶设置在测试箱内，搅拌电机28通过电机底座和法兰A26安装在测试箱外壁上。

驱动单元包括与总控模块连接的伺服电机35，伺服电机35的输出轴40与摩擦盘22连接，伺服电机35通过电机连接架36和法兰B38安装在测试箱外壁上。

温度检测单元包括第一温度检测单元和第二温度检测单元；

所述第一温度检测单元包括沿径向分布在摩擦杆41端面的温度传感器A29、温度传感器B30、温度传感器C32；

所述第二温度检测单元包括设置在距离摩擦杆41轴心端面不同距离的温度传感器D33、温度传感器E34。

所述电磁阀包括电磁阀A21和电磁阀B25，电磁阀A21用于出气流量控制，电磁阀B25用于进气流量控制，电磁阀与总控模块连接。

还包括防爆单元，包括泄爆膜18，泄爆膜18安装在测试箱面板上。

总控模块包括线缆插接件、主控电路4、供电源以及继电器7，线缆插接件包括第一线缆插接件1、第二线缆插接件2和第三线缆插接件3；

第一线缆插接件1为温度数据线缆，用于将温度传感器采集数据传输至主控电路4板；

第二线缆插接件2为压力数据和氧浓度数据线缆，用于将氧浓度按压力采集数据传输至主控电路4板；

第三线缆插接件3为电磁阀搅拌电机28控制线缆，电磁阀及搅拌电机28由主控电路4板通过线缆驱动。

火花发生模块还包括电点火针24，所述电点火针24靠近摩擦盘22设置，由于测试箱内充满可燃性气体，在正常情况下可燃气体会被摩擦盘和摩擦杆产生的火花点燃，如果未能被点燃，则需要电点火针24进行辅助引燃，避免将易燃气体直接排放至空气中造成污染。

一种机械摩擦点火源测试方法，应用上述一种机械摩擦点火源测试系统，包括：将选定金属材质的摩擦杆固定在压力调节模块最下端，按照事先计算好的按压力，转动按压力调节手柄，将摩擦杆压在摩擦盘上，分别在两个视窗上放置好防爆玻璃和泄爆膜，再通过压板和螺钉将其固定密封，通过参数设置及数据显示记录模块设置可燃性气体浓度通过控制电磁阀导通时间，直至混合气体配至所需浓度，设置摩擦盘转速，使摩擦盘按照设置的参数转动，与摩擦杆摩擦产生火花，从而点燃测试箱内的混合气体，通过温度传感器测得的温度变化参数可以进行火灾科学研究、燃爆风险预测以及事故调查分析。

在具体实施过程中如图所示，图1为本发明机械摩擦点火源测试系统结构图，图2为电控箱结构图，图3、图4为机械功能结构图。该系统包括测试箱、配气执行模块、压力调节模块、温度检测模块、摩擦盘转速调节模块、电控箱、参数设置及数据显示记录模块。

其中，测试箱由不锈钢板焊接而成，摩擦杆座14，电机座板27，轴承座38等安装座均安装在其表面，以便于将搅拌电机28、伺服电机35、电磁阀A21和电磁阀B25安装在测试箱体外部以避免爆炸对其造成的破坏。

配气执行模块包括氧浓度传感器31，电磁阀B25用于进气流量控制，电磁阀A21用于出气流量控制以及配套管路组成，可实现可燃性气体浓度自动配比。配气前，先开启防爆膜，连通空气和箱体，保证新鲜空气进入；然后打开气瓶充入可燃性气体，通过氧浓度传感器31实时监测，控制电磁阀A21和电磁阀B25的导通时间，直至混合气体配至所需浓度，同时搅拌电机28开始工作，用于混合测试箱体内部的气体。利用这种方法可以避免泄爆膜形变可能带来的配比误差。

压力调节模块包括摩擦杆座14，按压力调节手柄15，按压力传感器23，摩擦杆41及配套金属连接件。按压力调节手柄15放置于测试箱外部，将按压力调节手柄15逆时针或顺时针转动，即可实现压力的增大或减小，可方便调节内部的按压力；压力调节主体放置在箱体内部，按压力传感器23实时测量实际按压力，摩擦杆41压在在摩擦盘22上，其中摩擦杆41可拆卸，方便在摩擦头使用完时更换；温度传感器A、温度传感器B、温度传感器C沿径向分布在摩擦杆端面，温度传感器D、温度传感器E分别分布在摩擦杆轴心距端面5mm、10mm的位置，可以实时测量摩擦杆附近由于摩擦产生的温度和爆炸瞬间产生的温度。

摩擦盘转速调节模块包括摩擦盘22，轴40，深沟球轴承39，法兰B38，轴承座37，电机连接架36和伺服电机35。通过参数设置及数据显示记录可以对伺服电机3进行转速设置及速度控制，通过轴40带动摩擦盘22转动。

各温度传感器、氧浓度传感器及按压力传感器，将测得的温度氧浓度按压力数据，其中温度数据通过线缆1，按压力数据和氧浓度数据通过线缆2传送至电控箱内的主控电路4中，通过线缆4控制各个电磁阀、搅拌电机及电点火针，主控电路4实时将温度氧浓度按压力数据传送至数据显示记录模块，即传送至PC端显示并记录个温度氧浓度按压力数据，同时绘制直观的温度氧浓度按压力变化曲线。

电控箱由温度数据线缆1，氧浓度按压力数据线缆2，电磁阀搅拌电机控制线缆3，主控电路版4，散热装置5，电源模块6，继电器7组成。其中，数据线缆1将温度传感器采集数据传输至主控电路板(主控电路版与线缆1之间连线未画出)，数据线缆2将氧浓度按压力采集数据传输至主控电路板(主控电路板与线缆2之间连线未画出)，电磁阀A21、电磁阀B25及搅拌电机28由主控电路板4通过线缆3驱动，电点火针24控制由主控电路板4通过继电器7驱动，并由线缆3连接继电器7于电点火针24。主控电路板4电源由电源模块6提供，散热装置5主要用于保持主控电路板4及电源模块6温度，防止电控箱长时间工作工程中出现过热现象。

本发明的一种工作模式是将选定金属材质的摩擦杆固定在压力调节模块最下端，按照事先计算好的按压力，转动按压力调节手柄，将摩擦杆压在摩擦盘上，分别在两个视窗上放置好防爆玻璃和泄爆膜，再通过压板和螺钉将其固定密封。通过参数设置及数据显示记录模块设置可燃性气体浓度通过控制电磁阀导通时间，直至混合气体配至所需浓度。设置摩擦盘转速，使摩擦盘按照设置的参数转动，与摩擦杆摩擦产生火花，从而点燃测试箱内的混合气体。通过温度传感器测得的温度变化参数可以进行火灾科学研究、燃爆风险预测以及事故调查分析。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和系统，可以通过其它的方式实现。例如，以上所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。上述单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。