CN110728895A - 一种可用于隧道及地铁车站半横向排烟研究的实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种火灾排烟实验装置，能用于隧道及地铁车站半横向排烟研究的模型实验装置，针对现今隧道和地铁站台的发明研究多集中于结构顶部风道以及站台屏蔽门开闭方面，通风排烟方式的实验测试多数都是分开来研究或发明创造，本发明综合考虑到隧道和地铁站台的缩尺寸实验台许多结构可进行模块化处理，设置滑动槽和软连接，使相关部位可以滑动并保持连接状态；设置挡板和预留插槽实现结构转换；设置补风，排烟系统进行通风防排烟实验；设置测试装置和预留测试孔实现排烟效果如温度、能见度和烟气层高度的监控测量，能够做到在同一装置上进行不同相近方向的实验研究，对于科研效率、资源节约以及解决占地问题都有着至关重要的意义。

Description

一种可用于隧道及地铁车站半横向排烟研究的实验装置

技术领域：

本发明设计一种火灾排烟实验装置，尤其是涉及能用于隧道及地铁车站半横向排烟研究的模型实验装置，通过装置结构模块的调整，能分别模拟实验隧道及地铁车站半横向排烟研究。

背景技术：

近年来，我国的基础建设发展迅速，隧道工程和地铁建设在全国各地区都如火如荼的进行着。这些设施加强了各地的联系，也方便了人们的生活，但这些深埋或封闭的空间也极易出现突发事故。如若在这些设施中发生火灾事故，轻者造成交通运输问题，重者产生的烟气还会对人员生命财产造成威胁，酿成悲剧，扰乱生活秩序。因此在公路、铁路隧道和地铁站台安全工程中，通风系统是其重要的组成部分。目前国内外对隧道通风排烟方式主要包括纵向通风、横向通风、半横向通风和重点排烟等方式。随着特殊地形隧道(江底隧道、海底隧道)的增加，半横向排烟方式(单点排烟、多点排烟)得到广泛的应用。对于半横向排烟方式，隧道顶部设置独立排烟风道，风口开启的方式和风口开启的面积可对设施内的烟气和气流组织造成显著影响。国内越来越多地铁车站在站台轨行区上方建设有土建风道，用于站台火灾(站台或者轨行区列车发生火灾)工况下的排烟。即使屏蔽门车站，现行的排烟方案要求开启部分屏蔽门从而使站台和车辆轨行区的空间直接连通，利用轨行区上方的土建风道进行排烟。对于地铁车站可以视为狭长空间，火灾时通过土建风道排烟情况可以视作半横向排烟。因此半横向排烟常被作为隧道和地铁站台针对火灾事故重点应用的通风方式。

许多学者都曾致力于隧道和地铁站台的通风排烟相关研究，通常使用的方法包括：理论分析，现场试验，缩尺寸实验和数值模拟等；相比于现场试验，缩尺寸实验由于搭建实验台的费用合理，且能模拟多种工况并依据相似原理推广到实际工况，是实验研究中说服力较强且得出准确数据的一种良好手段。因此，国内外学者开展了多项与通风排烟及相关的模型实验研究。

隧道通风排烟研究涉及到排烟风速，排烟模式转换，以及新型监测控制技术等相关提高排烟效果和灵敏度的方法。上海市城市建设设计研究总院的宁佐利等人的实用新型专利“隧道内排烟系统”，通过监控装置控制管内风速和风向，降低自然风速，可有效排出烟气；北京交科公路勘察设计研究院有限公司的杨秀军等人实用新型专利“隧道侧向集中排烟转换成顶部集中排烟装置”，提供了一种运用较小改造即可将现有侧向集中排烟式隧道转换成顶部集中排烟的方法；公安部四川消防研究所的蒋亚强等人的实用新型专利“一种隧道排烟口集中排烟性能测试装置”，解决了现有技术不具备隧道排烟口集中排烟性能测试装置的问题，运用测试技术对排烟口的排烟性能和效果进行测试以及反馈，为排烟方案的优化和改造提供数据基础；天津大学的朱春光等人的发明专利“一种可切换全横向和半横向排烟隧道运动体火灾实验系统”，可研究地铁运动状况下的通风排烟工况，同时通过开关相应的风机可以由全横向排烟模式切换到半横向排烟模式；长安大学的任锐等人的实用新型专利“一种应用于公路隧道的半横向排风式隧道通风试验装置”，该装置成本投入少，且安全性能高，在隧道的管理、通风照明、监控、火灾等领域均可适用。

对地铁站台通风排烟的研究发明关注点在于排烟方式优化，屏蔽门开闭方式改造，新型监控检测设备的应用等方面。上海市隧道工程轨道交通设计研究院的郑晋丽等人的发明专利“一种开闭式系统车站地铁站台通风排烟方法”，采用车站排风机通过站台送风管均匀排烟方式，满足站台排烟要求，适用于既有车站改造以及车站高层受限、轨行区上排风管无法设置的情况；中铁第四勘察设计院集团有限公司的梅宁等人的实用新型专利“屏蔽门制式地铁车站隧道排热兼站台公共区排烟系统”，利用车站轨顶排热风道实现对屏蔽门式地铁车站站台层公共区的排烟，降低了风管对建筑净空的影响，具有结构和控制调节简单的特点；上海市隧道工程轨道交通设计研究院的郑晋丽等人的发明专利“一种屏蔽门系统兼用的地铁站台排烟布置结构”，优点在于通过排烟口对屏蔽门内的站台区域辅助排烟，可使站台形成原车站排风管均匀排烟与排热风机集中排烟相结合的联合排烟方式，能够有效控制烟气范围，还可避免开启屏蔽门可能引发的二次灾害；长江勘测规划设计研究院有限责任公司的邓越胜等人的发明专利“轨道交通全封闭站台门辅助排烟系统”，该系统可避免在火灾时开启站台门，且在火灾发生的第一时间即可发挥排烟作用；山东交通学院的陈仁山等人的发明专利“一种开闭式系统车站地铁站台排烟布置结构”,该结构设计合理，抽风机通过第一烟雾传感器检测的信号经由第一接受控制器进行控制，能够实现排烟、循环净化空气的功能；中国安全生产科学研究院的史聪灵等人的发明专利“一种地铁全封闭站台门地下车站站台火灾通风排烟方法”，该方法的优点在于能够将火灾期间产生的烟气及时排除，提高排烟效率，对于人员生命安全给以极大的保障。

从上述研究成果可以看出，对于隧道和地铁站台的发明研究多集中于结构顶部风道以及站台屏蔽门开闭方面，通风排烟方式的实验测试也多数基于一种结构(隧道或者地铁车站)进行。这在一定程度上会增大研究成本以及造成不必要的资源浪费。根据地铁站台和隧道均具有狭长空间的特点，虽然两者结构的半横向排烟模式有一定的区别(横断面上排烟风管在狭长空间的相对位置有差异)，但通过对实验装置进行模块化结构处理，通过不同模块的调整、组合、拼装，能够做到在同一装置平台上进行地铁站台和隧道的半横向的实验研究。该组合模式对于提高站台和隧道火灾防排烟研究的效率、资源节约以及解决占地问题都有重要的意义。

发明内容：

为解决上述在同一装置进行隧道和地铁站台的半横向排烟研究，本发明依据相似理论，根据一定几何比例所持，提供一种可用于隧道及地铁车站半横向排烟研究的实验装置。

地下和封闭空间的烟气研究基本是围绕公路、铁路隧道和地铁站台进行的，公路隧道和地铁站台看似隶属不同的交通领域，但二者在物理几何特征方面存在极大的相似性，传统的缩比例实验研究基本是将二者分开考虑，这就增加了试验台搭建成本，同时增加了试验占地，造成初期投资成本增加和不必要的资源浪费。本发明提供一种可用于隧道及地铁车站半横向排烟研究的实验装置，该发明通过改变模型结构来转换隧道和站台，同时调节排烟道控制区域来切换通风排烟特性。

可用于隧道及地铁车站半横向排烟研究的实验装置，设计多个结构简单，并且可以拆卸组装的不同结构的站台、隧道结构模块，相互之间可组合连接。设置滑动槽和软连接，使相关部位可以滑动并保持连接状态；设置挡板和预留插槽实现结构转换；设置补风，排烟系统进行通风防排烟实验；设置测试装置和预留测试孔实现排烟效果如温度、能见度和烟气层高度的监控测量。

为了实现以上的目的，本发明采取如下技术方案：

可用于隧道及地铁车站半横向排烟研究的实验装置，包括：整体框架1，底板2，顶板3，站台4，轨道5，底板2和顶板3里部插槽6(两对)，排烟风道7(两个)，滑动槽8(两个)，滑动滚轮9，旋转手柄10，排烟风机11，软连接12，排烟口13，透明防火玻璃14，测试口15，可变送风角度轴流风机16(利用格栅调角度)，可上下伸缩桌台17，全高屏蔽门18，半高屏蔽门19，油盘20，防火底板21，固定装置22，发烟炉23，集烟风罩24，火源/热烟发生装置25，螺栓26，预留洞口27，支架28。

本发明所述的整体框架1，底板2，顶板3，站台4，透明防火玻璃14的尺寸均是根据某一对象研究地铁站通过某一特定比尺缩比例得到，且都具有防火特征。

本发明所述的结构转换是通过在里部插槽6内分别插入透明防火玻璃14、全高屏蔽门18和半高屏蔽门19来实现，将透明防火玻璃14插入其中是研究隧道结构，而全高屏蔽门18和半高屏蔽门19插入其中是研究地铁站台结构。轨道5用于模拟列车轨道，线路为岛式站台，列车轨行区在站台两侧，中间部位为站台4；隧道结构为狭长直隧道，两侧上下均封闭。

本发明所述的排烟系统由排烟风道7，滑动槽8，滑动滚轮9，摇动旋转手柄10，排烟风机11，软连接12和排烟口13组成。在顶板3下部与宽平行、距顶板3两端15％处分别固定两个滑动槽8，滑动槽8宽度和起止位置与站台4相对应。滑动槽8内有滑动滚轮9，将排烟风道7通过滑动滚轮9与滑动槽8进行上下连接，摇动旋转手柄10使排烟风道7可沿宽度方向平行滑动。排烟风道7的一端通过软连接12与排烟风机11相连，使得排烟风道7平行移动时能够与风机11保持排烟通畅；排烟风道7下有若干排烟口13，它们共同组成排烟系统。摇动旋转手柄10以滑动排烟风道7，从而进行站台和轨道不同位置排烟策略实验研究；选择排烟风道7上排烟口13的开闭个数，试验不同排烟风量的装置排烟策略。

本发明所述的补风系统由可变送风角度轴流风机16和可上下伸缩桌台17组成。可变送风角度轴流风机16通过改变格栅倾角以变换补风角度，可上下伸缩桌台17通过螺旋钮能够将桌面上下移动；将可变送风角度轴流风机16放在可上下伸缩桌台17上组成装置的补风系统，能够满足不同角度，不同位置补风要求。

本发明所述的火源/热烟发生装置25包括油盘20，防火底板21，固定装置22，发烟炉23，集烟风罩24，螺栓26，预留洞口27等。在研究火源工况时，油盘20内放入燃料，将油盘20安放在防火底板21上，再将其与站台4模块上的预留洞口27通过螺栓26相连。在用热烟代替大量燃烧放烟的实验情况下，可考虑热烟工况，让烟饼在发烟炉23内燃烧，有着少量燃料的油盘20放置在发烟炉23旁加热烟气，使烟气进入集气风罩24，再通过集气风罩24末端口和预留洞口27相连，将烟气送入实验装置内。

本发明所述的测量装置包括顶板3下的各种测试口15(包括热电偶布置口，风速仪布置口，烟气浓度测量仪布置口等)，热电偶仪器，风速仪仪器，烟气浓度测量仪器等。测试口布置在顶板上，在发生烟气实验时，通过将测量仪器伸入需要测量位置进行数据测量，获得实验数据，测试口数量和位置可根据实际实验需求开设。

有益效果

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：1、本发明综合考虑到隧道和地铁站台的缩尺寸实验台有许多结构要进行模块化处理，一般为可拆卸组装，许多相近工况的研究在很多方面也可通用，提供一种可将隧道和站台进行模式切换的半横向排烟实验装置；2、本发明通过改变模型结构来构造转换隧道和站台，同时调节送风角度和排烟道控制区域来切换通风排烟特性。能够做到在同一装置上进行不同相近方向的实验研究，对于提高狭长空间火灾工况排烟研究的科研效率、资源节约以及解决占地问题都有着至关重要的意义。

附图说明

图1可用于隧道及地铁车站半横向排烟研究的实验装置示意图

图2可用于隧道及地铁车站半横向排烟研究的实验装置底板俯视图

图3可用于隧道及地铁车站半横向排烟研究的实验装置顶板仰视图

图4可用于隧道及地铁车站半横向排烟研究的实验装置防火玻璃图

图5可用于隧道及地铁车站半横向排烟研究的实验装置全高屏蔽门图

图6可用于隧道及地铁车站半横向排烟研究的实验装置半高屏蔽门图

图7可用于隧道及地铁车站半横向排烟研究的实验装置可变送风角度轴流风机图

图8可用于隧道及地铁车站半横向排烟研究的实验装置可上下伸缩桌台图

图9可用于隧道及地铁车站半横向排烟研究的实验装置可变角度补风装置图

图10可用于隧道及地铁车站半横向排烟研究的实验装置火源发生装置平面图

图11可用于隧道及地铁车站半横向排烟研究的实验装置火源发生装置立面图

图12可用于隧道及地铁车站半横向排烟研究的实验装置热烟发生装置示意图

图13可用于隧道及地铁车站半横向排烟研究的实验装置站台全高屏蔽门实验图

图14可用于隧道及地铁车站半横向排烟研究的实验装置站台半高屏蔽门实验图

图15可用于隧道及地铁车站半横向排烟研究的实验装置隧道实验图

实施例1

本发明可根据实际要求缩尺寸模拟岛式地铁站台的火灾状况下半横向通风排烟实验研究，通过改变特定插槽模块的类型来将实验台转换为地铁站台。倾斜补风角度，排烟风道位置以及开闭不同数量的排烟口进行地铁车站火灾状况下的半横向通风排烟模式性能化测试。通过各测试口对装置内烟气温度、浓度、风速等参数进行测量，以此验证通风排烟方案的效率。

(1)组装模型：通过对某一地铁站进行缩尺寸得到整体框架1，底板2，顶板3，站台4，透明防火玻璃14。整体框架1为金属骨架；底板2相当于车站地面，固定在整体框架底部；顶板3为车站顶，固定在整体框架1的上部。透明防火玻璃14竖直固定在整体框架1的侧面，实验台的物理结构搭建完成。底板2上面放置与站台相同长度不同宽度的长方体站台4，两侧留出的适宜宽度即为轨道5。将两个滑动槽8固定在顶板3下部与宽平行、距顶板3两端15％处，滑动槽8宽度和起止位置与站台4相对应。将排烟风道7通过滑动滚轮9与滑动槽8进行上下连接。

(2)风机安装：将排风机11和排烟风道7通过软连接12相互连接，排风机11放置在地面某一平整处，使得排烟风道7平行移动时能够与风机1保持排风通畅；可变送风角度轴流风机16固定放置在可上下伸缩桌台17上，桌台17可以自由移动，利用轴流风机16向装置以向下倾角送风；

(3)烟气来源：在研究火源工况时，将油盘20安放在防火底板21上，再将其与站台4模块上的预留洞口27通过螺栓26相连。若无法进行大量燃烧从而考虑热烟工况时，将烟饼放入发烟炉23内，有着少量燃料的油盘20放置在发烟炉23旁，集气风罩24罩在发烟炉23上面，集气风罩24末端口和预留洞口27相连。

(4)开始实验：将全高屏蔽门18插入插槽6中，将装置变为地铁站台。开启火源/热烟发生装置25，使站台内充斥烟气。打开排烟风机11和可变送风角度轴流风机16，对站台进行通风排烟，摇动旋转手柄10使排烟风道7沿站台上方宽度方向平行滑动，研究对站台不同位置进行排烟的效果；调节可变送风角度轴流风机16的送风角度并伸缩桌台17，进行补风策略实验研究；调控排烟风道7上排烟口13的开闭个数，实验不同通风量时的排烟效果。各个装置的调节方式可以相互自由组合，最终在电脑上观测热电偶的温度变化，在风速仪上测试不同位置的通风风速，同时利用烟气浓度测试仪，测试某一限定浓度烟气层的高度，对烟气的沉降情况进行观测，结合规范要求得到最佳通风防排烟策略。

本发明在插槽6中可将全高屏蔽门18替换为半高屏蔽门19，以此进行不同屏蔽门类型地铁站通风排烟实验研究，其模型组装和实验设置以及实施方式与上述相同。

实施例2

本发明可根据实际要求缩尺寸模拟狭长隧道的火灾状况下半横向通风排烟实验研究，通过改变特定插槽模块的类型来将实验台转换为隧道。调节补风角度，排烟风道位置以及开闭不同数量的排烟口进行隧道火灾状况下的半横向通风排烟模式性能化测试。通过各测试口对装置内烟气温度、浓度、风速等参数进行测量，以此验证通风排烟方案的效率。

(1)组装模型：结构与上述地铁站台一样，具体各个部位发生少许变化。整体框架1为金属骨架；底板2相当于隧道地面，固定在整体框架底部；顶板3为隧道顶，固定在整体框架1的上部。透明防火玻璃14竖直固定在整体框架1的侧面，实验台的物理结构搭建完成。底板2上面放置的为长方体站台(隧道)4。将两个滑动槽8固定在顶板3下部与宽平行、距顶板3两端15％处，滑动槽8宽度和起止位置与站台(隧道)4相对应。将排烟风道7通过滑动滚轮与滑动槽8进行上下连接。

(2)风机安装：将排风机11和排烟风道7通过软连接12相互连接，排风机11放置在地面某一平整处，使得排烟风道7平行移动时能够与风机1保持排风通畅；可变送风角度轴流风机16固定放置在可上下伸缩桌台17上，桌台17可以自由移动，利用轴流风机16向装置以向下倾角送风；

(3)烟气来源：在研究火源工况时，将油盘20安放在防火底板21上，再将其与站台4模块上的预留洞口27通过螺栓26相连。若无法进行大量燃烧从而考虑热烟工况时，将烟饼放入发烟炉23内，有着少量燃料的油盘20放置在发烟炉23旁，集气风罩24罩在发烟炉23上面，集气风罩24末端口和预留洞口27相连。

(4)开始实验：将防火玻璃14插入插槽6中，将装置变为隧道。开启火源/热烟发生装置25，使隧道内充斥烟气。打开排烟风机11和可变送风角度轴流风机16，对隧道进行通风排烟，摇动旋转手柄10使排烟风道7沿隧道上方宽度方向平行滑动，研究对隧道不同位置进行排烟的效果；调节可变送风角度轴流风机16的送风角度为水平方向送风，同时可将桌台17上下伸缩，进行补风策略实验研究；调控排烟风道7上排烟口13的开闭个数，实验不同通风量时的排烟效果。各个装置的调节方式可以相互自由组合，最终在电脑上观测热电偶的温度变化，在风速仪上测试不同位置的通风风速，同时利用烟气浓度测试仪，测试某一限定浓度烟气层的高度，对烟气的沉降情况进行观测，结合规范要求得到最佳通风防排烟策略。

Claims (3)

1.一种可用于隧道及地铁车站半横向排烟研究的实验装置，其特征在于：包括整体框架(1)，底板(2)，顶板(3)，站台(4)，轨道(5)，插槽(6)，排烟风道(7)，滑动槽(8)，滑动滚轮(9)，排烟风机(11)，软连接(12)，排烟口(13)，透明防火玻璃(14)，测试口(15)，可变送风角度轴流风机(16)，可上下伸缩桌台(17)，全高屏蔽门(18)，半高屏蔽门(19)，预留洞口27，整体框架(1)，底板(2)，顶板(3)和透明防火玻璃(14)构成物理外观，透明防火玻璃(14)作为侧板便于观测，整体框架(1)是由某地铁站缩尺寸得到；

同比例缩放的长方体站台(4)放置于底板(2)上，底板(2)与站台(4)相交处刻有一组插槽(6)，顶板(3)相应位置刻有相同一组插槽(6)，两个轨道(5)分别置于底板(2)且位于插槽(6)外侧；在两组插槽(6)内插入全高屏蔽门(18)或者半高屏蔽门(19)用于模拟站台结构，插入透明防火玻璃(14)用于模拟隧道结构；

带有数个排烟口(13)的一组排烟风道(7)通过滑动槽(8)置于顶板(3)底面，排烟风机(11)依次通过软连接(12)和排烟风道(7)抽取本装置内的烟雾，滑动槽(8)宽度和起止位置与站台(4)相对应，滑动槽(8)内有滑动滚轮(9)，排烟风道(7)可以在滑动槽(8)内移动位置，用于模拟不同排烟位置；数个排烟口(13)可以根据实验需要选择开启或闭合，用于模拟通风排烟效果工况；

底板(2)上开有预留洞口(27)用于导入烟雾或者安置火源；

顶板(3)布置若干测试口15，用于放置检测设备；

可变送风角度轴流风机(16)通过改变格栅倾角变换补风角度，且通过可上下伸缩桌台(17)改变送风高度，用于模拟站台和隧道不同结构形式补风需求。

2.根据权利要求1所述的一种可用于隧道及地铁车站半横向排烟研究的实验装置，其特征在于：还可以设置旋转手柄(10)用于调节排烟风道(7)在滑动槽(8)的位置。

3.根据权利要求1所述的一种可用于隧道及地铁车站半横向排烟研究的实验装置，其特征在于：还可以设置油盘(20)，防火底板(21)，固定装置(22)，发烟炉(23)，集烟风罩(24)，火源/热烟发生装置(25)，在研究火源工况时，油盘(20)内放入燃料，将油盘(20)安放在防火底板(21)上，再将其与站台(4)上的预留洞口(27)通过螺栓相连；在用热烟代替大量燃烧放烟的实验情况下，让烟饼在发烟炉(23)内燃烧，有着少量燃料的油盘(20)放置在发烟炉(23)旁加热烟气，使烟气进入集气风罩(24)，再通过集气风罩(24)末端口和预留洞口(27)相连，将烟气送入实验装置内。

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