一种隔爆外壳抑爆结构的确定方法

1.本发明涉及隔爆外壳领域，特别是指一种隔爆外壳抑爆结构的确定方法。


背景技术：

2.所谓“隔爆外壳”是指这样一种外壳，它允许进入内部的爆炸性气体：预混气体在外壳内发生燃烧爆炸，但是不允许爆炸生成物将外壳爆破，或者，从外壳内部通过通往外壳外部的任何通道窜到外壳外部，点燃周围的空气混合物。根据这样的防爆原理，隔爆外壳必须具有足够的机械强度，能够承受外壳内部发生爆炸时产生的爆炸压力，不会发生严重的变形或损坏；隔爆外壳各零部件之间的缝隙，即从外壳内部到外部的各种通道，必须具有合适的机械尺寸，能够降低外壳内部爆炸生成物窜出外壳时所携带的能量，甚至阻止爆炸生成物窜出外壳。这样，就可以避免设备周围的空气混合物发生点燃。
3.中国专利公开号：cn110829685a，公开了一种高密封隔爆电机外壳，涉及电机技术领域。本发明包括机壳和螺栓，机壳的周侧面呈扇形固接有四个安装板，机壳的两侧分别固定安装有前端盖和内端盖，前端盖的一侧固接有环形板和耳板，机壳的两端面均开设有环形槽，安装板的两端面均开设有凹槽，安装板的上表面对应凹槽的位置处开设有两通槽，通槽的内部滑动配合有拆解板。
4.由此可见，隔爆外壳内装有的电气元器件类型庞杂，导致隔爆外壳实现的功能繁多，应用在工业现场的隔爆外壳大多电气功能复杂、数量庞大、安装分散。


技术实现要素：

5.为此，本发明的目的是提供一种隔爆外壳抑爆结构的确定方法，具有实现隔爆外壳安全性和轻量化的优点。
6.为实现上述目的，本发明提供一种隔爆外壳抑爆结构的确定方法，包括，
7.步骤s1,对抑爆结构进行研究，初步确定选取的抑爆材料与隔爆外壳抑爆结构；
8.步骤s2，对步骤s1中隔爆外壳抑爆结构建立三维模型并进行爆破模拟，初步确定金属丝网层数与目数；
9.步骤s3,对步骤s1与步骤s2确定的隔爆外壳抑爆结构进行实验验证，确定步骤s1与步骤s2的准确性。
10.进一步的，在步骤s1中，所述抑爆材料选取不锈钢金属丝网，所述隔爆外壳抑爆结构是由不锈钢金属丝网构成的抑爆构件，所述抑爆构件的截面尺寸设置为与所述隔爆外壳相同。
11.进一步的，在步骤s2中，通过软件建立与实物呈1:1比例的隔爆外壳物理模型，采用多面体网格对建立的物理模型进行划分，通过不同网格数量重复模拟来评估网格独立性。
12.进一步的，在步骤s2中，对所述隔爆外壳物理模型进行爆破模拟以确定金属丝网目数时，通过固定金属丝网层数，对不同目数的金属丝网进行爆破模拟，对比分析不同金属
丝网目数下隔爆外壳爆炸压力曲线，并获取金属丝网目数不同时的爆炸特性相关参数。
13.进一步的，通过固定金属丝网层数，改变金属丝网目数进行不同的爆破模拟，对比分析不同金属丝网目数爆破模拟下的爆炸特性相关参数，确定在固定金属丝网层数时的最优金属丝网目数。
14.进一步的，所述爆炸特性相关参数，包括，最大爆炸压力值、最大爆炸压力上升速率和最大爆炸指数。
15.进一步的，在步骤s2中，对所述隔爆外壳物理模型进行爆破模拟以确定金属丝网层数时，通过固定所述最优金属丝网目数，对不同层数的金属丝网进行爆破模拟，对比分析不同金属丝网层数下隔爆外壳爆炸压力曲线，并获取金属丝网层数不同时的爆炸特性相关参数。
16.进一步的，通过固定所述最优金属丝网目数，改变金属丝网层数进行不同的爆破模拟，对比分析不同金属丝网层数爆破模拟下的爆炸特性相关参数，确定在固定最优金属丝网目数时的最优金属丝网层数。
17.进一步的，通过改变所述金属丝网层数和所述金属丝网目数进行不同的爆破模拟，对比分析不同金属丝网层数和目数下所述隔爆外壳爆炸压力曲线，比较各爆破模拟中的最大爆炸压力值、最大爆炸压力上升速率和最大爆炸指数，确定最优的金属丝网层数和目数。
18.进一步的，在步骤s3中，
19.步骤s31，选取最优的金属丝网层数、目数，制备由不锈钢金属丝网构成的抑爆构件；
20.步骤s32,设置空外壳爆炸实验方案，并且通过点火源距抑爆组件的距离不同，设置三种实验样品方案，为隔爆外壳抑爆结构的抑爆效果实验验证提供方案；
21.步骤s33,通过将压力传感器设置在所述隔爆外壳侧面上，将进、出气口呈对角布置在隔爆外壳左右两侧板处，将点火源设置在隔爆外壳前面板处，为开展隔爆外壳抑爆结构的抑爆效果的实验验证进行实验布置；
22.步骤s34，对步骤s32中的空外壳爆炸实验方案和三种实验样品方案进行爆破模拟，对隔爆外壳抑爆结构的抑爆效果进行实验验证。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果在于，研究了一种有效的隔爆外壳抑爆结构。利用自行搭建的爆炸实验系统，对金属丝网作为抑爆材料抑制隔爆外壳内乙烯/空气预混气体爆炸的特性进行了实验研究，探索放置金属丝网后隔爆外壳内乙烯/空气预混气体爆炸过程的爆炸压力的变化特征，定量分析了隔爆外壳抑爆效果。主要取得如下结论：
24.(1)金属丝网作为抑爆材料能够有效的抑制隔爆外壳内乙烯/空气预混气体的爆炸。
25.(2)隔爆外壳内放置金属丝网后，爆炸产生的最大爆炸压力值与金属丝网自身的吸热量及其引起的湍流呈耦合关系。
26.(3)隔爆外壳内安装抑爆结构组件，实验测得的隔爆外壳内乙烯/空气预混气体的最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率及最大爆炸指数等爆炸特性参数相较于未安装抑爆结构组件时有明显降低。
27.(4)隔爆外壳内安装抑爆结构组件，隔爆外壳内乙烯/空气预混气体爆炸获得最大
爆炸压力的时间在延长。
28.(5)抑爆组件距点火源位置越近，隔爆外壳抑爆效果越好，隔爆外壳减重率越高。
29.尤其，进一步的，通过研究了一种有效的隔爆外壳抑爆结构，利用自行搭建的爆炸实验系统，对金属丝网作为抑爆材料抑制隔爆外壳内乙烯、空气预混气体爆炸的特性进行了实验研究，探索放置金属丝网后隔爆外壳内乙烯、空气预混气体爆炸过程的爆炸压力的变化特征，获取不同金属丝网层数、目数下的爆炸特性相关参数，进行比较分析，确定最优的金属丝网层数和目数，进行爆炸模拟，从而定量分析隔爆外壳抑爆效果。
30.尤其，进一步的，通过采用由不锈钢材质的金属丝网组成的抑爆构件，并设置抑爆构件的截面尺寸与隔爆外壳相同，由于不锈钢材质的金属丝网具有体积小、价格低、重量轻、淬火性能好、不影响电气性能的优点，从而实现隔爆外壳的安全性和轻量化。
31.尤其，进一步的，通过采用多面体网格对隔爆外壳物理模型进行网格划分，使得网格划分的效率更高，多面体网格划分的人工操作较少,可显著提高网格划分的效率,减少不必要的资源浪费。
32.尤其，进一步的，通过改变金属丝网层数和金属丝网目数对隔爆外壳抑爆结构建立的三维模型进行不同的爆破模拟，并对不同金属丝网层数和目数下的隔爆外壳爆炸压力曲线进行对比分析，并获取到不同金属丝网层数和不同金属丝网目数下的爆炸特性相关参数，通过多次改变金属丝网层数、目数进行爆破模拟，提高了实验的精确度，减少误差，使得实验结果更具有准确性。
33.尤其，进一步的，通过根据金属丝网目数的不同对火焰穿过金属丝网前后隔爆外壳中心切面的温度场和湍流流场分布图进行对比分析，得到金属丝网在火焰传播过程中，作为障碍物会增强隔爆外壳内预混气体的湍动能，火焰湍流强度增大，燃烧反应更加剧烈，爆炸产生的压力也会更大，达到最大爆炸压力的时间也会提前，因此，随着金属丝网目数的增加，火焰淬熄效果越好，验证了金属丝网具有良好的淬熄性能。
34.尤其，进一步的，通过对所述空外壳爆炸实验和三种实验样品方案均进行5次实验，根据所述抑爆组件放置在隔爆外壳内，乙烯、空气预混气体在隔爆外壳内燃烧相比于无抑爆组件时，抑爆组件对于火焰传播可以被看作障碍物，当火焰通过障碍物时，火焰湍流强度增大，燃烧反应更加剧烈，隔爆外壳内的预混气体迅速燃烧，火焰传播速度加速，相比较于抑爆组件本身的吸波和散热作用不占主导因素，因此，放置抑爆组件后，隔爆外壳的最大爆炸值相较于未放置抑爆组件明显降低，且抑爆组件越靠近点火源，下降趋势也明显；隔爆外壳的最大爆炸上升斜率、最大爆炸指数也随之下降；三种实验样品方案下隔爆外壳内获得最大爆炸压力的时间与最大爆炸压力、最大爆炸上升斜率和最大爆炸指数的变化规律相反，抑爆组件距点火源位置越近，最大爆炸压力上升时间越长，由于抑爆组件对火焰湍流强度的激励作用相比于抑爆组件金属丝网材料本身的吸波和散热作用处于劣势，点火源距离抑爆组件越近，金属丝网的作用越明显，所以放置抑爆组件后，隔爆外壳获得最大爆炸压力的时间相比较于未放置抑爆组件条件下也延长。
附图说明
35.图1是隔爆外壳抑爆结构的确定方法的流程图；
36.图2是不同金属丝网目数下隔爆外壳爆炸压力曲线图；
37.图3是温度场分布图；
38.图4中
39.(a)、(b)为目数为5工况下隔爆外壳内温度场云图、湍动能分布云图，
40.(c)、(d)为目数为10工况下隔爆外壳内温度场云图、湍动能分布云图；
41.图5是不同抑爆结构隔爆外壳内爆炸压力随时间变化曲线图；
42.图6中
43.(a)是爆炸压力图，
44.(b)是最大爆炸压力上升斜率图，
45.(c)是最大爆炸指数图，
46.(d)是最大爆炸压力上升时间图。
具体实施方式
47.为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
48.下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。
49.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
50.此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
51.请参阅图1-图6所示，图1是隔爆外壳抑爆结构的确定方法的流程图；图2是不同金属丝网目数下隔爆外壳爆炸压力曲线图；图3是温度场分布图；图4中(a)、(b)为目数为5工况下隔爆外壳内温度场云图、湍动能分布云图，(c)、(d)为目数为10工况下隔爆外壳内温度场云图、湍动能分布云图；图5是不同抑爆结构隔爆外壳内爆炸压力随时间变化曲线图；图6中(a)是爆炸压力图，(b)是最大爆炸压力上升斜率图，(c)是最大爆炸指数图，(d)是最大爆炸压力上升时间图。
52.本发明提供一种隔爆外壳抑爆结构的确定方法，包括，
53.步骤s1,对抑爆结构进行研究，初步确定选取的抑爆材料与隔爆外壳抑爆结构；
54.步骤s2，对步骤s1中隔爆外壳抑爆结构建立三维模型并进行爆破模拟，初步确定金属丝网层数与目数；
55.步骤s3,对步骤s1与步骤s2确定的隔爆外壳抑爆结构进行实验验证，确定步骤s1与步骤s2的准确性。
56.具体而言，所述爆破模拟中隔爆外壳内的爆炸气体设置为乙烯、空气预混气体，其中乙烯浓度为8
±
0.5％。
57.通过研究了一种有效的隔爆外壳抑爆结构，利用自行搭建的爆炸实验系统，对金属丝网作为抑爆材料抑制隔爆外壳内乙烯、空气预混气体爆炸的特性进行了实验研究，探索放置金属丝网后隔爆外壳内乙烯、空气预混气体爆炸过程的爆炸压力的变化特征，获取不同金属丝网层数、目数下的爆炸特性相关参数，进行比较分析，确定最优的金属丝网层数和目数，进行爆炸模拟，从而定量分析隔爆外壳抑爆效果。
58.具体而言，在步骤s1中，所述抑爆材料选取不锈钢金属丝网，所述隔爆外壳抑爆结构是由不锈钢金属丝网构成的抑爆构件，所述抑爆构件的截面尺寸设置为与所述隔爆外壳相同，避免了放置抑爆组件后隔爆外壳出现压力重叠现象。
59.通过采用由不锈钢材质的金属丝网组成的抑爆构件，并设置抑爆构件的截面尺寸与隔爆外壳相同，由于不锈钢材质的金属丝网具有体积小、价格低、重量轻、淬火性能好、不影响电气性能的优点，从而实现隔爆外壳的安全性和轻量化。
60.具体而言，在步骤s2中，通过软件建立与实物呈1:1比例的隔爆外壳物理模型，采用多面体网格对建立的物理模型进行划分，通过不同网格数量重复模拟来评估网格独立性，经网格独立性验证后，确定网格数为507996。
61.通过采用多面体网格对隔爆外壳物理模型进行网格划分，使得网格划分的效率更高，多面体网格划分的人工操作较少,可显著提高网格划分的效率,减少不必要的资源浪费。
62.具体而言，设置所述金属丝网层数为i,i＝1,10,20,设置所述金属丝网目数为j，j＝5,8,10，根据不同的金属丝网层数i和不同的金属丝网目数j对所述隔爆外壳物理模型进行爆破模拟，对比分析不同金属丝网层数i和不同金属丝网目数j下的隔爆外壳爆炸压力曲线，并获取不同金属丝网层数i和不同金属丝网目数j下的爆炸特性相关参数，其中，所述爆炸特性相关参数包括，最大爆炸压力值、最大爆炸压力上升速率和最大爆炸指数。
63.通过改变金属丝网层数和金属丝网目数对隔爆外壳抑爆结构建立的三维模型进行不同的爆破模拟，并对不同金属丝网层数和目数下的隔爆外壳爆炸压力曲线进行对比分析，并获取到不同金属丝网层数和不同金属丝网目数下的爆炸特性相关参数，通过多次改变金属丝网层数、目数进行爆破模拟，提高了实验的精确度，减少误差，使得实验结果更具有准确性。
64.具体而言，对所述隔爆外壳物理模型进行爆破模拟以确定金属丝网目数时，通过设置金属丝网层数为固定值i＝1，改变金属丝网目数j,j＝5,8,10进行不同的爆破模拟，对比分析不同金属丝网目数j爆破模拟下的隔爆外壳爆炸压力曲线，比较获取的不同金属丝网目数j爆破模拟下的爆炸特性相关参数，金属丝网目数j为5、8、10时，数值模拟得到的隔爆外壳的最大爆炸压力分别为586kpa、580kpa、559kpa，上述数据参考下表1，说明隔爆外壳内预混气体爆炸产生的爆炸压力得到了抑制,随着金属丝网目数j的增加，隔爆外壳达到最大爆炸的压力的时间在延长，最大爆炸压力上升速率不断在下降，最大爆炸指数也随之降低,确定在固定金属丝网层数i＝1时的最优金属丝网目数j,所述最优金属丝网目数为j＝10。
65.表1金属丝网目数不同时爆炸特性相关参数
66.[0067][0068]
通过固定金属丝网层数为i＝1,改变金属丝网目数j＝5,8,10，进行三次爆炸模拟，可以看出，随着金属丝网目数j的增加，隔爆外壳内的最大爆炸压力呈下降趋势，说明金属丝网目数越大，隔爆外壳内乙烯、空气预混气体爆炸产生的爆炸压力越能得到很好的控制，从而确定最优金属丝网目数j＝10，使得隔爆外壳的抑爆效果得到显著提高。
[0069]
具体而言，在步骤s2中，对所述隔爆外壳物理模型进行爆破模拟以确定金属丝网层数时，通过设置金属丝网目数为最优金属丝网目数j＝10，改变金属丝网层数i＝1,10,20，对不同层数的金属丝网进行爆破模拟，对比分析不同金属丝网层数i爆破模拟下的隔爆外壳爆炸压力曲线，比较获取的不同金属丝网层数i爆破模拟下的爆炸特性相关参数，金属丝网层数i分别为1、10、20时，数值模拟得到的隔爆外壳的最大爆炸压力分别为560kpa、506kpa、150kpa，上述数据参考下表2，说明了金属丝网对隔爆外壳内预混气体爆炸的最大爆炸压力具有有效的抑制作用，随着金属丝网层数i的增加，隔爆外壳达到最大爆炸的压力的时间在提前，最大爆炸压力上升速率呈上升趋势，最大爆炸指数也随之增加，确定在固定最优金属丝网目数j＝10时的最优金属丝网层数i,所述最优金属丝网层数为i＝20。
[0070]
表2金属丝网层数不同时爆炸特性相关参数
[0071][0072]
通过固定最优金属丝网目数j＝10,改变金属丝网层数i＝1,10,20,进行三次爆炸模拟，可以看出,随着金属丝网层数i的增加，隔爆外壳内的最大爆炸压力呈下降趋势，说明金属丝网层数越大，隔爆外壳内乙烯、空气预混气体爆炸产生的爆炸压力越能得到很好的控制，从而确定最优金属丝网层数i＝20，使得隔爆外壳的抑爆效果得到显著提高。
[0073]
具体而言，设置所述金属丝网目数j＝5和金属丝网目数j＝10，进行爆破模拟时，对火焰穿过金属丝网前后隔爆外壳中心切面的温度场和湍流流场分布图进行对比分析，金属丝网目数分别为5、10时，火焰通过金属丝网后的温度分别降低到669.22℃和471.40℃，隔爆外壳内最大湍流强度分别为6.96m2/s2、10.04m2/s2，可以看出，随着金属丝网目数j的增加，湍流强度也随之增加，金属丝网目数j越大，内部孔隙越小，火焰与金属丝网的接触越多爆炸压力下降幅度越大，隔爆外壳达到最大爆炸的压力的时间也越长，所述金属丝网的吸热、吸波效应起主导作用,并且爆炸产生的最大爆炸压力值与金属丝网自身的吸热量及其引起的湍流呈耦合关系。
[0074]
通过根据金属丝网目数j的不同对火焰穿过金属丝网前后隔爆外壳中心切面的温度场和湍流流场分布图进行对比分析，得到金属丝网在火焰传播过程中，作为障碍物会增
强隔爆外壳内预混气体的湍动能，火焰湍流强度增大，燃烧反应更加剧烈，爆炸产生的压力也会更大，达到最大爆炸压力的时间也会提前，因此，随着金属丝网目数的增加，火焰淬熄效果越好，验证了金属丝网具有良好的淬熄性能。
[0075]
具体而言，在步骤s3中，
[0076]
步骤s31，选取最优的金属丝网层数i＝20、最优的金属丝网目数j＝10，将单层金属丝网进行裁剪，尺寸为460mm
×
305mm
×
190mm，然后通过压铸机将20层金属丝网压铸成一体，压铸成形的金属丝网四周采用钢制夹板固定，通过压铸机将夹板与金属丝网压实组装成抑爆组件；
[0077]
步骤s32,设置空外壳爆炸实验方案，并且通过改变抑爆组件距点火源的距离x不同,x＝150mm,100mm,50mm,设置了三种实验样品方案，对隔爆外壳抑爆结构的抑爆效果进行充分评估，包括，实验样品方案一，实验样品方案二，实验样品方案三，
[0078]
实验样品方案一，所述抑爆组件距点火源距离x＝150mm时的实验样品方案，
[0079]
实验样品方案二，所述抑爆组件距点火源距离x＝100mm时的实验样品方案，
[0080]
实验样品方案三，所述抑爆组件距点火源距离x＝50mm时的实验样品方案；
[0081]
步骤s33,通过将压力传感器设置在所述隔爆外壳侧面上，将进、出气口呈对角布置在隔爆外壳左右两侧板处，将点火源设置在隔爆外壳前面板处，为开展隔爆外壳抑爆结构的抑爆效果的实验验证进行实验布置；
[0082]
步骤s34，对步骤s32中的空外壳爆炸实验方案和三种实验样品方案进行爆破模拟，对隔爆外壳抑爆结构的抑爆效果进行实验验证。
[0083]
具体而言，设置空外壳爆炸实验，与所述三种实验样品方案在常温常压下，大气压力为101.325kpa左右，环境湿度不高于40％，环境温度为20℃左右的条件下进行实验，所述空外壳爆炸实验方案和三种实验样品方案均进行5次。
[0084]
具体而言，所述空外壳爆炸实验方案中，5次实验后测得的最大爆炸压力上升时间为25.36ms，最大爆炸压力值为624.58kpa，所述最大爆炸压力上升时间和最大爆炸压力值作为空外壳爆炸实验的基准数据，上述数据参考下表3。
[0085]
表3空外壳爆炸实验最大爆炸压力上升时间和最大爆炸压力
[0086][0087]
具体而言，所述实验样品方案一中，5次实验后测得的最大爆炸压力上升时间为29.89ms，最大爆炸压力值为423.61kpa，所述最大爆炸压力上升时间和最大爆炸压力值作为实验样品方案一的对比数据，上述数据参考下表4。
[0088]
表4实验样品方案一最大爆炸压力上升时间和最大爆炸压力
[0089][0090]
具体而言，所述实验样品方案二中，5次实验后测得的最大爆炸压力上升时间为28.45ms，最大爆炸压力值为462.61kpa，所述最大爆炸压力上升时间和最大爆炸压力值作为实验样品方案二的对比数据，上述数据参考下表5。
[0091]
表5实验样品方案二最大爆炸压力上升时间和最大爆炸压力
[0092][0093][0094]
具体而言，所述实验样品方案三中，5次实验后测得的最大爆炸压力上升时间为27.51ms，最大爆炸压力值为582.51kpa，所述最大爆炸压力上升时间和最大爆炸压力值作为实验样品方案三的对比数据，上述数据参考下表6。
[0095]
表6实验样品方案三最大爆炸压力上升时间和最大爆炸压力
[0096][0097]
具体而言，通过对所述空外壳爆炸实验和三种实验样品方案均进行5次实验，得到不同实验方案下不同次数下的最大爆炸压力上升时间和最大爆炸压力，得出三种实验样品方案下测得隔爆外壳内的最大爆炸压力值均低于空外壳时，随着抑爆组件距点火源距离的减小，爆炸压力上升斜率也在下降，隔爆外壳的爆炸压力值达到峰值后，爆炸压力值迅速下降，最后降低到大气常压，表明隔爆外壳内的爆炸压力得到了有效抑制。
[0098]
通过对所述空外壳爆炸实验和三种实验样品方案均进行5次实验，根据所述抑爆组件放置在隔爆外壳内，乙烯、空气预混气体在隔爆外壳内燃烧相比于无抑爆组件时，抑爆组件对于火焰传播可以被看作障碍物，当火焰通过障碍物时，火焰湍流强度增大，燃烧反应
更加剧烈，隔爆外壳内的预混气体迅速燃烧，火焰传播速度加速，相比较于抑爆组件本身的吸波和散热作用不占主导因素，因此，放置抑爆组件后，隔爆外壳的最大爆炸值相较于未放置抑爆组件明显降低，且抑爆组件越靠近点火源，下降趋势也明显；隔爆外壳的最大爆炸上升斜率、最大爆炸指数也随之下降；三种实验样品方案下隔爆外壳内获得最大爆炸压力的时间与最大爆炸压力、最大爆炸上升斜率和最大爆炸指数的变化规律相反，抑爆组件距点火源位置越近，最大爆炸压力上升时间越长，由于抑爆组件对火焰湍流强度的激励作用相比于抑爆组件金属丝网材料本身的吸波和散热作用处于劣势，点火源距离抑爆组件越近，金属丝网的作用越明显，所以放置抑爆组件后，隔爆外壳获得最大爆炸压力的时间相比较于未放置抑爆组件条件下也延长。
[0099]
具体而言，所述抑爆组件对隔爆外壳内乙烯、空气预混气体的抑爆效果通过最大爆炸压力衰减率进行评估，所述最大爆炸压力衰减率
[0100][0101]
其中：pmax(0)为未加金属丝网抑爆组件时隔爆外壳产生的最大爆炸压力；pmax(w)为加装金属丝网抑爆组件后隔爆外壳产生的最大爆炸压力。
[0102]
具体而言，所述最大爆炸压力衰减率以空外壳爆炸实验方案和三种实验样品方案中选取的基准数据及三种方案下的对比数据为抑爆效果评估数据。
[0103]
具体而言，随着所述抑爆组件距点火源位置的减小，隔爆外壳最大爆炸压力衰减率不断增大，当抑爆组件距点火源位置为50mm时，隔爆外壳最大爆炸压力的衰减率最大，为32.18％，上述数据参考下表7。
[0104]
表7最大爆炸压力衰减率数据表
[0105][0106]
具体而言，所述隔爆外壳按照隔爆外壳壁厚计算公式对壁厚进行理论计算，作为设计隔爆外壳的理论依据，所述隔爆外壳壁厚δ，
[0107][0108]
其中，σ为平面薄板的计算厚度；b为矩形薄板短边的长度；k为安全系数，k＝1.5；p为设计压力，对于ⅱb级隔爆外壳p为1500kpa；c为应力系数，σt为薄板材料的屈服极限，材质q235-a的屈服极限为240000kpa，上述数据参考下表8。
[0109]
表8应力系数
[0110]
[0111][0112]
本发明研究了一种有效的隔爆外壳抑爆结构。利用自行搭建的爆炸实验系统，对金属丝网作为抑爆材料抑制隔爆外壳内预混气体爆炸的特性进行了实验研究，探索放置金属丝网后隔爆外壳内预混气体爆炸过程的爆炸压力的变化特征，定量分析了隔爆外壳抑爆效果。主要取得如下结论：
[0113]
(1)金属丝网作为抑爆材料能够有效的抑制隔爆外壳内预混气体的爆炸。
[0114]
(2)隔爆外壳内放置金属丝网后，爆炸产生的最大爆炸压力值与金属丝网自身的吸热量及其引起的湍流呈耦合关系。
[0115]
(3)隔爆外壳内安装抑爆结构组件，实验测得的隔爆外壳内预混气体的最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率及最大爆炸指数等爆炸特性参数相较于未安装抑爆结构组件时有明显降低。
[0116]
(4)隔爆外壳内安装抑爆结构组件，隔爆外壳内预混气体爆炸获得最大爆炸压力的时间在延长。
[0117]
(5)抑爆组件距点火源位置越近，隔爆外壳抑爆效果越好，隔爆外壳减重率越高。
[0118]
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
[0119]
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种隔爆外壳抑爆结构的确定方法，其特征在于，包括，步骤s1,对抑爆结构进行研究，初步确定选取的抑爆材料与隔爆外壳抑爆结构；步骤s2，对步骤s1中隔爆外壳抑爆结构建立三维模型并进行爆破模拟，初步确定金属丝网层数与目数；步骤s3,对步骤s1与步骤s2确定的隔爆外壳抑爆结构进行实验验证，确定步骤s1与步骤s2的准确性。2.根据权利要求1所述的隔爆外壳抑爆结构的确定方法，其特征在于，在步骤s1中，所述抑爆材料选取不锈钢金属丝网，所述隔爆外壳抑爆结构是由不锈钢金属丝网构成的抑爆构件，所述抑爆构件的截面尺寸设置为与所述隔爆外壳相同。3.根据权利要求1所述的隔爆外壳抑爆结构的确定方法，其特征在于，在步骤s2中，通过软件建立与实物呈1:1比例的隔爆外壳物理模型，采用多面体网格对建立的物理模型进行划分，通过不同网格数量重复模拟来评估网格独立性。4.根据权利要求3所述的隔爆外壳抑爆结构的确定方法，其特征在于，在步骤s2中，对所述隔爆外壳物理模型进行爆破模拟以确定金属丝网目数时，通过固定金属丝网层数，对不同目数的金属丝网进行爆破模拟，对比分析不同金属丝网目数下隔爆外壳爆炸压力曲线，并获取金属丝网目数不同时的爆炸特性相关参数。5.根据权利要求4所述的隔爆外壳抑爆结构的确定方法，其特征在于，通过固定金属丝网层数，改变金属丝网目数进行不同的爆破模拟，对比分析不同金属丝网目数爆破模拟下获得的爆炸特性相关参数，确定在固定金属丝网层数时的最优金属丝网目数。6.根据权利要求5所述的隔爆外壳抑爆结构的确定方法，其特征在于，所述爆炸特性相关参数，包括，最大爆炸压力值、最大爆炸压力上升速率和最大爆炸指数。7.根据权利要求3所述的隔爆外壳抑爆结构的确定方法，其特征在于，在步骤s2中，对所述隔爆外壳物理模型进行爆破模拟以确定金属丝网层数时，通过固定所述最优金属丝网目数，对不同层数的金属丝网进行爆破模拟，对比分析不同金属丝网层数下隔爆外壳爆炸压力曲线，并获取金属丝网层数不同时的爆炸特性相关参数。8.根据权利要求7所述的隔爆外壳抑爆结构的确定方法，其特征在于，通过固定所述最优金属丝网目数，改变金属丝网层数进行不同的爆破模拟，对比分析不同金属丝网层数爆破模拟下的爆炸特性相关参数，确定在固定最优金属丝网目数时的最优金属丝网层数。9.根据权利要求4-8任一项所述的隔爆外壳抑爆结构的确定方法，其特征在于，通过改变所述金属丝网层数和所述金属丝网目数进行不同的爆破模拟，对比分析不同金属丝网层数和目数下所述隔爆外壳爆炸压力曲线，比较各爆破模拟中的最大爆炸压力值、最大爆炸压力上升速率和最大爆炸指数，确定最优的金属丝网层数和目数。10.根据权利要求9所述的隔爆外壳抑爆结构的确定方法，其特征在于，在步骤s3中，步骤s31，选取最优的金属丝网层数、目数，制备由不锈钢金属丝网构成的抑爆构件；步骤s32,设置空外壳爆炸实验方案，并且通过点火源距抑爆组件的距离不同，设置三种实验样品方案，为隔爆外壳抑爆结构的抑爆效果实验验证提供方案；步骤s33,通过将压力传感器设置在所述隔爆外壳侧面上，将进、出气口呈对角布置在隔爆外壳左右两侧板处，将点火源设置在隔爆外壳前面板处，为开展隔爆外壳抑爆结构的
抑爆效果的实验验证进行实验布置；步骤s34，对步骤s32中的空外壳爆炸实验方案和三种实验样品方案进行爆破模拟，对隔爆外壳抑爆结构的抑爆效果进行实验验证。

技术总结
本发明涉及隔爆外壳领域，特别是指一种隔爆外壳抑爆结构的确定方法，包括对抑爆结构进行研究、对隔爆外壳抑爆结构建立三维模型并进行爆破模拟、对隔爆外壳抑爆结构进行实验验证。本发明利用自行搭建的爆炸实验系统，对金属丝网作为抑爆材料抑制隔爆外壳内预混气体爆炸的特性进行了实验研究，利用数值仿真的方法研究了金属丝网目数、层数对隔爆外壳内预混气体爆炸特性的影响，探索放置金属丝网后隔爆外壳内预混气体爆炸过程的爆炸压力的变化特征，定量分析了隔爆外壳抑爆效果，使得隔爆外壳内预混气体的各爆炸特性参数有明显降低，隔爆外壳内预混气体爆炸获得最大爆炸压力的时间得到延长，由于隔爆外壳抑爆结构的设计使隔爆外壳抑爆效果更佳。爆外壳抑爆效果更佳。爆外壳抑爆效果更佳。


技术研发人员：李冬 戴士杰 齐超群
受保护的技术使用者：河北工业大学
技术研发日：2023.07.10
技术公布日：2023/10/15