CN103388833A - 一种同时控制火焰形状和火焰温度的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同时控制火焰形状和火焰温度的装置及方法，该装置包括送风风机、风道、燃烧器、质量流量计、温度传感器、控制器和试验台，风道内设置有若干片导流片，每片导流片的旋转角度可调。该方法包括风速、火焰形状、火焰温度的控制，具体是：通过风机调频器对风速进行粗调，导流片对出口风速进行微调；通过对燃烧板上各点风速的控制，使火焰呈现不同的形状；通过温度传感器将温度数据传至控制器从而调整设置的燃气流量值或燃气类型，达到对火焰温度的控制。本发明通过风机模拟发生建筑外部火灾时的外界风，采用自动控制装置对导流片进行控制，能够远程、准确地控制风速，采用质量流量计对燃气流量进行控制，实现对火焰温度的控制。

Description

一种同时控制火焰形状和火焰温度的装置及方法

技术领域

本发明涉及模拟火源控制领域，特别涉及一种同时控制火焰形状和火焰温度的装置及方法。

背景技术

现今火灾频发，如何减少火灾的发生一直是摆在人们面前的一个难题。从材料本身出发，提高材料的防火安全性能，是减少火灾发生的有效方法之一。如何评价材料的防火安全性能，为使用者提供选择和评判的依据是一项非常重要的工作。对于建筑装饰装修材料、屋面材料、太阳能光伏制品及组件防火性能的评价，目前普遍采用的方法是模拟一个可能发生的火源对被测样品进行点燃或者耐火测试，观测其是否发生蔓延、扩大等现象，这种方法要求模拟火源不仅要有一定的火焰温度，而且要求在一定的风速作用下火焰形状能够与实际可能发生的火灾时尽量接近。特别是对于屋面材料，发生火灾时一般属于建筑外部火灾的范畴，建筑外部火灾与建筑内部火灾的最大区别在于前者往往受到外界风的影响，在风速作用下外部火源会呈现不同的形状，而且不同的风速作用下火焰的温度也不同，为了真实模拟屋面材料的防火性能和等级，需设计在不同风速作用下不同火焰形状和火焰温度同时控制的方法及装置。

中国发明专利ZL201010556982.4一种模拟火源的流量控制方法和装置，该装置包括计算机、燃气智能控制仪表、助燃气智能控制仪表、温度采集智能仪表、热电偶、燃烧器、燃气气源、燃气质量流量计、助燃气气源、助燃气质量流量计，燃气气源与燃气质量流量计的入口相连，燃气质量流量计的出口通过快速接头与燃烧器连接，所述助燃气气源与助燃气质量流量计的入口相连，助燃气质量流量计的出口通过快速接头与燃烧器连接；燃气质量流量计、燃气智能控制仪表、计算机依次连接，助燃气质量流量计、助燃气智能控制仪表、计算机依次通过导线连接；热电偶、温度采集智能仪表、计算机依次连接。该发明专利的不足是：（1）该发明专利的火源火焰较小；（2）该发明专利没有考虑外部如风速环境对火焰的影响，不能模拟一些建筑外部火灾的情况。

中国实用新型专利CN201540211U公布了一种软体家具明火燃烧测试点火控制系统，该专利包括主气路、点火气路和测试气路，主气路上串接有主气阀，点火气路的一端连接主气路，另一端连接长明灯，点火气路上串接有点火气阀；测试气路的一端连接主气路，另一端连接燃烧头，测试气路上串接有电磁阀和气体流量计，一计时器连接到测试气路上的电磁阀，长明灯置于燃烧头的气体出口附近。该专利实现对燃烧器的点火时间及燃气流量的控制，但这种调节方法存在如下不足：（1）转子流量计流量的调节必须采用手动现场调节，无法远程自动控制，更加无法实现程序控制；（2）该专利没有考虑外部风速作用下的火焰的控制情况。

中国实用新型专利《锅炉炉膛温度场分布控制系统》201120084295.7发明了一种通过控制炉膛内的风煤比来控制火焰的形状和温度，从而提高煤的燃烧利用率；当风量越大煤燃烧越充分，火焰温度越高，煤的燃烧利用率越高；风的主要作用是提高煤的燃烧效率，从而达到对煤燃烧产生的火焰形状和温度的控制。但该专利主要是用于锅炉燃烧控制领域，以提高燃煤的利用率为目的，从而提高锅炉的经济运行。与本发明的技术领域不同，解决的技术问题也不同。

因此，需要提供一种同时控制火焰形状和火焰温度的试验方法和装置，用于模拟在建筑外部火灾情况下特别是在外加风速作用下的受火状态，从而可以评价屋面材料的防火性能和等级。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种同时控制火焰形状和火焰温度的装置及方法，其具有火焰形状可调、风速可调、温度可调的优点。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种同时控制火焰形状和火焰温度的装置，包括送风风机、风道、燃烧器、燃气质量流量计、温度传感器、控制器和试验台，待检测燃烧板固定在试验台上，燃烧器设置在风道的出风口和试验台之间，送风风机通过风道送风，风道内设置有若干片导流片，每片导流片的旋转角度可调；温度传感器设置在燃烧板上，用于将当前燃烧板上的温度发送到控制器；燃烧器、燃气质量流量计和控制器依次连接，燃烧器还与外部燃气供应装置连接，控制器根据温度传感器传来的温度对燃气流量或燃气类型进行控制。本发明通过模拟建筑外部火灾发生时的自然风并使火焰呈现一定的形状，从而模拟建筑外部火灾时的真实情况。

优选的，所述燃烧板上设置有若干个风速测量装置，风速测量装置与控制器连接，可以远程测量读取风速数据；送风风机通过变频器与控制器连接，控制器根据各个风速测量点测得的风速控制变频器进而实现对送风风机转速的调节。

作为优选，所述每个导流片处均设置有用于使导流片旋转的导流片自动旋转控制装置，该装置与控制器相连，控制器根据风速测量装置所测风速对导流片自动旋转控制装置进行控制进而实现对导流片旋转角度的调节。从而更智能地实现火焰形状的可调。

优选的，所述在风道管道内靠近进风口处设置了稳流网格，网格尺寸为（30～80）mm×（30～80）mm。由于风机产生的气流是不均匀的，通过采用此稳流网格使其产生的气流均匀。

优选的，所述燃烧器通过一燃气供应选择开关与外部多个燃气供应装置连接，该燃气供应选择开关与控制装置连接；燃气供应装置供应的燃气类型为甲烷、乙炔、丙烷、丁烷、液化石油气、天然气中的至少一种。

优选的，所述温度传感器为热电偶，设置在燃烧板上，热电偶距离燃烧器250mm～450mm。

优选的，在风道管道出风口处设有6～10片导流片，每个导流片上设有一个转轴，转轴垂直于风道轴线，导流片通过此转轴固定在风道上，导流片沿转轴轴线方向的长度与风道高度相当，且沿垂直于转轴轴线方向厚度逐渐减小，导流片自动旋转控制装置设置在转轴上。用于对风速进行微调。

优选的，所述送风风机为离心风机或者轴流风机中的一种。

优选的，所述装置设置在一燃烧室内，燃烧室采用隔热材料制成，在燃烧室若干位置设有用于观察火焰形状的摄像头。从而使用更安全。

具体的，所述燃烧器为双套管燃烧器，并采用两端同时供气，确保产生的火焰连续均匀。燃烧器的燃烧热释放速率可调范围为0～400kW。

一种基于上述装置的同时控制火焰形状和火焰温度的方法，在燃烧过程中，通过调节送风风机的转速实现风速的粗调，通过调节风道中各个导流片的旋转角度实现对风速的微调使出口风速均匀，同时，根据温度传感器测到的温度值，控制器对燃气流量或燃气类型进行控制，使火焰形状和火焰温度均在预设的要求内。

具体的，包括以下步骤：

（1）开启送风风机：送风风机气流在风道中分别经过稳流网格、导流片后到达风道出风口；

（2）风速粗调：测量出风口或燃烧板上的风速，并将测到的风速值反馈到控制器，控制器将测得的风速值和预设的风速值进行比对，根据比对结果对送风风机转速进行调节，使风速限定在预设的风速值附近；

（3）风速微调：根据出风口或燃烧板上若干个风速测量点的风速，调节风道中导流片的旋转角度，直到这些风速测量点处的风速达到预设要求；

（4）点火：输入燃气、启动燃气质量流量计、点火；

（5）火焰温度调节：控制器将当前温度传感器采集到的数据和预设的温度值做比对，根据比对结果发送控制信号到控制燃气质量流量计以控制燃气流量，或者发送控制信号到燃气供应选择开关切换燃气类型；直至反馈得到的温度数据符合要求为止；

（6）火焰形状判断：根据设置在实验室内的监控摄像头观察火焰形状，如果不符合要求，则熄火，重复步骤（3）-（5）进行调试。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明通过对风速粗调、微调，对温度进行调节，可以实现对火焰形状和温度的同时控制，且火焰形状任意可调、风速可调、温度可调，充分考虑外界风速对火源火焰的影响，通过大型风机模拟发生建筑外部火灾时的外界风，风速的范围可为0～10m/s，从而满足对不同火灾场景中对火焰形状和温度的要求。

2、本发明还采用稳流网格使风机产生的气流均匀。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图。

图2是本发明中导流片的结构示意图。

其中，1-风机；2-风道；3-稳流网格；4-导流片；5-燃烧器；6-热电偶；7-燃气质量流量计；8-计算机；9-转轴。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1所示，本实施例一种同时控制火焰形状和火焰温度的装置包括送风风机1、风道2、稳流网格3、导流片4、燃烧器5、热电偶6、燃气质量流量计7、计算机8、试验台等。上述各装置均设置在一燃烧室内，燃烧室采用隔热材料制成，在燃烧室若干位置设有用于观察火焰形状的摄像头。待检测燃烧板固定在试验台上，燃烧器5设置在风道2的出风口和试验台之间，送风风机1通过风道2送风。

为了充分考虑外界风速的对火源火焰的影响，本实施例所采用的风机1为离心风机或者轴流风机中的一种，风速的范围为0～10m/s。所述燃烧板上设置有3-5个风速测量装置，风速测量装置与计算机8连接，送风风机1通过变频器与计算机8连接，计算机8根据各个风速测量装置测得的风速通过变频器对送风风机的转速进行调节。风机1产生的气流经过一定长度风道后正对着火焰作用，通过对出口风速的调整，达到对火焰形状控制的目的。通过变频器控制风速大小，模拟不同情况下的外界气流对火灾影响，由于风机产生的气流是不均匀的，在管道内距离风机1一定距离的地方设置了稳流网格3使其产生的气流均匀，网格尺寸为50mm×50mm。

为了得到不同的火焰形状，模拟不同情况下的火灾场景，还需要在风道2管道出风口附近设置6～10片导流片4，如图2所示，导流片的数量可根据实际需要、风管大小等进行选择。每个导流片4上设有一个转轴9，转轴9垂直于风道轴线，导流片4通过此转轴9固定在风道2上，导流片4沿转轴轴线方向的长度与风道高度相当，可为100mm～180mm，且沿垂直于转轴轴线方向厚度逐渐减小，导流片自动旋转控制装置设置在转轴上，该装置与控制器相连，控制器根据风速测量装置所测风速对导流片自动旋转控制装置进行控制进而实现对导流片旋转角度的调节。通过调节导流片旋转角度来调节风速测量装置所在测量点的风速，达到对火焰形状的控制，满足对不同情况下对火源的模拟，例如为了使火焰达到三角形，可以使中间点的风速高，两边风速低。在实际应用中导流片自动旋转控制装置可以为设置在转轴上的旋钮装置，控制器控制旋钮转动，进而实现对导流片旋转角度的控制。

热电偶6设置在燃烧板上，距离燃烧器5250mm～450mm，用于将当前燃烧板上的温度发送到控制器。燃烧器5、燃气质量流量计7和控制器依次连接，燃烧器5还与外部燃气供应装置连接，控制器根据温度传感器传来的温度对燃气流量或燃气类型进行控制。

所述燃烧器5通过一燃气供应选择开关与外部多个燃气供应装置连接，该燃气供应选择开关与控制装置连接；燃气供应装置供应的燃气类型为甲烷、乙炔、丙烷、丁烷、液化石油气、天然气中的至少一种。燃烧器5为双套管燃烧器，并采用两端同时供气，确保产生的火焰连续均匀，燃烧器的燃烧热释放速率可调范围为0～400kW。

一种基于上述装置的同时控制火焰形状和火焰温度的方法，在燃烧过程中，通过调节送风风机1的转速实现风速的粗调，通过调节风道2中各个导流片4的旋转角度实现对风速的微调，同时，根据温度传感器测到的温度值，控制器对燃气流量或燃气类型进行控制，使火焰形状和火焰温度均在预设的要求内。

具体包括以下步骤：

（1）开启送风风机1：送风风机气流在风道2中分别经过稳流网格3、导流片4后到达风道2出风口；燃烧板上的风速波动可控制在±0.2m/s范围内；

（2）风速粗调：测量出风口或燃烧板上的一点风速，并将测到的风速值反馈到控制器，控制器将测得的风速值和预设的风速值进行比对，根据比对结果对送风风机转速进行调节，使风速限定在预设的风速值附近；

（3）风速微调：根据出风口或燃烧板上若干个风速测量点的风速，调节风道2中导流片4的旋转角度，直到这些风速测量点处的风速达到预设要求，例如实现对燃烧板上每点的风速控制在±0.02m/s左右；

（4）点火：输入燃气、启动燃气质量流量计7、点火；

（5）火焰温度调节：控制器将当前温度传感器采集到的数据和预设的温度值做比对，根据比对结果发送控制信号到控制燃气质量流量计7以控制燃气流量，或者发送控制信号到燃气供应选择开关切换燃气类型；直至反馈得到的温度数据符合要求为止；

（6）火焰形状判断：根据设置在实验室内的监控摄像头观察火焰形状，如果不符合要求，则熄火，重复步骤（3）-（5）进行调试。

实施例2

本实施例除下述特征外其它结构同实施例1：

本实例中导流片4为8片，网格尺寸为80mm×80mm。

实施例3

本实施例除下述特征外其它结构同实施例1：

本实例中导流片4为10片，网格尺寸为30mm×30mm。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种同时控制火焰形状和火焰温度的装置，其特征在于，包括送风风机、风道、燃烧器、燃气质量流量计、温度传感器、控制器和试验台，待检测燃烧板固定在试验台上，燃烧器设置在风道的出风口和试验台之间，送风风机通过风道送风，风道内设置有若干片导流片，每片导流片的旋转角度可调；温度传感器设置在燃烧板上，用于将当前燃烧板上的温度发送到控制器；燃烧器、燃气质量流量计和控制器依次连接，燃烧器还与外部燃气供应装置连接，控制器根据温度传感器传来的温度对燃气流量或燃气类型进行控制。

2.根据权利要求1所述的同时控制火焰形状和火焰温度的装置，其特征在于，所述燃烧板上设置有若干个风速测量装置，风速测量装置与控制器连接，送风风机通过变频器与控制器连接，控制器根据各个风速测量装置测得的风速控制变频器进而实现对送风风机转速的调节。

3.根据权利要求2所述的同时控制火焰形状和火焰温度的装置，其特征在于，所述每个导流片处均设置有用于使导流片旋转的导流片自动旋转控制装置，该装置与控制器相连，控制器根据风速测量装置所测风速对导流片自动旋转控制装置进行控制进而实现对导流片旋转角度的调节。

4.根据权利要求1所述的同时控制火焰形状和火焰温度的装置，其特征在于，所述在风道管道内靠近进风口处设置了稳流网格，网格尺寸为（30～80）mm×（30～80）mm。

5.根据权利要求1所述的同时控制火焰形状和火焰温度的装置，其特征在于，所述燃烧器通过一燃气供应选择开关与外部多个燃气供应装置连接，该燃气供应选择开关与控制装置连接；燃气供应装置供应的燃气类型为甲烷、乙炔、丙烷、丁烷、液化石油气、天然气中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的同时控制火焰形状和火焰温度的装置，其特征在于，所述温度传感器为热电偶，设置在燃烧板上，距离燃烧器250mm～450mm。

7.根据权利要求3所述的同时控制火焰形状和火焰温度的装置，其特征在于，在风道管道出风口处设有6～10片导流片，每个导流片上设有一个转轴，转轴垂直于风道轴线，导流片通过此转轴固定在风道上，导流片沿转轴轴线方向的长度与风道高度相当，且沿垂直于转轴轴线方向厚度逐渐减小，导流片自动旋转控制装置设置在转轴上。

8.根据权利要求1所述的同时控制火焰形状和火焰温度的装置，其特征在于，所述送风风机为离心风机或者轴流风机中的一种；

所述装置设置在一燃烧室内，燃烧室采用隔热材料制成，在燃烧室若干位置设有用于观察火焰形状的摄像头；

所述燃烧器为双套管燃烧器，两端同时供气。

9.一种基于权利要求1所述装置的同时控制火焰形状和火焰温度的方法，其特征在于，在燃烧过程中，通过调节送风风机的转速实现风速的粗调，通过调节风道中各个导流片的旋转角度实现对风速的微调使出口风速均匀，同时，根据温度传感器测到的温度值，控制器对燃气流量或燃气类型进行控制，使火焰形状和火焰温度均在预设的要求内。

10.根据权利要求9所述的同时控制火焰形状和火焰温度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）开启送风风机：送风风机气流在风道中分别经过稳流网格、导流片后到达风道出风口；

（2）风速粗调：测量出风口或燃烧板上的风速，并将测到的风速值反馈到控制器，控制器将测得的风速值和预设的风速值进行比对，根据比对结果对送风风机转速进行调节，使风速限定在预设的风速值附近；

（3）风速微调：根据出风口或燃烧板上若干个风速测量点的风速，调节风道中导流片的旋转角度，直到这些风速测量点处的风速达到预设要求；

（4）点火：输入燃气流量、启动燃气质量流量计、点火；

（5）火焰温度调节：控制器将当前温度传感器采集到的数据和预设的温度值做比对，根据比对结果发送控制信号到控制燃气质量流量计以控制燃气流量，或者发送控制信号到燃气供应选择开关切换燃气类型；直至反馈得到的温度数据符合要求为止；

（6）火焰形状判断：根据设置在实验室内的监控摄像头观察火焰形状，如果不符合要求，则熄火，重复步骤（3）-（5）进行调试。

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