CN105675796B - 一种模拟低压环境的材料燃烧实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模拟低压燃烧环境的材料燃烧实验装置，包括样品加热装置和压力控制装置；本发明压力控制装置能够调控不同的大气压环境，从而对材料在不同压力环境下的燃烧产物进行研究，该装置填补了相关研究领域的技术空白，对于减少和控制高原、高空火灾事故的发生具有重要意义。通过缓冲箱减少样品燃烧过程对环境压力变化的影响，使得石英管内部的压力可以基本保持不变；本发明通过排气扇将石英管内的燃烧产物充分排出，使得缓冲箱和石英管内的气体充分混合，气体浓度保持一致，保证了测试的准确性。本发明第二密封门和薄膜的存在，使得样品采集过程中缓冲箱内的气体压力保持不变，从而能够更加方便和准确地采集测试燃烧产物。

Description

一种模拟低压环境的材料燃烧实验装置
技术领域
本发明涉及一种材料燃烧实验装置，特别是测试材料在不同压力下燃烧性能的实验装置。
背景技术
随着高分子材料科学与技术的发展，新型聚合物及其复合材料越来越广泛应用于建筑、电气、交通、国防和航空航天等领域。然而大部分高分子材料属于易燃材料，在空气中易被点燃并引发火灾，不仅造成巨大的物质财产损失，同时其燃烧产生的有毒烟气更会危及人民的生命安全，并对生态环境造成严重影响。火灾烟气毒性危害问题已经成为当代消防急需解决的重大课题之一。
火灾烟气释放情况随着火灾场景的改变而发生变化，环境温度、压力、氧浓度、通风情况等的变化对于材料的点火过程、火焰的蔓延传播、以及火灾烟气的种类和浓度等都将产生重要影响。随着我国西部大开发战略的实施，以及航空航天技术的高速发展，高原及高空的低压、低氧等特殊环境下的火灾安全防治问题逐步凸显。
20世纪70年代到90年代，美国国家标准和技术研究所(National Institute ofStandard and Technology，NIST)、英国国防部和德国标准机构等研制了很多针对材料燃烧性能测试的装置，特别是火灾烟气毒性测试的小尺度试验装置，如NBS烟密度箱、锥形量热仪、DIN 53436管式炉等，上述装置能够对材料燃烧环境中的温度、氧浓度、通风情况等进行一定的调控，但是却均无法调控大气压这一重要的环境因素，因此，无法模拟低压场景下材料的燃烧过程，从而使得高原及高空等特殊环境下火灾防治的研究很少。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种模拟低压环境的材料燃烧实验装置。
本发明采用如下技术方案：
本发明模拟低压燃烧环境的材料燃烧实验装置，包括样品加热装置和压力控制装置；
所述样品加热装置包括石英管和套在石英管外的管式炉；所述石英管内放置有用于装载待测材料的样品池；所述样品池一端连接有用于装载磁铁石的磁铁池；所述石英管外通过圆环固定住一块磁铁石，用于与样品池一端的磁铁石相互作用从而移动样品池；所述石英管的两端在管式炉内贯穿形成前端管和尾端管；所述尾端管通过法兰密封，所述法兰上设置有一个排气扇和用于向石英管内通气的进气口，排气扇用于排出石英管内的气体；所述前端管连接在缓冲箱上并通过高温密封圈密封；
所述压力控制装置包括缓冲箱、真空表、抽气管道和真空泵；所述缓冲箱上设置有可开启第一密封门，在实验完成后，可以打开可开启密封门，对混合箱进行清理；所述第一密封门上设置有可开启第二密封门；所述第二密封门外围密封粘贴一圈薄膜；所述缓冲箱上连接有真空表和抽气管道；所述抽气管道上连接有阀门、真空泵和样品采集测试装置。
所述样品池和磁铁池的距离不小于管式炉长度的一半。
所述样品池和磁铁池外围隆起以防止样品和磁铁石在操作过程中移动位置。
所述圆环能够带动磁铁石一起在石英管上来回移动。
所述缓冲箱呈圆柱形。圆柱状相比其他形状抗压性能更好。所述缓冲箱由支架支撑。
所述第二密封门上设置有可旋转式门栓，门栓把手位于第二密封门的另一面。
所述薄膜在第二密封门打开时能够进入缓冲箱并依然保持缓冲箱的密封性，在采集气体样品时薄膜用于平衡缓冲箱内外气压。
所述薄膜表面积接近缓冲箱面积。
所述真空泵经烟尘过滤器连接在抽气管道上。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
(1)、本发明提供了一种模拟低压燃烧环境的材料燃烧实验装置，压力控制装置能够调控不同的大气压环境，从而对材料在不同压力环境下的燃烧产物进行研究，该实验装置填补了相关研究领域的技术空白，对于减少和控制高原、高空火灾事故的发生具有重要意义；
(2)、本发明压力控制装置通过缓冲箱减少样品燃烧过程对环境压力变化的影响，使得石英管内部的压力可以基本保持不变；
(3)、本发明通过排气扇将石英管内的燃烧产物充分排出，使得缓冲箱和石英管内的气体充分混合，气体浓度保持一致，保证了测试的准确性。
(4)、本发明第二密封门和薄膜的存在，使得样品采集过程中缓冲箱内的气体压力保持不变，从而能够更加方便和准确地采集测试燃烧产物。
附图说明
图1本发明实验装置的结构示意图。
图2本发明第一密封门门内一面的结构示意图。
图中标号：1为石英管；2为管式炉；3为样品池；4为磁铁石；5为磁铁池；6为圆环；7为法兰；8为排气扇；9为进气口；10为缓冲箱；11为高温密封圈；12为真空表；13为抽气管道；14为真空泵；15为第一密封门；16为第二密封门；17为薄膜；18为阀门；19为样品采集测试装置；20为支架；21为门栓；22为门把手；23为烟尘过滤器。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
如图1所示，本实施例的模拟低压环境的材料燃烧实验装置，该实验装置包括样品加热装置和压力控制装置；
样品加热装置包括石英管1和套在石英管1外的管式炉2；石英管1内放置有用于装载待测材料的样品池3；样品池3一端连接有用于装载磁铁石4的磁铁池5；样品池3和磁铁池5的距离不小于管式炉2长度的一半；样品池3和磁铁池5外围隆起以防止样品和磁铁石4在操作过程中移动位置；石英管1外通过圆环6固定住一块磁铁石4，圆环6能够带动磁铁石4一起在石英管1上来回移动，从而与样品池3一端的磁铁石4相互作用移动样品池3；石英管1的两端在管式炉2内贯穿形成前端管和尾端管；尾端管通过法兰7密封，法兰7上设置有一个排气扇8和用于向石英管1内通气的进气口9，排气扇8用于排出石英管1内的气体；前端管连接在缓冲箱10上并通过高温密封圈11密封；
压力控制装置包括缓冲箱10、真空表12、抽气管道13和真空泵14；缓冲箱10呈圆柱形并由支架20支撑，圆柱状相比其他形状抗压性能更好；缓冲箱10上设置有可开启第一密封门15，在实验完成后，可以打开可开启第一密封门15，对混合箱10进行清理；第一密封门上15设置有可开启第二密封门16；第二密封门16上设置有可旋转式门栓21，门栓把手22位于第二密封门16的另一面。第二密封门16外围密封粘贴一圈薄膜17；薄膜17在第二密封门16打开时可以进入缓冲箱10但依然能够保持缓冲箱10的密封性，在采集气体样品时薄膜17用于平衡缓冲箱10内外气压；薄膜17表面积接近缓冲箱10面积；缓冲箱10上连接有真空表12和抽气管道13；抽气管道13上连接有阀门18、真空泵14和样品采集测试装置19；真空泵14经烟尘过滤器23连接在抽气管道上。
本发明的工作过程如下：将管式炉2温度设定并维持在实验所需值；将被测材料放置于样品池3内，将样品池3放置于石英管1中，并通过法兰7密封；关闭第一15和第二密封门16，启动真空泵14至真空表12读数稳定在实验所需值；推动圆环6，并通过石英管1内外磁铁4相互作用将样品推进管式炉2中；待样品燃烧结束，开启排气扇8，从进气口9通入气体至真空表12读数恢复至零，关闭进气口9；打开第二密封门16；开启样品采集测试装置19，分析材料燃烧所产生的烟气。

Claims (1)

1.一种模拟低压环境的材料燃烧实验装置，其特征在于，该实验装置包括样品加热装置和压力控制装置；
样品加热装置包括石英管(1)和套在石英管(1)外的管式炉(2)；石英管(1)内放置有用于装载待测材料的样品池(3)；样品池(3)一端连接有用于装载磁铁石(4)的磁铁池(5)；样品池(3)和磁铁池(5)的距离不小于管式炉(2)长度的一半；样品池(3)和磁铁池(5)外围隆起以防止样品和磁铁石(4)在操作过程中移动位置；石英管(1)外通过圆环(6)固定住一块磁铁石(4)，圆环(6)能够带动磁铁石(4)一起在石英管(1)上来回移动，从而与样品池(3)一端的磁铁石(4)相互作用移动样品池(3)；石英管(1)的两端在管式炉(2)内贯穿形成前端管和尾端管；尾端管通过法兰(7)密封，法兰(7)上设置有一个排气扇(8)和用于向石英管(1)内通气的进气口(9)，排气扇(8)用于排出石英管(1)内的气体；前端管连接在缓冲箱(10)上并通过高温密封圈(11)密封；
压力控制装置包括缓冲箱(10)、真空表(12)、抽气管道(13)和真空泵(14)；缓冲箱(10)呈圆柱形并由支架(20)支撑，圆柱状相比其他形状抗压性能更好；缓冲箱(10)上设置有可开启第一密封门(15)，在实验完成后，可以打开可开启第一密封门(15)，对缓冲箱(10)进行清理；第一密封门上(15)设置有可开启第二密封门(16)；第二密封门(16)上设置有可旋转式门栓(21)，门栓把手(22)位于第二密封门(16)的另一面，第二密封门(16)外围密封粘贴一圈薄膜(17)；薄膜(17)在第二密封门(16)打开时可以进入缓冲箱(10)但依然能够保持缓冲箱(10)的密封性，在采集气体样品时薄膜(17)用于平衡缓冲箱(10)内外气压；薄膜(17)表面积接近缓冲箱(10)面积；缓冲箱(10)上连接有真空表(12)和抽气管道(13)；抽气管道(13)上连接有阀门(18)、真空泵(14)和样品采集测试装置(19)；真空泵(14)经烟尘过滤器(23)连接在抽气管道上；
该实验装置的工作过程如下：将管式炉(2)温度设定并维持在实验所需值；将被测材料放置于样品池(3)内，将样品池(3)放置于石英管(1)中，并通过法兰(7)密封；关闭第一密封门(15)和第二密封门(16)，启动真空泵(14)至真空表(12)读数稳定在实验所需值；推动圆环(6)，并通过石英管(1)内外磁铁(4)相互作用将样品推进管式炉(2)中；待样品燃烧结束，开启排气扇(8)，从进气口(9)通入气体至真空表(12)读数恢复至零，关闭进气口(9)；打开第二密封门(16)；开启样品采集测试装置(19)，分析材料燃烧所产生的烟气。
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