一種鋪地材料臨界熱輻射通量測試系統和方法與流程

2023-04-24 12:43:42 4

本發明涉及材料燃燒性能領域，具體涉及一種鋪地材料臨界熱輻射通量測試系統和方法。

背景技術：

隨著社會經濟的迅速發展,許多人員密集場所都進行了可燃材料裝修,如何有效減少可燃裝修材料數量和提高裝修材料防火性能,是當前消防工作面臨的一項艱巨而繁重的工作。鋪地材料作為一種重要的裝修材料,在各類公共場所中大量使用,正確檢測鋪地材料的燃燒性能並按照規範要求控制使用,對有效減少和消除火災隱患具有一定的現實意義。

臨界熱輻射通量是考察鋪地材料火災危險性的主要參數,它表徵了鋪地材料試樣在受到來自外部熱輻射的條件下燃燒蔓延能力的高低,是鋪地材料類建築製品燃燒性能分級體系中的重要指標,在gb20286-2006《公共場所阻燃製品及組件燃燒性能要求和標識》和gb8624-2006《建築材料及製品燃燒性能分級》等強制性國家標準中廣泛使用。目前,對於鋪地材料臨界熱輻射通量的測定主要依靠gb/t11785-2005《鋪地材料的燃燒性能測定輻射熱源法》這一鋪地材料燃燒性能的具體試驗方法,該方法測得的試樣臨界熱輻射通量可以理解為火場中維持試樣燃燒所需的最低臨界熱輻射強度。

但在現有的鋪地材料臨界熱輻射通量測試系統中，部分試樣在燃燒時會產生大量的濃煙，在濃煙影響情況下繼續進行測試會使測試數據產生較大的誤差，造成測試結果的偏差。

鑑於上述缺陷，本發明創作者經過長時間的研究和實踐終於獲得了本發明。

技術實現要素：

為解決上述問題，本發明採用的技術方案在於，提供一種鋪地材料臨界熱輻射通量測試系統，所述鋪地材料臨界熱輻射通量測試系統包括檢測箱、滑動平臺、氣控模塊和處理模塊，所述氣控模塊與所述檢測箱固定連接，所述滑動平臺與所述檢測箱活動連接，所述處理模塊與所述檢測箱、所述氣控模塊數據連接；所述處理模塊包括若干光路組件，所述光路組件分別設置在所述檢測箱和所述氣控模塊上。

較佳的，所述氣控模塊包括排煙單元和供氣單元，所述排煙單元、所述供氣單元分別與所述檢測箱固定連接，所述排煙單元和所述供氣單元用於控制所述檢測箱內氣體流速。

較佳的，所述排煙單元包括導流管道，所述供氣單元包括進氣管道，所述導流管道和所述進氣管道設置在所述檢測箱內表面上，所述導流管道用於收集燃燒產生的煙霧，所述進氣管道用於為向所述檢測箱內傳輸空氣。

較佳的，所述鋪地材料臨界熱輻射通量測試系統還包括第一連接裝置和第二連接裝置，所述滑動平臺通過所述第一連接裝置與所述檢測箱密封連接，所述滑動平臺通過所述第二連接裝置與所述檢測箱活動連接。

較佳的，所述檢測箱包括箱體、支架、熱流計組件、輻射板、燃燒器、輻射高溫計，所述支架與所述箱體固定連接，所述熱流計組件設置在所述箱體底部，所述輻射板和所述燃燒器設置在所述箱體內，所述輻射高溫計設置在所述支架上。

本發明還提供一種使用所述鋪地材料臨界熱輻射通量測試系統的測試方法，包括步驟：

s1，對所述鋪地材料臨界熱輻射通量測試系統中的相關設備進行校準，繪製輻射通量曲線；

s2，將試件放置在所述檢測室內，點燃所述試件，觀察並記錄所述試件在熱輻射下的燃燒情況，所述光路組件記錄煙霧遮光率數據並上傳至所述處理模塊中；

s3，測量所述試件的火焰傳播距離並上傳至所述處理模塊中，通過所述處理模塊對檢測數據進行處理，計算真實火焰傳播距離。

較佳的，所述步驟s1具體為，將模擬樣品固定在所述滑動平臺上，並將所述滑動平臺移動至所述箱體中，保證所述箱體和所述滑動平臺的密封性；調節所述排煙單元和所述供氣單元，使所述檢測箱內氣體流速穩定，所述輻射板加熱直至所述檢測箱內溫度穩定；調整所述輻射板並通過所述熱流計組件測量測量點的輻射通量數據，將所述輻射通量數據繪製成輻射通量曲線；通過所述光路組件檢測煙霧遮光率數據，並將所述數據上傳至所述處理模塊中。

較佳的，所述步驟s2具體為，將所述試件固定在所述滑動平臺上，並將所述滑動平臺移動至所述檢測室內，點燃所述輻射板，使所述檢測箱內溫度穩定，通過所述燃燒器點燃所述試件；在所述試件燃燒過程中，保證所述檢測室內空氣流動穩定；所述光路組件記錄煙霧遮光率數據並將所述數據上傳所述處理模塊中。

較佳的，測量所述試件的火焰傳播距離並上傳至所述處理模塊中，所述處理模塊通過對數據的處理，計算所述真實火焰傳播距離l『，通過所述真實火焰傳播距離對照所述輻射通量曲線得出所述試件的臨界熱輻射通量。

較佳的，所述真實火焰傳播距離l′的計算公式為

其中l為對所述試件實際測量的火焰傳播距離，n為設置在所述檢測箱上所述光路組件的數量，ci』為設置在所述檢測箱上第i臺所述光路組件在所述試件燃燒過程中檢測的煙霧遮光率平均值，ci為設置在所述檢測箱上第i臺所述光路組件在校準過程中檢測的煙霧遮光率平均值，c為設置在所述氣控模塊上的所述光路組件在所述試件燃燒過程中檢測的煙霧遮光率平均值。

與現有技術比較本發明的有益效果在於：1,通過所述處理器處理所述壓力感應器檢測所述氣室的壓強變化數據及所述風速儀檢測所述排煙管道的氣體流速數據，並通過調節所述排氣扇及所述壓縮機控制所述箱體內氣體流速，保證所述箱體內環境穩定；2，所述導流管道和所述進氣管道設置在所述箱體的兩側，避免所述導流管道和所述進氣管道中產生的氣流影響所述試件的燃燒，避免氣流對檢測數據的影響，並通過所述導流管道和所述進氣管道將所述試件燃燒產生的煙霧快速排出檢測室，減少煙霧對檢測結果的影響；3，通過所述光路組件檢測煙霧的遮光率，通過公式計算修正所述鋪地材料臨界熱輻射通量測試系統的檢測結果，避免所述試件燃燒產生的煙霧對測量數據的不良影響，保證所述鋪地材料臨界熱輻射通量測試系統檢測的準確性。

附圖說明

圖1為本發明所述鋪地材料臨界熱輻射通量測試系統的結構示意圖(正視)；

圖2為本發明所述鋪地材料臨界熱輻射通量測試系統的結構示意圖(側視)。

圖中數字表示：

1-檢測箱；2-滑動平臺；3-氣控模塊；11-箱體；12-支架；13-熱流計組件；14-輻射板；15-燃燒器；16-輻射高溫計；31-排煙單元；32-供氣單元；131-升降裝置；132-熱流計；133-控制杆；311-導流管道；312排煙管道；321-壓縮機；322-氣室；323-進氣管道；41-光路組件；42-處理器。

具體實施方式

以下結合附圖，對本發明上述的和另外的技術特徵和優點作更詳細的說明。

實施例一

請參閱圖1和圖2所示，其為本發明鋪地材料臨界熱輻射通量測試系統的結構示意圖。

如圖1、圖2所示，所述鋪地材料臨界熱輻射通量測試系統包括檢測箱1、滑動平臺2和氣控模塊3，所述氣控模塊3與所述檢測箱1固定連接，所述氣控模塊3用於控制所述檢測箱1與外部環境的空氣流通；所述滑動平臺2與所述檢測箱1活動連接，所述滑動平臺2可自由進出所述檢測箱1，所述滑動平臺2用於固定試件；所述檢測箱1固定在地面上。

所述檢測箱1包括箱體11和支架12，所述箱體11通過所述支架12固定在地面上。所述箱體11設置熱源組件、熱流計組件13，所述熱源組件設置在所述箱體11內部，所述熱流計組件13設置在所述箱體11底部，所述熱流計組件13用於對測量點進行熱通量值檢測。

所述熱源組件包括輻射板14、燃燒器15、第一調節裝置和第二調節裝置，所述輻射板14通過所述第一調節裝置和所述檢測箱1活動連接，所述燃燒器15通過所述第二調節裝置和所述檢測箱1活動連接，所述輻射板14通過所述第一調節裝置調節傾斜角度，所述燃燒器15通過所述第二調節裝置調節與所述滑動平臺2的水平距離，所述輻射板14用於對固定在所述滑動平臺2上的所述試件施加熱輻射，所述燃燒器15用於點燃所述試件。

所述第一調節裝置包括轉動連接部、活動調節部，所述輻射板14下部通過所述轉動連接部與所述檢測箱1固定連接，所述輻射板14可繞所述轉動連接部轉動，所述輻射板14通過所述活動調節部與所述檢測箱1連接，通過調節所述活動調節部使所述輻射板14繞所述轉動連接部轉動從而調節所述輻射板14的傾斜角度。所述活動調節部優選的包括氣缸或繩索絞輪裝置其中的一種，通過調節所述氣缸的伸縮杆長度或所述繩索絞輪裝置的繩索長度控制所述輻射板14的傾斜角度。

所述第二調節裝置包括推桿和位置傳感器，所述燃燒器15通過所述推桿和所述檢測箱1連接，所述推桿調節所述燃燒器15在水平方向上的位置，所述位置傳感器用於控制所述推桿對所述燃燒器15進行限位。

所述檢測箱1還包括輻射熱源火焰檢測部件、輻射熱源點火針、燃燒器火焰檢測部件和燃燒器點火針，所述輻射熱源火焰檢測部件、所述輻射熱源點火針與所述輻射板14配合，所述燃燒器火焰檢測部件、所述燃燒器點火針與所述燃燒器15配合。

所述熱流計組件13包括升降裝置131、熱流計132、控制杆133，所述熱流計132固定在所述控制杆133上，所述控制杆133和所述升降裝置131固定連接，所述控制杆133控制所述熱流計132在水平方向的移動位置，所述升降裝置131用於控制所述熱流計132在豎直方向上的移動，通過所述控制杆133和所述升降裝131置的共同作用，可將所述熱流計132定位在所述滑動平臺2下側的多個位置進行熱通量值的檢測。

所述檢測箱1還包括輻射高溫計16，所述輻射高溫計16設置在所述支架上，所述輻射高溫計16用於在測試過程中檢測所述輻射板14的溫度。

所述滑動平臺2包括測試平臺和夾具，所述試件通過所述夾具固定在所述測試平臺上，當所述滑動平臺2移動至所述檢測箱1內時，所述輻射板14可對所述測試平臺上的所述試件進行熱輻射作用。

所述氣控模塊3包括排煙單元31和供氣單元32，所述排煙單元31包括導流管道311、排煙管道312，所述供氣單元32包括壓縮機321、氣室322和進氣管道323。所述排煙管道312中設置排氣扇，所述導流管道311和所述進氣管323道設置在所述箱體11內，所述導流管道311與所述排煙管道321密封連接；所述進氣管道323與所述氣室322相連，所述氣室322設置在所述箱體11下部，所述箱體11下部設置氣孔，所述氣室322通過所述氣孔與所述進氣管道323相連，所述氣室322通過與所述壓縮機321連接，所述氣室322內部設置壓力感應器，通過所述壓力感應器檢測所述氣室322內壓強變化。

所述導流管道311和所述進氣管道323設置在所述箱體11兩側的內表面上，並且所述進氣管道323出氣管口高度略低於所述滑動平臺表面，所述導流管道311進氣管口高度略低於所述輻射板表面，避免所述導流管道311和所述進氣管道323中的氣流影響所述試件的燃燒，減少氣流對檢測數據的影響；並通過所述導流管道311和所述進氣管道323的設置，實現將所述試件燃燒所產生的煙霧快速排出所述檢測室，保證所述檢測室內空氣流通，減少所述煙霧對檢測數據的影響。

所述鋪地材料臨界熱輻射通量測試系統還包括處理模塊4，所述處理模塊4包括光路組件41、熱電偶、風速儀、處理器42，所述光路組件41檢測煙霧遮光率，所述熱電偶用於檢測所述箱體11內溫度，所述風速儀測量所述排煙管道312中氣體流速，所述處理器42用於記錄處理各裝置的數據並通過處理的結果下達指令控制各裝置。所述處理器42與所述光路組件51、所述熱電偶、所述壓力感應器、所述輻射高溫計16、所述熱流計組件13、所述第一調節裝置、所述第二調節裝置數據連接；所述處理器42處理所述壓力感應器檢測所述氣室322的壓強變化數據及所述風速儀檢測所述排煙管道312的氣體流速數據，並通過調節所述排氣扇及所述壓縮機控制所述箱體11內氣體流速，保證所述箱體11內環境穩定。

實施例二

實施例二在實施例一的基礎上進行進一步改進，具體之處在於，所述鋪地材料臨界熱輻射通量測試系統還包括第一連接裝置和第二連接裝置，所述第一連接裝置包括第一齒扣部和第二齒扣部，所述第一齒扣部設置在所述滑動平臺上，所述第二齒扣部設置在所述箱體上，所述第一齒扣部和所述第二齒扣部對應設置。

所述第二連接裝置包括導軌和滑塊，所述滑塊固定在所述滑動平臺上所述導軌固定在所述箱體底部，通過所述滑塊和所述導軌的活動連接作用，實現所述滑動平臺自由進出所述箱體。

所述第一齒扣部包括第一咬合齒和第一密封部，所述第二齒扣部包括第二咬合齒和第二密封部，當所述滑動平臺與所述箱體連接一體時，所述第一咬合齒和所述第二咬合齒咬合形成咬合部，所述第一密封部和所述第二密封部分別在所述箱體的內外兩側，實現阻隔所述箱體內外空氣流通的作用，通過所述第一咬合齒和所述第二咬合齒的連接，保證固定在所述滑動平臺上的所述試件和設置在所述箱體內的所述燃燒器及所述輻射板相對位置穩定，避免對所述燃燒器和所述輻射板位置狀態的反覆校準，實現所述鋪地材料臨界熱輻射通量測試系統檢測數據的準確性。

實施例三

實施例三在實施例一的基礎上進行進一步改進，具體之處在於，所述光路組件41包括雷射器、準直器、主探測器、分光鏡、參考檢測器、收集器。所述雷射器發射的光束經所述分光鏡分為兩路，一路為參考檢測器監控轉換為參考數據，另一路作為測量光束射入煙霧中，所述測量光束通過所述煙霧後被所述準直器收集並被主探測器轉換為檢測數據，所述收集器收集所述參考數據和所述檢測數據，並將所述參考數據和所述檢測數據上傳至所述處理器42，所述處理器42通過對所述參考數據和所述檢測數據處理出所述煙霧的遮光率。

所述排煙管道312上設置一個所述光路組件41，通過設置在所述排煙管道312上的所述光路組件41的檢測對所述試件的產煙量進行計算，檢測所述試件的重要燃燒參數。所述箱體11上設置若干所述光路組件41，通過設置在所述箱體11上的所述光路組件41對所述試件檢測過程中各測量點的煙霧遮光率進行檢測，並通過所述處理器42的後期處理，排除所述試件在燃燒時所產生煙霧對實驗結果的影響，保證所述鋪地材料臨界熱輻射通量測試系統測試結果的準確性，優選的在以垂直於所述滑動平臺移動方向的所述箱體中心線為軸線左右對稱均勻布置。

實施例四

本發明涉及一種使用所述鋪地材料臨界熱輻射通量測試系統的測試方法，步驟具體是

s1，對所述鋪地材料臨界熱輻射通量測試系統中的相關設備進行校準，繪製輻射通量曲線；

s2，將試件放置在所述檢測室1內，點燃所述試件，觀察並記錄所述試件在熱輻射下的燃燒情況，所述光路組件記錄煙霧遮光率數據並將所述數據上傳所述處理模塊中；

s3，測量所述試件的火焰傳播距離並上傳至所述處理模塊中，通過所述處理模塊對檢測數據進行處理，計算得出真實火焰傳播距離。

所述步驟s1具體為，將模擬樣品固定在所述滑動平臺2上，並將所述滑動平臺2移動至所述箱體11中，保證所述箱體11和所述滑動平臺2的密封性；調節所述排煙單元31和所述供氣單元32，使所述檢測箱1內氣體流速滿足(2.5±0.2)m/s，然後點燃所述輻射板14，讓所述輻射板14加熱至少1小時，直至所述檢測箱1內溫度穩定，在此過程中，所述燃燒器15應關閉。

設所述模擬樣品靠近在所述燃燒器15方向的一端為起始端，使用所述熱流計132在所述模擬樣品上距所述起始端410mm的位置測量輻射通量，在測量時所述熱流計132的探測表面與所述模擬樣品面平行並高出2mm～3mm，30s後讀取測量數據，通過調節所述輻射板14，使所述熱流計132在所述410mm處測量的輻射通量為(5.1±0.2)kw/m2；依次對其他測量點進行測量，所述測量點優選為在所述模擬樣品上距所述起始端110mm位置處開始至910mm位置結束且間距為100mm均勻設置的測量點，將測量的數據繪製成輻射通量曲線。

在測量輻射通量結束後記錄所述光路組件41的檢測數據並將所述數據上傳所述處理器42中。

完成繪製所述輻射通量曲線後，將所述滑動平臺2上的所述模擬樣品取出，保證所述滑動平臺2和所述檢測室1的密封連接，檢測所述輻射板14的黑體溫度和所述檢測室溫度。

步驟s2具體為，將所述試件固定在所述滑動平臺2上，並將所述滑動平臺2移動至所述檢測室1內，點燃所述輻射板14，讓所述輻射板14加熱至少1小時，直至所述檢測箱1內溫度穩定，調節所述輻射板14，使所述黑體溫度與步驟s1中測量值偏差在±5℃範圍內，所述檢測室溫度與步驟s1中測量值偏差在±10℃範圍內。

點燃所述燃燒器15，並將所述燃燒器15移動至所述試件邊緣處，點燃所述試件並保持所述燃燒器火焰與所述試件接觸10min，然後將所述燃燒器15移開並熄滅所述燃燒器15。在所述試件燃燒過程中，保證所述檢測室1內空氣流動穩定。檢測過程結束判斷為，自點燃所述燃燒器15開始檢測滿30min致使檢測結束或所述試件表面火焰在未滿30min時間內停止傳播並熄滅致使檢測結束。所述光路組件41在檢測過程中記錄各測量點的數據並將所述數據上傳所述處理器42中。

測量所述試件的火焰傳播距離並上傳至所述處理器42中，所述處理器42通過對各數據的處理，計算所述真實火焰傳播距離l′，通過所述真實火焰傳播距離對照所述輻射通量曲線得出所述試件的臨界熱輻射通量。

所述真實火焰傳播距離l′的公式為

其中l為對所述試件實際測量的火焰傳播距離，n為設置在所述箱體上所述光路組件41的數量，ci』為設置在所述箱體上第i臺所述光路組件41在步驟s2中檢測的煙霧遮光率平均值，ci為設置在所述箱體上第i臺所述光路組件41在步驟s1中檢測的煙霧遮光率平均值，c為設置在所述排煙管道上的所述光路組件41在步驟s2中檢測的煙霧遮光率平均值。

通過對所述檢測數據處理後的向上取值，去除不符合條件的參數，排除由於部分所述光路組件41檢測位置處未發生燃燒導致檢測出的數據與其他數據偏差過大而造成的對計算結果的影響，避免計算數據產生誤差，當在步驟s2中檢測的煙霧遮光率平均值小於一定數值時，即所述試件燃燒產生的煙霧小於一定濃度時，所述煙霧吸收所述輻射板產生的熱輻射效果較大，造成所述真實火焰傳播距離l『大於所述測量火焰傳播距離l；當在步驟s2中檢測的煙霧遮光率平均值大於一定數值時，即所述試件燃燒產生的煙霧大於一定濃度時，所述煙霧在燃燒過程中附帶大量的熱量對所述試件產生附加的熱輻射作用較大，造成所述真實火焰傳播距離l『小於所述測量火焰傳播距離l。

在檢測過程中，所述試件燃燒會產生大量煙霧，所述煙霧由於在燃燒過程中附帶大量的熱量對所述試件產生附加的熱輻射作用，導致所述試件表面溫度保持較高狀態，使所述試件的火焰傳播距離變遠；同時所述煙霧附帶大量的顆粒物質，所述顆粒物質會吸收所述輻射板產生的熱輻射並通過所述排煙單元排出，造成所述輻射板對所述試件的熱輻射無法如所述輻射通量曲線描述分布，導致實際檢測結果偏差。

通過公式的計算，修正所述鋪地材料臨界熱輻射通量測試系統的檢測結果，避免所述試件燃燒產生的煙霧對測量數據的不良影響，保證所述鋪地材料臨界熱輻射通量測試系統檢測的準確性。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明方法的前提下，還可以做出若干改進和補充，這些改進和補充也應視為本發明的保護範圍。