一种防爆风机轴封材料抗爆测试装置及方法与流程

1.本发明属于机械部件的测试技术领域，具体涉及防爆风机的抗暴测试装置及方法。


背景技术：

2.爆炸性危险区域主要以爆炸物质在这一危险区域内出现的频繁程度和持续时间来划分。除煤矿外，我国的防爆危险区域分成爆炸性气体区域和可燃性粉尘区域，爆炸0区指连续出现或长期出现爆炸性气体或粉尘的环境，如：储罐液面以上空间、罐区内气体管道和码头船岸对接管道等场合。爆炸1区指在正常运行时可能出现爆炸性气体或粉尘混合物的环境，爆炸2区指在正常运行时不可能出现爆炸性气体或粉尘混合物的环境，或即使出现也仅是短时存在的爆炸性气体或粉尘混合物的环境。符合0区防爆要求的设备可以用到1区或2区场所，1区设备可以用到2区场所，反之则不行。
3.风机被广泛地应用于石油、化工、制药、冶金、城市燃气站等含有爆炸性混合物的场所，因此风机除了需要具备产品本身所要求达到的基本性能之外，还需要有防爆措施保护。若不具备防爆品质，产生的静电火花、机械零部件火花和摩擦产生的热表面是可能引爆周围环境的点燃源，一旦发生爆炸事故将带来灾难性后果。一些特殊气体如氢气、甲烷、乙烯和乙炔等点燃能低的气体，防爆风机要求输送这类气体时必须杜绝一切可能的点燃源。防爆风机除了叶轮与机壳之间摩擦可能产生点燃源外，防爆风机传动轴与机壳连接处的轴端密封同样可能产生点燃源，特别是轴封材料与轴套的摩擦，可能产生高温热表面、静电等点燃源。一旦风机内部发生爆炸，除了风机外壳需要承受爆炸冲击外，轴端密封也需要耐受爆炸冲击，若轴端密封受到爆炸冲击发生破裂或者碎裂，风机内部的易燃气体泄露至大气中，会造成更严重的爆炸或者火灾。
4.目前国内应用在防爆场合的风机内部一旦发生爆炸，除了风机外壳需要承受爆炸冲击外，轴端密封也需要耐受爆炸冲击，若轴端密封受到爆炸冲击发生破裂或者碎裂，风机内部的易燃气体泄露至大气中，会造成更严重的爆炸或者火灾。因此防爆风机轴封存在重大安全隐患和环保风险，现有技术中还未见有对轴封材料进行防爆测试的相关报道，因此亟需研制一种防爆风机轴封材料抗暴测试方法及装置，检测分析轴封材料耐受爆炸冲击压力情况。


技术实现要素：

5.本发明的目的是弥补现有技术中对防爆风机轴封材料抗爆测试缺少相关研究的不足，提供一种防爆风机轴封材料抗爆测试装置及方法。
6.为了实现上述目的，本发明采用的技术手段是：一种防爆风机轴封材料抗爆测试装置，包括爆轰管；所述爆轰管内充装燃爆气体，其一端设有点燃源，另一端安装待测轴封材料环。
7.作为本发明的一种优选方式，所述的爆轰管上靠近待测轴封材料环处设有透明视
窗。
8.进一步优选地，所述透明视窗附近设有高速相机，所述高速相机的镜头与视窗相对，用于拍摄待测轴封材料环。
9.进一步优选地，所述爆轰管一侧设有超声振荡器，所述超声振荡器与爆轰管的外壁间隔5mm。
10.进一步优选地，所述爆轰管连接真空抽吸装置。
11.进一步优选地，所述爆轰管设有压力传感器。
12.进一步优选地，所述爆轰管设有温度传感器。
13.进一步优选地，所述的爆轰管采用不锈钢材质。
14.本发明还提供一种防爆风机轴封材料抗爆测试方法，包括：将轴封材料环安装在爆轰管内，并将管内抽成真空；向爆轰管内充入燃爆气体，并通过超声震荡装置混匀；点燃源点火，引燃爆轰管内的燃爆气体，并使之发生爆炸；高速相机透过视窗拍摄爆炸冲击波对轴封材料环表面的作用过程。
15.进一步优选地，向爆轰管内充入燃烧气体使压力值达到5-8kpa时，关闭燃烧气管阀门；充入空气至压力值达到101kpa。
16.本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：1、本发明通过配置不同分压比的爆炸气体，能够模拟风机实际应用场合的易燃气体工况，利用火花塞点燃爆炸气体，检测分析防爆风机轴封材料耐爆炸冲击压力情况。
17.2、本发明利用超声震荡器，能够在燃爆气体点燃前将燃烧气与氧气充分混合，避免燃烧气与氧气分布不均造成点火困难的情况，同时燃爆气爆炸产生的冲击力也愈接近实际情况。
18.3、本发明利用透明视窗和高速相机，能够拍摄燃爆气体爆炸产生的冲击波对轴封材料表面的作用过程，根据压力传感器的爆炸压力值以及轴封材料表面的受损程度，分析轴封材料耐爆炸冲击压力情况。
19.本发明的防爆风机轴封材料抗爆测试装置结构简单，测试过程操作方便。
附图说明
20.图1为本发明实施例中防爆风机轴封材料抗爆测试装置的结构示意图。
具体实施方式
21.为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明公开内容的理解更加透彻全面。
22.实施例1：本实施例提供一种防爆风机轴封材料抗爆测试装置，其结构如图1所示，主要包括火花塞1、燃烧气阀2、燃烧气管3、爆轰主管4、空气管5、空气阀6、超声震荡器7、高速相机8、蓝宝石视窗9、温度传感器10、压力传感器11、爆轰副管12、抽气管14、抽气阀15、真空泵16。
23.爆轰主管4和爆轰副管12通过法兰连接成整套爆轰管，爆轰主管4和爆轰副管12采用316不锈钢材质，爆轰管整体设计压力为20mpa。爆轰主管4和爆轰副管12连接法兰处设置轴封材料环13安装槽，通过爆轰主管4和爆轰副管12法兰连接时的压紧力将轴封材料环13固定安装在安装槽中，此种安装方式与防爆风机中轴封材料环13的安装方式一致，因此可以模拟轴封材料环13实际工况下受爆炸冲击压力情况。
24.火花塞1通过螺纹安装在爆轰主管4的左侧端面，燃烧气管3焊接在爆轰主管4的左上侧，燃烧气管3上安装有燃烧气阀2，燃烧气阀2与燃烧气管3通过螺纹连接固定。空气管5焊接在爆轰主管4的左中上侧，空气阀6安装在空气管5上，空气阀6与氧气管通过螺纹连接固定。
25.超声震荡器7安装在爆轰主管4的中上部，超声震荡器7与爆轰主管4外侧间隙为5mm。
26.蓝宝石视窗9法兰安装在爆轰主管4的右中上侧，高速相机8固定安装在爆轰主管4的右中上部，调整高速相机8的镜头角度，使高速相机8能够透过蓝宝石视窗9拍摄到轴封材料环13。
27.温度传感器10通过螺纹安装在爆轰副管12的上侧，用于监测爆轰管内温度值。压力传感器11通过螺纹安装在爆轰副管12的上侧，用于监测爆轰管内压力值。
28.抽气管14焊接在爆轰主管4的中下侧，抽气阀15安装在抽气管14上，抽气阀15与抽气管14通过螺纹连接固定。真空泵16与抽气阀15之间通过螺纹连接。
29.本实施例的防爆风机轴封材料抗爆测试装置，使用方法为：轴封材料抗暴测试前，将轴封材料环13安装在爆轰主管4和爆轰副管12的安装槽中。整个轴封材料抗暴测试流程为：爆轰管抽真空、充装燃爆气体、超声震荡爆轰管、火花塞1点火、高速相机8拍摄爆炸冲击波对轴封材料环13表面的作用过程、分析轴封材料环13耐爆炸冲击压力情况。
30.爆轰管抽真空：关闭燃烧气阀2和空气阀6，打开抽气阀15，开启真空泵16将爆轰管内部气体抽吸排放至大气中，等到压力传感器11压力值达到绝压1.0kpa，关闭真空泵16，关闭抽气阀15。
31.充装燃爆气体：空气阀6和抽气阀15保持关闭，燃烧气阀2打开，向爆轰管充装燃爆气体，等到压力传感器11压力值达到一定压力值时，关闭燃烧气阀2；保持燃烧气阀2和抽气阀15关闭，打开空气阀6，向爆轰管充装空气，等到压力传感器11压力值达到常压，关闭空气阀6，完成气体充装作业。
32.超声震荡爆轰管：保持空气阀6、燃烧气阀2和抽气阀15关闭，开启超声震荡器7，超声震荡器7发射的超声波透过爆轰主管4的外壁对爆轰管内的气体进行震荡，充分混合爆轰管内燃爆气体和空气，超声震荡器7整个震荡时间为5分钟。
33.火花塞1点火：保持空气阀6、燃烧气阀2和抽气阀15关闭，爆轰管完成超声震荡后，火花塞1通电点火，火花塞1通电时间不低于2秒，确保爆轰主管4内燃爆气体和空气点燃并发生爆炸。
34.高速相机8拍摄爆炸冲击波对轴封材料环13表面的作用过程：火花塞1点火后，高速相机8透过蓝宝石视窗9拍摄爆炸冲击波冲击轴封材料环13表面时，轴封材料环13整个振动过程。
35.分析轴封材料环13耐爆炸冲击压力情况：爆炸瞬间，温度传感器10测量的温度值
会急剧上升，压力传感器11测量的压力值同样会急剧上升；爆炸结束后，高速相机8拍摄轴封材料环13表面的碎裂程度。根据压力传感器11的爆炸压力最大值以及轴封材料环13表面的受损程度，分析轴封材料环13耐爆炸冲击压力情况。
36.开启抽气阀15，开启真空泵16将爆轰管内部爆燃后的气体抽吸排放至大气中，完成此次轴封材料环13抗暴测试。
37.实施例2：本实施例提供的防爆风机轴封材料抗爆测试方法，以测试汽油油气防爆风机的聚四氟乙烯材料轴封材料环13为例，将聚四氟乙烯轴封材料环13安装在爆轰主管4和爆轰副管12的安装槽中，爆轰主管4和爆轰副管12法兰连接形成整套爆轰管。
38.关闭燃烧气阀2和空气阀6，打开抽气阀15，开启真空泵16将爆轰管内部气体抽吸排放至大气中，等到压力传感器11压力值达到绝压1.0kpa，关闭真空泵16，关闭抽气阀15。燃烧气阀2打开，向爆轰管充装汽油油气，等到压力传感器11压力值达到7kpa值时，关闭燃烧气阀2，打开空气阀6，向爆轰管充装空气，等到压力传感器11压力值达到101kpa，关闭空气阀6，完成气体充装作业。
39.开启超声震荡器7，超声震荡器7发射的超声波透过爆轰主管4的外壁对爆轰管内的气体进行震荡，超声震荡器7整个震荡时间为5分钟。
40.爆轰管完成超声震荡后，火花塞1通电点火，爆轰管内汽油油气和空气点燃并发生爆炸。
41.高速相机8透过蓝宝石视窗9拍摄爆炸冲击波冲击轴封材料环13表面时，轴封材料环13发生剧烈振动。同时温度传感器10温度值从26℃上升至78℃，压力传感器从0.1mpa上升至0.87mpa，轴封材料环13表面无破碎只有浅浅的印痕。证明聚四氟乙烯材料轴封材料环13能够耐受0.87mpa爆炸冲击力，满足汽油油气防爆风机轴封材料的抗暴要求。
42.实施例3：本实施例提供的防爆风机轴封材料抗爆测试方法，以测试苯气体防爆风机的石墨炭轴封材料环13为例，将石墨炭轴封材料环13安装在爆轰主管4和爆轰副管12的安装槽中，爆轰主管4和爆轰副管12法兰连接形成整套爆轰管。
43.关闭燃烧气阀2和空气阀6，打开抽气阀15，开启真空泵16将爆轰管内部气体抽吸排放至大气中，等到压力传感器11压力值达到绝压1.0kpa，关闭真空泵16，关闭抽气阀15。燃烧气阀2打开，向爆轰管充装苯气体，等到压力传感器11压力值达到6.2kpa值时，关闭燃烧气阀2，打开空气阀6，向爆轰管充装空气，等到压力传感器11压力值达到101kpa，关闭空气阀6，完成气体充装作业。
44.开启超声震荡器7，超声震荡器7发射的超声波透过爆轰主管4的外壁对爆轰管内的气体进行震荡，超声震荡器7整个震荡时间为5分钟。
45.爆轰管完成超声震荡后，火花塞1通电点火，爆轰管内苯气体和空气点燃并发生爆炸。高速相机8透过蓝宝石视窗9拍摄爆炸冲击波冲击轴封材料环13表面时，轴封材料环13发生剧烈振动，有碎片飞溅。同时温度传感器10温度值从25℃上升至82℃，压力传感器从0.1mpa上升至0.67mpa，轴封材料环13表面多处破碎脱落。证明石墨炭轴封材料环13无法耐受0.67mpa爆炸冲击力，不能满足苯气体防爆风机轴封材料的抗暴要求。
46.实施例4：本实施例提供的防爆风机轴封材料抗爆测试方法，以测试乙烯气体防爆风机的石墨复合金属丝炭环材料轴封材料环13为例，将石墨复合金属丝炭环材料轴封材料环13安装在爆轰主管4和爆轰副管12的安装槽中，爆轰主管4和爆轰副管12法兰连接形成整
套爆轰管。
47.关闭燃烧气阀2和空气阀6，打开抽气阀15，开启真空泵16将爆轰管内部气体抽吸排放至大气中，等到压力传感器11压力值达到绝压1.0kpa，关闭真空泵16，关闭抽气阀15。燃烧气阀2打开，向爆轰管充装乙烯气体，等到压力传感器11压力值达到5.6kpa值时，关闭燃烧气阀2，打开空气阀6，向爆轰管充装空气，等到压力传感器11压力值达到101kpa，关闭空气阀6，完成气体充装作业。
48.开启超声震荡器7，超声震荡器7发射的超声波透过爆轰主管4的外壁对爆轰管内的气体进行震荡，超声震荡器7整个震荡时间为5分钟。
49.爆轰管完成超声震荡后，火花塞1通电点火，爆轰管内乙烯气体和空气点燃并发生爆炸。高速相机8透过蓝宝石视窗9拍摄爆炸冲击波冲击轴封材料环13表面时，轴封材料环13发生剧烈振动，有碎片脱落。同时温度传感器10温度值从25℃上升至76℃，压力传感器从0.1mpa上升至0.69mpa，轴封材料环13表面多处破碎脱落。证明石墨复合金属丝炭轴封材料环13无法耐受0.69mpa爆炸冲击力，不能满足乙烯气体防爆风机轴封材料的抗暴要求。
50.实施例5：本实施例提供的防爆风机轴封材料抗爆测试方法，以测试苯乙烯气体防爆风机的聚苯硫醚材料轴封材料环13为例，将聚苯硫醚材料轴封材料环13安装在爆轰主管4和爆轰副管12的安装槽中，爆轰主管4和爆轰副管12法兰连接形成整套爆轰管。
51.关闭燃烧气阀2和空气阀6，打开抽气阀15，开启真空泵16将爆轰管内部气体抽吸排放至大气中，等到压力传感器11压力值达到绝压1.0kpa，关闭真空泵16，关闭抽气阀15。燃烧气阀2打开，向爆轰管充装苯乙烯气体，等到压力传感器11压力值达到7.8kpa值时，关闭燃烧气阀2，打开空气阀6，向爆轰管充装空气，等到压力传感器11压力值达到101kpa，关闭空气阀6，完成气体充装作业。
52.开启超声震荡器7，超声震荡器7发射的超声波透过爆轰主管4的外壁对爆轰管内的气体进行震荡，超声震荡器7整个震荡时间为5分钟。
53.爆轰管完成超声震荡后，火花塞1通电点火，爆轰管内苯乙烯气体和空气点燃并发生爆炸。高速相机8透过蓝宝石视窗9拍摄爆炸冲击波冲击轴封材料环13表面时，轴封材料环13发生剧烈振动。同时温度传感器10温度值从25℃上升至85℃，压力传感器从0.1mpa上升至0.98mpa，轴封材料环13表面无破碎只有浅浅的印痕。证明聚苯硫醚轴封材料环13能够耐受0.98mpa爆炸冲击力，满足苯乙烯气体防爆风机轴封材料的抗暴要求。