一种硼粉燃烧热值测试装置

摘要

本发明公开了一种硼粉燃烧热值测试装置,包括弹体、弹头、坩埚、坩埚盖、导电柱，坩埚固定在弹体内的坩埚架上，弹头安装在弹体上面，弹头中间有通气管与弹体内相通，通气管上设有顶针式气阀，两个导电柱为点火电极,导电柱上开有小孔，上部有导电套圈，点火丝两端分别穿入导电柱上的小孔通过导电套圈固连，坩埚盖位于坩埚上面，坩埚盖上有两个镶嵌陶瓷片的台阶孔，用于穿入点火丝；坩埚壁中间沿周向有两排导向孔，可避免燃烧热值较高的硼粉对氧弹部件烧蚀；增加坩埚容积，保证足够多的氧气参与燃烧；坩埚盖上有台阶孔平衡坩埚内外压强。测试装置特别适用燃料硼燃烧热值测定，还适用于固体推进剂、煤炭、石油物质燃烧发热量的测定。

权利要求

1.一种硼粉燃烧热值测试装置，其特征在于:包括弹体、坩埚、导向孔、坩埚架、坩埚盖、导电套圈、弹头、顶针式气阀、通气管、绝缘体、通气口、导电柱、台阶孔、点火丝,坩埚位于弹体内固定在坩埚架上，弹头安装在弹体上面，弹头中间有通气管与弹体内通气口相通，通气管与弹头之间镶嵌有绝缘体,通气管上设有顶针式气阀位于弹头上部,两个导电柱为点火电极,其中长导电柱一端固定在弹头上，长导电柱另一端弯曲成圆环作为坩埚架，两个导电柱上开有小孔，导电柱上有导电套圈，点火丝穿过坩埚盖上两个台阶孔,点火丝的两端分别穿入两个导电柱上的小孔,并通过导电套圈固连；

所述坩埚盖位于坩埚上面，坩埚盖上设置有两个镶嵌陶瓷片的台阶孔，用于穿入点火丝；

所述坩埚侧壁中间部位沿周向均布有两排导向孔，两排导向孔向坩埚壁外两两相对倾斜,倾斜角为60度。

2.根据权利要求1所述的硼粉燃烧热值测试装置，其特征在于:所述导向孔为多个。

3.根据权利要求1所述的硼粉燃烧热值测试装置，其特征在于:所述坩埚材料采用钨合金。

4.根据权利要求1所述的硼粉燃烧热值测试装置，其特征在于:所述坩埚盖材料采用钨合金。

说明书

一种硼粉燃烧热值测试装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种样品燃烧放热量的测试装置，具体地说,涉及一种硼粉燃烧热值测试装置。

背景技术

[0002] 现有技术领域里，测定物质发热量的仪器中经常采用氧弹式热量计，其中样品燃烧室即通常所指说的氧弹(如图1)，氧弹容积约为300mL，重量约2.5kg，经20MPa水压测试。弹头、弹体由耐热、耐腐蚀的镍铬合金钢制成，有良好的导电导热性，氧弹顶部采用顶针式自密封气阀。通气口兼作为点火电极，弹头兼作为另一点火电极，两个电极之间由绝缘材料隔绝。点火丝两头穿入导电柱上的小孔，并由导电套圈固定，其余部分埋入待测试的样品中，点火丝不能与坩埚、弹体内壁接触，否则会导致点火失败。其中一个导电柱兼作为坩埚架，将坩埚固定，坩埚由镍铬材料制成。试验时，样品放在坩埚中，密封连接弹头和弹体；充入一定压强的氧气，通电点火，使样品在富氧环境中充分燃烧。

[0003] 发明专利ZL 200610042932.8中公开了一种“含硼贫氧推进剂热值测试装置”对通用量热装置进行了改造(如图2)，并采用块状助燃的办法，克服了通用量热技术中两方面的缺陷:含硼贫氧推进剂不能充分燃烧和不该燃烧的氧弹部件严重烧蚀。而对于硼粉的燃烧热值测试，由于硼粉是粉,无法采用悬挂的装药模式，而且硼粉的燃烧放热量和燃烧温度很高，采用常用的氧弹式热量计的氧弹结构,坩埚、支架、坩埚盖和接线柱均有被严重烧蚀现象。

[0004] 在专利201010535657.X“硼粉燃烧热值的测量方法”中介绍了测试样品的制备方法,即硼粉和助燃剂紧密混合，并对现有氧弹改造(如图3)。该测量方法没有氧弹部件被烧蚀的问题。但其不足是:测试的样品由硼粉和助燃剂组成，助燃剂先气化后与氧气接触燃烧，燃烧时局部产生很大气压，氧弹内部因为压差的作用会产生很强的气体流动，导致硼粒子产生喷溅。氧弹由导热性良好的镍铬合金钢制成，放置在内筒的蒸馏水中，温度约25℃，所以氧弹内壁温度略高于25℃，如果硼粒子喷溅到氧弹内壁上会被迅速冷却，表面液态的B2O3固化后会隔绝硼粒子与氧气的接触，造成硼粒子不完全燃烧。

发明内容

[0005] 为了避免现有技术存在的不足,克服其测试硼粉燃烧热值时氧弹的坩埚、坩埚架、坩埚盖部件的烧蚀和硼粒子喷溅到氧弹内壁发生熄火造成的不完全燃烧问题；本发明提出一种硼粉燃烧热值测试装置。

[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括弹体、坩埚、导向孔、坩埚架、坩埚盖、导电套圈、弹头、顶针式气阀、通气管、绝缘体、通气口、导电柱、台阶孔、点火丝,坩埚位于弹体内固定在坩埚架上，弹头安装在弹体上面，弹头中间有通气管与弹体内通气口相通，通气管与弹头之间镶嵌有绝缘体,通气管上设有顶针式气阀位于弹头上部,两个导电柱为点火电极,其中长导电柱一端固定在弹头上，长导电柱另一端弯曲成圆环作为坩埚架，两个导电柱上开有小孔，导电柱上有导电套圈，点火丝穿过坩埚盖上两个台阶孔,两端分别穿入两个导电柱上小孔,并通过导电套圈固连；

[0007] 所述坩埚盖位于坩埚上面，坩埚盖上设置有两个镶嵌陶瓷片的台阶孔，用于穿入点火丝；

[0008] 所述坩埚侧壁中间部位沿周向均布有两排导向孔，两排导向孔向坩埚壁外两两相对倾斜,倾斜角为60度。

[0009] 所述导向孔为四个或多个的任意一种。

[0010] 所述坩埚材料采用钨合金。

[0011] 所述坩埚盖材料采用钨合金。

[0012] 有益效果

[0013] 本发明提出的硼粉燃烧热值测试装置，包括弹体、坩埚、导向孔、坩埚架、坩埚盖、导电套圈、弹头,坩埚位于弹体内固定在坩埚架上，弹头安装在弹体上面，弹头中间有通气管与弹体内通气口相通，通气管上设有顶针式气阀位于弹头上部,两个导电柱为点火电极,点火丝穿过坩埚盖上的台阶孔,两端分别穿入导电柱上小孔通过导电套圈固连，坩埚盖位于坩埚上面，坩埚侧壁中间沿周向均布有两排导向孔。坩埚和坩埚盖材料采用耐高温、耐烧蚀的钨合金制成，可避免燃烧热值较高的硼粉对氧弹部件烧蚀；增加坩埚容积，保证足够多的氧气参与燃烧；坩埚侧壁开有两排两两相对的导向孔，避免硼粒子直接喷溅到氧弹内壁引起不完全燃烧，也可平衡坩埚内外压强；坩埚盖上有镶嵌陶瓷片的台阶孔，对点火丝起到固定保护作用，保证可靠点火。

[0014] 本发明测试装置特别适用于燃料硼、固体推进剂、煤炭、石油物质燃烧发热量的测定。

附图说明

[0015] 下面结合附图和实施方式对本发明一种硼粉燃烧热值测试装置作进一步的详细说明。

[0016] 图1为公开的文献氧弹结构示意图。

[0017] 图2为公开的文献“含硼贫氧推进剂热值测试装置”示意图。

[0018] 图3为公开的文献“硼粉燃烧热值的测量方法”示意图。

[0019] 图4为本发明燃烧热值测试装置结构示意图。

[0020] 图5为本发明燃烧热值测试装置的坩埚示意图。

[0021] 图6为本发明燃烧热值测试装置的坩埚盖示意图。

[0022] 图7为本发明燃烧热值测试装置的坩埚盖剖视图。

[0023] 图中:

[0024] 1.弹体 2.坩埚 3.导向孔 4.坩埚架 5.坩埚盖 6.导电套圈 7.弹头8.顶针式气阀 9.通气管 10.绝缘体 11.通气口 12.导电柱 13.台阶孔 14.点火丝15.棉线 16.样品具体实施方式

[0025] 本实施例是一种硼粉燃烧热值测试装置。

[0026] 参阅图1～图3,用氧弹式热量计测试样品燃烧热值的基本原理是:测试系统由氧弹式热量计、点火装置、温度温差仪、数据采集计算机组成。其中氧弹式热量计由氧弹、内筒、外筒、搅拌器、温度传感器组成，内筒、外筒中均装有适量的蒸馏水。首先标定出测试系统的热容量，然后进行测试。将样品接好点火丝放置在氧弹的坩埚中，向氧弹中充入2MPa氧气，再放气至室压，如此重复两次，再充入2MPa氧气，以保证样品在氧环境中。将氧弹放置在内筒蒸馏水里，打开搅拌器，待内外筒蒸馏水温度平衡后开始采集温度数据，样品点燃后所释放的热量会引起氧弹本身及其周围的蒸馏水和热量计有关附件的温度升高。通过处理内外筒的温度变化数据即可得到样品的燃烧热值。

[0027] 测试之前首先标定系统热容量，本实例中使用90方片药进行标定。90方片药是一种单基药，主要成分是硝化棉，其中硝化棉的含量达到90％。该药易点燃、能短时间放出较大的热量，燃烧后无固体残留物，在有氧环境下的燃烧热值为13327 J/g。本实例使用的90方片药标定出系统热容量为15200J/℃。

[0028] 硼粉存在点火困难，只有在持续高温的氧环境中才能完全燃烧，所以测试样品由硼粉和助燃剂组成。

[0029] 样品的制备方法如下:

[0030] 选取双基推进剂作为助燃剂，其燃烧热值为11050J/g，使用前将双基推进剂粉碎成粉末。按6:1的质量比称取助燃剂和硼粉，将上述称取的助燃剂使用少量易挥发性溶剂助溶，并通过搅拌使助燃剂与硼粉混合均匀，再将其制成薄片放入真空干燥器中烘干，待溶剂完全挥发后将薄片剪碎备用。完成样品的制备。

[0031] 参阅图4～图7,本实施例硼粉燃烧热值测试装置，包括弹体1、坩埚2、导向孔3、坩埚架4、坩埚盖5、导电套圈6、弹头7、顶针式气阀8、通气管9、绝缘体10、通气口11、导电柱12、台阶孔13、点火丝14、棉线15、样品16,坩埚2固定在弹体1内的坩埚架4上，弹头7安装在弹体1上面，弹头7中间有通气管9与弹体1内的通气口11相通，通气管9与弹头7之间镶嵌有绝缘体10,通气管9上设置有顶针式气阀8固定在弹头7上部,实现氧弹内外气体交换。两个导电柱12为点火电极,其中,长导电柱一端固定在弹头7上，长导电柱另一端弯曲成圆环作为坩埚架4，两个导电柱12上开有小孔，导电柱12上有导电套圈6，点火丝14穿过坩埚盖5上两个镶嵌陶瓷片的台阶孔13，两端分别穿入两个导电柱12上的小孔,并通过导电套圈6固定连接，保障可靠点火。坩埚盖5固定在坩埚2上面，坩埚盖5上设置有两个镶嵌陶瓷片的台阶孔
13，用于穿入点火丝14；坩埚盖5材料采用钨合金制成，钨合金的防腐性、导热性好，熔点较高；坩埚盖5直接置于坩埚2上避免硼粉的喷溅,同时通过增大坩埚2容积，使坩埚2中的氧气足以保证样品充分燃烧。坩埚2材料采用钨合金制成，坩埚2固定在坩埚架4上，坩埚2侧壁中间部位沿周向均布有两排导向孔3，两排导向孔3向坩埚2壁外两两相对倾斜,倾斜角为60度。坩埚2上的导向孔为四个或多个的任意一种。

[0032] 本实施例中采用两排导向孔3，每排导向孔3为8个。两排导向孔3可在样品燃烧时平衡坩埚2内外压强，燃烧时经导向孔3喷出的气体中如果有硼粒子随气流带出坩埚2，上下相对的导向孔3可使硼粒子相互冲击而不会直接接触氧弹内壁造成骤冷、燃烧中断。

[0033] 弹头7、弹体1采用耐热、耐腐蚀的镍铬合金钢材料制成，镍铬合金钢具有良好的导电导热性能。

[0034] 测试具体实施步骤为:

[0035] 1.称取2.5g样品放置在坩埚底部，将坩埚固定在坩埚架上。

[0036] 2.量取8cm点火丝，将点火丝穿过坩埚盖上两个镶嵌陶瓷片的台阶孔，点火丝两端分别穿入两个导电柱上小孔通过导电套圈固连。

[0037] 3.量取4cm棉线连接在点火丝上，固定坩埚盖；点火时由点火丝引燃棉线，棉线落到坩埚下部,点燃坩埚底部样品。

[0038] 4.装好氧弹，确定氧弹密封情况良好，向氧弹中充入2MPa氧气，再放气至室压，如此重复两次，再向氧弹中充入2MPa氧气。

[0039] 5.将氧弹放入内筒的蒸馏水中，确保氧弹被完全淹没，打开搅拌器，使内外筒温度平衡。

[0040] 6.使用温度温差采集软件，采样时间设为5s，开始采集内外筒温度数据。

[0041] 7.待采集了80组稳定的温度数据后点火，记录点火时间为4s，点火电压为10V。

[0042] 8.样品燃烧会使内筒温度升高，观察内筒温度变化，待内筒温度达到最大值后再记录一段温度的下降段数据，然后停止采集，存储数据。

[0043] 9.使用数据处理软件，采用冷却校正的方法对内外筒温度数据进行处理，得到样品的燃烧热值为18555J/g，除去助燃剂的因素，最终得到硼粉的燃烧热值为56078J/g。