一種固體可燃物可控氣氛熱解測試系統及測試方法技術方案

本發明專利技術一種固體可燃物可控氣氛熱解測試系統及測試方法屬于熱安全領域，涉及一種可從惰性到富氧氣氛不同氧氣濃度條件下可燃物的熱解測試系統及方法。包括主體部分和配氣部分；主體部分包括樣件盒、樣件盒支架、整流盒和整流盒支架，整流盒放置在整流盒支架的上平面上，樣件盒放置在樣件盒支架上平面上；配氣部分包括并聯的三個儲氣瓶，儲氣瓶的出氣口均設有旋轉開關；分別通過減壓閥、流量控制閥相連，與同一個體積流量計相連，并通過干管與整流盒進氣口相連；在干管的端部、體積流量計的后部還設有干燥管。實現待測樣件上表面在測試過程中保持穩定目標氣氛；整套裝置體積較小，測試步驟及操作方法簡單易行，測試結果重復性和認可度高。

A Controllable Atmosphere Pyrolysis Testing System and Testing Method for Solid Combustibles

【技術實現步驟摘要】
一種固體可燃物可控氣氛熱解測試系統及測試方法
本專利技術一種固體可燃物可控氣氛熱解測試系統及測試方法屬于熱安全領域，涉及一種外界輻射加熱條件下可控氣氛固體可燃物熱解測試裝置及該裝置下可燃物熱解過程的測試方法，特別是涉及一種可從惰性到富氧氣氛不同氧氣濃度條件下可燃物的熱解測試系統及方法。
技術介紹
常規大氣氣氛下（氧氮比：21:79）固體可燃物的熱解著火過程為生產生活中最常見的起火類型，因此前人已對此進行了大量研究。隨著工業及科技領域的不斷深化，非常規氣氛下可燃物的熱安全問題日益受到人們的關注，特別是一些特殊工業場所及航空航天器內的熱安全問題。如2008年我國神舟七號載人航天飛船在直播航天員出艙活動中出現火災誤報情況，雖為誤報，但其潛在危害程度非常巨大。美國國家航空航天局(NASA)最近幾年已聯合多家高校和科研機構在國際空間站開展了多批次材料熱安全性測試，包括熱解、著火、火蔓延等方面，該空間站將我國排除在外。我國目前在建國際空間站預計2022年開始服役并已邀請世界各國共同開展空間站國際合作，且在2024年美國空間站退役后成為全球唯一一個國際空間站，其特殊氣氛條件下的材料熱安全問題研究具有重大的理論及現實意義。現有固體可燃物熱解測試裝置較多，其中對中等尺寸（克級）材料進行測試最常用的儀器包括美國國家標準與技術研究院NIST研發的錐型量熱儀（Conecalorimeter）、美國FMGlobal火焰傳播量熱儀(FPA)及其他一些用硅碳棒、電熱絲、鹵素燈管等自制的加熱裝置。絕大多數裝置只能實現標準大氣氣氛下的熱解著火過程，該過程包含材料受熱后和表面空氣中氧氣的氧化過程。現有研究表面，材料在著火后表面被高溫火焰覆蓋，氧氣很難滲透到材料表面，固相熱解過程是在近似惰性氣氛下完成的而非有氧環境。此外，在其他一些特殊場所（如航空航天器內）其氧氣含量也與常規氣氛差別較大，材料在受熱后表現出來的熱解反應動力學過程與常規條件下有很大差別。因此，現有標準設備很大程度上限制了此類特殊環境氣氛下材料熱安全問題的研究。
技術實現思路
本專利技術的目的是針對上述不足之處提供一種固體可燃物可控氣氛熱解測試系統及測試方法，通過對輻射源下待測樣件盒進行改造并加設供氣裝置，實現待測樣件上表面在測試過程中保持穩定目標氣氛；通過調節供氣管道中氧氣和氮氣比例，實現從純氮氣到富氧條件的靈活調控以達到不同測試目的。克服已有標準或自制儀器如錐型量熱儀和火焰傳播量熱儀（FPA）等只能進行常規氣氛下材料熱解過程研究的局限，提供一種能產生從惰性到富氧環境的測試測試裝置及在該裝置下的測試方法。本專利技術是采取以下技術方案實現的：一種固體可燃物可控氣氛熱解測試系統，包括主體部分和配氣部分；主體部分包括樣件盒、樣件盒支架、整流盒和整流盒支架，整流盒放置在整流盒支架的上平面上，樣件盒放置在樣件盒支架上平面上；所述整流盒為回形結構，整流盒內圈中空；所述整流盒支架具有上平面、底座和支撐桿，整流盒支架的上平面和底座均為回形結構；支撐桿相對固定于上平面和底座之間；樣件盒支架寬度和高度分別小于整流盒支架內圈的寬度和高度，樣件盒位于整流盒中空處但并不接觸，樣件盒外壁與整流盒外壁之間留有5mm間距以保證質量測試不受整流盒影響，樣件盒支架和整流盒支架內外不接觸；配氣部分包括并聯的三個儲氣瓶，三個儲氣瓶分別是氮氣瓶、空氣瓶和氧氣瓶，三個儲氣瓶的出氣口均設有旋轉開關；三個儲氣瓶分別通過減壓閥、流量控制閥相連，形成三根支管，三根支管的端部與同一個體積流量計相連，并通過干管與整流盒進氣口相連；在干管的端部、體積流量計的后部還設有干燥管，干燥管內充滿干燥劑，用以去除輸入氣體中的水分；支管與儲氣瓶出口、減壓閥閥門出入口以及流量控制閥閥門出入口的連接處均采用銅螺母連接，干管與干燥管出入口、以及整流盒進氣口連接處均采用銅螺母連接；在上述銅螺母連接處的螺紋上均布有生料帶以保證氣密性。支管和干管均采用市售的輸氣管道，所述輸氣管道為外徑1cm的軟銅管（紫銅）。所述干燥管為外徑5cm，壁厚3mm的透明密閉亞克力管。所述干燥劑采用市售的管狀干燥劑，干燥劑為工業變色硅膠干燥劑。樣件盒具有中空的不銹鋼外盒和陶瓷纖維內盒，陶瓷纖維內盒放置在不銹鋼外盒內且二者緊密貼合，在陶瓷纖維內盒的盒體內設有設有樣件凹槽，樣件凹槽的周邊與陶瓷纖維內盒的內壁相貼合，從而保證測試過程中陶瓷纖維內盒與樣件緊密接觸沒有空隙。在不銹鋼外盒的上表面四邊設有向外水平外延的飛邊，以便使用者放置和取出樣件盒。所述樣件盒還配套有樣件盒持具，樣件盒持具一面開口，具有半框形夾持部和把柄，夾持部的后端中部與把柄相固定，當需要移動樣件盒時，手持樣件盒持具的把柄從開口處將樣件盒套入樣件盒持具，將樣件盒上表面的飛邊卡在樣件盒持具上以拖住樣件盒，方便移動。樣件盒支架具有支架上平面、支架底座和支架支撐桿，支架上平面和支架底座均采用市售的硬鋁光學面包板，支架支撐桿相對固定在支架上平面和支架底座之間，所述支架支撐桿設有四根。所述支架支撐桿采用可伸縮的不銹鋼螺桿，不銹鋼螺桿的外徑約為10cm，使用時通過轉動螺桿以調節支架支撐桿的高度和水平，并最終實現樣件上表面與加熱器的距離為測試所需預定值。支架支撐桿與支架上平面以及支架底座之間通過螺紋連接，支架支撐桿兩端的螺紋與支架上平面以及支架底座上開設的螺孔相匹配。整流盒為立方體中空盒，具有外壁和內壁，從而使得整流盒整體成為回字形，在外壁和內壁的同一面的上部均開有矩形開口，稱之外壁開口和內壁開口，內壁開口和外壁開口與整流盒底部的高度相同，便于后期使用時通過外壁出口和內壁出口放入樣件；外壁開口高度為3cm，內壁開口高度為1cm，內壁開口和外壁開口距離整流盒底部的距離均為7cm；在外壁開口處通過活頁或鉸鏈裝有能完全蓋住外壁開口的外壁門，取放樣件時打開外壁門，測試過程中關閉外壁門以保證整流盒內氣流在4個方向的均勻性；在內、外壁之間的底面中部焊接一周不銹鋼多孔管，所述不銹鋼多孔管的外徑為1cm，壁厚1mm；在不銹鋼多孔管上對稱的兩側設有間隔均勻的出氣孔，相鄰出氣孔之間的間隔為5mm，出氣孔的直徑為5mm；在多孔管四周中心點底部均開有一個進氣管外接孔，進氣管外接孔外接2cm高，外徑為1cm的不銹鋼中空螺紋管作為進氣管；在整流盒底部對應進氣管外接孔的位置開孔，以便進氣管插入整流盒內與進氣管外接孔相連接；在上平面的四周中心位置處開有直徑為1.5cm的通孔，以便整流盒的進氣管通過；在內、外壁之間的空隙處填充有與內、外壁開口平齊的直徑不小于5mm的玻璃珠，以實現對氣體的整流，達到均勻滲透目標氣體的目的。整流盒支架的支撐桿與上平面以及底座之間通過螺紋連接，整流盒支架兩端的螺紋與上平面以及底座上開設的螺孔相匹配。整流盒支架采用可伸縮不銹鋼螺桿，不銹鋼螺桿的外徑約為10cm，使用時通過轉動螺桿以調節整流盒支架的高度和水平。所述整流盒支架的上平面和底座采用20cm×20cm見方，1cm厚的中空硬鋁光學面包板。進氣管外接孔的直徑為1cm，進氣管外接孔的孔高為多孔管高度的一半。整流盒內、外壁及底面均為5mm厚鋁板，內、外壁之間的間隙為3cm寬。樣件盒支架上平面和支架底座分別為12cm×12cm見方，1cm厚。所述飛邊外沿厚1mm,寬1cm。本專利技術系統進行測試時，將本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種固體可燃物可控氣氛熱解測試系統，其特征在于：包括主體部分和配氣部分；主體部分包括樣件盒、樣件盒支架、整流盒和整流盒支架，整流盒放置在整流盒支架的上平面上，樣件盒放置在樣件盒支架上平面上；所述整流盒為回形結構，整流盒內圈中空；所述整流盒支架具有上平面、底座和支撐桿，整流盒支架的上平面和底座均為回形結構；支撐桿相對固定于上平面和底座之間；樣件盒支架寬度和高度分別小于整流盒支架內圈的寬度和高度，樣件盒位于整流盒中空處但并不接觸，樣件盒外壁與整流盒外壁之間留有5mm間距以保證質量測試不受整流盒影響，樣件盒支架和整流盒支架內外不接觸；配氣部分包括并聯的三個儲氣瓶，三個儲氣瓶分別是氮氣瓶、空氣瓶和氧氣瓶，三個儲氣瓶的出氣口均設有旋轉開關；三個儲氣瓶分別通過減壓閥、流量控制閥相連，形成三根支管，三根支管的端部與同一個體積流量計相連，并通過干管與整流盒進氣口相連；在干管的端部、體積流量計的后部還設有干燥管，干燥管內充滿干燥劑，用以去除輸入氣體中的水分；支管與儲氣瓶出口、減壓閥閥門出入口以及流量控制閥閥門出入口的連接處均采用銅螺母連接，干管與干燥管出入口、以及整流盒進氣口連接處均采用銅螺母連接；在上述銅螺母連接處的螺紋上均布有生料帶以保證氣密性。...

【技術特征摘要】
1.一種固體可燃物可控氣氛熱解測試系統，其特征在于：包括主體部分和配氣部分；主體部分包括樣件盒、樣件盒支架、整流盒和整流盒支架，整流盒放置在整流盒支架的上平面上，樣件盒放置在樣件盒支架上平面上；所述整流盒為回形結構，整流盒內圈中空；所述整流盒支架具有上平面、底座和支撐桿，整流盒支架的上平面和底座均為回形結構；支撐桿相對固定于上平面和底座之間；樣件盒支架寬度和高度分別小于整流盒支架內圈的寬度和高度，樣件盒位于整流盒中空處但并不接觸，樣件盒外壁與整流盒外壁之間留有5mm間距以保證質量測試不受整流盒影響，樣件盒支架和整流盒支架內外不接觸；配氣部分包括并聯的三個儲氣瓶，三個儲氣瓶分別是氮氣瓶、空氣瓶和氧氣瓶，三個儲氣瓶的出氣口均設有旋轉開關；三個儲氣瓶分別通過減壓閥、流量控制閥相連，形成三根支管，三根支管的端部與同一個體積流量計相連，并通過干管與整流盒進氣口相連；在干管的端部、體積流量計的后部還設有干燥管，干燥管內充滿干燥劑，用以去除輸入氣體中的水分；支管與儲氣瓶出口、減壓閥閥門出入口以及流量控制閥閥門出入口的連接處均采用銅螺母連接，干管與干燥管出入口、以及整流盒進氣口連接處均采用銅螺母連接；在上述銅螺母連接處的螺紋上均布有生料帶以保證氣密性。2.根據權利要求1所述的一種固體可燃物可控氣氛熱解測試系統，其特征在于：樣件盒具有中空的不銹鋼外盒和陶瓷纖維內盒，陶瓷纖維內盒放置在不銹鋼外盒內且二者緊密貼合，在陶瓷纖維內盒的盒體內設有設有樣件凹槽，樣件凹槽的周邊與陶瓷纖維內盒的內壁相貼合；在不銹鋼外盒的上表面四邊設有向外水平外延的飛邊。3.根據權利要求1或2所述的一種固體可燃物可控氣氛熱解測試系統，其特征在于：所述樣件盒還配套有樣件盒持具，樣件盒持具一面開口，具有半框形夾持部和把柄，夾持部的后端中部與把柄相固定。4.根據權利要求1所述的一種固體可燃物可控氣氛熱解測試系統，其特征在于：樣件盒支架具有支架上平面、支架底座和支架支撐桿，支架支撐桿相對固定在支架上平面和支架底座之間，所述支架支撐桿設有四根。5.根據權利要求4所述的一種固體可燃物可控氣氛熱解測試系統，其特征在于：所述支架支撐桿采用可伸縮的不銹鋼螺桿。6.根據權利要求1所述的一種固體可燃物可控氣氛熱解測試系統，其特征在于：整流盒為立方體中空盒，具有外壁和內壁，從而使得整流盒整體成為回字形，在外壁和內壁的同一面的上部均開有矩形開口，稱之外壁開口和內壁開口，內壁開口和外壁開口與整流盒底部的高度相同，便于后期使用時通過外壁出口和內壁出口放入樣件；外壁開口高度為3cm，內壁開口高度為1cm，內壁開口和外壁開口距離整流盒底部的距離均為7cm；在外壁開口處通過活頁或鉸鏈裝有能完全蓋住外壁開口的外壁門；在內、外壁之間的底面中部焊接一周不銹鋼多孔管，所述不銹鋼多孔管的外徑為1cm，壁厚1mm；在不銹鋼多孔管上對稱的兩側設有間隔均勻的出氣孔，相鄰出氣孔之間的間隔為5mm，出氣孔的直徑為5mm...

【專利技術屬性】
技術研發人員：龔俊輝，王志榮，王京陽，
申請(專利權)人：南京工業大學，
類型：發明
國別省市：江蘇,32