一种用于防煤仓自燃热管传热参数测试实验装置的制作方法

1.本实用新型属于煤炭安全防灭火技术领域，具体涉及一种用于防煤仓自燃热管传热参数测试实验装置。


背景技术：

2.煤炭在煤仓内长时间堆积时极易因自身氧化蓄热而引发自燃。传统的防治方法有喷洒阻燃剂，压实煤堆等，这些都是从“隔氧”的角度出发，但是不能做到“完全隔绝”，随着时间的推移仍存在发火的可能。目前公知的研究热棒移热性能的实验有：自燃热棒移热降温性能测试试验，得出了距离热棒越远降温效果越差的结论；煤自燃热棒防灭火关键技术研究实验，得出了热棒插入倾角改变时移热效果不同的结论等。目前，对于热棒移热参数研究实验较为普遍，但是针对实验开展过程中除变量外其余影响实验结果因素的控制无法做到统一，缺少一种专门用于热棒移热参数测试的实验装置。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的，是要提供一种用于防煤仓自燃热管传热参数测试实验装置，利用吸液芯热棒对装煤箱煤样内部进行散热，将装煤箱内部蓄热热量转移到空气中，破坏其蓄热环境，以达到防自燃的目的。
4.本实用新型为实现上述目的，所采用的技术方案如下：
5.一种用于防煤仓自燃热管传热参数测试实验装置，它包括装煤箱、吸液芯热棒、温控系统、测点温度采集装置及温度分析预警系统，装煤箱内装有煤样，吸液芯热棒插入煤样中；所述吸液芯热棒为内部装有工质的密封金属管，吸液芯热棒包括蒸发段、冷凝段和绝热段，绝热段位于蒸发段和冷凝段之间，冷凝段外壁上设有散热翅片，蒸发段内设有丝网结构；
6.所述温度分析预警系统包括主机、半导体温差发电片、热敏电阻、无线发射器和温度分析仪；主机、半导体温差发电片分别设置在吸液芯热棒的外侧壁上，半导体温差发电片的热端与煤样接触，无线发射器设置于主机顶部与主机电性连接并与温度分析仪无线通信连接，热敏电阻设置在吸液芯热棒蒸发段的外侧壁上并与主机电性连接，主机的电源端与半导体温差发电片连接；
7.所述温控系统包括主控制器、加热器、发射电路、接收电路、报警装置、显示装置；所述主控制器通过发射电路与加热器连接，加热器与显示装置连接；所述报警装置通过接收电路与温度分析预警系统的温度分析仪连接；
8.所述测点温度采集装置包括用于采集装煤箱内各处煤样温度的多个热电偶、温度采集装置；热电偶通过温度采集装置与温度分析仪连接，温度分析仪通过接收电路与报警装置连接；
9.所述蒸发段、热电偶均设置在装煤箱内的煤样中。
10.作为限定，所述吸液芯热棒中，蒸发段、绝热段、冷凝段的长度比例为5：6：4，吸液
芯热棒露在煤样外的长度与插入煤样的长度的比例为2：3。
11.作为第二种限定，吸液芯热棒内部中装有的工质为含25%缓冲剂的水，吸液芯热棒内部压强为6500~7000pa。
12.作为第三种限定，所述吸液芯热棒冷凝段的外壁上设有圆型散热翅片，圆型散热翅片与冷凝段用高频电阻焊接。
13.作为第四种限定，所述蒸发段内设有的丝网结构为蜂窝多孔结构。
14.作为第五种限定，所述热敏电阻为正温度系数热敏电阻，热敏电阻数量为两个，设置在蒸发段外侧壁的两侧。
15.作为第六种限定，所述加热器设置在装煤箱的外侧壁上。
16.作为第七种限定，所述主控制器采用以stc89c52rc芯片为核心的电路；显示装置采用lcd1602显示屏；发射电路、接收电路均采用以nrf24l01 芯片为核心的电路。
17.作为第八种限定，其特征在于，所述装煤箱由双层不锈钢板加工而成，不锈钢板间设有耐高温保温棉。
18.本实用新型由于采用了上述的技术方案，其与现有技术相比，所取得的技术进步在于：
19.（1）本实用新型所采用吸液芯热棒中冷凝段外侧设置有圆型散热翅片，蒸发段内为蜂窝多孔结构，其多孔结构有利于形成泡核沸腾，通过蒸发段、冷凝段同步强化的方式来提升吸液芯热棒热交换的工作效率，更利于装煤箱煤样内部散热；
20.（2）本实用新型在所述吸液芯热棒表面设置半导体温差发电片，通过煤自身蓄热与空气的温差，利用半导体温差发电片将热能转换为电能，为主机及无线发射器供电，相较于传统温差发电片，热能转换效率高34%；
21.（3）本实用新型通过设置测点温度采集装置，可以用于采集装煤箱内各处煤样温度并传输给温度分析仪进行分析，有助于技术人员及时掌控煤堆温度情况，当温度超过规定安全温度，温度分析仪会通过接收电路与报警装置通信，发出警报；
22.（4）本实用新型通过改进吸液芯热棒结构设置，设计用于防煤仓自燃热管移热参数测试实验装置，有效监测并分析了吸液芯热棒在不同倾角下对煤内部移热降温效果，为煤堆热棒防灭火技术提供一定的理论指导；
23.本实用新型属于煤炭安全防灭火技术领域，用于利用吸液芯热棒对装煤箱煤样内部进行散热，以达到防自燃的目的，实现方便简单，且成本较低，模拟效果好，经济可行性很高。
附图说明
24.图1为本实用新型实施例的装煤箱、吸液芯热棒、温度分析预警系统的结构示意图；
25.图2为本实用新型实施例的整体结构示意图。
26.图中：1、装煤箱；2、吸液芯热棒；3、蒸发段；4、绝热段；5、冷凝段；6、圆型散热翅片；7、主机；8、半导体温差发电片；9、热敏电阻；10、无线发射器；11、温度分析仪；12、主控制器；13、加热器；14、发射电路；15、接收电路；16、报警装置；17、显示装置；18、热电偶；19、温度采集装置。
具体实施方式
27.为了更好的解释本实用新型，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本实用新型作详细描述。
28.实施例一种用于防煤仓自燃热管传热参数测试实验装置
29.如图1所示，本实施例包括装煤箱1、吸液芯热棒2、温控系统、测点温度采集装置及温度分析预警系统，装煤箱1内装有煤样，吸液芯热棒插入煤样中。其中，装煤箱1由双层不锈钢板加工而成，不锈钢板间设有耐高温保温棉，装煤箱1具有如下特点：a.外观和表面平整，无刮痕、污迹及破损；b.装煤后不会变形；c.耐高温；d.保温性好。
30.吸液芯热棒2为内部装有工质的密封金属管，吸液芯热棒2包括蒸发段3、冷凝段5和绝热段4，绝热段4位于蒸发段3和冷凝段5之间，蒸发段3、绝热段4设置在装煤箱1内的煤样中；冷凝段5外壁上设有圆型散热翅片6，蒸发段3内设有丝网结构。其中，蒸发段3、绝热段4、冷凝段5的长度比例为5：6：4，吸液芯热棒2露在煤样外的长度与插入煤样的长度的比例为2：3。
31.本实施例中，吸液芯热棒2总长度1.5m，蒸发段3长度为0.5m，绝热段4长度为0.6m，冷凝段5长度为0.4m，管径为49mm，壁厚3mm；吸液芯热棒2内部中装有的液体工质为含25%缓冲剂的水，吸液芯热棒2内部压强为7000pa，此时水的沸点为40℃，吸液芯热棒2冷凝段5的外壁上设有圆型散热翅片6与冷凝段5用高频电阻焊接，蒸发段3内丝网结构为蜂窝多孔结构，其多孔结构有利于形成泡核沸腾。
32.温度分析预警系统包括主机7、半导体温差发电片8、热敏电阻9、无线发射器10和温度分析仪11；主机7、半导体温差发电片8分别设置在吸液芯热棒2的外侧壁上，半导体温差发电片8的热端与煤样接触，无线发射器10设置于主机7顶部并与主机7电性连接，并与温度分析仪11无线通信连接，热敏电阻9设置在吸液芯热棒2蒸发段3的外侧壁上并与主机7电性连接，主机7的电源端与半导体温差发电片8连接。主机7、半导体温差发电片8、无线发射器10位于装煤箱1的外面。
33.其中，热敏电阻9为正温度系数热敏电阻，且热敏电阻9数量为两个，设置在蒸发段3外侧壁的两侧。吸液芯热棒2表面设置半导体温差发电片8，将半导体温差发电片8的热端与煤样接触，通过煤自身蓄热与空气的温差，利用半导体温差发电片8将热能转换为电能，为主机7及无线发射器10供电，相较于传统温差发电片，热能转换效率高34%。
34.温控系统包括主控制器12、加热器13、发射电路14、接收电路15、报警装置16、显示装置17；主控制器12通过发射电路14与加热器13连接，加热器13与显示装置17连接；报警装置16通过接收电路15与温度分析预警系统的温度分析仪11连接。其中，主控制器12采用以stc89c52rc芯片为核心的电路；显示装置17采用lcd1602显示屏；发射电路14、接收电路15均采用以nrf24l01 芯片为核心的电路。加热器13设置在装煤箱1的外侧壁上。
35.测点温度采集装置包括用于采集装煤箱1内各处煤样温度的多个热电偶18、温度采集装置19；热电偶18通过温度采集装置19与温度分析仪11连接，温度分析仪11通过接收电路15与报警装置16连接，热电偶18均设置在装煤箱1内的煤样中。
36.本实施例中，热电偶18设置有二十四个，分为下、中、上三层，每层8个埋设在煤样中，其中下层热电偶18从左至右依次为a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7、a8。中间的热电从左至右依次为b1、b2、b3、b4、b5、b6、b7、b8，上层的热电偶18从左至右依次为c1、c2、c3、c4、c5、c6、c7、
c8。下层热电偶18与装煤箱1底部距离为15 cm，上层热电偶18与装煤箱1顶部的距离为也15 cm，中层热电偶18与上下层热电偶18之间的距离为10cm。
37.如图2所示，本实施例的工作原理为：首先将煤样装入装煤箱1中，然后在装煤箱1内埋设二十四个热电偶18；然后通过主控制器12利用发射电路14控制加热器13进行加热，对煤样进行加热，并在显示装置17中显示加热温度。
38.使吸液芯热棒2距离加热器13一定距离，将吸液芯热棒2在不同倾角下埋入煤样中，其中绝热段4和蒸发段3埋入煤样中，冷凝段5位于装煤箱1外，由于吸液芯热棒2内部中设有的液体工质为含25%缓冲剂的水，吸液芯热棒2内部压强为7000pa，此时水的沸点为40℃，装煤箱1内煤样的温度逐渐上升后达到水的沸点使其沸腾，沸腾散发出大量的热量并上升至冷凝段5，冷凝段5的外壁上设有圆型散热翅片6，热量通过圆型散热翅片6进行热量散发，工质凝结冷却后，流回吸液芯热棒2的蒸发段3，从而实现了吸液芯热棒2循环散热的目的。
39.同时，当吸液芯热棒2蒸发段3两侧的热敏电阻9感应到温度上升后，阻值也会升高，热敏电阻9将电阻信号发送给主机7后，主机7将电阻信号转换成温度信号并发送给无线发射器10后，无线发射器10将温度信号发送给温度分析仪11进行分析，温度分析仪11对反馈的温度信号进行处理，分析吸液芯热棒2在不同倾角下对装煤箱内部温度场分布影响。
40.装煤箱1内埋设二十四个热电偶18对煤样的各处温度进行测量后，将测量的温度信号传输给温度采集装置19，当温度采集装置19将温度信号传输给温度分析仪11，分析二十四个热电偶的温度变化的情况，如最大温差、最大降温率、累计降温、平均降温速率，同时当温度分析仪11检测到信号温度超过煤自热临界温度时，将临界电信号通过温度系统的接收电路15传输至报警装置16，进行报警。
41.本实施例中，吸液芯热棒2内部中设有的工质为含25%缓冲剂的水，吸液芯热棒2内部压强为7000pa。实际应用中，工质还可以为氮、氟里昂或丙烷，吸液芯热棒2内部压强可以为6500~7000pa。
42.本实施例中，吸液芯热棒2可以垂直插入装煤箱1内，也可以倾斜一定角度插入。