CN104155339A - 竖直固定的热塑性材料熔融滴落引燃实验平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种竖直固定的热塑性材料熔融滴落引燃实验平台，能够通过辐射源对竖直固定的试样进行加热，可分别研究无电火花自然引燃以及电火花引燃两种不同工况，并通过两个电子天平同时测量材料整体的质量变化以及熔融滴落部分的质量变化，利用热电偶及热流计测量材料表面温度及热流分布规律。在辐射加热过程中，通过测量竖直固定的热塑性材料在不同点火方式、不同辐射强度等因素影响下的点燃时间、质量及温度的变化情况来研究热塑性材料的熔融滴落引燃特性。该实验平台对研究建筑外墙有机保温材料点燃及燃烧行为有重要意义。

Description

竖直固定的热塑性材料熔融滴落引燃实验平台

技术领域

本发明属于消防安全技术领域，具体针对典型有机建筑外墙外保温系统中热塑性材料(XPS，EPS)在竖向辐射加热条件下熔融滴落引燃特性的实验平台。

背景技术

随着社会经济的飞速发展和人民生活品质的不断提高，人们对能源的需求也日益增长。“节能减排”已成为保证我国国民经济可持续发展的重要举措，而建筑节能是其中尤为重要的一环。然而，由于缺乏相应的防火法规和相关火灾风险的评估，大量可燃、易燃的有机外墙保温材料被用于大型公共建筑和高层建筑，导致近年来火灾事故时有发生，严重威胁了人民生命和财产安全，造成了负面的社会影响。调研结果显示，以EPS，XPS薄抹灰系统为代表的有机外墙外保温系统在外墙外保温系统占大部分，并具有较高的火灾危险性，研究EPS，XPS这类典型热塑性材料以及其在外墙外保温系统中的受热引燃规律具有很强的现实意义。

现有标准中主要有ISO5660的锥形量热仪规范，但是仅考虑了试样水平放置条件下的受热引燃规律，不适合研究试样在竖向受热条件下由于重力作用导致的熔融滴落对其受热引燃的影响作用，对于研究外墙外保温系统的火灾危险性难以考虑真实的环境条件。现有技术中相近文件如专利申请号200910184963.0，申请公布号为CN101696888A也公开了一种火灾实验装置，其仅考虑了室内溢流情况对建筑物外壁面的影响；燃烧小室体积不可变；研究侧重点不同：对比文献资料侧重室内溢流对于斜坡上的其它建筑壁面的影响。

发明内容

本发明主要考虑了在竖向辐射加热条件下，外墙外保温系统中热塑性材料有无保护层、材料厚度对其受热收缩，熔融滴落，热解引燃的影响，分析其质量变化与样品表面及内部温度变化的关系。

本发明采用的技术方案为：一种竖直固定的热塑性材料熔融滴落引燃实验平台，其特征在于：包括可调节辐射源支架1#、辐射加热源2#、试样架3#和称量系统4#，其中辐射加热源2#竖直固定于辐射源支架1#，称量系统4#位于试样架3#的正下方，辐射源支架1#和试样架3#面对面放置且相互间距离可任意调整，能够通过辐射源对竖直固定的试样进行加热，可分别研究无电火花自然引燃以及电火花引燃两种不同工况，并通过两个电子天平同时称量材料整体的质量变化以及熔融滴落部分的质量变化，利用温度采集系统和热流测量系统分别测量材料表面温度及热流分布规律，温度采集系统包括热电偶，热流测量系统包括热流计。

进一步的，所述的辐射源由高功率的石英发热管构成，输出最高功率为37.5kW，单位面积的热流强度为167kW/m²，石英发热管均匀布置能够输出恒稳热流。

进一步的，所示称量通过试样下端的收集槽以及与之相对应的支架及2个分别布置的电子天平测量，能够同步称量热塑性材料滴落质量及总质量的变化情况。

进一步的，所示温度采集系统具体通过布置在试样轴线上的多组热电偶，测量试样表面的温度以及试样背面的温度的变化。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1)、本发明结合当前建筑外墙有机保温材料(热塑性材料)辐射受热后会熔融滴落的特征，将研究对象竖直固定于试样架，可研究其熔融滴落引燃行为，

2)、该平台利用标准可调的电辐射源对竖直固定的样品进行辐射加热，

3)、该平台考虑了无电火花自然引燃和电火花引燃的两种场景，

4)、该平台能够同步测量样品整体质量变化以及熔融滴落部分样品质量变化，

5)、该平台能够测量热塑性材料熔融滴落过程中表面以及内部温度变化。

附图说明

图1为实验平台总图；

图2为辐射源支架侧视图；

图3为辐射源正视图；

图4为试样支架及电子天平斜45°角示意图；

图5为温度测量系统热电偶布置位置的正视及侧视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

本发明主要由1#、2#、3#、4#总计4部分组成，如图1所示。辐射加热源2#通过4个螺丝竖直固定于辐射源支架1#；称量系统4#位于试样架3#的正下方，其中大电子天平与试样架相接触，用于测量试样整体质量变化，小电子天平与试样架未接触，通过收集槽测量熔融滴落部分样品质量变化；辐射源支架1#和试样架3#面对面放置且相互间距离可任意调整。

1#为辐射源支架，如图2所示。辐射源支架高度为1100mm，底座深度为450mm，宽度为300mm。支架由碳钢加工制造，并在支架上方有4个孔槽，能够同辐射板结合调节辐射板的高度。

2#为辐射源，如图3所示。该辐射源高775mm，宽300mm，厚60mm，由15根竖向布置的石英电热管2-1#以及垫片等组成，单根电热管可以提供2.5kW的功率输出，总计可以提供37.5kW的功率输出，并配备有调功器可以调节辐射板输出不同的辐射功率，满足在不同距离、不同辐射强度条件下的实验要求；2-2#为采用陶瓷纤维板制作的侧面以及背面的绝缘隔热装置，可以尽可能的保证辐射的功率更多的到达试样表面，提高辐射加热板的效率；2-3#为不锈钢外壳，起到固定的作用。辐射源通过4个螺丝固定于辐射源支架，并且可以根据实验要求调节辐射板高度，满足对不同高度位置处的试样加热的要求。

3#为试样架，如图4所示。主要通过凹槽3-1#来固定实验样品，并通过可调节螺栓来满足不同厚度试样的要求，其中凹槽表面尺寸为400mm高，100mm宽，样品表面尺寸远小于辐射源尺寸以保证实验过程中样品表面辐射强度均匀；样品四周由陶瓷纤维板制作的围护结构3-2#，以保证试样的四周以及背面的绝热环境。

4#称量系统，如图4所示。主要用于称量试样质量及滴落质量的装置，由2个电子天平及支架结构构成，以保障同步称量系统质量及滴落质量的变化。其中大电子天平4-1#位于试样架正下方，与试样架直接接触；小电子天平4-2#位于试样架的侧后方，并通过一个金属支架将收集熔融滴落样品的收集槽延伸至样品下方，与整个试样架系统无任何接触。

温度测试装置见图5，主要测量不同高度位置试样背面以及表面的温度，热电偶组由2根直径1mm的热电偶组成，位置见附图5中的标注，分别布置于样品表面以及样品背面测量其在辐射加热条件下的温度变化情况。

如图1所示，首先标定辐射源与试样表面之间的距离，并将其作为实验的初始参数，然后将试样固定于图1标注的3#实验装置上，试样周围均为纤维板制作的隔热层，保证试样的侧面四周以及背面为绝热的环境，质量测量由实验台下方的收集槽来收集试样熔融滴落的部分，并由标注的4-1#和4-2#电子天平同步测量总质量及熔融滴落部分的质量变化。温度测量布置热电偶位置如图5中所示的多组竖向排列的热电偶组测量，热电偶的布置方式详图见图5，其每个热电偶组有2根热电偶组成分别布置在试样的表面及背面，试样背面的陶瓷纤维板后部装备有旋转螺丝，可以调节试样背面陶瓷纤维板的位置，满足不同厚度试样的实验要求。

Claims (4)

1.一种竖直固定的热塑性材料熔融滴落引燃实验平台，其特征在于：包括辐射源支架(1#)、辐射加热源(2#)、试样架(3#)和称量系统(4#)，其中辐射加热源(2#)竖直固定于辐射源支架(1#)，称量系统(4#)位于试样架(3#)的下方，辐射源支架(1#)和试样架(3#)面对面放置且相互间距离可任意调整，能够通过辐射源对竖直固定的试样进行加热，可分别研究无电火花自然引燃以及电火花引燃两种不同工况，并通过两个电子天平同时称量热塑性材料整体的质量变化以及熔融滴落部分的质量变化，利用温度采集系统和热流测量系统分别测量材料表面温度及热流分布规律，温度采集系统包括热电偶，热流测量系统包括热流计。

2.根据权利要求1所述的一种竖直固定的热塑性材料熔融滴落引燃实验平台，其特征在于：所述的辐射源由高功率的石英发热管构成，输出最高功率为37.5kW，单位面积的热流强度为167kW/m²，石英发热管均匀布置能够输出恒稳热流。

3.根据权利要求1所述的一种竖直固定的热塑性材料熔融滴落引燃实验平台，其特征在于：所示称量通过试样下端的收集槽以及与之相对应的支架及2个分别布置的电子天平测量，能够同步称量热塑性材料滴落质量及总质量的变化情况。

4.根据权利要求1所述的一种竖直固定的热塑性材料熔融滴落引燃实验平台，其特征在于：所示温度采集系统具体通过布置在试样轴线上的多组热电偶，测量试样表面的温度以及试样背面的温度的变化。