平板电极下微米级粉尘弥散浓度探测方法与时空演化特性分析

气体绝缘全封闭组合电器/气体绝缘金属封闭输电线路(GIS/GIL)在生产、运行和维护过程中会不可避免地产生微米级粉尘,可能是诱发工程现场不明放电的根本原因。为检测微米级粉尘弥散浓度并研究浓度的时空演化特性,该文分析了10000目、2000目和1000目粉尘的光散射特性,在此基础上设计并搭建了基于平板电极的粉尘浓度探测平台,实现了粉尘弥散浓度的定量探测。通过实验研究,获得了在升压过程和持续加压下,不同粒径、不同初始质量微米级粉尘的弥散浓度演化规律。研究表明,随着电压作用时间的增加,粉尘浓度快速出现最大值,然后逐渐下降。微米级粉尘弥散浓度在升压过程中会出现峰值现象,当粉尘粒径减小或初始质量增大时,均出现更大的浓度峰值。在粉尘运动过程中,存在团聚启举的特殊现象,造成严重的电场畸变,威胁气隙绝缘安全。该文结果阐释了微米级金属粉尘弥散浓度的时空演化规律,可为GIS/GIL等电气设备中微米级金属污染物的监测和危险程度评估提供支撑。

微米荷电颗粒在光滑玻璃表面沉积实验研究

为分析静电力对荷电月尘在光滑玻璃表面碰撞沉积过程中的影响,建立了荷电微米颗粒碰撞沉积实验系统;考虑极–板电压、颗粒粒径和玻璃试样倾角等影响因素,研究了2~13μm荷电颗粒的光滑玻璃表面沉积机制。实验结果表明:由于静电力作用,相同粒径颗粒的沉积量随极–板电压增大而增加;相同电压下颗粒的沉积量随粒径减小而逐步增大,平均粒径2.15μm的颗粒在14 kV电压荷电状态下,与0 V极−板电压下的沉积量相比增加了114%;相同粒径颗粒的沉积量在极–板电压小于6 kV时随玻璃试样倾角增大而减少;在30°~60°倾角范围内,45°玻璃试样荷电颗粒的沉积量增幅最大。研究结果可为航天探测器月尘防护设计提供参考。

微米活性液滴场致荷电效果及煤尘润湿性能研究

水雾荷电与溶液活性处理作为2种增效降尘手段,独立使用时均表现出良好的降尘效果。为探究二者联合使用对微细粉尘的沉降效果,选取十二烷基硫酸钠表面活性剂配置活性溶液,利用紫铜芒刺环形电极进行电晕荷电,在微米尺度液滴场致荷电的背景下,探究了微米活性液滴的荷电效果及其对无烟煤的润湿性。结果表明:活性溶液相较于纯水对电场的响应更为敏感;水雾荷电与溶液活性处理对于增强液滴破碎、减小液滴粒径及增强溶液润湿性能表现出协同效应;微米荷电活性水雾相较于普通水雾对无烟煤尘的捕集效率更高,对全尘、呼吸性粉尘的沉降效率分别高达91.77%、90.45%。

超重力旋转床脱除微米级粉尘的实验研究

用超细滑石粉模拟工业微米级粉尘,通过实验研究了超重力旋转床的除尘特性。考察了旋转床在不同的气量qG、液量qL、转速n和轴向放置平面丝网层数nm下的除尘效果,确定了实验室规模下适宜的除尘工艺条件:qG=600 m3/h,qL>0.6 m3/h,N=1 400 r/min,nm=3时,除尘总效率均大于97%;qG=800 m3/h,qL=1.0 m3/h,N=1 400 r/min,nm=3时,设备的总体压降不超过490 Pa。研究结果表明,超重力旋转床体现了高效除尘和低阻性能,具有较好的经济开发价值。

超重力旋转床微米级粉尘脱除实验研究

以超重力旋转床作为除尘设备，用超细滑石粉模拟工业微米级粉尘，考察旋转床除尘的分离效率和设备压降。在气量500～700m3／h、液量0．6～1．0m3／h、转速560～1400r／min、平面丝网层数为3的条件下，除尘总效率均大于97％，设备总体压降不超过490Pa。超重力旋转床相对于其他除尘设备，显示了高效除尘和低压降性能。

超重力旋转床微米级粉尘脱除的试验研究

用超细滑石粉模拟工业微米级粉尘,通过试验研究了超重力平面丝网旋转床的除尘特性。考察了旋转床在实验室不同的气体流量、液体流量、转速和平面丝网层数条件下的除尘效果,试验结果表明,气体流量600m^3/h、液体流量大于0.6 m^3/h、转速1400 r/min、轴向放置3层平面丝网时,除尘总效率大于97%,设备压力降不超过490 Pa。该旋转床具有高效除尘和低阻性能,若在硫酸净化系统中使用,预期可获得节能与高效净化效果。

选煤厂产尘环节粉尘颗粒扩散方程的建立

由风力扬起的粉尘是由不同粒径所组成的颗粒群,能否用数值方法再现出不同粒径的颗粒群的运动轨迹是预测含尘质量分数的前提和关键。从研究粉尘粒子在空间中的受力情况及在这些力作用下的运动状态,通过研究粉尘在紊流气流中的扩散规律,得出粉尘颗粒的运动轨迹,为最后达到粉尘控制奠定基础。

高性能陶瓷内衬复合煤粉喷枪的研制

采用燃烧合成方法制备了Al2O3陶瓷内衬复合煤粉喷枪,但单一的Al2O3陶瓷内衬层韧性差,抗热震性能低,造成喷枪的寿命短。通过在(CrO3+Al)燃烧体系中添加ZrO2组元,采用SHS重力分离技术,制备出了高强度、高韧性的陶瓷内衬复合弯管煤粉喷枪,陶瓷内衬层为具有共晶结构的Al2O3-ZrO2复相陶瓷。在共晶结构中,ZrO2纤维直径可达到纳米/微米尺度,从而使陶瓷基体得以强化;同时棒状共晶结构的生长取向分布,又使陶瓷因棒晶桥接与拔出得以韧化,改善了喷枪陶瓷内衬的高温强度和耐磨性,有效地提高了煤粉喷枪的使用寿命。

交直流GIS/GIL微纳粉尘可视化探测技术研究进展

交直流气体绝缘开关/气体绝缘输电线路运行的工程现场会产生多尺度微粒,其中的微纳粉尘在腔体中受到耦合场作用发生弥散运动。微纳粉尘粒径小、物化活性强、诱发的故障特征隐蔽性高,极大威胁设备绝缘安全。为此梳理了微纳粉尘的弥散浓度检测、空间分布的可视化探测技术的研究进展,并归纳了输电装备绝缘危险程度的评估方法。在此基础上,提出了微纳粉尘检测和危险程度评估中需要突破的关键问题和技术手段。高精度的微纳粉尘弥散浓度检测技术是研究和分析粉尘散射演化特性与弥散机制的基础,空间分布的可视化探测技术为实现微纳粉尘的示踪和探究时空动力学行为特征提供技术支撑。利用弥散浓度检测和可视化探测技术获得的微纳粉尘特征信息,能够建立粉尘危险程度评估的定量评价体系。微纳粉尘特征信息可视化探测技术的探索,也为开展微纳粉尘放电形态检测和放电机制研究提供思路。最后,总结了解决微纳粉尘可视化探测的技术途径,对研究气体绝缘开关/气体绝缘输电线路(gas insulated switchgear/gas insulated transmission lines,GIS/GIL)微纳粉尘的弥散演化机制与空间分布特征提供参考。

粉尘静电加速设备原理及发展现状

微米级空间碎片数量巨大,与航天器的碰撞概率很高,其累积效应会影响航天器的性能。国外已发展了粉尘静电加速设备用于模拟微米级空间碎片的撞击效应。文章对粉尘静电模拟加速设备的原理和发展现状进行了介绍,并对该种设备的优缺点进行了分析讨论。

微米级干雾抑尘技术在火车双车翻车机系统中的应用

山东信发集团铁路专用线翻车机系统新增一台能力为2500t/h的双车翻车机,运行中产生大量粉尘,工人无法进行现场操作。针对现场实际情况,结合现有除尘工艺特点,设计选用微米级干雾抑尘装置来进行除尘。本文介绍了该装置的抑尘原理并对其在火车双车翻车机系统中的应用效果进行了介绍,可为后续相似尘源条件下除尘工艺的选择提供参考。

微米级聚甲基丙烯酸甲酯最小点火能

采用MIE-D 1.2最小点火能测试仪,测试5、10、15μm三种粒径的微米级聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)粉尘的最小点火能量。将超细与常规PMMA粉尘的试验结果进行对比,揭示其差异及原因。结果表明,三种粒径的粉尘最小点火能量分别为3、6、32 m J,对应粉尘最敏感浓度均为750 g/m^3,最佳点火延时分别为90、90、60 ms,最佳初始压力分别为0.8、0.8、0.9 MPa。粉尘浓度、点火延时以及初始压力小于临界值时,最小点火能量随参数值的增加而减小;当达到临界值后,最小点火能量随着参数值的增大而增大。

微米级水雾在井下巷道降尘中的应用

为改善煤矿井下的降尘效果,基于微米级水雾降尘技术原理研制了煤矿井下巷道内降尘设备,并在梁北煤矿井下采掘工作面进行了应用。对梁北煤矿11141工作面回风巷和11101掘进工作面降尘设备使用前后粉尘浓度进行测定,结果表明:11141工作面回风巷微米级水雾降尘设备除尘率达到74.3%,比普通喷淋水幕降尘率提高了34.2%;11101掘进工作面的微米级水雾降尘设备的除尘率达到84.2%,比普通喷淋水幕提高41.2%。微米级水雾降尘技术相对于普通喷淋水幕具有更好的降尘效果,可以更有效地降低煤矿井下的粉尘浓度。

GIS/GIL内微米级金属粉尘动力学行为与诱发放电特性研究进展

GIS/GIL在生产与运行过程中不可避免地会产生微米级的金属粉尘,被认为是造成绝缘子沿面闪络等严重故障的主要原因,但目前相关的研究成果较少。对国内外的相关研究进展进行梳理,总结金属粉尘的动力学行为特征以及诱发放电的现象。首先,粉尘在腔体内的运动模式主要包括积聚式吸附和扩散式吸附,其中电场畸变力是引发粉尘吸附的驱动因素,而绝缘子表面电荷和粉尘粒子之间的斥力将分别进一步影响粉尘的积聚和扩散行为。由于粉尘尺寸微小,其所受微观作用如范德华力等更为突出,多物理场中的粉尘受力模型仍是亟待解决的关键问题之一。其次,粉尘在电场中会引发3类放电行为,即沿面闪络、气隙击穿以及扩散式爆炸,但目前对于粉尘诱发放电的条件以及放电发展过程的认识尚不清晰,也缺乏有效的观测手段和表征方法。值得注意的是,粉尘和绝缘纤维在电场中会发生交互吸附,使气隙击穿强度下降20%~40%。受限于粉尘体积小、放电微弱等因素,针对粉尘介观尺度效应的探测方法和检测技术仍是一大难题。最后,总结当前抑制金属粉尘的相关实验措施,其中纳米涂覆在抑制粉尘积聚式吸附方面具有较好的效果,若要同时抑制粉尘的积聚和扩散作用,还须发展新型粉尘诱导捕获技术。

微纳粉尘运动行为与微弱放电探测技术研究进展

气体绝缘开关/气体绝缘输电线路(GIS/GIL)装备在生产、安装和运行过程中不可避免地会产生微米-纳米尺度的粉尘,这种微尺度粉尘不易被检测到,其荷电运动的物理机制尚不清晰,带来的安全隐患隐蔽性强。该文对国内外相关研究进展进行了梳理,主要包括粉尘的荷电运动行为与表征、粉尘浓度检测、粉尘可视化探测技术、粉尘诱发微弱放电机制等。在此基础上,进一步梳理微纳粉尘研究有待解决的两个关键问题以及需要突破的技术难点。针对微纳粉尘的随机荷电机制与时空动力学行为特性研究,在测量基础上须突破微纳粉尘的快速识别方法和空间浓度的有效检测技术,其中,微纳粉尘运动行为的可视化探测技术是发展方向。针对荷电微纳粉尘诱导微弱放电的物理机制,需利用放电光谱学特征,发展基于飞秒激光和太赫兹波技术的高灵敏度检测方法。上述问题的有效解决,可为处理GIS/GIL内微纳粉尘引发的绝缘缺陷与放电现象提供基础支撑。

直流GIL盆式绝缘子附近微米级金属粉尘的动力学行为与吸附机制研究

直流GIS/GIL在生产、运行过程中往往会产生微米级的金属粉尘,可能导致绝缘子沿面闪络等严重故障。通过搭建半封闭式同轴圆柱电极实验平台,研究盆式绝缘子附近金属粉尘的运动行为与吸附机制。研究结果表明,金属粉尘主要表现为向绝缘子表面运动的"积聚式吸附"和向电极运动的"扩散式吸附"行为,且粉尘的积聚吸附量随施加电压增大会出现"极值"现象;微米级粉尘的积聚吸附呈明显的极性效应,负极性电压下的分布范围更广、吸附量更大且吸附过程更短;粉尘粒径越小,其吸附启举电压越高,越容易发生闪络,且随着粉尘量增多以及不断升压,还会导致粉尘的"爆炸"式行为。为揭示上述现象的发生机制,进一步建立金属粉尘的多物理场受力分析模型。在绝缘子表面和金属粉尘堆形成的"V形"区域内,左右两侧相反的畸变电场对金属粉尘的作用几近抵消,绝缘子表面电荷对带电金属粉尘的库仑力作用成为引发积聚吸附的关键因素,表面电荷极性则是极性效应的直接原因。粉尘堆远离绝缘子侧的畸变电场作用,是造成带电金属粉尘扩散吸附的影响因素。库仑引力和畸变电场力的交互作用,造成积聚吸附量的"极值"现象。微米级金属粉尘粒子间的范德华力作用,则是导致粉尘粒径越小而吸附启举电压越高的主要原因。

微米沙尘涡轮叶片带肋冷却通道两相流动特性分析

将大涡模拟方法和微米颗粒弹塑性碰撞理论相结合,研究了微米沙尘在涡轮叶片带肋冷却通道中的气粒两相流动特性。根据颗粒弹塑性碰撞接触理论和微米沙尘材料属性预测模型,得到微米沙尘-镍基单晶材料壁面恢复因数随碰撞角度的变化曲线。考虑颗粒曳力、Saffman升力、压力梯度力,结合两相流理论计算了微米沙尘在叶片带肋冷却通道中的输送特性。研究结果表明:大粒径沙尘易随高速气流沿通道中央区域流动,小粒径沙尘的运动表现出更多的分散性。近壁面涡流的存在使得肋前后易出现沙尘集中,这增大了沙尘在冷却通道内沉积的概率。

微米级异物对GIS设备绝缘状态影响研究

断路器分合闸过程中不可避免产生微米级金属粉尘,对GIS设备内部绝缘状态具有重要影响。文中以真型363 kV GIS为基础,搭建了可进行520 kV工频耐压、1175 kV雷电冲击耐压的试验平台,用以开展微米级异物下GIS设备绝缘状态影响研究。首先基于2000次机械操作开展微米异物分布特征研究,获取了触头不同磨损次数下的微米级异物变化趋势。其次在不同操作次数下采用脉冲电流法进行放电量检测,同时联合特高频、超声波局部放电检测法,分析不同检测方法对微米级异物放电检测灵敏度。最后采用人工预埋的方式开展微米级金属粉尘对GIS设备绝缘性能的影响,并采用雷电冲击试验方法进行绝缘裕度校核,获取了微米级异物对设备绝缘性能的影响。文中通过微米级异物在真型设备内不同数量不同位置的试验以及对应试验下的局放检测研究,可为设备运维过程中微米级异物对绝缘状态的影响提供技术支撑。

选矿厂炉前皮带系统微米级干雾抑尘技术的应用实践

针对某选矿厂炉前皮带系统除尘存在的问题,结合微米级干雾抑尘技术原理,制定了具体的技术方案,对系统设备配置、主要设备功能配置进行了说明。设计了一种移动式皮带卸料车除尘方法,分析了装置的具体组合特征及实施方式,对比了微米级干雾抑尘技术与传统的布袋除尘效果。结果表明,微米级干雾抑尘技术在投资费用、建设面积及系统耗电、耗水、耗气和维修费用等方面均优于布袋除尘器,经测算,投资成本降低440万元,运行成本费用降低309万元/年,除尘效果较为显著。

微米和纳米钛粉尘层着火蔓延特性研究

为了解微细钛粉的层火灾危险性,采用标准热板测试装置和自制的粉尘层火蔓延实验装置,研究了微米和纳米钛粉尘层最低着火温度和火蔓延速率变化规律,并验证了热爆炸理论模型和粉尘层火蔓延速率模型的适用性.结果表明:钛粉尘层最低着火温度随粒径减小而降低,33μm钛粉和60~80 nm钛粉的粉尘层最小着火温度分别为>400℃和230℃,与Thomas模型计算结果基本吻合;钛粉的层火灾危险性受粒径影响较大,实验测得微米和纳米钛粉的粉尘层火蔓延速率分别为13.60和500.57 mm/s,均大于理论模型计算结果.研究结果对微细钛粉的层火灾安全评价和工业防火防爆设计具有参考价值.