CN104677659A - 大断面沉管隧道火灾模拟系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大断面沉管隧道火灾模拟系统，包括实验油盘和供油装置，供油装置包括油池和将油池内燃油输送至实验油盘的供油泵；本发明采用拟真的隧道构造，模拟真实的火灾发生场景并监控，在实验室条件下模拟隧道的真实火灾场景，便于获取隧道真实的各种条件下的火灾数据，以便避免灾难或者具有针对性的及时应急处理，并为隧道的施工建设以及消防提供重要的理论依据。

Description

大断面沉管隧道火灾模拟系统

技术领域

本发明涉及一种用于隧道安全的实验系统，特别涉及一种隧道火灾的综合实验系统。

背景技术

公路隧道作为管状构造物，隧道内空间环境狭窄，能见度通常较低，加上入洞时的黑洞、黑框效应以及洞内墙的效应，隧道内极易发生车辆碰撞、车辆跑锚等效能事故，并易诱发各种各样的火灾。因此，由于公路隧道空间结构上的上述特殊性，公路隧道内发生火灾的潜在可能性普遍存在。

公路隧道尤其是长、特长公路隧道内一旦发生火灾，若不能及时发现，及时扑灭，火势就会沿隧道纵向快速蔓延，并祸及来不及疏散的邻近车辆；燃烧产生的热浪和排放的大量有毒有害气体会使隧道内环境急剧恶化，导致隧道内司乘和工作人员窒息、灼伤、中中毒甚至死亡，使隧道外消防和营救人员无法组织有效的灭火和营救工作。因此，往往很小的火情，也会诱发大的火灾，且隧道内火灾常常以造成大量的人员伤亡和严重的财产损失为结局。不仅如此，隧道火灾还会造成隧道设施的严重毁坏，引起短则数小时，长则数十小时甚至更长时间的道路效能中断，造成无法估计的经济损失，可见隧道火灾的危害性十分严重。

为避免和解决由于隧道火灾所带来的危害，应对隧道内火灾具有预先的全面了解；因此，需要一种用于隧道火灾模拟的系统，能够模拟隧道的真实火灾场景，便于获取隧道真实的各种条件下的火灾数据，以便避免灾难或者具有针对性的及时应急处理，并为隧道的施工建设以及消防提供重要的理论依据。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种大断面沉管隧道火灾模拟系统，能够模拟隧道的真实火灾场景，便于获取隧道真实的各种条件下的火灾数据，以便避免灾难或者具有针对性的及时应急处理，并为隧道的施工建设以及消防提供重要的理论依据。

本发明的大断面沉管隧道火灾模拟系统，包括实验油盘和供油装置，所述供油装置包括油池和将油池内燃油输送至实验油盘的供油泵。

进一步，还包括控制装置，所述控制装置包括：

油位检测单元，设置于实验油盘用于检测实验油盘内的燃油油位；

供油泵控制单元，用于控制供油泵的启闭或调整燃油的输出流量；

中央处理单元，用于接收油位检测单元的燃油油位信号并向供油泵控制单元发出启闭或调整输出流量命令；

进一步，所述油池包括均与供油泵进口连通的柴油池和汽油池；

所述控制装置还包括：

柴油电磁阀，安装于柴油池和供油泵进口之间并接收中央处理单元的命令启闭或调节柴油的通过流量；

汽油电磁阀，安装于汽油池和供油泵进口之间并接收中央处理单元的命令启闭或调节汽油的通过流量；

燃油总电磁阀，安装于供油泵出口与实验油盘之间并接收中央处理单元的命令启闭或调节燃油的通过流量；

进一步，所述模拟火灾系统还包括供水装置，所述供水装置包括水池和将水池内的水输送至实验油盘的供水泵；

所述控制装置还包括：

供水电磁阀，安装于供水泵出口与实验油盘之间并接收中央处理单元的命令启闭或调节水的通过流量；

供水泵控制单元，用于接收中央处理单元的命令控制供水泵的启闭或调整水的输出流量；

进一步，所述实验油盘用于与供水泵连通的进水口靠于实验油盘下部，所述油位检测单元为位于水位之内的压强传感器；

进一步，实验油盘为上大下小的锥台形；

进一步，所述控制装置还包括用于接收中央处理单元的命令对实验油盘内的燃油进行点燃的自动点火单元；

进一步，所述中央处理单元还信号连接设有用于输入命令和输出信号的输入输出单元；

所述大断面沉管隧道火灾模拟系统还包括消防子系统，所述消防子系统包括消防池、消防泵和与消防泵出口连通的消防喷淋装置；

所述控制装置还包括：

消防泵控制单元，用于接收中央处理单元的命令控制消防泵的启闭或调整消防介质的输出流量。

进一步，所述控制装置还包括燃油重量检测单元，用于检测实验油盘中燃油的燃烧损失重量并传输至中央处理单元。

本发明的有益效果：本发明的大断面沉管隧道火灾模拟系统，采用拟真的隧道构造，模拟真实的火灾发生场景并监控，在实验室条件下模拟隧道的真实火灾场景，便于获取隧道真实的各种条件下的火灾数据，以便避免灾难或者具有针对性的及时应急处理，并为隧道的施工建设以及消防提供重要的理论依据。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明系统原理图。

具体实施方式

图1为本发明系统原理图；本实施例的大断面沉管隧道火灾模拟系统，包括实验油盘2和供油装置，所述供油装置包括油池和将油池内燃油输送至实验油盘的供油泵13；利用供油泵13和实验油盘2提供燃油，模拟由于车辆事故导致的火灾，同时，模拟火灾系统实现标准化，利于使用和拆除，并实现供油量的可调以模拟不同强度的火灾。

本实施例中，所述模拟火灾系统还包括控制装置，所述控制装置包括：

油位检测单元3，设置于实验油盘2用于检测实验油盘2内的燃油油位；通过油位的检测以获取实验油盘2内的燃油量，以控制热释放速率和燃烧强度及时间；一般采用液位传感器，且由于检测的燃油用于燃烧，一般采用压力传感器通过计算获得油位信号；

供油泵控制单元14，用于控制供油泵13的启闭或调整燃油的输出流量；根据需要控制供油泵的启闭，或通过调速以达到调整油量的目的；

中央处理单元1，用于接收油位检测单元3的燃油油位信号并向供油泵控制单元14发出启闭或调整输出流量命令；中央处理单元1可以是现有的计算机，其中包括了电信号的接收处理(包括转换、放大等)等，在此不再赘述；同时，对于控制装置来说，配备必要的电源装置是必需的，电源装置的功能是为现场所有用电的实验设备供电，其主要由现场配电箱和配电线缆构成；配电箱安装方式采用落地安装和侧壁挂装两种；外电缆采用直埋敷设，隧道内电缆在电缆沟内敷设，在此不再赘述。

本实施例中，所述油池包括均与供油泵13进口连通的柴油池17和汽油池18；

所述控制装置还包括：

柴油电磁阀16，安装于柴油池17和供油泵13进口之间并接收中央处理单元1的命令启闭或调节柴油的通过流量；

汽油电磁阀15，安装于汽油池18和供油泵13进口之间并接收中央处理单元1的命令启闭或调节汽油的通过流量；

燃油总电磁阀11，安装于供油泵13出口与实验油盘2之间并接收中央处理单元1的命令启闭或调节燃油的通过流量；

如图所示，柴油池17和汽油池18分别通过各自的支管连通于一总管，该总管连通于供油泵13进口，柴油电磁阀16设置于柴油池17的支管上，汽油电磁阀15设置于汽油池18的支管上；柴油电磁阀16、汽油电磁阀15以及燃油总电磁阀11的控制方式为现有的电控方式，在此不再赘述；且三个电磁阀均可通过现有的气动阀等形成替换，起到相同的作用；

本实施例中，通过电磁阀切换汽油以及柴油或者共同引起的火灾，为不同燃料引起的火灾的分析提供了技术支持。

本实施例中，所述模拟火灾系统还包括供水装置，所述供水装置包括水池19和将水池19内的水输送至实验油盘的供水泵8；

所述控制装置还包括：

供水电磁阀10，安装于供水泵8出口与实验油盘2之间并接收中央处理单元1的命令启闭或调节水的通过流量；

供水泵控制单元9，用于接收中央处理单元1的命令控制供水泵8的启闭或调整水的输出流量；

如图所示，实验油盘2底部还设有用于排出水以及剩余燃油的排污电磁阀4，该排污电磁阀4当然也受中央处理单元1的控制，在此不再赘述。

在实验时，水和燃油均注入实验油盘2，利用油和水物理性质，将油水分层置于实验油盘，可充分发挥燃油的燃烧效率，节约燃油，同时，对实验油盘等附属设施实现有效保护，避免引起意外的火灾或者损失；使用时水位一般为固定值。

实验过程中，油位通过实时采集液位传感器信息，控制供水,8、供油泵13、供水泵控制单元9、供油泵控制单元14、前述电磁阀等部件运行状态，使得实验油盘内的油面高度保持在实验所需的高度上。

本实施例中，所述实验油盘2用于与供水泵8连通的进水口靠于实验油盘2下部，所述油位检测单元3为位于水位之内的压强传感器；保护油位检测单元3不被燃油燃烧所损坏，并能测得油位(油量)，易于控制燃油量从而控制热效率；油位检测单元3位于水位以内可通过计算获得油位，在此不再赘述；实验油盘用于与供油泵连通的进油口也可位于水位之内，以保证燃烧时不出现连锁火灾并保证进油管道的较低温度。

本实施例中，实验油盘2为上大下小的锥台形；上大下小的锥台结构，形成上端逐渐扩大的敞口，利于燃烧后热量的释放以及利于快速燃烧，消除燃烧危险。

本实施例中，所述控制装置还包括用于接收中央处理单元的命令对实验油盘2内的燃油进行点燃的自动点火单元12；自动点火单元一般采用电子点火器，根据需要，通过中央处理单元控制形成自动点火，控制电子点火器引燃实验油盘2中的燃油，开始火灾实验，过程安全，消除安全隐患；

所述中央处理单元1还信号连接设有用于输入命令和输出信号的输入输出单元，即输入单元22和输出单元21；输入输出单元包括键盘、触摸屏等输入设备和打印、显示屏等输出设备，在此不再赘述；

本实施例中，还包括消防子系统，所述消防子系统包括消防池20、消防泵6和与消防泵6出口连通的消防喷淋装置5；

消防子系统对火灾实验时的燃烧物进行窒息、冷却，并研究泡沫水喷雾系统对温度场、烟雾场及人员疏散逃生环境的影响；消防泵6一般包括消防水泵、泡沫液泵，配套的其由消防池20(包括消防水池、泡沫液池或罐)、水喷雾管网、泡沫液管网、泡沫水喷雾阀组箱(含比例混合器)和泡沫水喷雾喷头(喷淋装置5)等组成。

本实施例中，还包括燃油重量检测单元23，用于检测实验油盘中燃油的燃烧损失重量并传输至中央处理单元1；在实验油盘2下放置一地磅用于测量实验过程中燃烧物的失重情况；根据实验需要，地磅可放置在火源断面内的不同位置上，用于检测燃油燃烧量，通过数据的变化分析燃烧物的失重率，为反推燃烧规模提供数据基础。

所述控制装置还包括：

消防泵控制单元7，用于接收中央处理单元1的命令控制消防泵的启闭或调整消防介质的输出流量；

实验过程中，可开启水喷淋、泡沫水喷淋等消防系统，通过实时采集的温度、烟雾及灭火的时效性等实验数据对各种消防系统灭火控火的适应性进行研究。

本发明在实验时包括下列步骤：

a.将实验油盘置于燃油重量检测单元(地磅)上，并保持实验油盘上平面水平；

b.启动模拟火灾子系统，进入火灾场景实验准备状态；

c.选择所要实验的火灾规模和火灾类型，通过控制供水泵和供水电磁阀向实验油盘注入设定液位的水，用于燃烧时，保护燃烧火盘底部的油位检测单元、实验油盘以及其他附属设备；

d.通过控制柴油电磁阀和汽油电磁阀的启闭，选择实验燃油种类，并通过控制供油泵和燃油总电磁阀向实验油盘中注入燃油，使油面高度达到该实验规模所需的高度h后停止供油；

油面高度和油面半径计算方法如下：

油位检测单元(压强传感器)测得压强值为P，实验油盘底面半径为r，开口半径为R，高度为d，实验油盘中水的高度为d水,可计算油面高度h和油面半径r油，具体计算过程如下：

有压强公式可知：

ρ水×g×d水+ρ油×g×(h-d水)＝P；①

由①可得油面高度h：

通过三角形的相似性原理可知：

由③和④可得油面半径：

e.启动自动点火器开始实验，同时启动监控分析子系统，对隧道构造的模拟火灾后的温度、热辐射、热流、烟雾流速和燃料的失重率等实验参数进行实时采集和数据分析；

f.通过步骤d的燃油液位和步骤e采集的燃油的失重率，按照步骤d调整并保持油面高度；

g.根据各种场景实验的目的可进行以下操作：

可开启喷淋、泡沫水喷淋等消防系统，通过实时采集的温度、烟雾及灭火的时效性等实验数据对各种消防系统灭火控火的适应性进行研究。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种大断面沉管隧道火灾模拟系统，其特征在于：包括实验油盘和供油装置，所述供油装置包括油池和将油池内燃油输送至实验油盘的供油泵。

2.根据权利要求1所述的大断面沉管隧道火灾模拟系统，其特征在于：还包括控制装置，所述控制装置包括：

油位检测单元，设置于实验油盘用于检测实验油盘内的燃油油位；

供油泵控制单元，用于控制供油泵的启闭或调整燃油的输出流量；

中央处理单元，用于接收油位检测单元的燃油油位信号并向供油泵控制单元发出启闭或调整输出流量命令。

3.根据权利要求2所述的大断面沉管隧道火灾模拟系统，其特征在于：所述油池包括均与供油泵进口连通的柴油池和汽油池；

所述控制装置还包括：

柴油电磁阀，安装于柴油池和供油泵进口之间并接收中央处理单元的命令启闭或调节柴油的通过流量；

汽油电磁阀，安装于汽油池和供油泵进口之间并接收中央处理单元的命令启闭或调节汽油的通过流量；

燃油总电磁阀，安装于供油泵出口与实验油盘之间并接收中央处理单元的命令启闭或调节燃油的通过流量。

4.根据权利要求3所述的大断面沉管隧道火灾模拟系统，其特征在于：所述模拟火灾系统还包括供水装置，所述供水装置包括水池和将水池内的水输送至实验油盘的供水泵；

所述控制装置还包括：

供水电磁阀，安装于供水泵出口与实验油盘之间并接收中央处理单元的命令启闭或调节水的通过流量；

供水泵控制单元，用于接收中央处理单元的命令控制供水泵的启闭或调整水的输出流量。

5.根据权利要求4所述的大断面沉管隧道火灾模拟系统，其特征在于：所述实验油盘用于与供水泵连通的进水口靠于实验油盘下部，所述油位检测单元为位于水位之内的压强传感器。

6.根据权利要求5所述的大断面沉管隧道火灾模拟系统，其特征在于：实验油盘为上大下小的锥台形。

7.根据权利要求6所述的大断面沉管隧道火灾模拟系统，其特征在于：所述控制装置还包括用于接收中央处理单元的命令对实验油盘内的燃油进行点燃的自动点火单元。

8.根据权利要求7所述的大断面沉管隧道火灾模拟系统，其特征在于：所述中央处理单元还信号连接设有用于输入命令和输出信号的输入输出单元；

所述大断面沉管隧道火灾模拟系统还包括消防子系统，所述消防子系统包括消防池、消防泵和与消防泵出口连通的消防喷淋装置；

所述控制装置还包括：

消防泵控制单元，用于接收中央处理单元的命令控制消防泵的启闭或调整消防介质的输出流量。

9.根据权利要求2所述的大断面沉管隧道火灾模拟系统，其特征在于：所述控制装置还包括燃油重量检测单元，用于检测实验油盘中燃油的燃烧损失重量并传输至中央处理单元。