一種隧道內運動體火災模擬實驗裝置的製作方法

2023-05-06 18:31:06

專利名稱：一種隧道內運動體火災模擬實驗裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及火災燃燒實驗裝置，適用於列車在鐵路或地鐵隧道內著火後繼續運動時的燃料燃燒特性、火災煙氣擴散規律、運動火災控制以及對人員疏散影響等相關機理的研究。
背景技術：
列車在隧道內著火後，迫停在隧道內就地實施人員疏散和救援的難度較大。目前一般規定列車應儘可能地行駛到隧道外或鐵路救援站或地鐵前方車站實施搶險救援。列車攜帶火源行駛時，會形成一定的活塞風和反向氣流，在火源附近產生迎風氣流，對火源燃燒 過程產生影響，有兩種可能風助火勢增強，反而擴大危害；氣流破壞燃燒過程或降低燃燒物的溫度至燃點以下，使火焰減弱甚至熄滅。在這個過程中，列車運動速度對火源附近迎風氣流的大小起著決定性的作用。但目前，人們對列車著火後的運動速度、機械通風等對火災熱釋放速率的影響、運動火災的煙氣擴散規律、運動火災如何控制以便於人員疏散等問題並不清楚。現有的隧道內火災模擬實驗裝置包括模擬隧道外殼，燃燒器，第一、第二整流閥，通風系統和數據採集系統等幾個部分。模擬隧道外殼固定在地面的支架上，前、後端面上分別安裝前、後門。模擬隧道外殼的一個側面的前端、後端分別設置前、後通風口，並在該側面上開設不可開啟的窗戶；另一個側面上設置可開啟的窗戶。窗戶與模擬隧道外殼之間密封固定，窗戶均採用鈉鈣硼矽酸鹽耐高溫玻璃。所述的燃燒器放置在質量傳感器上，通風系統中風機通過前風管與前通風口密封連接，數據採集系統包括能見度檢測模塊、溫度檢測模塊、壓力檢測模塊、燃料質量檢測模塊。模擬隧道外殼上從前至後設置煙氣組分檢測口、溫度檢測口和壓力檢測口，分別設置能見度檢測傳感器、溫度傳感器和電子壓力傳感器；數據採集儀置於模擬隧道外殼的外部。可見，目前的隧道火災模擬實驗裝置只能進行火源靜止條件下的模擬實驗，不能解決運動火源的檢測問題。亟需建立能夠用於運動火源燃燒特性和煙氣擴散規律的實驗與研究的運動體火災實驗平臺。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種火源在運動條件下的實驗裝置。本發明的技術解決方案如下—種隧道內運動體火災模擬實驗裝置，該實驗裝置包括模擬隧道外殼、燃燒器，第一、第二整流閥，通風系統和數據採集系統。所述的模擬隧道外殼採用兩層2mm厚度的0Crl8Ni9Ti不鏽鋼板、中間用50mm厚
的矽酸鋁甩絲纖維毯做隔熱層。所述的模擬隧道外殼固定在地面的支架上；模擬隧道外殼的前、後端面上分別安裝前、後門，並與模擬隧道外殼密封；在模擬隧道外殼的一個側面的前端、後端分別設前、後通風口 ；該側面上設不可開啟的窗戶，並與模擬隧道外殼密封固定；在模擬隧道外殼的另一個側面上設可開啟的窗戶，並與模擬隧道外殼密封固定，窗戶採用鈉鈣硼矽酸鹽耐高溫玻璃；燃燒器放置在質量傳感器上。機械通風系統中的風機通過前風管與前通風口密封連接；所述的數據採集系統包括能見度傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、質量傳感器、質量數據接收器；在模擬隧道外殼頂的中心線上從前至後設置煙氣組分檢測口、溫度檢測口、壓力檢測口 ；煙氣組分檢測口處設置能見度傳感器，溫度檢測口處設置溫度傳感器，壓力檢測口處設置電子壓力傳感器；數據採集儀置於模擬隧道外殼的外部。設置第一至第四個攝像機；第一個攝像機安裝在模擬隧道外殼的頂部，第二、三、四個攝像機分別安裝在其側面。在所述的模擬隧道外殼內底面上的中間位置，設置並固定第一、第二軌道，軌道兩 端與固定在模擬隧道外殼內底面上的第一、第二車擋的內側面接觸。在所述的第一、第二軌道上放置帶四個車輪的底座，運動體置於底座內。所述的運動體的中部設一凹槽，凹槽內放置質量傳感器和燃燒器，燃燒器置於質量傳感器上；運動體的頂壁上設溫度測量口，其內安裝溫度傳感器；在運動體前壁的中心處設風速測量口，其內放置皮托管及其差壓變送器；在運動體後壁上設置門；從門放入質量數據接收器。所述的燃燒器包括燃料盆、託盤和彈簧；彈簧的一端固定在燃料盆底上，託盤固定在彈簧的另一端；託盤與燃料盆之間間隙配合，託盤上設環形密封槽，採用極壓鋰基潤滑脂MULTIS EP 密封。驅動系統包括第一至第四個滑輪、帶捲筒的電動機、繩索、行程開關。第一和第二個滑輪通過支架固定在模擬隧道外殼內的底面上，位於第一、第二車擋之外；第三和第四個滑輪通過支架固定在地面上。繩索纏繞在電動機的捲筒上，繩索的一端經第三和第一個滑輪與運動體的一端連接，繩索的另一端經第四和第二個滑輪與運動體的另一端連接。行程開關設置在模擬隧道外殼內，通過支架安裝在第一車擋的內側，位置高於底座的底面。在模擬隧道外殼頂部的中心線上，在壓力檢測口的後方增設點火口、燃料加注口。所述的運動體採用兩層2mm厚度的0Crl8Ni9Ti不鏽鋼板、中間用50mm厚的矽酸鋁甩絲纖維毯做隔熱層。所述的能見度檢測儀的型號DLV IC010，溫度傳感器為O. 2mm的銅康銅K型鎧裝熱電偶，電子壓力傳感器的型號CYB603、壓力範圍(T4KPa、精度O. 3%;攝像機為高清紅外型機，型號N/A ;風速測量口的型號為法國KMO-L型皮托管及其差壓變送器。質量傳感器選用YZC_516/30kg稱重傳感器，精度為O. Ig,與運動體中部凹槽底面用螺栓連接，質量數據接收器放置在運動體的腔體內，用隔熱材料包裹。所述的運動體底座兩側各安裝二個的凹輪，分別與第一、第二軌道的頂面凹凸配
入
口 ο本發明和已有技術相比所具有的有益效果本發明提供一種能夠進行隧道內運動體火災實驗的裝置，通過測試有、無機械通風條件下，燃燒的火源在隧道內隨運動體運動時的熱釋放速率、隧道內的煙氣溫度和濃度及氣流速度等參數隨時間和空間位置變化的情況，研究運動體運動速度與火源燃燒特性及煙氣擴散規律之間的關係，為運動體隧道火災的應急救援和人員疏散提供可靠的依據，為制定隧道列車火災的應急救援預案提供解決方案。


圖I隧道內運動體火災模擬實驗裝置主視圖。圖2隧道內運動體火災模擬實驗裝置俯視圖。圖3運動體截面圖。圖4凹輪與第一、二軌道的連接示意圖。
圖5風機布置示意圖。隧道外殼1，煙氣組分檢測口 5，溫度檢測口 6，壓力檢測口 7，氣流檢測口 8，燃料加注口 9，點火口 10，溫度測量口 15，風速檢測口 16，燃燒器17，第一、第二車擋19-1、19-2，行程開關20，繩索21，燃料盆23，託盤24，彈簧25，質量傳感器26，第一至第四滑輪28_1、28-2、28-3、28-4，第一、二整流閥31-1，31-2，質量數據接收器34，門35，攝像機37_1、37_2、37-3、37-4，風機41，底座42，第一、第二軌道44_1，44_2，運動體45，前風管46，前後通風口46-1，46-2，前後門 47-1，47-2，風閥 48，電動機 49。
具體實施例方式以下結合圖說明本發明作進一步說明。一種隧道內運動體火災模擬實驗裝置，如圖1，該實驗裝置包括模擬隧道外殼I、燃燒器17，第一、第二整流閥31-1、31-2，通風系統和數據採集系統。所述的模擬隧道外殼I採用兩層2mm厚度的0Crl8Ni9Ti不鏽鋼板、中間用50mm厚的矽酸鋁甩絲纖維毯做隔熱層。隧道I的本體為一個橫斷面為矩形的空腔，內腔為20mX O. 95mX I. Im (長 X 寬 X 高)。所述的模擬隧道外殼I固定在地面的支架上；模擬隧道外殼I的前、後端面上分別安裝前、後門47-1，47-2，並與模擬隧道外殼I密封；在模擬隧道外殼I的一個側面的前端、後端分別設前、後通風口 46-1，46-2 ;該側面上設不可開啟的窗戶，並與模擬隧道外殼I密封固定；在模擬隧道外殼I的另一個側面上設可開啟的窗戶，並與模擬隧道外殼I密封固定，窗戶採用鈉鈣硼矽酸鹽耐高溫玻璃；燃燒器17放置在質量傳感器26上。機械通風系統中的風機41通過前風管46與前通風口 46-1密封連接；所述的數據採集系統包括能見度傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、質量傳感器26、質量數據接收器34 ;在模擬隧道外殼I頂的中心線上從前至後設置煙氣組分檢測口 5、溫度檢測口 6、壓力檢測口 7 ;煙氣組分檢測口 5處設置能見度傳感器，溫度檢測口 6處設置溫度傳感器，壓力檢測口 7處設置電子壓力傳感器；數據採集儀置於模擬隧道外殼I的外部。設置第一至第四個攝像機37-1、37-2、37-3、37-4 ;第一個攝像機37_1安裝在模擬隧道外殼I的頂部，第二、三、四個攝像機分別安裝在其側面。在所述的模擬隧道外殼I內底面上的中間位置，設置並固定第一、第二軌道44-1，44-2，軌道兩端與固定在模擬隧道外殼I內底面上的第一、第二車擋19-1，19-2的內側面接觸。在所述的第一、第二軌道44-1，44-2上放置帶四個車輪的底座42，運動體45置於底座42內。所述的運動體45底座由角鋼和鋼板焊接而成，底座42上安裝凹輪，運動體腔採用兩層2mm厚度的0Crl8Ni9Ti不鏽鋼板、中間用IOOmm厚的矽酸鋁甩絲纖維毯標準型做隔熱層，外形尺寸為1.5mX0.6mX0.9m (長X寬X高)，中部設一凹槽，其尺寸為O. 4mX0. 4mX0. 6m (長X寬X高)，凹槽內放置質量傳感器26和燃燒器17，燃燒器17置於質量傳感器26上；運動體45的頂壁上設溫度測量口 15，其內安裝溫度傳感器；在運動體45前壁的中心處設風速測量口 16，其內放置皮托管及其差壓變送器；在運動體45後壁上設 置門35 ;從門35放入質量數據接收器34，實驗時，此門關閉。。所述的燃燒器17包括燃料盆23、託盤24和彈簧25 ;彈簧25的一端固定在燃料盆23底上，託盤24固定在彈簧25的另一端；託盤24與燃料盆23之間間隙配合，託盤24上設環形密封槽，採用極壓鋰基潤滑脂MULTIS EP密封。驅動系統包括第一至第四個滑輪28-1、28-2、28-3、28-4、電動機49、繩索21、行程開關20。第一和第二個滑輪28-1、28_2通過支架固定在模擬隧道外殼I內的底面上，位於第一、第二車擋19-1，19-2之外；第三和第四個滑輪28-3、28-4通過支架固定在地面上。繩索21纏繞在電動機49的捲筒上，繩索21的一端經第三和第一個滑輪28_3、28-1與運動體45的一端連接，繩索21的另一端經第四和第二個滑輪28-4、28-2與運動體45的另一端連接。電動機49選用微型變頻電動機，型號YVP132S1-2，功率5. 5kw，5-50Hz為恆轉矩運行區、50-100HZ為恆功率運行區，能提供多種速度。行程開關20設置在模擬隧道外殼I內，通過支架安裝在第一車擋19-1的內側，位置高於底座42的底面。通風系統中風機41通過前風管46與前通風口 46-1密封連接。所述的風機41 選用 HTF-IV，No. 6，風量 12000m3/h，全壓 631Pa，功率 4. 7KW,1450rpm，採用數字式交流變頻調製器對風機可進行無極調速控制，以便提供不同的送風量和排煙量。在模擬隧道外殼I頂部的中心線上，在壓力檢測口 7的後方增設點火口 10、燃料加
注口 9。所述的運動體45採用兩層2mm厚度的0Crl8Ni9Ti不鏽鋼板、中間用50mm厚的矽
酸鋁甩絲纖維毯做隔熱層。所述的能見度檢測儀的型號DLV IC010，溫度傳感器為O. 2mm的銅康銅K型鎧裝熱電偶，電子壓力傳感器的型號CYB603、壓力範圍0 4KPa、精度O. 3%;攝像機37為高清紅外型機，型號N/A ;風速測量口 16的型號為法國KMO-L型皮托管及其差壓變送器。質量傳感器26選用YZC_516/30kg稱重傳感器，精度為O. lg，與運動體中部凹槽底面用螺栓連接，質量數據接收器34放置在運動體的腔體內，用隔熱材料包裹。所述的運動體45底座兩側各安裝二個的凹輪，分別與第一、第二軌道的頂面凹凸配合。
所述的燃燒器17為筒狀，採用兩層2mm厚度的0Crl8Ni9Ti不鏽鋼板、中間用50mm厚的矽酸鋁甩絲纖維毯標準型做隔熱層，內徑300mm，深度400mm，其底上與彈簧25的一端選用耐高溫膠zs-1071粘接固定,託盤24選用耐高溫膠zs-1071粘接在彈簧25的另一端。保證未加注燃料前，託盤上表面與運動體45的腔體頂面平齊，加注燃料後，燃料在燃燒過程中液面高度始終不變，實驗選用正庚烷為燃料，質量為PghJir2，其中P為正庚烷的密度，r為託盤半徑，h為液體高度。本發明的工作過程如下一、無通風試驗在模擬隧道外殼I頂部的燃料加注口 9向燃燒器17內加注正庚烷燃料，停止加注後測定燃料的初始質量。啟動數據採集系統。打開風閥48，但不開啟風機。點燃燃料，同時，開啟驅動裝置，記錄初始時刻。運動體45在繩索21的牽引下向模擬隧道的前端開始運動，記錄數據。運動體觸壓行程開關20，驅動裝置斷電，運動體隨後停止運動。記錄運動體 停止運動的時刻，無機械通風的實驗結束。二、有通風試驗在模擬隧道外殼I頂部的燃料加注口 9向燃燒器17內加注正庚烷燃料，停止加注後測定燃料的初始質量。啟動數據採集系統。打開風閥48，點燃燃料，啟動驅動裝置，記錄初始時刻，運動體45在繩索21的牽引下向模擬隧道的前端開始運動，記錄數據。運動體運動一段距離後，啟動機械通風系統，直至運動體45觸壓行程開關20，驅動裝置斷電，運動體隨後停止運動。記錄運動體停止運動的時刻、機械通風系統關閉時刻，有機械通風的實驗結束。整個過程由數據採集系統實時採集數據並存儲。
權利要求
1.一種隧道內運動體火災模擬實驗裝置，該實驗裝置包括模擬隧道外殼(I)、燃燒器(17)，第一、第二整流閥(31-1、31-2)，通風系統和數據採集系統； 所述的模擬隧道外殼(I)採用兩層2mm厚度的0Crl8Ni9Ti不鏽鋼板、中間用50mm厚的矽酸鋁甩絲纖維毯做隔熱層； 所述的模擬隧道外殼(I)固定在地面的支架上；模擬隧道外殼(I)的前、後端面上分別安裝前、後門(47-1，47-2)，並與模擬隧道外殼(I)密封；在模擬隧道外殼(I)的一個側面的前端、後端分別設前、後通風口(46-1，46-2);該側面上設不可開啟的窗戶，並與模擬隧道外殼(I)密封固定；在模擬隧道外殼(I)的另一個側面上設可開啟的窗戶，並與模擬隧道外殼(I)密封固定，窗戶採用鈉鈣硼矽酸鹽耐高溫玻璃；燃燒器(17)放置在質量傳感器(26)上； 機械通風系統中的風機(41)通過前風管(46)與前通風口(46-1)密封連接； 所述的數據採集系統包括能見度傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、質量傳感器(26)、質量數據接收器(34);在模擬隧道外殼(I)頂的中心線上從前至後設置煙氣組分檢測口(5)、溫度檢測口(6)、壓力檢測口(7);煙氣組分檢測口(5)處設置能見度傳感器，溫度檢測口(6)處設置溫度傳感器，壓力檢測口(7)處設置電子壓力傳感器；數據採集儀置於模擬隧道外殼(I)的外部； 設置第一至第四個攝像機(37-1、37-2、37-3、37-4);第一個攝像機(37_1)安裝在模擬隧道外殼(I)的頂部，第二、三、四個攝像機分別安裝在其側面； 其特徵在於 在所述的模擬隧道外殼(I)內底面上的中間位置，設置並固定第一、第二軌道(44-1，44-2)，軌道兩端與固定在模擬隧道外殼(I)內底面上的第一、第二車擋(19-1，19-2)的內側面接觸； 在所述的第一、第二軌道(44-1，44-2)上放置帶四個車輪的底座(42)，運動體(45)置於底座(42)內； 所述的運動體(45)的中部設一凹槽,凹槽內放置質量傳感器(26)和燃燒器(17),燃燒器(17)置於質量傳感器(26)上；運動體(45)的頂壁上設溫度測量口(15)，其內安裝溫度傳感器；在運動體(45)前壁的中心處設風速測量口(16)，其內放置皮托管及其差壓變送器；在運動體(45)後壁上設置門(35);從門(35)放入質量數據接收器(34)； 所述的燃燒器(17)包括燃料盆(23)、託盤(24)和彈簧(25);彈簧(25)的一端固定在燃料盆(23)底上，託盤(24)固定在彈簧(25)的另一端；託盤(24)與燃料盆(23)之間間隙配合，託盤(24)上設環形密封槽，採用極壓鋰基潤滑脂MULTIS EP密封； 驅動系統包括第一至第四個滑輪(28-1、28-2、28-3、28-4)、電動機(49)、繩索(21)、行程開關(20); 第一和第二個滑輪(28-1、28-2)通過支架固定在模擬隧道外殼(I)內的底面上，位於第一、第二車擋(19-1，19-2)之外；第三和第四個滑輪(28-3、28-4)通過支架固定在地面上； 繩索(21)纏繞在電動機(49)的捲筒上，繩索(21)的一端經第三和第一個滑輪(28-3、28-1)與運動體(45)的一端連接，繩索(21)的另一端經第四和第二個滑輪(28-4、28-2)與運動體(45)的另一端連接； 行程開關(20)設置在模擬隧道外殼(I)內，通過支架安裝在第一車擋(19-1)的內側，位置高於底座(42)的底面； 在模擬隧道外殼(I)頂部的中心線上，在壓力檢測口(7)的後方增設點火口(10)、燃料加注口(9)。
2.根據權利要求I所述的一種隧道內運動體火災實驗裝置，其特徵在於 所述的運動體(45)採用兩層2mm厚度的0Crl8Ni9Ti不鏽鋼板、中間用50mm厚的矽酸鋁甩絲纖維毯做隔熱層。
3.根據權利要求I所述的一種隧道內運動體火災實驗裝置，其特徵在於 所述的能見度檢測儀的型號DLV IC010，溫度傳感器為O. 2mm的銅康銅K型鎧裝熱電偶，電子壓力傳感器的型號CYB603、壓力範圍(T4KPa、精度O. 3%;攝像機(37)為高清紅外 型機，型號N/A ;風速測量口(16)的型號為法國KMO-L型皮托管及其差壓變送器。
質量傳感器(26)選用YZC-516/30kg稱重傳感器，精度為O. lg，與運動體中部凹槽底面用螺栓連接，質量數據接收器(34)放置在運動體的腔體內，用隔熱材料包裹。
4.根據權利要求I所述的一種隧道內運動體火災實驗裝置，其特徵在於 所述的運動體(45)底座兩側各安裝二個的凹輪，分別與第一、第二軌道的頂面凹凸配入口 ο
全文摘要
一種隧道內運動體火災模擬實驗裝置，涉及火災燃燒實驗裝置。解決的技術問題是提供一種測定運動火源的燃燒特性及煙氣分布、研究隧道內運動火災規律的實驗裝置。模擬隧道外殼(1)上布置煙氣溫度、組分、能見度、壓力和風速傳感器。模擬隧道外殼的底面設置第一、第二軌道(44-1，44-2)，固定在底座(42)上的四個車輪置於軌道上。運動體(45)置於底座內，其內安裝燃燒器(17)、質量傳感器(26)和質量數據接收器(34)；運動體通過兩端的繩索與帶捲筒的電動機連接，其運動速度由電機轉速來調節。實驗分無、有機械通風兩種情況，向燃燒器內加注燃料，點燃，啟動數據採集系統，驅動運動體，觸壓行程開關(20)，電動機斷電，完成一次試驗。
文檔編號G01D21/00GK102967328SQ20121055177
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月18日 優先權日2012年12月18日
發明者毛軍, 白光, 郗豔紅, 汪彤, 顧叢匯, 李衛軍 申請人:北京交通大學