CN108802269A - 一种基于空燃比例控制的涂料防火性能测试方法及装置 - Google Patents

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刘建勇
杨展
吴欣
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    • G01N31/12—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods using combustion

Abstract

本发明公开了一种基于空燃比例控制的涂料防火性能测试方法，在测试过程中，计算机软件结合燃烧箱内的控温热电偶测得的温度，由蝶阀控制进入燃烧器空气的量，比例阀根据进入燃烧器空气的量来调节进入燃烧器燃气的量，实现对燃烧器火焰大小的控制，从而控制燃烧箱内的温度达到目标温度，在此过程中，通过监控设置在样品板背火面的背温热电偶温度变化的情况，能够获得涂料的防火性能。本发明具有测试装置结构简单，测试成本低廉的特点，能够通过在计算机软件中设定升温曲线，测试过程系统自动调节燃烧温度，测试涂料的燃烧过程中的变化，从而得到对涂料进行防火性能测试的目的。

Description

一种基于空燃比例控制的涂料防火性能测试方法及装置
技术领域
本发明涉及燃烧测试研究领域，特别涉及一种基于空燃比例控制的涂料防火性能测试方法及装置。
背景技术
防火涂料的作用是涂覆在木材、铝材、钢材等材质表面，用于改善基材的阻燃性能或耐火性能的一种特殊材料。
防火涂料的耐火性能是评价涂料性能的重要参数。目前钢结构防火涂料最主要的测试方法是按照GB 14907-2002进行的全尺寸试验方法。该方法要求将防火涂料涂覆在一条4200mm或更长的I36b或I40b工字钢上，在水平耐火极限试验炉上进行竖直向下加载条件的耐火极限测试。这项测试需要的基材工字钢过于巨大，而且市场上不同厂家生产的工字钢质量存在不同，不同工字钢的承载能力差别巨大，因此基材的质量对试验的结果影响较大。同时也由于基材过大，而且工字钢表面不规则，要涂覆出均匀的厚度，比较困难，薄弱环节也会对测试的结果产生影响；基材过大的情况也会影响到制样时间、干燥时间等，造成测试的周期比较长；测试设备及测试费用方面，由于水平耐火极限试验炉比较复杂，还需要设置专用的加载装置，全国有相关测试能力的机构不多，测试送样困难，同时也导致测试费用较多。由于以上这些情况，造成全面普查钢结构防火涂料耐火极限的做法很难得到推广，也使得市场上假冒伪劣产品众多。
我国发明专利200610167761.1公开了《用于膨胀防火涂料现场检测的电炉和检测方法》，该方法仍然采用电加热的方式对膨胀性防火涂料的防火性能进行测量，测量采用两块竖直放置的铁板，两块铁板背靠背放置，中间夹一铠装热电偶，两铁板边缘之间焊接，试验时两铁板表面涂覆涂料，置于一个电炉炉膛内，控制电炉功率使之与标准的温度、时间曲线一致，测试过程中观测热电偶测得的温度，待温度达到560℃，则表明涂料失去耐火能力，记录从开始试验到失去耐火能力的时间，该时间即为涂料的耐火时间。这种试验方法能够解决平板状钢结构防火涂料测试非受火面散热的问题，但是这种试验仍然采用电炉作为升温条件，缺少了大型试验中试验空间内的强烈空气扰动。如果一个样品在升温之后能够正常膨胀，即使膨胀体强度不够，也会由于电炉空间内没有空气扰动，而能够通过电炉的耐火极限测试。但是如果该样品在全尺寸耐火极限试验炉中进行测试，由于大量空气扰动的存在，则这种膨胀体强度不够的样品，其膨胀体会迅速剥落使得样品不能通过耐火极限测试。因此这种测试与样品的真实耐火极限之间仍然有一定差距。另一方面，由于测试用基材铁板需要焊接制样，涂刷涂料需要两边都能涂刷均匀，这对样品的制样过程也提出了新的要求，从而导致制样过程比较复杂，不利于快速测试的开展。
我国发明专利201310351738.8公开了《一种钢结构防火涂料耐火极限快速测试方法和装置》，该方法采用了竖直耐火极限试验炉进行钢结构防火涂料耐火极限的测试，测试装置包括耐火极限试验炉、耐火极限试验框架、样品固定装置、通风烘箱，样品固定装置包括固定框、隔热耐火棉、钢板盖板。方法是先将样品涂覆在片状钢板基材上，再将样品放入通风烘箱进行干燥养护，然后将样品固定装置安装在竖直的耐火极限试验框架上，将养护好的样品固定在样品固定装置中，并在钢板基材的非受火面安装测温热电偶；将耐火极限试验框架移动至竖直的耐火极限试验炉上进行耐火极限试验，观测并记录测温热电偶的温度，待温度超过极限温度值或试验超过预计时间，停止测试。该装置仍然要采用大型耐火极限试验设备，投资大，试验过程负责，运行成本高，不利于测试的开展。
由于钢结构防火涂料行业发展迅速，因此开发出测试装置结构简单，测试成本低廉，测试条件又能反应出实际燃烧状况的试验装置，非常有利于行业的发展。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于空燃比例控制的涂料防火性能测试方法，采用该方法，可以实现以低成本、结构简单的装置进行防火涂料防火性能测试的目的。
本发明的另一目的在于提供一种基于空燃比例控制的涂料防火性能测试装置。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：
一种基于空燃比例控制的涂料防火性能测试方法，包括以下步骤：
采用六面体燃烧箱进行测试，所述六面体燃烧箱的下侧设置有开口，所述开口用于放置燃烧器，所述六面体燃烧箱的四侧用耐高温绝热棉板围蔽，顶面水平放置涂覆了待测试涂料的样品板，有待测试涂料的一面竖直向下，样品板的背火面铺设一层背温隔热板；
测试过程中，计算机软件结合燃烧箱内的控温热电偶测得的温度，由蝶阀控制进入燃烧器空气的量，比例阀根据进入燃烧器空气的量来调节进入燃烧器燃气的量，实现对燃烧器火焰大小的控制，从而控制燃烧箱内的温度达到目标温度，在此过程中，通过监控设置在样品板背火面的背温热电偶温度变化的情况，能够获得涂料的防火性能。
一种基于空燃比例控制的涂料防火性能测试方法，具体包括以下步骤：
(1)样品的安装：将样品板安装在支撑架上，涂覆了涂料的一面竖直向下；同时在样品板的上表面布置背温热电偶，之后在样品板上表面铺设一层背温隔热板；
(2)样品的测试：在计算机中设定好不同时刻的目标温度值，启动之后计算机输出信号到频率控制表，控制鼓风机维持一定的转速，之后打开燃气瓶阀门，点燃燃烧器，使得燃烧器的火焰加热样品板的下表面，背温热电偶通过温度记录表将背面温度数据实时反馈至计算机；
(3)测试过程中火焰温度的控制：计算机输出目标温度数据到温度控制表，温度控制表根据控温热电偶测得的温度和目标温度数据差，输送相应信号到蝶阀，如果差值为正，则加大蝶阀的开度，如果差值为负，则减小蝶阀的开度，以此实现对燃烧器温度的控制；空燃比例阀通过空压反馈管获得通入燃烧器的空气的压力，自动调整进入燃烧器燃气的压力，从而维持进入燃烧器空气和燃气的比例达到最佳配置，以维持火焰的稳定燃烧；
(4)试验结束：观测并记录背温热电偶传送至计算机的温度数据，一旦任意一点的温度数据达到极限温度或试验超过预计时间，则关闭燃气瓶阀门，停止测试。
步骤(4)中，所述背温热电偶的极限温度为300～700℃。
本发明的另一目的通过以下的技术方案实现：
一种基于空燃比例控制的涂料防火性能测试装置，包括六面体燃烧箱、涂覆了待测试涂料的样品板、背温隔热板、背温热电偶、控温热电偶、温度控制表、温度记录表、频率控制表、计算机、燃气瓶、鼓风机、蝶阀、空燃比例阀、空压反馈管、耐高温绝热棉板、燃烧器、支撑架；
所述六面体燃烧箱的下侧设置有开口，所述开口用于放置燃烧器，所述六面体燃烧箱的四侧用耐高温绝热棉板围蔽，顶面水平放置涂覆了待测试涂料的样品板，有待测试涂料的一面竖直向下，样品板的背火面铺设一层背温隔热板；支撑架用于支撑六面体燃烧箱；
所述样品板背火面设置有背温热电偶；所述控温热电偶设置在六面体燃烧箱的侧面；
所述计算机分别与温度控制表、温度记录表、频率控制表连接，所述温度控制表分别与控温热电偶、蝶阀连接，所述温度记录表与背温热电偶连接，所述频率控制表与鼓风机相连；
所述鼓风机通过蝶阀与燃烧器相连，燃气瓶通过空燃比例阀与燃烧器相连，空燃比例阀与蝶阀之间设置有空压反馈管。
优选的，所述样品板的材质为木质或铝质或钢质，其面积为0.01m2～1.00m2。
作为优选，所述背温隔热板，其厚度为0～0.1m。
更进一步的，所述背温热电偶为K型热电偶，其数量为1～10个。
更进一步的，所述控温热电偶为K型热电偶，其数量为1～10个。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明所述的方法采用燃气模拟火灾状况，并且能够控制燃烧环境，使得不同时刻被测样品的受火温度接近与实际火灾环境一致，从而提高了燃烧性能测试的准确性。
2、本发明所采用的装置使用小型试验该装置进行测试，安装方便，降低了测试成本和测试时间。
3、本发明具有测试装置结构简单，测试成本低廉的特点，本方法能够通过在计算机软件中设定升温曲线，测试过程系统自动调节燃烧温度，测试涂料的燃烧过程中的变化，从而得到对涂料进行防火性能测试的目的。
附图说明
图1所述一种基于空燃比例控制的涂料防火性能测试装置的结构示意图。
图2为升温曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1所示，本实施例一种基于空燃比例控制的涂料防火性能测试装置，包括：涂覆了涂料的样品板1，背温隔热板2，背温热电偶3，控温热电偶4，温度控制表5，温度记录表6，频率控制表7，计算机8，燃气瓶9，鼓风机10，蝶阀11，空燃比例阀12，空压反馈管13，耐高温绝热棉板14，燃烧器15，支撑架16；其中所述六面体燃烧箱的下侧设置有开口，所述开口用于放置燃烧器，所述六面体燃烧箱的四侧用耐高温绝热棉板围蔽，顶面水平放置涂覆了待测试涂料的样品板，有待测试涂料的一面竖直向下，样品板的背火面铺设一层背温隔热板；支撑架用于支撑六面体燃烧箱；
所述样品板背火面设置有背温热电偶；所述控温热电偶设置在六面体燃烧箱的侧面；
所述计算机分别与温度控制表、温度记录表、频率控制表连接，所述温度控制表分别与控温热电偶、蝶阀连接，所述温度记录表与背温热电偶连接，所述频率控制表与鼓风机相连；
所述鼓风机通过蝶阀与燃烧器相连，燃气瓶通过空燃比例阀与燃烧器相连，空燃比例阀与蝶阀之间设置有空压反馈管。
所述温度控制表，是一种自动控制仪表，这种仪表一方面能够将热电偶发送来的电压信号转换为具体的温度数值显示出来；另一方面可以接收计算机发送过来的目标温度信号；并且可将目标温度数据与测得的温度数据进行对比，如果测得的温度数据比目标温度数据低，则增加输出量，反之就减少输出量，达到控制蝶阀开度的目的。
本实施例中，涂覆了涂料的样品板1，材质为木质，其面积为0.01m2，；
本实施例中，背温隔热板2，其厚度为0m；
本实施例中，背温热电偶3，为K型热电偶，数量为1个；
本实施例中，控温热电偶4，为K型热电偶，数量为1个。
本实施例中一种基于空燃比例控制的涂料防火性能测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)样品的安装：将涂覆了涂料的样品板1有涂料的一面竖直向下安装在支撑架16上，并在涂覆了涂料的样品板1的上表面布置背温热电偶3，之后在涂覆了涂料的样品板1上表面铺设一层背温隔热板2；
(2)样品的测试：在计算机8中设定好不同时刻的目标温度值，系统启动之后计算机8输出信号到频率控制表7，控制鼓风机10维持一定的转速，之后打开燃气瓶9阀门，点燃燃烧器15，使得燃烧器15的火焰加热涂覆了涂料的样品板1的下表面，背温热电偶3通过温度记录表6将背面温度数据实时反馈至计算机8；
(3)测试过程中火焰温度的控制：计算机8输出目标温度数据到温度控制表5，温度控制表5根据控温热电偶4测得的温度和目标温度数据差，输送相应信号到蝶阀11，如果差值为正，则加大蝶阀11的开度，如果差值为负，则减小蝶阀11的开度，以此实现对燃烧器15温度的控制；空燃比例阀12通过空压反馈管13获得通入燃烧器15的空气的压力，自动调整进入燃烧器15燃气的压力，从而维持进入燃烧器15空气和燃气的比例达到最佳配置，以维持火焰的稳定燃烧；
(4)试验结束：观测并记录背温热电偶3传送至计算机8的温度数据，一旦任意一点的温度数据达到极限温度或试验超过预计时间，则关闭燃气瓶阀门，停止测试。
本实施例中，所述步骤(4)中，背温热电偶3的极限温度为300℃。
如图2，本发明能够通过在计算机软件中设定升温曲线，测试过程系统自动调节燃烧温度，测试涂料的燃烧过程中的变化，从而得到对涂料进行防火性能测试的目的。
升温曲线公式如下：
T＝345*lg(8t+1)+20；
其中：T——受火面火焰的温度，单位为摄氏度(℃)；
t——时间，单位为分钟(min)。
升温曲线也可根据需要更改为其他公式。
实施例2
本实施例除下述特征外其他结构同实施例1：
本实施例中，涂覆了涂料的样品板1，材质为钢质，其面积为1.00m2；
本实施例中，背温隔热板2，其厚度为0.1m；
本实施例中，背温热电偶3，数量为10个；
本实施例中，控温热电偶4，数量为10个。
本实施例中，所述步骤(4)中，背温热电偶3的极限温度为700℃。
实施例3
本实施例除下述特征外其他结构同实施例1：
本实施例中，涂覆了涂料的样品板1，材质为铝质，其面积为0.40m2；
本实施例中，背温隔热板2，其厚度为0.05m；
本实施例中，背温热电偶3，数量为5个；
本实施例中，控温热电偶4，数量为4个。
本实施例中，所述步骤(4)中，背温热电偶3的极限温度为500℃。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于空燃比例控制的涂料防火性能测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
采用六面体燃烧箱进行测试，所述六面体燃烧箱的下侧设置有开口，所述开口用于放置燃烧器，所述六面体燃烧箱的四侧用耐高温绝热棉板围蔽，顶面水平放置涂覆了待测试涂料的样品板，有待测试涂料的一面竖直向下，样品板的背火面铺设一层背温隔热板；
测试过程中，计算机软件结合燃烧箱内的控温热电偶测得的温度，由蝶阀控制进入燃烧器空气的量，比例阀根据进入燃烧器空气的量来调节进入燃烧器燃气的量，实现对燃烧器火焰大小的控制，从而控制燃烧箱内的温度达到目标温度，在此过程中，通过监控设置在样品板背火面的背温热电偶温度变化的情况，能够获得涂料的防火性能。
2.一种基于空燃比例控制的涂料防火性能测试方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)样品的安装：将样品板安装在支撑架上，涂覆了涂料的一面竖直向下；同时在样品板的上表面布置背温热电偶，之后在样品板上表面铺设一层背温隔热板；
(2)样品的测试：在计算机中设定好不同时刻的目标温度值，启动之后计算机输出信号到频率控制表，控制鼓风机维持一定的转速，之后打开燃气瓶阀门，点燃燃烧器，使得燃烧器的火焰加热样品板的下表面，背温热电偶通过温度记录表将背面温度数据实时反馈至计算机；
(3)测试过程中火焰温度的控制：计算机输出目标温度数据到温度控制表，温度控制表根据控温热电偶测得的温度和目标温度数据差，输送相应信号到蝶阀，如果差值为正，则加大蝶阀的开度，如果差值为负，则减小蝶阀的开度，以此实现对燃烧器温度的控制；空燃比例阀通过空压反馈管获得通入燃烧器的空气的压力，自动调整进入燃烧器燃气的压力，从而维持进入燃烧器空气和燃气的比例达到最佳配置，以维持火焰的稳定燃烧；
(4)试验结束：观测并记录背温热电偶传送至计算机的温度数据，一旦任意一点的温度数据达到极限温度或试验超过预计时间，则关闭燃气瓶阀门，停止测试。
3.根据权利要求2所述基于空燃比例控制的涂料防火性能测试方法，其特征在于，步骤(4)中，所述背温热电偶的极限温度为300～700℃。
4.一种基于空燃比例控制的涂料防火性能测试装置，其特征在于：包括六面体燃烧箱、涂覆了待测试涂料的样品板、背温隔热板、背温热电偶、控温热电偶、温度控制表、温度记录表、频率控制表、计算机、燃气瓶、鼓风机、蝶阀、空燃比例阀、空压反馈管、耐高温绝热棉板、燃烧器、支撑架；
所述六面体燃烧箱的下侧设置有开口，所述开口用于放置燃烧器，所述六面体燃烧箱的四侧用耐高温绝热棉板围蔽，顶面水平放置涂覆了待测试涂料的样品板，有待测试涂料的一面竖直向下，样品板的背火面铺设一层背温隔热板；支撑架用于支撑六面体燃烧箱；
所述样品板背火面设置有背温热电偶；所述控温热电偶设置在六面体燃烧箱的侧面；
所述计算机分别与温度控制表、温度记录表、频率控制表连接，所述温度控制表分别与控温热电偶、蝶阀连接，所述温度记录表与背温热电偶连接，所述频率控制表与鼓风机相连；
所述鼓风机通过蝶阀与燃烧器相连，燃气瓶通过空燃比例阀与燃烧器相连，空燃比例阀与蝶阀之间设置有空压反馈管。
5.根据权利要求4所述基于空燃比例控制的涂料防火性能测试装置，其特征在于：所述样品板的材质为木质或铝质或钢质，其面积为0.01m2～1.00m2。
6.根据权利要求4所述基于空燃比例控制的涂料防火性能测试装置，其特征在于：所述背温隔热板，其厚度为0～0.1m。
7.根据权利要求4所述基于空燃比例控制的涂料防火性能测试装置，其特征在于：所述背温热电偶为K型热电偶，其数量为1～10个。
8.根据权利要求4所述基于空燃比例控制的涂料防火性能测试装置，其特征在于：所述控温热电偶为K型热电偶，其数量为1～10个。
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