发明内容
针对现有技术中的缺陷,本发明提供一种地铁长大区间火灾实验系统及方法。
一方面,本发明提出一种地铁长大区间火灾实验系统,包括地铁隧道实体单元、列车单元、热烟发生单元、通风排烟单元和实验测量数据采集单元,其中:
所述列车单元设置在所述地铁隧道实体单元内,所述热烟发生单元用于产生火灾实验需要的火源和烟气,所述火源和所述烟气产生于所述列车单元内,所述通风排烟单元设置在所述地铁隧道实体单元上,用于将所述地铁隧道实体单元内的所述烟气排出,所述实验测量数据采集单元用于采集所述火灾实验数据。
其中,所述地铁隧道实体单元包括2个车站隧道单元、多个区间隧道单元、单元支架和隧道末端风阀,所述车站隧道单元与所述区间隧道单元之间、所述区间隧道单元与所述区间隧道单元之间均采用法兰连接,所述车站隧道单元包括上行车站隧道和下行车站隧道,所述区间隧道单元包括上行区间隧道和下行区间隧道,所述单元支架设置在所述车站隧道单元和所述区间隧道单元的底部,并且所述单元支架的高度可调节;所述隧道末端风阀设置在所述地铁隧道实体单元的末端,用于模拟所述地铁隧道实体单元末端的风阻。
其中,所述车站隧道单元和所述区间隧道单元的侧壁上设置透明观察窗。
其中,所述区间隧道单元的横截面为圆形、马蹄形或者矩形。
其中,所述区间隧道单元包括没有设置联络通道的直线型区间隧道子单元、设置联络通道的直线型区间隧道子单元、中间风井区间隧道子单元、弯曲型区间隧道子单元。
其中,所述弯曲型区间隧道子单元的中心线最小曲线半径为3m。
其中,在所述设置联络通道的直线型区间隧道子单元的上行区间隧道和下行区间隧道之间设置联络通道,所述联络通道的中部设置全自动防火阀门。
其中,所述通风排烟单元包括区间隧道排烟子单元、轨顶排烟子单元、轨底排热子单元和中间风井排烟子单元,其中:
所述区间隧道排烟子单元包括区间隧道通风排烟风道及对应的区间隧道风阀、区间隧道风机和区间隧道风机控制器,所述区间隧道风机控制器与所述区间隧道风机、区间隧道风阀相连,所述区间隧道风机和区间隧道风阀设置在所述区间隧道通风排烟风道内,所述区间隧道风阀设置在对应的所述区间隧道通风排烟风道内,所述区间隧道通风排烟风道设置在距离所述车站隧道单元两端预设距离的顶部中央;
所述轨顶排烟子单元包括轨顶通风排烟风道、轨顶风机、轨顶风阀、轨顶集风管道、轨顶排风口和轨顶风机控制器,所述轨顶风机控制器与所述轨顶风机和轨顶风阀相连,所述轨顶风机和所述轨顶风阀设置在所述轨顶通风排烟风道内,所述轨顶集风管道与所述轨顶通风排烟风道相连,所述轨顶排风口设置在所述轨顶集风管道上,所述轨顶集风管道通过所述轨顶排风口与所述车站隧道单元内部相连通,所述轨顶通风排烟风道设置在所述车站隧道单元的顶部中央,所述轨顶集风管道沿所述车站隧道单元的长度方向上布置,并关于所述轨顶通风排烟风道对称;
所述轨底排热子单元包括轨底通风排热风道、轨底风机、轨底风阀、轨底集风管道、轨底排风口和轨底风机控制器,所述轨底风机控制器与所述轨底风机、轨底风阀相连,所述轨底风机和所述轨底风阀设置在所述轨底通风排热风道内,所述轨底集风管道与所述轨底通风排热风道相连,所述轨底排风口设置在所述轨底集风管道上,所述轨底集风管道通过所述轨底排风口与所述车站隧道单元内部相连通,所述轨底通风排热风道设置在所述车站隧道单元站台侧面的中央,所述轨底集风管道设置在所述车站隧道单元站台侧面,沿车所述站隧道单元的长度方向上布置,并关于所述轨底通风排热风道对称;
所述中间风井排烟子单元包括中间风井通风排烟风道、上行隧道中间风井风阀、下行隧道中间风井风阀、中间风井处区间隧道风机和中间风井处区间隧道风机控制器,所述中间风井处区间隧道风机控制器分别与所述中间风井处区间隧道风机、所述下行隧道中间风井风阀和所述上行隧道中间风井风阀相连,所述中间风井处区间隧道风机、下行隧道中间风井风阀和上行隧道中间风井风阀设置在所述中间风井通风排烟风道内,所述中间风井通风排烟风道设置在所述风井区间隧道子单元的上行区间隧道和下行区间隧道的顶部中央。
其中,所述实验测量数据采集单元包括温度数据测量子单元、流速数据测量子单元、气体成分、数据测量子单元和固定单元,其中:
所述固定单元包括多个第一固定件和多个第二固定件,用于固定热电偶串、空气流速探测探头和气体成分探测探头;所述第一固定件的一端设置在所述车站隧道单元的上行车站隧道和下行车站隧道、以及所述区间隧道单元的上行区间隧道和下行区间隧道的顶部中间,相应地,另一端竖直固定在所述车站隧道单元的上行车站隧道和下行车站隧道、以及所述所述区间隧道单元的上行区间隧道和下行区间隧道的底部中间,且所述多个第一固定件沿列车行驶方向上均匀设置;所述第二固定件的一端设置在所述设置联络通道的直线型区间隧道子单元的联络通道的顶部中间,另一端竖直固定在所述联络通道的底部中间,且所述多个第二固定件沿所述联络通道的长度方向上均匀设置;
所述温度数据测量子单元包括多个所述热电偶串和温度采集模块,所述多个热电偶串与所述温度采集模块相连,所述温度采集模块通过通讯模块与电脑相连;所述热电偶串从每个所述第一固定件和所述第二固定件的顶部到底部均匀设置;
所述流速数据测量子单元包括多个所述空气流速探测探头和多通道风速仪,所述多通道风速仪与所述空气流速探测探头相连,所述空气流速探测探头设置在每个所述第一固定件和所述第二固定件上,实现隧道断面的空气流速实时采集;
所述气体成分数据测量子单元包括多个所述气体成分探测探头和气体成分检测仪,所述气体成分测量仪与所述气体成分探测探头相连,所述气体成分探测探头设置在每个所述第一固定件和所述第二固定件上,实现隧道断面的气体成分实时采集。其中,所述热烟发生单元包括火源子单元、烟气子单元和热烟发生盘,其中:
所述火源子单元包括燃气燃烧头、燃气传输管、燃气流量控制器、燃料汇集管和燃气储罐,所述燃气燃烧头、所述燃气传输管、所述燃料汇集管和所述燃气储罐依次相连,所述燃气流量控制器设置在所述燃气传输管上,用于控制所述燃气传输管中燃气的流量;
所述烟气子单元包括烟气喷头、烟气传输管、烟气流量控制器、烟气汇集管和烟气发生箱,所述烟气喷头、所述烟气传输管、所述烟气汇集管和所述烟气发生箱依次相连,所述烟气流量控制器设置在所述烟气传输管上,用于控制所述烟气传输管中烟气的流量;
所述燃气燃烧头和所述烟气喷头设置在所述热烟发生盘内,所述热烟发生盘设置在所述列车单元内,所述燃气燃烧头产生的火源对所述烟气喷头喷出的所述烟气进行加热。
另一方面,本发明提供一种采用上述任一实施例所述的地铁长大区间火灾实验系统的地铁长大区间火灾实验方法,包括:
开启实验测量数据采集单元;
启动热烟发生单元产生火灾实验需要的火源和烟气;
根据所述火源和烟气在列车单元中发生的位置以及所述列车单元在区间隧道单元中所处的位置,启动预设的排烟送风模式;
所述实验测量数据采集单元采集所述火灾实验的实验数据,对所述实验数据进行分析。
本发明提供的一种地铁长大区间火灾实验系统及方法,由于能够通过地铁隧道实体单元、列车单元、热烟发生单元、通风排烟单元和实验测量数据采集单元,对地铁长大区间火灾事故进行模拟,节约了火灾事故模拟的成本。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
图1为本发明一实施例地铁长大区间火灾实验系统的结构示意图,如图1所示,本发明提供的地铁长大区间火灾模型实验系统包括:地铁隧道实体单元1、列车单元2、热烟发生单元3、通风排烟单元4和实验测量数据采集单元5,其中:
列车单元2设置在地铁隧道实体单元1内,热烟发生单元3用于产生火灾实验需要的火源和烟气,所述火源和所述烟气产生于列车单元2内,例如,可以产生于列车单元2的前部、中部或者尾部,通风排烟单元4用于排放所述烟气,通风排烟单元4设置在地铁隧道实体单元1上,用于将地铁隧道实体单元1内的所述烟气排出,实验测量数据采集单元5用于采集所述火灾实验数据,所述实验数据包括所述火灾实验时地铁隧道实体单元1内的温度、气体流速、气体浓度等数据,所述实验数据用于分析所述火灾实验时地铁隧道实体单元1内的温度场、流速场、气体浓度分布、烟气分布。
为了对地铁内发生的火灾进行模拟,需要构造出地铁隧道实体单元1,地铁隧道实体单元1的比例尺可以为1:50,通过相似性理论分析,计算出地铁隧道实体单元1各组成部分的尺寸。同样,通过相似性理论分析,计算出设置在地铁隧道实体单元1内的列车单元2的尺寸。在进行火灾实验时,通过热烟发生单元3产生所述火灾实验需要的火源和烟气,所述火源用于对所述烟气进行加热,热烟发生单元3可以对输出的烟气量进行调节,以产生不同的烟气示踪效果,热烟发生单元3可以对输出的燃气量进行调节,以产生不同功率的火源。可以设置多个热烟发生单元3在列车单元2的同一节车厢内,模拟列车的同一节车厢多处着火的情况,或者将多个热烟发生单元3分别设置在列车单元2的不同车厢内,模拟火灾在列车内蔓延或者模拟列车内多处着火的场景。在火灾实验时,当热烟发生单元3产生烟气后,可以开启通风排烟单元4将所述烟气排出地铁隧道实体单元1。
本发明提供的地铁长大区间火灾实验系统,能够通过地铁隧道实体单元、列车单元、热烟发生单元、通风排烟单元和实验测量数据采集单元,对地铁长大区间火灾事故进行模拟,节约了火灾事故模拟的成本。
图2为本发明另一实施例地铁长大区间火灾实验系统的结构示意图,如图2所示,地铁隧道实体单元1包括2个车站隧道单元11、多个区间隧道单元12、单元支架13和隧道末端风阀14,车站隧道单元11与区间隧道单元12之间、区间隧道单元12与区间隧道单元12之间均采用法兰连接,车站隧道单元11包括上行车站隧道和下行车站隧道,区间隧道单元12包括上行区间隧道和下行区间隧道,单元支架13设置在车站隧道单元11和区间隧道单元12的底部,并且单元支架13的高度可调节;隧道末端风阀14设置在地铁隧道实体单元1的末端,用于模拟地铁隧道实体单元1的末端的风阻。
具体地,为了实现对不同长度、不同坡度和不同曲线半径的地铁隧道实体结构进行模拟,所述地铁隧道实体单元1采用模块化设计,有利于地铁隧道实体单元的安装和拆卸,还可以重复使用。车站隧道单元11与区间隧道单元12之间、区间隧道单元12与区间隧道单元12之间均采用法兰连接,在法兰之间填充一定厚度的防火橡胶圈进行密封,通过法兰连接实现所述密封连接,进而实现区间隧道的不同长度;由于实际建造的过程中,地铁隧道存在一定的坡度,通常小于40‰,将高度可以调节的单元支架13固定安装在车站隧道单元11和区间隧道单元12的底部,通过调整支撑车站隧道单元11和区间隧道单元12的单元支架13的高度,进而实现车站隧道单元11和区间隧道单元12的不同坡度。
例如,地铁隧道实体单元1的隧道横截面为矩形,其上行隧道和下行隧道的横截面尺寸均为0.088m×0.120m。列车单元2的任一节列车的长×宽×高为0.400m×0.056m×0.060m,位于设置联络通道的直线型区间隧道子单元122的区间隧道内。车站隧道单元11的上行车站隧道和下行车站隧道的长×宽×高均为3.000m×0.088m×0.120m,没有设置联络通道的直线型区间隧道子单元121的上行区间隧道和下行区间隧道的长×宽×高均为6.000m×0.056m×0.120m,设置联络通道的直线型区间隧道子单元122的上行区间隧道和下行区间隧道的长×宽×高均为12.000m×0.088m×0.120m。在车站隧道单元11和区间隧道单元12的两端均设置有法兰,车站隧道单元11和区间隧道单元12之间、区间隧道单元12各子单元之间均采用法兰连接方式,法兰之间采用防火橡胶圈密封,所述防火橡胶圈的厚度为0.030m。设置联络通道的直线型区间隧道子单元122的中部设置联络通道1221,所述联络通道1221的长×宽×高为0.192m×0.040m×0.040m,联络通道中部设置防火阀门1222,所述联络通道防火门1222可以实现开启和关闭功能,其中,联络通道1221的长度可以根据区间隧道单元12的上行区间隧道和下行区间隧道的实际间距情况进行设计,本发明实施例不做限定。
图3为本发明一实施例单元支架的结构示意图,如图3所示,单元支架13包括模型固定托131,液压支撑柱133、液压支撑柱高度调整旋钮132和单元支架底座支撑爪134。在模型固定托131与车站隧道单元11接触的一侧和模型固定托131与区间隧道单元12接触的一侧设置隔热橡胶层,以使单元支架13隔离车站隧道单元11和区间隧道单元12在所述火灾实验时产生的热量。通过调整液压支撑柱高度调整旋钮132调整单元支架13的高低,进而实现调整车站隧道单元11和区间隧道单元12的坡度。
在上述各实施例的基础上,进一步地,车站隧道单元11和区间隧道单元12的侧壁上设置透明观察窗。为了方便对所述火灾实验过程中烟气的观察,可以在车站隧道单元11相对于站台的侧壁上采用防火材料制作出透明观察窗。车站隧道单元11的其余侧壁可以采用不锈钢板和混凝土板制作而成,所述不锈钢板位于车站隧道单元11的外壁,所述混凝土板位于车站隧道单元11的内壁;区间隧道单元12与车站隧道单元11相同的一侧侧壁也采用防火材料制作出透明观察窗,区间隧道单元12的其余侧壁可以采用不锈钢板和混凝土板制作而成,所述不锈钢板位于区间隧道单元12的外壁,所述混凝土板位于区间隧道单元12的内壁,进而可以模拟实现地铁隧道的结构材料,使得地铁隧道实体单元的导热性能更加接近实际地铁隧道的导热性能。
在上述各实施例的基础上,进一步地,车站隧道单元11和区间隧道单元12的横截面为圆形、马蹄形或者矩形。车站隧道单元11和区间隧道单元12的横截面的形状可以根据实际情况进行设置,本发明实施例不做限定。
在上述各实施例的基础上,进一步地,区间隧道单元12包括没有设置联络通道的直线型区间隧道子单元121和设置联络通道的直线型区间隧道子单元122、中间风井区间隧道子单元123、弯曲型区间隧道子单元124。区间隧道单元12分成上述各个子单元模块,是为了能够真实和方便的模拟实际的地铁区间隧道的结构。其中,没有设置联络通道的直线型区间隧道子单元121设置在车站隧道单元11的两端,通过法兰密封连接。中间风井区间隧道子单元123内设置有中间风井排烟子单元,根据实际火灾实验的需要可以将所述中间风井排烟子单元灵活地设置在区间隧道单元12内。弯曲型区间隧道子单元124实现模拟区间隧道单元12的曲线特征,此外,也可以通过多次采用弯曲型区间隧道子单元124从而减小实验系统对实验场地长度的要求,如设置成U型,则较直线型实验系统占用实验场地长度缩短一半。
在上述各实施例的基础上,进一步地,弯曲型区间隧道子单元124的中心线最小曲线半径为3m。
在上述各实施例的基础上,进一步地,在设置联络通道的直线型区间隧道子单元121的上行区间隧道和下行区间隧道之间设置联络通道,所述联络通道的长×宽×高为0.192m×0.040m×0.040m,所述联络通道中部设置防火阀门,所述防火阀门可以实现自动开启和关闭功能。
图4为本发明一实施例车站隧道单元11的正视结构示意图,图5为本发明一实施例车站隧道单元11的俯视结构示意图,图6为本发明一实施例中间风井排烟子单元的横截面的结构示意图,如图4、如图5和图6所示,通风排烟单元4包括区间隧道排烟子单元41、轨顶排烟子单元42、轨底排热子单元43和中间风井排烟子单元44,其中:
区间隧道排烟子单元41包括区间隧道通风排烟风道及对应的区间隧道风阀、区间隧道风机和区间隧道风机控制器,所述区间隧道风机控制器与所述区间隧道风机、区间隧道风阀相连,用于控制所述区间隧道风机和风阀的开启和关闭,所述区间隧道风机和区间隧道风阀设置在所述区间隧道通风排烟风道内,用于排除所述火灾实验过程中产生的烟气,所述区间隧道风阀设置在对应的所述区间隧道通风排烟风道内,所述区间隧道通风排烟风道的进口处和出口处各设置一个所述区间隧道风阀,区间隧道风机采用变频风机,可以实现控制通过所述区间隧道通风排烟风道的烟气量,所述区间隧道通风排烟风道设置在距离车站隧道单元11两端预设距离的顶部中央,所述预设距离根据实际情况进行设置,本发明实施例不做限定;可以理解的是,由于车站隧道单元11包括上行车站隧道和下行车站隧道,那么车站隧道单元11的上行车站隧道的顶部设置2个区间隧道排烟子单元41,车站隧道单元11的下行车站隧道的顶部设置2个区间隧道排烟子单元41。
轨顶排烟子单元42包括轨顶风机421、轨顶风阀422、轨顶通风排烟风道423、轨顶集风管道424、轨顶排风口425和轨顶风机控制器,所述轨顶风机控制器与所述轨顶风机421、轨顶风阀422相连,用于控制所述轨顶风机421和、轨顶风阀422的开启和关闭,所述轨顶风机421设置在所述轨顶通风排烟风道423内,用于排除所述火灾实验过程中产生的烟气,所述轨顶风阀422设置在所述轨顶通风排烟风道423内,轨顶风机421采用变频风机,可以实现控制通过所述轨顶通风排烟风道423的烟气量,所述轨顶集风管道424与所述轨顶通风排烟风道423相连,所述轨顶排风口425设置在所述轨顶集风管道424上,所述轨顶集风管道424通过所述轨顶排风口425与所述车站隧道单元11内部相连通,所述火灾实验过程中产生的烟气部分通过所述轨顶排风口425进入到所述轨顶集风管道424内,然后通过所述轨顶通风排烟风道423排出所述车站隧道单元11。所述轨顶通风排烟风道423设置在车站隧道单元11的顶部中央,所述轨顶集风管道424沿车站隧道单元11的长度方向上布置,并关于所述轨顶通风排烟风道423对称;其中,所述轨顶通风排烟风道423的横截面可以设计为圆形,直径0.08m。
轨底排热子单元43包括轨底风机431、轨底风阀432、轨底通风排热风道433、轨底集风管道434、轨底排风口435和轨底风机控制器,所述轨底风机431控制器与所述轨底风机431、轨底风阀432相连,用于控制所述轨底风机431和轨底风阀432的开启和关闭,所述轨底风机431设置在所述轨底通风排热风道433内,用于排除所述火灾实验过程中产生的烟气,所述轨底风阀432设置在所述轨底通风排热风道433内,轨底风机431采用变频风机,可以实现控制通过所述轨底通风排热风道433的烟气量,所述轨底集风管道434与所述轨底通风排热风道433相连,所述轨底排风口435设置在所述轨底集风管道434上,所述轨底集风管道434通过所述轨底排风口435与所述车站隧道单元11内部相连通,所述火灾实验过程中产生的烟气部分通过所述轨底排风口435进入到所述轨底集风管道434内,然后通过所述轨底通风排热风道433排出所述车站隧道单元11。所述轨底通风排热风道433设置在车站隧道单元11站台侧面的中央,所述轨底集风管道434设置在所述车站隧道单元11站台侧面,沿车站隧道单元11的长度方向上布置,并关于所述轨底通风排热风道433对称。其中,所述轨底通风排热风道433的横截面可以设计为圆形,直径0.08m。
如图6所示,中间风井排烟子单元44包括中间风井通风排烟风道444、上行隧道中间风井风阀442、下行隧道中间风井风阀443、中间风井处区间隧道风机441和中间风井处区间隧道风机控制器,所述中间风井处区间隧道风机控制器分别与中间风井处区间隧道风机444、下行隧道中间风井风阀443和上行隧道中间风井风阀442相连,中间风井处区间隧道风机441、下行隧道中间风井风阀443和上行隧道中间风井风阀442设置在中间风井通风排烟风道444内,中间风井通风排烟风道441设置在中间风井区间隧道子单元123的上行区间隧道和下行区间隧道的顶部中央。用于在所述火灾实验时将中间风井区间隧道子单元123内所述烟气排出。同时可以实现对中间风井区间隧道子单元123的上行区间隧道的通风排烟和下行区间隧道的通风排烟的分开控制;例如,上行隧道中间风井风阀442靠近所述上行区间隧道设置,下行隧道中间风井风阀443靠近所述下行区间隧道设置,若所述下行区间隧道内发生火灾,则关闭上行隧道中间风井风阀442,同时打开下行隧道中间风井风阀443,然后开启中间风井处区间隧道风机,从而实现对所述下行区间隧道的排烟,而不会让所述烟气通过中间风井通风排烟风道444进入所述上行区间隧道内。
通风排烟单元4包括的区间隧道排烟子单元41、轨顶排烟子单元42、轨底排热子单元43和中间风井排烟子单元44相对独立,可分别自动进行风量控制,各个子系统的风量参数依据地铁常规风量设计参数并经相似性分析计算得出。
在上述各实施例的基础上,进一步地,所述实验测量数据采集单元5包括温度数据测量子单元52、流速数据测量子单元53、气体成分数据测量子单元54和固定单元51,其中:
固定单元51包括多个第一固定件和多个第二固定件,用于固定热电偶串、空气流速探测探头和气体成分探测探头;所述第一固定件设置在车站隧道单元11和区间隧道单元12内,所述第一固定件的一端设置在车站隧道单元11的上行车站隧道的顶部中间且另一端竖直固定在所述车站隧道单元的上行车站隧道的底部中间,所述第一固定件的一端设置在车站隧道单元11的下行车站隧道的顶部中间且另一端竖直固定在车站隧道单元11的下行车站隧道的底部中间,所述第一固定件的一端设置在区间隧道单元12的上行区间隧道的顶部中间且另一端竖直固定在区间隧道单元12的上行区间隧道的底部中间,所述第一固定件的一端设置在区间隧道单元12的下行区间隧道的顶部中间且另一端竖直固定在区间隧道单元12的下行区间隧道的底部中间,且所述多个第一固定件沿列车行驶方向上均匀设置,例如每间隔0.5m设置;所述第二固定件设置在所述设置联络通道的直线型区间隧道子单元的联络通道,所述第二固定件的一端设置在所述联络通道的顶部中间,另一端竖直固定在所述联络通道的底部中间,且所述多个第二固定件沿所述联络通道的长度方向上均匀设置,例如每间隔0.5m设置;其中,所述第一固定件和所述第二固定件采用钢丝。
所述温度数据测量子单元52包括多个所述热电偶串和温度采集模块,所述多个热电偶串与所述温度采集模块相连,所述温度采集模块通过通讯模块与电脑相连;所述热电偶串从每个所述第一固定件和所述第二固定件的顶部到底部均匀设置的顶部到底部均匀设置;其中,所述热电偶串采用K型铠装热电偶串。
所述流速数据测量子单元53包括多个空气流速探测探头和多通道风速仪,所述多通道风速仪与所述空气流速探测探头相连,所述空气流速探测探头设置在所述固定单元51上,实现隧道断面的空气流速实时采集;优选地,在每个所述第一固定件和所述第二固定件的中间位置设置一个所述空气流速探测探头,实现隧道断面的空气流速实时采集。
所述气体成分数据测量子单元54包括气体成分探测探头和气体成分测量仪,所述气体成分测量仪与所述气体成分探测探头54相连,所述气体成分探测探头设置在所述固定单元51上,实现隧道断面的气体成分实时采集。优选地,在每个所述第一固定件和所述第二固定件的中间位置设置一个所述气体成分探测探头,实现隧道断面的气体成分实时采集。。
实验测量数据采集单元5在火灾实验进行时,采集地铁隧道实体单元1内的温度、气体流速、气体成分等实时实验数据,所述实验数据用于对所述火灾实验的结果的预测评估。所述温度数据测量子单元用于采集所述火灾实验过程中地铁隧道实体单元1内的温度,以获得温度场;所述流速数据测量子单元用于采集所述火灾实验过程中地铁隧道实体单元1内的气体流速,以获得流速场;所述气体成分数据测量子单元用于采集所述火灾实验过程中地铁隧道实体单元1内的各种气体的浓度,以获得气体成分的浓度分布。可理解的是,在车站隧道单元11和区间隧道单元12的底部设置有所述多个热电偶串、所述空气流速探测探头和所述气体成分探测探头的数据线路出口。为了提高所述火灾实验的实验数据的准确性,可以在设置联络通道的直线型区间隧道子单元122的联络通道1221内设置所述热电偶串、所述空气流速探测探头和所述气体成分探测探头,对所述火灾实验的实验数据进行实时采集。
图7为本发明一实施例热烟发生单元的结构示意图,如图7所示,热烟发生单元3包括火源子单元、烟气子单元和热烟发生盘33,其中:
所述火源子单元包括燃气燃烧头311、燃气传输管312、燃气流量控制器313、燃料汇集管314和燃气储罐315,燃气燃烧头311、燃气传输管312、燃料汇集管314和燃气储罐315依次相连,燃气流量控制器313设置在燃气传输管312上,用于控制燃气传输管312中燃气的流量;
所述烟气子单元包括烟气喷头321、烟气传输管322、烟气流量控制器323、烟气汇集管324和烟气发生箱325,烟气喷头321、烟气传输管322、烟气汇集管324和烟气发生箱325依次相连,烟气流量控制器323设置在烟气传输管322上,用于控制烟气传输管322中烟气的流量;
燃气燃烧头311和烟气喷头321设置在热烟发生盘33内,热烟发生盘33设置在列车单元2内,燃气燃烧头311产生的火源对烟气喷头321喷出的所述烟气进行加热。
所述火源子单元可以通过燃气流量控制器313自动调节燃气流量,调节所述火源的功率,从而可以实现不同的火源功率曲线;所述烟气子单元可以通过烟气流量控制器323自动调节输出的烟气量,以产生不同的烟气示踪效果;所述火源的功率和所述烟气量参数依据地铁列车火灾常规实际参数经模型相似性分析计算确定。热烟发生单元3的工作原理是:所述火源子单元在选定的着火点处通过燃气燃烧头311产生火源,所述火源对所述烟气子单元通过烟气喷头321喷出的烟气进行加热,从而产生接近于真实地铁火灾烟气的热烟。热烟发生单元3可以实现所述热烟形式多样:可以设置多个热烟发生盘33在同一节车厢的不同位置或者分散设置多个热烟发生盘33在不同的车厢内,以模拟列车车厢内多处着火或者火灾在列车车厢内蔓延的火灾场景;可以理解的是,可以模拟实现不同功率的火源、不同烟密度的火灾场景。
图8为本发明一实施例地铁隧道实体单元的结构示意图,如图8所示,地铁隧道实体单元1包括2个车站隧道单元11和多个区间隧道单元12,车站隧道单元11包括上行车站隧道和下行车站隧道,区间隧道单元12包括上行区间隧道和下行区间隧道,区间隧道单元12包括没有设置联络通道的直线型区间隧道子单元121、设置联络通道的直线型区间隧道子单元122、中间风井区间隧道子单元123和弯曲型区间隧道子单元124,设置联络通道的直线型区间隧道子单元122包括联络通道1221和防火阀门1222。
本发明提供的地铁长大区间火灾实验系统采用了模块化设计,车站隧道单元和区间隧道单元的两端设置法兰接口,便于组合安装和拆解,在法兰之间填充一定厚度的防火橡胶圈进行密封,使得在因调整地铁隧道实体单元坡度而使得法兰构件之间产生一定的不对称形变时依然密封完好,确保了隧道的密封效果,并适应了坡度的调整;可以制作实现不同弯曲度的区间隧道单元;因此,可以实现不同长度、坡度、曲线半径的地铁隧道实体单元。此外,实验模型还可以重复使用。
热烟发生单元由独立的火源子单元和烟气子单元组成,火源子单元可以通过燃气流量控制器实现不同的功率的火源,烟气子单元可以通过烟气流量控制器实现不同的烟密度,烟气子单元可以通过烟气发生箱产生不同的烟气,进而可以实现不同功率的火源、不同烟气和不同烟密度的火灾场景,也可以实现列车内不同着火位置的火灾场景。
本发明提供的地铁长大区间火灾实验系统可以通过控制相邻若干车站的通风排烟子单元实现不同的地铁隧道排烟模式、风阀开关模式的有效验证。
图9为本发明一实施例地铁长大区间火灾实验方法的流程示意图,如图9所示,本发明提供的采用上述任一实施例所述的地铁长大区间火灾实验系统的地铁长大区间火灾实验方法,包括:
S901、开启实验测量数据采集单元;
具体地,在进行所述火灾实验之前,需要根据所述火灾实验需要模拟的实际情况,设置完成地铁长大区间火灾实验系统,具体包括将列车单元设置在地铁隧道实体单元内的预设着火置处,设置地铁隧道实体单元的坡度、曲线半径,并检查地铁隧道实体单元的气密性,测试热烟发生单元能够正常工作,测试通风排烟单元能够正常工作,测试实验测量数据采集单元能够正常工作。在所述火灾实验的准备工作完成之后,开启实验测量数据采集单元。
S902、启动热烟发生单元产生火灾实验需要的火源和烟气;
具体地,在开启所述实验测量数据采集单元之后,需要等待一段时间,以保证所述实验测量数据采集单元可以正常工作,然后启动热烟发生单元产生火灾实验需要的火源和烟气。所述火源和所述烟气产生的初始位置根据实验需要进行设置,例如可以是所述列车单元的车头、车尾或者中部,所述列车单元的中部是指在所述列车单元的车头与所述列车单元的车尾之间的任何一个位置。
S903、根据所述火源和烟气在列车单元中发生的位置以及所述列车单元在区间隧道单元中所处的位置,启动预设的排烟送风模式;
具体地,在所述火源和所述烟气产生后,根据所述火源和烟气在所述列车单元中发生的位置以及所述列车单元在区间隧道单元中所处的位置,启动预设的排烟送风模式。所述预设的排烟送风模式,即在所述火灾实验前,基于所述列车单元的位置和所述火灾可能在所述列车单元中发成的情况,设计的排烟送风方案。
S904、所述实验测量数据采集单元采集所述火灾实验的实验数据,对所述实验数据进行分析。
具体地,在所述火灾实验的过程中,所述实验测量数据采集单元实时地采集、存储并分析所述火灾实验的实验数据。在所述火灾实验的过程中,可以调整所述通风排烟单元包括的区间隧道排烟子单元、轨顶排烟子单元、轨底排热子单元和中间风井排烟子单元的开启与关闭,以及相应风机的排风量大小,进而可以找出针对此种火灾情况的合理应对方案。
本发明提供的地铁长大区间火灾实验方法,由于能够通过地铁隧道实体单元、列车单元、热烟发生单元、通风排烟单元和实验测量数据采集单元,对地铁长大区间火灾事故进行模拟,节约了火灾事故模拟的成本,进一步地,可根据列车单元的起火部位以及列车单元的位置来启动预设的排烟送风模式,能够对地铁长大区间发生火灾事故时的排烟送风进行模拟,优化地铁长大区间隧道通风排烟设计。
在上述各实施例的基础上,进一步地,所述预设的排烟送风模式包括第一排烟送风模式、第二排烟送风模式、第三排烟送风模式和第四排烟送风模式,其中:
所述第一排烟送风模式在所述火源和烟气产生于所述列车单元的车头或者车尾时启用;
所述第二排烟送风模式在所述火源和烟气产生于所述列车单元的中部时启用;
所述第三排烟送风模式包括开启满足预设条件的联络通道,并启用未起火隧道内距离所述联络通道最近的所述区间隧道排烟子单元或中间风井排烟子单元,然后启用第一排烟送风模式或者第二排烟送风模式;
所述第四排烟送风模式包括启用轨顶排烟子单元和轨底排热子单元,并启用所述第一排烟送风模式、所述第二排烟送风模式或者所述第三排烟送风模式。
具体地,在模拟所述列车单元的车头或者车尾着火的火灾实验时,所述火源和烟气产生于所述列车单元的车头或者车尾,这时启动第一排烟送风模式;所述第一排烟送风模式包括开启着火列车所在隧道内相邻近的区间隧道排烟子单元和预设数量的中间风井排烟子单元,形成靠近所述火源的区间隧道排烟子单元或所述预设数量的中间风井排烟子单元排烟、远离所述火源的区间隧道排烟子单元或所述预设数量的中间风井排烟子单元送风,控制所述烟气形成有效的定向流动,防止烟气逆流产生。当所述烟气不能定向流动时,加大所述区间隧道排烟子单元和预设数量的中间风井排烟子单元的排烟或送风量,或者增加所述区间隧道排烟子单元的区间隧道风机和所述中间风井排烟子单元的中间风井处的区间隧道风机的开启数量。其中,所述预设数量根据实际需要进行设定,本发明实施例不做限定。在模拟所述列车单元的中部着火的火灾实验时,所述火源和烟气产生于所述列车单元的中部,这时启动第二排烟送风模式;所述第二排烟送风模式包括,让所述烟气自由蔓延预设时间,以供乘客进行疏散,然后启动所述第一排烟送风模式。所述预设时间根据实际经验进行设定,本发明实施例不做限定。
所述第三排烟送风模式包括开启满足预设条件的联络通道,并启用未起火隧道内距离所述联络通道最近的所述区间隧道排烟子单元或所述中间风井排烟子单元,然后启用第一排烟送风模式或者第二排烟送风模式;所述第三排烟送风模式包括,在模拟所述列车单元的车头或者车尾着火的火灾实验时,所述火源和烟气产生于所述列车单元的车头或者车尾,这时先开启距离所述列车单元的车头或车尾的最近的一个联络通道,上述联络通道即为满足预设条件的联络通道,并启用未起火隧道内距离所述联络通道最近的所述区间隧道排烟子单元或所述中间风井排烟子单元,然后启用所述第一排烟送风模式;在模拟所述列车单元的中部着火的火灾实验时,所述火源和烟气产生于所述列车单元的中部,这时先同时开启距离所述车头最近的一个联络通道和距离所述车尾最近的一个联络通道,上述联络通道即为满足预设条件的联络通道,并启用未起火隧道内距离所述联络通道最近的所述区间隧道排烟子单元或所述中间风井排烟子单元,然后启用所述第二排烟送风模式。其中,所述列车单元所在的隧道即为起火隧道,所述未起火隧道即通过所述联络通道与所述起火隧道相连通的隧道。所述第四排烟送风模式包括启用所述轨顶排烟子单元和所述轨底排热子单元,并启用所述第一排烟送风模式、所述第二排烟送风模式或者所述第三排烟送风模式,形成对所述第一排烟送风模式、所述第二排烟送风模式或者所述第三排烟送风模式的辅助排烟和送风,即加大排烟和送风量。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。