CN105047039B - 一种多功能火灾试验炉系统装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多功能火灾试验炉系统装置,包括加热炉本体、燃料系统、电子点火及控制系统、燃烧控制系统、供风系统、排烟系统、烟气特性测试系统、温度场及辐射热通量测试系统、炉室及烟道压力测试系统、泵式喷淋水灭火系统、实验图像采集系统及加载装置。本发明提供的火灾试验炉可以多角度地实验模拟在火灾高温作用下建筑结构体系情况，可以研究建筑结构体系的着火特性、火灾蔓延特性和燃烧规律，以及烟气的流动特性、蔓延规律和防排烟技术对火蔓延的影响特性和规律，研究成果可以为多种建筑结构和建筑体系的防火性能化设计提供可靠的理论分析、实验依据及科学参考。

Description

一种多功能火灾试验炉系统装置
技术领域
本发明涉及加热炉技术领域，具体是涉及一种多功能火灾试验炉系统装置。
背景技术
近年来，我国的高层建筑层出不穷、如雨后春笋般地出现在全国的各大城市。伴随着这些高层建筑的建设和投入使用，高层建筑火灾的潜在危险性日益突出。在每年我国发生的约二十五万起火灾中，其中建筑火灾约占80％，特别是高层建筑火灾及古建筑火灾在火灾发生次数、经济损失占比方面呈逐年增长的趋势，火灾已经成为危害人民生命和财产的一个重大灾害。
对于有些建筑体系，在发生火灾并长时间承受燃烧高温作用时，有可能发生坍塌，这样的事例举不胜举；而对于有些建筑体系，虽然在高温下暂时没有坍陷，但由于消防冷却水的急速冷却作用，会导致钢筋混凝土急速冷却开裂，承载能力大大下降而发生倒塌(如湖南衡阳大火等)；对于有些建筑体系，虽然在火灾中没有倒塌，但受到火灾高温作用，建筑结构体系受破坏程度严重而不能使用被废弃。因此，研究建筑结构体系在火灾和高温条件下的建筑安全问题，是建筑结构抗火设计亟待解决的重要课题方向之一。
研究建筑结构体系在火灾及高温下的稳定性和可靠性，实现建筑结构性能化抗火设计，火灾试验炉系统装置是其关键的实验保证，也是必不可少的重要实验手段保证之一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种多功能火灾试验炉系统装置。
为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：一种多功能火灾试验炉系统装置，包括加热炉本体，还包括有加载装置、燃料系统、电子点火及控制系统、燃烧控制系统、供风系统、排烟系统、烟气特性测试系统、温度场及辐射热通量测试系统、炉室及烟道压力测试系统、泵式喷淋水灭火系统、实验图像采集系统、加载装置；
所述燃料系统包括置于炉外的燃料供给房、带有智能阀门及手动阀门的燃气管道，所述燃料供给房内的燃料通过燃气管道供给炉内燃烧使用，所述燃气管道末端连接有燃气烧嘴；
所述电子点火及控制系统包括火灾探测头、计算机控制器、点火器、智能阀门，所述火灾探测头连接于计算机控制器输入端，所述点火器及智能阀门均连接于计算机控制器输出端，所述点火器采用15KV高压放电产生的火花引燃燃料；
所述燃烧控制系统包括网络摄像头、因特网路由器、计算机终端，所述网络摄像头通过因特网路由器连接于计算机控制器，计算机控制器采集、保存视频再通过计算机终端显示视频；
所述供风系统包括供风风机、排风风机，所述供风风机与排风风机分别置于加热炉本体的两端；
所述排烟系统排烟管道、烟囱，所述排烟管道一端连接于加热炉本体内、另一端连接烟囱；
所述烟气特性测试系统包括若干个置于加热炉本体上的CO传感器、若干个置于加热炉本体上的CO2传感器及若干个置于加热炉本体上的O2传感器、动态数据采集仪、计算机，所述CO传感器、CO2传感器及O2传感器将数据分别通过相应的变送器传输给动态数据采集仪，动态数据采集仪传输给计算机，经计算机数量处理后在显示器界面显示；
所述温度场及辐射热通量测试系统包括若干个置于加热炉本体上的热电阻、热辐射通量计、红外热像仪、动态数据采集仪，所述热电阻、热辐射通量计、红外热像仪通过相应的变送器将数据传输给动态数据采集仪，动态数据采集仪将数据传输给计算机，经计算机处理后在显示器上显示；
所述炉室及烟道压力测试系统包括若干个置于加热炉本体上的微压差传感器、动态数据采集仪、计算机，所述微压差传感器通过相应的变送器将数据传输给动态数据采集仪，动态数据采集仪将数据传输给计算机，经计算机处理后在显示器上显示；
所述泵式喷淋水灭火系统包括储水池、水泵、若干个置于加热炉本体顶部的水淋喷头、通水管，所述水泵通过通水管从储水池内抽水供给各水淋喷头；
所述实验图像采集系统包括若干个CCD探头及计算机，所述CCD探头主要布置在火灾实验炉两侧的四个窗口上且与带有windows操作系统的计算机连接，用于显示和监控实验炉内现象，并将采集到的视频图像信息保存在计算机中用于后期的实验分析；
所述加载装置包括桁架式支撑钢架、竖向加载梁、横向加载梁及电动液压千斤顶，所述桁架式支撑钢架与加载梁相连接，为加载梁提供支撑反力，所述竖向加载梁可在桁架式支撑钢架上水平移动且与电动液压千斤顶相连接，通过电动液压千斤顶产生的压力，将竖向荷载施加到测试件上，所述横向加载梁可在桁架式支撑钢架上竖向移动且与电动液压千斤顶相连接，通过电动液压千斤顶产生的压力，将横向荷载施加到测试件上。
作为对上述技术方案的一种优选，所述燃料系统的供氧装置为供氧风机。
作为对上述技术方案的一种优选，所述燃料为天然气、液化气。
作为对上述技术方案的一种优选，所述电子点火及控制系统的计算机控制器输出端还连接有报警装置。
作为对上述技术方案的一种优选，所述加热炉本体的两侧侧面均开设有若干个观测孔，所述观测孔内安装有耐火隔热玻璃。
作为对上述技术方案的一种优选，所述耐火隔热玻璃采用石英玻璃。
作为对上述技术方案的一种优选，所述加热炉本体的炉体结构复合层包括自外向内依次相连的钢板层、矿物棉层、粘土耐火砖层、高温棉层。
本发明与现有技术相比具有的有益效果是：本发明提供的火灾试验炉可以双向多点多面的对建筑结构体系进行加载试验，可以多角度地实验模拟在火灾高温作用下建筑结构体系情况，既可以研究建筑结构体系的着火特性、火灾蔓延特性和燃烧规律，以及烟气的流动特性、蔓延规律和防排烟技术对火蔓延的影响特性和规律，也可以研究在常规灭火后建筑结构体系力学性能的变化，研究成果可以为多种建筑结构和建筑体系的防火性能化设计提供可靠的理论分析、实验依据及科学参考。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明加热炉本体的炉体结构复合层结构示意图；
图3为本发明实验图像采集系统结构示意图；
图4为本发明电子点火及控制系统流程框图；
图5为本发明燃烧控制系统流程框图；
图6为本发明烟气特性测试系统流程框图；
图7为本发明炉室及烟道压力测试系统流程框图；
图8为本发明泵式喷淋水灭火系统结构示意图。
图9为本发明加载装置结构示意图；
图中标号为：1-加热炉本体，11-钢板层，12-矿物棉层，13-粘土耐火砖层，14-高温棉层，15-观测孔，21-燃料供给房，22-燃气管道，31-供风风机，32-排风风机，33-CCD探头，41-排烟管道，42-烟囱，51-CO传感器，52-CO2传感器，53-O2传感器，61-热电阻，62-热辐射通量计，63-红外热像仪，64-动态数据采集仪，71-微压差传感器，81-储水池，82-水泵，83-水淋喷头，84-通水管，91-桁架式支撑钢架、92-竖向加载梁、93-横向加载梁，94-电动液压千斤顶。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1和图2可知，一种多功能火灾试验炉系统装置，包括加热炉本体1，所述加热炉本体1的两侧侧面均开设有若干个观测孔15，所述观测孔15内安装有耐火隔热玻璃，该耐火隔热玻璃采用石英玻璃；所述加热炉本体1的炉体结构复合层包括自外向内依次相连的钢板层11、矿物棉层12、粘土耐火砖层13、高温棉层14。
参照图1至图9所示，还包括有燃料系统、电子点火及控制系统、燃烧控制系统、供风系统、排烟系统、烟气特性测试系统、温度场及辐射热通量测试系统、炉室及烟道压力测试系统、泵式喷淋水灭火系统、实验图像采集系统、加载装置。
参照图1所示，所述燃料系统包括置于炉外的燃料供给房21、带有智能阀门及手动阀门的燃气管道22，所述燃料供给房21内的燃料通过燃气管道22供给炉内燃烧使用，所述燃气管道末端连接有燃气烧嘴，所述燃料可以为天然气，也可以为液化气。
参照图4所示，所述电子点火及控制系统包括火灾探测头、计算机控制器、点火器、智能阀门，所述火灾探测头连接于计算机控制器输入端，所述点火器及智能阀门均连接于计算机控制器输出端，所述点火器采用15KV高压放电产生的火花引燃燃料。根据火灾探测头的信息，一次点火不成功，计算机控制器可控制点火器多次点火，直至点火成功；计算机控制器可以可以控制燃气管道上智能阀门的开关，燃气管道也可以通过其上的手动阀门进行手动开关。计算机控制器输出端还连接有报警装置，当出现通气无火、燃烧熄火时，计算机控制器可控制报警装置发出报警信号。
参照图5所示，所述燃烧控制系统包括网络摄像头、因特网路由器、计算机终端，所述网络摄像头通过因特网路由器连接于计算机控制器，计算机控制器采集、保存视频再通过计算机终端显示视频。通过燃烧控制系统可以检测燃烧情况。
参照图1所示，所述供风系统包括供风风机31、排风风机32，所述供风风机31与排风风机32分别置于加热炉本体1的两端。
参照图1所示，所述排烟系统排烟管道41、烟囱42，所述排烟管道41一端连接于加热炉本体1内、另一端连接烟囱42。
参照图6所示，所述烟气特性测试系统包括若干个置于加热炉本体1上的CO传感器51、若干个置于加热炉本体1上的CO2传感器52及若干个置于加热炉本体1上的O2传感器53、动态数据采集仪、计算机，所述CO传感器51、CO2传感器52及O2传感器53将数据分别通过相应的变送器传输给动态数据采集仪，动态数据采集仪传输给计算机，经计算机数量处理后在显示器界面显示。
参照图1和图3所示，所述温度场及辐射热通量测试系统包括若干个置于加热炉本体1上的热电阻61、热辐射通量计62、红外热像仪63、动态数据采集仪64，所述热电阻61、热辐射通量计62、红外热像仪63通过相应的变送器将数据传输给动态数据采集仪64，动态数据采集仪64将数据传输给计算机，经计算机处理后在显示器上显示。
参照图7所示，所述炉室及烟道压力测试系统包括若干个置于加热炉本体1上的微压差传感器71、动态数据采集仪、计算机，所述微压差传感器通过相应的变送器将数据传输给动态数据采集仪，动态数据采集仪将数据传输给计算机，经计算机处理后在显示器上显示。
参照图8所示，所述泵式喷淋水灭火系统包括储水池81、水泵82、若干个置于加热炉本体1顶部的水淋喷头83、通水管84，所述水泵82通过通水管84从储水池81内抽水供给各水淋喷头83。泵式喷淋水灭火系统可对已燃试样进行灭火和降温处理，且也可与消防设备联动控制。
参照图3所示，所述实验图像采集系统包括若干个CCD探头33及计算机，所述CCD探头33主要布置在加热炉本体1两侧的四个窗口上且与带有windows操作系统的计算机连接，用于显示和监控实验炉内现象，并将采集到的视频图像信息保存在计算机中用于后期的实验分析。
参照图9所示，所述加载装置包括桁架式支撑钢架91、竖向加载梁92、横向加载梁93、电动液压千斤顶94，所述桁架式支撑钢架91与加载梁相连接，为加载梁提供支撑反力，所述竖向加载梁92可在桁架式支撑钢架91上水平移动且与电动液压千斤顶94相连接，通过电动液压千斤顶94产生的压力，将竖向荷载施加到测试件上，所述横向加载梁93可在桁架式支撑钢架上竖向移动且与电动液压千斤顶94相连接，通过电动液压千斤顶94产生的压力，将横向荷载施加到测试件上。
测试操作流程：
(1)将测试件在实验炉中组装，组装完成后调整竖向加载梁92和横向加载梁93的位置，使加载点满足试验要求，关闭试验炉，试验正式开始。
(2)在常温下利用电动液压千斤顶94产生的压力对测试件进行分级分段加载，待加载到试验所需荷载值时停止加载，利用CCD探头33测出测试件中关键结点的位移。
(3)位于炉体两端的供风风机31和排风风机32开始工作，形成炉内的空气循环。
(4)燃料供给房21内的燃料通过燃气管道22供给炉内燃烧使用，从而使炉内温度升高，根据事先设计好的升温曲线，将炉内的温度升高到预定值，之后再利用CCD探头33测出测试件在高温下关键结点的位移，在此期间可以通过炉内CO传感器51、CO2传感器52、O2传感器53、热电阻61、微压差传感器71测得炉内的烟气、温度和压力随温度的变化。
(5)关闭燃料供给房21的燃料供应，打开泵式喷淋水灭火系统，这时水泵82通过通水管84从储水池81内抽水供给各水淋喷头83对已燃试样进行灭火和降温处理，待测试件温度降到室温后再利用CCD探头测出测试件关键结点的位移。
(6)最后对测试件进行卸载，将测试件搬出试验炉，试验结束。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种多功能火灾试验炉系统装置，包括加热炉本体，其特征在于：还包括有燃料系统、电子点火及控制系统、燃烧控制系统、供风系统、排烟系统、烟气特性测试系统、温度场及辐射热通量测试系统、炉室及烟道压力测试系统、泵式喷淋水灭火系统、实验图像采集系统、加载装置；
所述燃料系统包括置于炉外的燃料供给房、带有智能阀门及手动阀门的燃气管道，所述燃料供给房内的燃料通过燃气管道供给炉内燃烧使用，所述燃气管道末端连接有燃气烧嘴；
所述电子点火及控制系统包括火灾探测头、计算机控制器、点火器、智能阀门，所述火灾探测头连接于计算机控制器输入端，所述点火器及智能阀门均连接于计算机控制器输出端，所述点火器采用15KV高压放电产生的火花引燃燃料；
所述燃烧控制系统包括网络摄像头、因特网路由器、计算机终端，所述网络摄像头通过因特网路由器连接于计算机控制器，计算机控制器采集、保存视频再通过计算机终端显示视频；
所述供风系统包括供风风机、排风风机，所述供风风机与排风风机分别置于加热炉本体的两端；
所述排烟系统排烟管道、烟囱，所述排烟管道一端连接于加热炉本体内、另一端连接烟囱；
所述烟气特性测试系统包括若干个置于加热炉本体上的CO传感器、若干个置于加热炉本体上的CO2传感器及若干个置于加热炉本体上的O2传感器、动态数据采集仪、计算机，所述CO传感器、CO2传感器及O2传感器将数据分别通过相应的变送器传输给动态数据采集仪，动态数据采集仪传输给计算机，经计算机数量处理后在显示器界面显示；
所述温度场及辐射热通量测试系统包括若干个置于加热炉本体上的热电阻、热辐射通量计、红外热像仪、动态数据采集仪，所述热电阻、热辐射通量计、红外热像仪通过相应的变送器将数据传输给动态数据采集仪，动态数据采集仪将数据传输给计算机，经计算机处理后在显示器上显示；
所述炉室及烟道压力测试系统包括若干个置于加热炉本体上的微压差传感器、动态数据采集仪、计算机，所述微压差传感器通过相应的变送器将数据传输给动态数据采集仪，动态数据采集仪将数据传输给计算机，经计算机处理后在显示器上显示；
所述泵式喷淋水灭火系统包括储水池、水泵、若干个置于加热炉本体顶部的水淋喷头、通水管，所述水泵通过通水管从储水池内抽水供给各水淋喷头；
所述实验图像采集系统包括若干个CCD探头及计算机，所述CCD探头主要布置在加热炉本体两侧的四个窗口上且与带有windows操作系统的计算机连接，用于显示和监控实验炉内现象，并将采集到的视频图像信息保存在计算机中用于后期的实验分析；
所述加载装置包括桁架式支撑钢架、竖向加载梁、横向加载梁及电动液压千斤顶，所述桁架式支撑钢架与加载梁相连接，所述竖向加载梁可在桁架式支撑钢架上水平移动且与电动液压千斤顶相连接，所述横向加载梁可在桁架式支撑钢架上竖向移动且与电动液压千斤顶相连接。
2.根据权利要求1所述的多功能火灾试验炉系统装置，其特征在于：所述燃料系统的供氧装置为供风风机。
3.根据权利要求1所述的多功能火灾试验炉系统装置，其特征在于：所述燃料为天然气、液化气。
4.根据权利要求1所述的多功能火灾试验炉系统装置，其特征在于：所述电子点火及控制系统的计算机控制器输出端还连接有报警装置。
5.根据权利要求1所述的多功能火灾试验炉系统装置，其特征在于：所述加热炉本体的两侧侧面均开设有若干个观测孔，所述观测孔内安装有耐火隔热玻璃。
6.根据权利要求5所述的多功能火灾试验炉系统装置，其特征在于：所述耐火隔热玻璃采用石英玻璃。
7.根据权利要求1至6任一项所述的多功能火灾试验炉系统装置，其特征在于：所述加热炉本体的炉体结构复合层包括自外向内依次相连的钢板层、矿物棉层、粘土耐火砖层、高温棉层。
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