CN102967328B - 一种隧道内运动体火灾模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

一种隧道内运动体火灾模拟实验装置，涉及火灾燃烧实验装置。解决的技术问题是提供一种测定运动火源的燃烧特性及烟气分布、研究隧道内运动火灾规律的实验装置。模拟隧道外壳（1）上布置烟气温度、组分、能见度、压力和风速传感器。模拟隧道外壳的底面设置第一、第二轨道（44-1，44-2），固定在底座（42）上的四个车轮置于轨道上。运动体（45）置于底座内，其内安装燃烧器（17）、质量传感器（26）和质量数据接收器（34）；运动体通过两端的绳索与带卷筒的电动机连接，其运动速度由电机转速来调节。实验分无、有机械通风两种情况，向燃烧器内加注燃料，点燃，启动数据采集系统，驱动运动体，触压行程开关（20），电动机断电，完成一次试验。

Description

一种隧道内运动体火灾模拟实验装置

技术领域

本发明涉及火灾燃烧实验装置，适用于列车在铁路或地铁隧道内着火后继续运动时的燃料燃烧特性、火灾烟气扩散规律、运动火灾控制以及对人员疏散影响等相关机理的研究。

背景技术

列车在隧道内着火后，迫停在隧道内就地实施人员疏散和救援的难度较大。目前一般规定列车应尽可能地行驶到隧道外或铁路救援站或地铁前方车站实施抢险救援。列车携带火源行驶时，会形成一定的活塞风和反向气流，在火源附近产生迎风气流，对火源燃烧过程产生影响，有两种可能：风助火势增强，反而扩大危害；气流破坏燃烧过程或降低燃烧物的温度至燃点以下，使火焰减弱甚至熄灭。在这个过程中，列车运动速度对火源附近迎风气流的大小起着决定性的作用。但目前，人们对列车着火后的运动速度、机械通风等对火灾热释放速率的影响、运动火灾的烟气扩散规律、运动火灾如何控制以便于人员疏散等问题并不清楚。

现有的隧道内火灾模拟实验装置包括模拟隧道外壳，燃烧器，第一、第二整流阀，通风系统和数据采集系统等几个部分。模拟隧道外壳固定在地面的支架上，前、后端面上分别安装前、后门。模拟隧道外壳的一个侧面的前端、后端分别设置前、后通风口，并在该侧面上开设不可开启的窗户；另一个侧面上设置可开启的窗户。窗户与模拟隧道外壳之间密封固定，窗户均采用钠钙硼硅酸盐耐高温玻璃。所述的燃烧器放置在质量传感器上，通风系统中风机通过前风管与前通风口密封连接，数据采集系统包括能见度检测模块、温度检测模块、压力检测模块、燃料质量检测模块。模拟隧道外壳上从前至后设置烟气组分检测口、温度检测口和压力检测口，分别设置能见度检测传感器、温度传感器和电子压力传感器；数据采集仪置于模拟隧道外壳的外部。

可见，目前的隧道火灾模拟实验装置只能进行火源静止条件下的模拟实验，不能解决运动火源的检测问题。亟需建立能够用于运动火源燃烧特性和烟气扩散规律的实验与研究的运动体火灾实验平台。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种火源在运动条件下的实验装置。

本发明的技术解决方案如下：

一种隧道内运动体火灾模拟实验装置，该实验装置包括：模拟隧道外壳、燃烧器，第一、第二整流阀，通风系统和数据采集系统。

所述的模拟隧道外壳采用两层2mm厚度的0Cr18Ni9Ti不锈钢板、中间用50mm厚的硅酸铝甩丝纤维毯做隔热层。

所述的模拟隧道外壳固定在地面的支架上；模拟隧道外壳的前、后端面上分别安装前、后门，并与模拟隧道外壳密封；在模拟隧道外壳的一个侧面的前端、后端分别设前、后通风口；该侧面上设不可开启的窗户，并与模拟隧道外壳密封固定；在模拟隧道外壳的另一个侧面上设可开启的窗户，并与模拟隧道外壳密封固定，窗户采用钠钙硼硅酸盐耐高温玻璃；燃烧器放置在质量传感器上。

机械通风系统中的风机通过前风管与前通风口密封连接；

所述的数据采集系统包括：能见度传感器、温度传感器、压力传感器、质量传感器、质量数据接收器；在模拟隧道外壳顶的中心线上从前至后设置烟气组分检测口、温度检测口、压力检测口；烟气组分检测口处设置能见度传感器，温度检测口处设置温度传感器，压力检测口处设置电子压力传感器；数据采集仪置于模拟隧道外壳的外部。

设置第一至第四个摄像机；第一个摄像机安装在模拟隧道外壳的顶部，第二、三、四个摄像机分别安装在其侧面。

在所述的模拟隧道外壳内底面上的中间位置，设置并固定第一、第二轨道，轨道两端与固定在模拟隧道外壳内底面上的第一、第二车挡的内侧面接触。

在所述的第一、第二轨道上放置带四个车轮的底座，运动体置于底座内。

所述的运动体的中部设一凹槽，凹槽内放置质量传感器和燃烧器，燃烧器置于质量传感器上；运动体的顶壁上设温度测量口，其内安装温度传感器；在运动体前壁的中心处设风速测量口，其内放置皮托管及其差压变送器；在运动体后壁上设置门；从门放入质量数据接收器。

所述的燃烧器包括燃料盆、托盘和弹簧；弹簧的一端固定在燃料盆底上，托盘固定在弹簧的另一端；托盘与燃料盆之间间隙配合，托盘上设环形密封槽，采用极压锂基润滑脂MULTIS EP密封。

驱动系统包括：第一至第四个滑轮、带卷筒的电动机、绳索、行程开关。

第一和第二个滑轮通过支架固定在模拟隧道外壳内的底面上，位于第一、第二车挡之外；第三和第四个滑轮通过支架固定在地面上。

绳索缠绕在电动机的卷筒上，绳索的一端经第三和第一个滑轮与运动体的一端连接，绳索的另一端经第四和第二个滑轮与运动体的另一端连接。

行程开关设置在模拟隧道外壳内，通过支架安装在第一车挡的内侧，位置高于底座的底面。

在模拟隧道外壳顶部的中心线上，在压力检测口的后方增设点火口、燃料加注口。

所述的运动体采用两层2mm厚度的0Cr18Ni9Ti不锈钢板、中间用50mm厚的硅酸铝甩丝纤维毯做隔热层。

所述的能见度检测仪的型号DLV ICO10，温度传感器为0.2mm的铜康铜K型铠装热电偶，电子压力传感器的型号CYB603、压力范围0~4KPa、精度0.3%;摄像机为高清红外型机，型号N/A；风速测量口的型号为法国KIMO-L型皮托管及其差压变送器。

质量传感器选用YZC-516/30kg称重传感器，精度为0.1g，与运动体中部凹槽底面用螺栓连接，质量数据接收器放置在运动体的腔体内，用隔热材料包裹。

所述的运动体底座两侧各安装二个的凹轮，分别与第一、第二轨道的顶面凹凸配合。

本发明和已有技术相比所具有的有益效果：

本发明提供一种能够进行隧道内运动体火灾实验的装置，通过测试有、无机械通风条件下，燃烧的火源在隧道内随运动体运动时的热释放速率、隧道内的烟气温度和浓度及气流速度等参数随时间和空间位置变化的情况，研究运动体运动速度与火源燃烧特性及烟气扩散规律之间的关系，为运动体隧道火灾的应急救援和人员疏散提供可靠的依据，为制定隧道列车火灾的应急救援预案提供解决方案。

附图说明

图1隧道内运动体火灾模拟实验装置主视图。

图2隧道内运动体火灾模拟实验装置俯视图。

图3运动体截面图。

图4凹轮与第一、二轨道的连接示意图。

图5 风机布置示意图。

隧道外壳1，烟气组分检测口5，温度检测口6，压力检测口7，气流检测口8，燃料加注口9，点火口10，温度测量口15，风速检测口16，燃烧器17，第一、第二车挡19-1、19-2，行程开关20，绳索21，燃料盆23，托盘24，弹簧25，质量传感器26，第一至第四滑轮28-1、28-2、28-3、28-4，第一、二整流阀31-1,31-2，质量数据接收器34，门35，摄像机37-1、37-2、37-3、37-4，风机41，底座42，第一、第二轨道44-1，44-2，运动体45，前风管46，前后通风口46-1,46-2，前后门47-1,47-2，风阀48，电动机49。

具体实施方式

以下结合图说明本发明作进一步说明。

一种隧道内运动体火灾模拟实验装置，如图1，该实验装置包括：模拟隧道外壳1、燃烧器17，第一、第二整流阀31-1、31-2，通风系统和数据采集系统。

所述的模拟隧道外壳1采用两层2mm厚度的0Cr18Ni9Ti不锈钢板、中间用50mm厚的硅酸铝甩丝纤维毯做隔热层。隧道1的本体为一个横断面为矩形的空腔，内腔为20m×0.95m×1.1m（长×宽×高）。

所述的模拟隧道外壳1固定在地面的支架上；模拟隧道外壳1的前、后端面上分别安装前、后门47-1,47-2，并与模拟隧道外壳1密封；在模拟隧道外壳1的一个侧面的前端、后端分别设前、后通风口46-1,46-2；该侧面上设不可开启的窗户，并与模拟隧道外壳1密封固定；在模拟隧道外壳1的另一个侧面上设可开启的窗户，并与模拟隧道外壳1密封固定，窗户采用钠钙硼硅酸盐耐高温玻璃；燃烧器17放置在质量传感器26上。

机械通风系统中的风机41通过前风管46与前通风口46-1密封连接；

所述的数据采集系统包括：能见度传感器、温度传感器、压力传感器、质量传感器26、质量数据接收器34；在模拟隧道外壳1顶的中心线上从前至后设置烟气组分检测口5、温度检测口6、压力检测口7；烟气组分检测口5处设置能见度传感器，温度检测口6处设置温度传感器，压力检测口7处设置电子压力传感器；数据采集仪置于模拟隧道外壳1的外部。

设置第一至第四个摄像机37-1、37-2、37-3、37-4；第一个摄像机37-1安装在模拟隧道外壳1的顶部，第二、三、四个摄像机分别安装在其侧面。

在所述的模拟隧道外壳1内底面上的中间位置，设置并固定第一、第二轨道44-1，44-2，轨道两端与固定在模拟隧道外壳1内底面上的第一、第二车挡19-1,19-2的内侧面接触。

在所述的第一、第二轨道44-1，44-2上放置带四个车轮的底座42，运动体45置于底座42内。

所述的运动体45底座由角钢和钢板焊接而成，底座42上安装凹轮，运动体腔采用两层2mm厚度的0Cr18Ni9Ti不锈钢板、中间用100mm厚的硅酸铝甩丝纤维毯标准型做隔热层，外形尺寸为1.5m×0.6m×0.9m（长×宽×高），中部设一凹槽，其尺寸为0.4m×0.4m×0.6m（长×宽×高），凹槽内放置质量传感器26和燃烧器17，燃烧器17置于质量传感器26上；运动体45的顶壁上设温度测量口15，其内安装温度传感器；在运动体45前壁的中心处设风速测量口16，其内放置皮托管及其差压变送器；在运动体45后壁上设置门35；从门35放入质量数据接收器34，实验时，此门关闭。。

所述的燃烧器17包括燃料盆23、托盘24和弹簧25；弹簧25的一端固定在燃料盆23底上，托盘24固定在弹簧25的另一端；托盘24与燃料盆23之间间隙配合，托盘24上设环形密封槽，采用极压锂基润滑脂MULTISEP密封。

驱动系统包括：第一至第四个滑轮28-1、28-2、28-3、28-4、电动机49、绳索21、行程开关20。

第一和第二个滑轮28-1、28-2通过支架固定在模拟隧道外壳1内的底面上，位于第一、第二车挡19-1,19-2之外；第三和第四个滑轮28-3、28-4通过支架固定在地面上。

绳索21缠绕在电动机49的卷筒上，绳索21的一端经第三和第一个滑轮28-3、28-1与运动体45的一端连接，绳索21的另一端经第四和第二个滑轮28-4、28-2与运动体45的另一端连接。电动机49选用微型变频电动机，型号YVP132S1-2，功率5.5kw，5-50Hz为恒转矩运行区、50-100Hz为恒功率运行区，能提供多种速度。

行程开关20设置在模拟隧道外壳1内，通过支架安装在第一车挡19-1的内侧，位置高于底座42的底面。

通风系统中风机41通过前风管46与前通风口46-1密封连接。

所述的风机41选用HTF-IV，No.6，风量12000m3/h，全压631Pa，功率4.7KW，1450rpm，采用数字式交流变频调制器对风机可进行无极调速控制，以便提供不同的送风量和排烟量。

在模拟隧道外壳1顶部的中心线上，在压力检测口7的后方增设点火口10、燃料加注口9。

所述的运动体45采用两层2mm厚度的0Cr18Ni9Ti不锈钢板、中间用50mm厚的硅酸铝甩丝纤维毯做隔热层。

所述的能见度检测仪的型号DLV ICO10，温度传感器为0.2mm的铜康铜K型铠装热电偶，电子压力传感器的型号CYB603、压力范围0~4KPa、精度0.3%;摄像机37为高清红外型机，型号N/A；风速测量口16的型号为法国KIMO-L型皮托管及其差压变送器。

质量传感器26选用YZC-516/30kg称重传感器，精度为0.1g，与运动体中部凹槽底面用螺栓连接，质量数据接收器34放置在运动体的腔体内，用隔热材料包裹。

所述的运动体45底座两侧各安装二个的凹轮，分别与第一、第二轨道的顶面凹凸配合。

所述的燃烧器17为筒状，采用两层2mm厚度的0Cr18Ni9Ti不锈钢板、中间用50mm厚的硅酸铝甩丝纤维毯标准型做隔热层，内径300mm，深度400mm，其底上与弹簧25的一端选用耐高温胶zs-1071粘接固定，托盘24选用耐高温胶zs-1071粘接在弹簧25的另一端。保证未加注燃料前，托盘上表面与运动体45的腔体顶面平齐，加注燃料后，燃料在燃烧过程中液面高度始终不变，实验选用正庚烷为燃料，质量为ρghπr2，其中ρ为正庚烷的密度，r为托盘半径，h为液体高度。

本发明的工作过程如下：

一、无通风试验

在模拟隧道外壳1顶部的燃料加注口9向燃烧器17内加注正庚烷燃料，停止加注后测定燃料的初始质量。启动数据采集系统。打开风阀48，但不开启风机。点燃燃料，同时，开启驱动装置，记录初始时刻。运动体45在绳索21的牵引下向模拟隧道的前端开始运动，记录数据。运动体触压行程开关20，驱动装置断电，运动体随后停止运动。记录运动体停止运动的时刻，无机械通风的实验结束。

二、有通风试验

在模拟隧道外壳1顶部的燃料加注口9向燃烧器17内加注正庚烷燃料，停止加注后测定燃料的初始质量。启动数据采集系统。打开风阀48，点燃燃料，启动驱动装置，记录初始时刻，运动体45在绳索21的牵引下向模拟隧道的前端开始运动，记录数据。运动体运动一段距离后，启动机械通风系统，直至运动体45触压行程开关20，驱动装置断电，运动体随后停止运动。记录运动体停止运动的时刻、机械通风系统关闭时刻，有机械通风的实验结束。整个过程由数据采集系统实时采集数据并存储。

Claims (4)

1.一种隧道内运动体火灾模拟实验方法，该方法使用的装置包括：模拟隧道外壳(1)、燃烧器(17)，第一、第二整流阀(31-1、31-2)，驱动系统，机械通风系统和数据采集系统；

所述的模拟隧道外壳(1)采用两层2mm厚度的0Cr18Ni9Ti不锈钢板、中间用50mm厚的硅酸铝甩丝纤维毯做隔热层；

所述的模拟隧道外壳(1)固定在地面的支架上；模拟隧道外壳(1)的前、后端面上分别安装前、后门(47-1,47-2)，并与模拟隧道外壳(1)密封；在模拟隧道外壳(1)的一个侧面的前端、后端分别设前、后通风口(46-1,46-2)；该侧面上设不可开启的窗户，并与模拟隧道外壳(1)密封固定；在模拟隧道外壳(1)的另一个侧面上设可开启的窗户，并与模拟隧道外壳(1)密封固定，窗户采用钠钙硼硅酸盐耐高温玻璃；燃烧器(17)放置在质量传感器(26)上；

机械通风系统中的风机(41)通过前风管(46)与前通风口(46-1)密封连接；

所述的数据采集系统包括：能见度传感器、温度传感器、电子压力传感器、质量传感器(26)、质量数据接收器(34)；在模拟隧道外壳(1)顶的中心线上从前至后设置烟气组分检测口(5)、温度检测口(6)、压力检测口(7)；烟气组分检测口(5)处设置能见度传感器，温度检测口(6)处设置温度传感器，压力检测口(7)处设置电子压力传感器；数据采集仪置于模拟隧道外壳(1)的外部；

设置第一至第四个摄像机(37-1、37-2、37-3、37-4)；第一个摄像机(37-1)安装在模拟隧道外壳(1)的顶部，第二、三、四个摄像机分别安装在其侧面；

在所述的模拟隧道外壳(1)内底面上的中间位置，设置并固定第一、第二轨道(44-1，44-2)，轨道两端与固定在模拟隧道外壳(1)内底面上的第一、第二车挡(19-1,19-2)的内侧面接触；

在所述的第一、第二轨道(44-1，44-2)上放置带四个车轮的底座(42)，运动体(45)置于底座(42)内；

所述的运动体(45)的中部设一凹槽，凹槽内放置质量传感器(26)和燃烧器(17)，燃烧器(17)置于质量传感器(26)上；运动体(45)的顶壁上设温度测量口(15)，其内安装温度传感器；在运动体(45)前壁的中心处设风速测量口(16)，其内放置皮托管及其差压变送器；在运动体(45)后壁上设置门(35)；从门(35)放入质量数据接收器(34)；

所述的燃烧器(17)包括燃料盆(23)、托盘(24)和弹簧(25)；弹簧(25)的一端固定在燃料盆(23)底上，托盘(24)固定在弹簧(25)的另一端；托盘(24)与燃料盆(23)之间间隙配合，托盘(24)上设环形密封槽，采用极压锂基润滑脂MULTIS EP密封；

驱动系统包括：第一至第四个滑轮(28-1、28-2、28-3、28-4)、电动机(49)、绳索(21)、行程开关(20)；

第一和第二个滑轮(28-1、28-2)通过支架固定在模拟隧道外壳(1)内的底面上，位于第一、第二车挡(19-1,19-2)之外；第三和第四个滑轮(28-3、28-4)通过支架固定在地面上；

绳索(21)缠绕在电动机(49)的卷筒上，绳索(21)的一端经第三和第一个滑轮(28-3、28-1)与运动体(45)的一端连接，绳索(21)的另一端经第四和第二个滑轮(28-4、28-2)与运动体(45)的另一端连接；

行程开关(20)设置在模拟隧道外壳(1)内，通过支架安装在第一车挡(19-1)的内侧，位置高于底座(42)的底面；

在模拟隧道外壳(1)顶部的中心线上，在压力检测口(7)的后方增设点火口(10)、燃料加注口(9)；

其特征在于：

所述实验方法为：在模拟隧道外壳(1)顶部的燃料加注口(9)向燃烧器(17)内加注正庚烷燃料，停止加注后测定燃料的初始质量；启动数据采集系统；打开风阀(48)，点燃燃料，启动驱动装置，记录初始时刻，运动体(45)在绳索(21)的牵引下向模拟隧道的前端开始运动，记录数据；运动体运动一段距离后，启动机械通风系统，直至运动体(45)触压行程开关(20)，驱动装置断电，运动体随后停止运动；记录运动体停止运动的时刻、机械通风系统关闭时刻，有机械通风的实验结束；整个过程由数据采集系统实时采集数据并存储。

2.根据权利要求1所述的一种隧道内运动体火灾模拟实验方法，其特征在于：

所述实验装置中，所述的运动体(45)采用两层2mm厚度的0Cr18Ni9Ti不锈钢板、中间用50mm厚的硅酸铝甩丝纤维毯做隔热层。

3.根据权利要求1所述的一种隧道内运动体火灾模拟实验方法，其特征在于：

所述实验装置中，所述的能见度检测仪的型号DLV ICO10，温度传感器为0.2mm的铜康铜K型铠装热电偶，电子压力传感器的型号CYB603、压力范围0～4KPa、精度0.3％；摄像机(37)为高清红外型机，型号N/A；风速测量口(16)的型号为法国KIMO-L型皮托管及其差压变送器；

质量传感器(26)选用YZC-516/30kg称重传感器，精度为0.1g，与运动体中部凹槽底面用螺栓连接，质量数据接收器(34)放置在运动体的腔体内，用隔热材料包裹。

4.根据权利要求1所述的一种隧道内运动体火灾模拟实验方法，其特征在于：

所述实验装置中，所述的运动体(45)底座两侧各安装二个凹轮，分别与第一、第二轨道的顶面凹凸配合。