CN105259201B - 织物热防护性能测评装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种织物热防护性能测评装置，包括蒸汽发生器、蒸汽输送管、热暴露模拟箱、样品输送装置和数据采集系统。蒸汽输送管前端与蒸汽发生器相连，后端连有蒸汽喷嘴，蒸汽喷嘴出汽端置于热暴露模拟箱内部，热暴露模拟箱内部安装有加热器、温度传感器和湿度传感器，热暴露模拟箱后侧设有开口，样品输送装置与热暴露模拟箱后侧连接、内部向后依次设有绝热板、织物夹持装置、静态空气层装置和传感器基座，织物夹持装置内部开口中装有外层织物、防水透气层织物和隔热层织物，传感器基座内设有模拟皮肤传感器，模拟皮肤传感器、温度传感器和湿度传感器与数据采集系统连接。本发明能够对高温辐射、高温蒸汽条件下的织物热防护性能进行准确的测评。
Description
技术领域
本发明属于职业安全与健康技术领域，特别是涉及一种织物热防护性能测评装置。
背景技术
有研究机构调查了2005-2009年消防员的烧伤治疗记录，结果发现：高温蒸汽、高温液态水是导致消防员烧伤的主要因素(65％)，由火焰产生的烧伤仅占比为20％。消防服作为火场环境下使用的防护性服装，能够减小或防止皮肤的烧伤，提高消防作战的效率。但过去大多数消防服的热防护测试集中在火焰、辐射暴露，如NFPA 1971闪火条件下的TPP测试，NFPA 1977强辐射条件下的RPP测试以及ASTM F2731低辐射条件下的SET测试等，而高温蒸汽条件下的热防护性能评价主要是针对在石油化工、军事等领域高压蒸汽泄漏的情况，对于火场高温辐射、低压蒸汽条件下的热防护性能研究尚未报道。通常情况下，织物热防护测试装置由热源装置、热源预热屏蔽装置、试样夹持装置、热流计和绘图记录仪等组成。根据热流计测量的数据，基于Stoll准则或Henriques烧伤积分模型预测人体皮肤二级烧伤所需要的时间，从而评价织物在一定热源下的热防护性能。
由于消防水枪产生的水雾或者雨水天气等因素，消防员经常处于高温、高湿环境中。环境中的高温蒸汽能够被防护服装吸收，对服装的热防护性能有重要影响，同时高温蒸汽能够穿透多层服装系统，直接引起皮肤的蒸汽烫伤。但是，目前的织物热防护性能测评装置中无法评价外界高温蒸汽对织物系统热防护性能测评的影响，仅仅利用织物预湿的方法模拟热暴露前织物系统中水分的分布状态并不能用于调查高温蒸汽的温度、压力、暴露时间等因素对消防服热防护性能的影响。因此，为了更加真实地反映消防服在火场环境中使用时的热防护性能，需要建立新型的热防护性能测试仪来模拟火场高温蒸汽情况下的热防护性能评估。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种织物热防护性能测评装置，能够对高温辐射、高温蒸汽条件下的织物热防护性能进行准确的测评。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种织物热防护性能测评装置，包括蒸汽发生器、蒸汽输送管、热暴露模拟箱、样品输送装置和数据采集系统，所述蒸汽输送管前端与蒸汽发生器相连、后端连有蒸汽喷嘴、中间安装有蒸汽开关和流量调节装置，所述蒸汽喷嘴固定在热暴露模拟箱内、出汽端置于热暴露模拟箱内部，所述热暴露模拟箱上设有压力调节装置，热暴露模拟箱内部安装有加热器、温度传感器和湿度传感器，所述温度传感器的探头设置于蒸汽喷嘴的出汽口处，所述热暴露模拟箱后侧设有矩形开口，所述样品输送装置为开有长方形通孔的长方体结构、对应热暴露模拟箱的矩形开口与热暴露模拟箱连接，所述样品输送装置的中空内部紧靠热暴露模拟箱向后依次设有可上下移动的绝热板、可前后移动的织物夹持装置、可拆卸的静态空气层装置和可拆卸的传感器基座，所述织物夹持装置为内部开口的框型结构，织物夹持装置内部从前往后依次装有外层织物、防水透气层织物和隔热层织物，所述传感器基座内设有模拟皮肤传感器，所述模拟皮肤传感器、温度传感器和湿度传感器与数据采集系统连接。
所述蒸汽发生器上设有温控装置、安全阀和压力控制器，所述安全阀和压力控制器位于蒸汽发生器顶部。
所述蒸汽输送管包括蒸汽主管和两条蒸汽支管，所述蒸汽主管与两条蒸汽支管之间通过三通调节阀连通，蒸汽主管上设有蒸汽阀，两条蒸汽支管上设有流量调节阀。
所述两条蒸汽支管的后端均设有蒸汽喷嘴，所述两个蒸汽喷嘴按照上、下对应的位置关系固定在热暴露模拟箱前侧，并分别向下、向上对应倾斜，所述两个蒸汽喷嘴通过两块固定件加固，上固定件设置于上蒸汽喷嘴的下方，下固定件设置于下蒸汽喷嘴的上方，所述加热器设置于两块固定件之间，所述温度传感器对应设置为两个。
所述压力调节装置为气动调节阀，设置于热暴露模拟箱顶部。
所述加热器为远红外线陶瓷辐射板。
所述热暴露模拟箱底部设有排水管，所述排水管上安装有开关。
所述静态空气层装置为内部开口的框型结构，静态空气层装置内开口的大小与织物夹持装置的内开口及热暴露模拟箱后侧开口相等且对应设置。
所述织物夹持装置上下两侧、与样品输送装置之间各装有两个滑轮。
所述绝热板和静态空气层装置采用聚四氟乙烯制成。
有益效果
本发明的蒸汽发生器上设有控制蒸汽温度的温控装置和调节舱内蒸汽喷射压力的压力控制器，蒸汽输送管中设置流量调节装置(包括蒸汽主管的蒸汽阀和蒸汽支管的流量调节阀)调节蒸汽的流量以及后端的不同方位的蒸汽喷嘴的设计，能够灵活控制蒸汽的喷射温度、压力、流量，从而更加真实、有效地模拟火场条件下高温蒸汽的分布状态；热暴露模拟箱内部的温度、湿度和压力大小可以得到准确的控制，以及绝热板的设计能够对热暴露的起始时间进行控制，从而提高了实验的准确性和可重复性；织物夹持装置在蒸汽冲击力以及环境分压的作用下发生前后移动，导致空气层的厚度不断发生变化，从而更加准确地评价在高温辐射、高温蒸汽暴露条件下织物热防护性能的真实情况，弥补了现有织物热防护性能测评装置的局限性，对于研发热防护新型材料、科学筛选合适的热防护装备，提高消防作业的安全性具有非常重要的意义。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中：1为蒸汽发生器，2为温控装置，3为安全阀，4为压力控制器，5为蒸汽支管，6为蒸汽阀，7为蒸汽主管，8为三通调节阀，9为流量调节阀，10为蒸汽喷嘴，11为热暴露模拟箱，12为温度传感器，13为加热器，14为固定件，15为压力调节装置，16为排水管，17为开关，18为湿度传感器，19为绝热板，20为织物夹持装置，21为外层织物，22为防水透气层织物，23为隔热层织物，24为静态空气层装置，25为传感器基座，26为模拟皮肤传感器，27为样品输送装置，28为数据采集系统。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
如图1所示的一种织物热防护性能测评装置，包括蒸汽发生器1、蒸汽输送管、热暴露模拟箱11、样品输送装置27和数据采集系统28。蒸汽发生器1上装有温控装置2，控制蒸汽的温度在100-175℃，顶部设有压力控制器4，控制出口蒸汽的压力为0.1-0.7Mpa，蒸汽发生器1的顶部还设有安全阀3，增加操作的安全性。
蒸汽输送管前端与蒸汽发生器1的蒸汽出口相连，后端连有蒸汽喷嘴10，蒸汽输送管中设有蒸汽开关和流量调节装置。蒸汽喷嘴10固定在热暴露模拟箱11内，蒸汽喷嘴10的出汽端置于热暴露模拟箱11内部。
热暴露模拟箱11上设有压力调节装置15，该压力调节装置15通常采用气动调节阀，优先设置于热暴露模拟箱11的顶部，能够准确控制热暴露模拟箱11内部的压强大小。热暴露模拟箱11内部设有加热器13，温度传感器12和湿度传感器18。加热器13为远红外线陶瓷辐射板，能够产生的热通量在2.1-21kW/m2之间，实验过程只需要调整加热器13的加热功率就能够模拟不同的辐射能量。温度传感器12呈T型，由热电偶制成的传感器探头设置于蒸汽喷嘴10的出汽口处，监控蒸汽喷射的温度，同时测量暴露前热暴露模拟箱11内的温度，辨识测试的开始。温度传感器12和湿度传感器18与数据采集系统28相连，有效监测热暴露模拟箱11内的温湿度，从而进行有效控制，减小实验操作的误差，提高实验的可重复性。热暴露模拟箱11的底部设有排水管16，排水管16上装有开关17，热暴露结束之后，打开开关17，能够排放热暴露模拟箱11底部所聚集的液态水。
热暴露模拟箱11后侧设有矩形开口，样品输送装置27为与热暴露模拟箱11后侧开口形状相对应的、开有长方形通孔的长方体结构，对应热暴露模拟箱11的矩形开口与热暴露模拟箱11连接。样品输送装置27的中空内部紧靠热暴露模拟箱11向后依次设有可上下移动的绝热板19，可前后移动的织物夹持装置20，可拆卸的静态空气层装置24和可拆卸的传感器基座25。所述的织物夹持装置20为内部开口的框型结构，内部开口中从前往后依次装有外层织物21、防水透气层织物22和隔热层织物23三层织物。在织物夹持装置20的上下两侧、与样品输送装置27之间各装有两个滑轮，当静态空气层装置24被取出后，织物夹持装置20在蒸汽冲击力以及环境分压的作用下发生前后移动，导致空气层的厚度不断发生变化，从而能够更加准确地评价在高温辐射、高温蒸汽暴露条件下织物热防护性能的真实情况。隔热板19由聚四氟乙烯材料制成，可有效阻隔热暴露前热暴露模拟箱11内热湿向织物传递，隔热板19可进行上下移动，对热暴露的起始时间进行控制。静态空气装置24为内部开口的框型结构，采用聚四氟乙烯制成。传感器基座25内设有模拟皮肤传感器26，模拟皮肤传感器26与数据采集系统28连接。
数据采集系统28连接NI公司的PCI-6251多功能、多通道DAQ数据板卡和预先编制的数据采集软件、皮肤烧伤预测软件。
以现有的一种织物热防护性能测评装置为例，也是本发明的优选，其中蒸汽输送管包括蒸汽主管7和两条蒸汽支管5，蒸汽主管7与两条蒸汽支管5之间通过三通调节阀8连通进行蒸汽输送分流。蒸汽主管7上设有蒸汽阀6，控制蒸汽输送的开关，两条蒸汽支管5上分别设有流量调节阀9，可以分别对两条蒸汽支管5中的蒸汽流量进行控制。两条蒸汽支管5的后端均设有蒸汽喷嘴10，两个蒸汽喷嘴10按照上、下对应的位置关系固定在热暴露模拟箱11前侧，并分别向下、向上对应倾斜。两个蒸汽喷嘴10通过两块固定件14加固，上固定件14设置于上蒸汽喷嘴10的下方，下固定件14设置于下蒸汽喷嘴10的上方。加热器13则设置于两块固定件14之间，所述的温度传感器12对应设置为两个。热暴露模拟箱11后侧的开口设置为正方形，面积为100×100mm，所述的织物夹持装置20的外横截面积为170×170mm，内开口面积为100×100mm，所述的织物大小为150×150mm，也即织物的暴露面积大小为100×100mm，静态空气层装置24的内开口面积设置为100×100mm，厚度为6.4mm，且三者的开口相互对应设置。也就是说，静态空气层装置24内开口的大小与织物夹持装置20的内开口以及热暴露模拟箱11后侧的开口大小相等，也即与多层织物的热暴露面积相等。所述的传感器基座25的大小为170×170mm，厚度设为25.4mm，模拟皮肤传感器26为圆柱体结构，直径为25.4mm。
不难发现，本发明的优选与现有实验装置不同之处在于通过增加具有不同喷射方位的蒸汽喷嘴10，而且能够灵活控制蒸汽的喷射温度、压力、流量，从而更加真实、有效地模拟火场条件下高温蒸汽的分布状态。样品输送装置20的动态设计更加真实的模拟热防护服装及装备在救援火场中的真实使用情况，对于更加准确的评测火场复杂环境条件下织物的热防护性能，保护消防工作人员的身心健康与生命安全，以及提高消防作业的效率都具有非常重要的现实意义。另外，通过对热暴露模拟箱11内的温湿度控制，以及对热暴露的起始时间控制，可提高实验的准确性及可重复性。本发明还具有成本低、操作安全方便等优点。
Claims (10)
1.一种织物热防护性能测评装置，包括蒸汽发生器(1)、蒸汽输送管、热暴露模拟箱(11)、样品输送装置(27)和数据采集系统(28)，其特征在于：所述蒸汽输送管前端与蒸汽发生器(1)相连、后端连有蒸汽喷嘴(10)、中间安装有蒸汽开关和流量调节装置，所述蒸汽喷嘴(10)固定在热暴露模拟箱(11)内、出汽端置于热暴露模拟箱(11)内部，所述热暴露模拟箱(11)上设有压力调节装置(15)，热暴露模拟箱(11)内部安装有加热器(13)、温度传感器(12)和湿度传感器(18)，所述温度传感器(12)的探头设置于蒸汽喷嘴(10)的出汽口处，所述热暴露模拟箱(11)后侧设有矩形开口，所述样品输送装置(27)为开有长方形通孔的长方体结构、对应热暴露模拟箱(11)的矩形开口与热暴露模拟箱(11)连接，所述样品输送装置(27)的中空内部紧靠热暴露模拟箱(11)向后依次设有可上下移动的绝热板(19)、可前后移动的织物夹持装置(20)、可拆卸的静态空气层装置(24)和可拆卸的传感器基座(25)，所述织物夹持装置(20)为内部开口的框型结构，织物夹持装置(20)内部从前往后依次装有外层织物(21)、防水透气层织物(22)和隔热层织物(23)，所述传感器基座(25)内设有模拟皮肤传感器(26)，所述模拟皮肤传感器(26)、温度传感器(12)和湿度传感器(18)与数据采集系统(28)连接。
2.根据权利要求1所述的一种织物热防护性能测评装置，其特征在于：所述蒸汽发生器(1)上设有温控装置(2)、安全阀(3)和压力控制器(4)，所述安全阀(3)和压力控制器(4)位于蒸汽发生器(1)顶部。
3.根据权利要求1所述的一种织物热防护性能测评装置，其特征在于：所述蒸汽输送管包括蒸汽主管(7)和两条蒸汽支管(5)，所述蒸汽主管(7)与两条蒸汽支管(5)之间通过三通调节阀(8)连通，蒸汽主管(7)上设有蒸汽阀(6)，两条蒸汽支管(5)上设有流量调节阀(9)。
4.根据权利要求3所述的一种织物热防护性能测评装置，其特征在于：所述两条蒸汽支管(5)的后端均设有蒸汽喷嘴(10)，两个蒸汽喷嘴(10)按照上、下对应的位置关系固定在热暴露模拟箱(11)前侧，并分别向下、向上对应倾斜，所述两个蒸汽喷嘴(10)通过两块固定件(14)加固，上固定件(14)设置于上蒸汽喷嘴(10)的下方，下固定件(14)设置于下蒸汽喷嘴(10)的上方，所述加热器(13)设置于两块固定件(14)之间，所述温度传感器(12)对应设置为两个。
5.根据权利要求1所述的一种织物热防护性能测评装置，其特征在于：所述压力调节装置(15)为气动调节阀，设置于热暴露模拟箱(11)顶部。
6.根据权利要求1所述的一种织物热防护性能测评装置，其特征在于：所述加热器(13)为远红外线陶瓷辐射板。
7.根据权利要求1所述的一种织物热防护性能测评装置，其特征在于：所述热暴露模拟箱(11)底部设有排水管(16)，所述排水管(16)上安装有开关(17)。
8.根据权利要求1所述的一种织物热防护性能测评装置，其特征在于：所述静态空气层装置(24)为内部开口的框型结构，静态空气层装置(24)内开口的大小与织物夹持装置(20)的内开口及热暴露模拟箱(11)后侧开口相等且对应设置。
9.根据权利要求1所述的一种织物热防护性能测评装置，其特征在于：所述织物夹持装置(20)上下两侧、与样品输送装置(27)之间各装有两个滑轮。
10.根据权利要求1所述的一种织物热防护性能测评装置，其特征在于：所述绝热板(19)和静态空气层装置(24)采用聚四氟乙烯制成。
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