CN110806424A - 一种精准控制炉膛压力的耐火试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种精准控制炉膛压力的耐火试验装置，其主要技术特点是：在试验装置主体背面安装有多排多列的烧嘴矩阵孔板；每块烧嘴矩阵孔板均与空气管道和燃气管道相连接，通过电动空气调节阀与空燃比调节阀的调控实现空气与燃气按一定比例进行混合，并输送至烧嘴矩阵孔板，点火成功后向试验装置主体内部提供热量；PLC数据采集控制系统包括PLC采集控制模块、热电偶、微差压变送器，PLC采集控制模块通过网线与PLC主机相连接，PLC采集控制模块根据PLC主机的指令实现试验控制功能。本发明提高了对耐火试验装置炉膛内压力的控制精度，解决了耐火试验装置的炉温均匀性和炉压均匀性难以控制的问题，对提升建筑构件耐火性能检测技术方面具有深远的指导意义。

Description

一种精准控制炉膛压力的耐火试验装置

技术领域

本发明涉及耐火试验技术领域，特别涉及一种精准控制炉膛压力的耐火试验装置。

背景技术

随着建筑业和各种新型建筑材料的不断发展，建筑构件耐火性能的重要性越来越突出，目前，建筑构件耐火性能检测通常在耐火试验炉中开展相应耐火试验来实现。建筑构件耐火试验必须要按照国家标准GB/T 9978.1-2008《建筑构件耐火试验方法》中温度、压力的要求在耐火试验炉中模拟火灾环境，通过对完整性、隔热性等指标进行分析从而判定试件的耐火性能。其中，燃烧控制技术在耐火试验炉的设计中占有十分重要的位置，它决定着试验过程中炉温均匀性和炉压均匀性测量和控制的准确性。

目前国内现有的耐火试验装置燃烧控制技术大多采用脉冲时序控制技术和传统连续比例燃烧控制技术等。通常试验装置内烧嘴数量较少且烧嘴间隔较远，距离烧嘴一定范围内的区域存在受热温度不均匀的现象，进而影响炉压分布不均匀。脉冲时序控制技术由于炉膛压力受脉冲燃烧的影响，烧嘴大小火状态的交替变化，炉压波动较大不宜控制；传统连续比例燃烧控制技术在高温缓慢上升阶段，温度变化小，普通烧嘴很难实现炉温的均匀性控制。因此，现有的试验装置及燃烧控制技术很难兼顾炉膛内温度和压力的精准控制，进而导致检测试验的测试环境难以满足国标规定的控制要求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种精准控制炉膛压力的耐火试验装置，采用独面式烧嘴矩阵供热的结构，解决了耐火试验炉的炉温均匀性和炉压均匀性难以控制的问题。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种精准控制炉膛压力的耐火试验装置，包括试验装置主体及其内部的空气管路系统、燃气管路系统和排烟管路系统，在试验装置主体内壁敷设有耐火纤维及锚固件，所述试验装置主体采用半封闭箱型结构，前面为敞开式用于安装被测的建筑结构耐火构件，在试验装置主体背面安装有多排多列的烧嘴矩阵孔板；每路烧嘴矩阵孔板均与空气管道和燃气管道相连接，通过电动空气调节阀与空燃比调节阀的调控空气与燃气按一定比例进行混合，输送至烧嘴矩阵孔板，点火成功后向试验装置主体内部提供热量；

所述空气管路系统由引风机、三级空气管道支路、二级空气管道支路、总空气管道、多个手动空气调节阀和多个电动空气调节阀构成；多个手动空气调节阀安装在每个三级空气管道支路上，多个电动空气调节阀安装在每个二级空气管道支路上，电动空气调节阀的控制线与PLC采集控制模块对应通道的接线端子相连；所述引风机安装在总空气管道上；所述燃气管路系统由二级燃气管道支路、三级燃气管道支路、多个手动燃气调节阀、多个空燃比调节阀和多个燃气电磁阀组成，与烧嘴矩阵孔板连接的三级燃气管道支路上依次设有空燃比调节阀、燃气电磁阀和手动燃气调节阀，空燃比调节阀通过随动三级空气管道支路输送空气量的大小调节三级燃气管道支路的燃气量；

所述排烟管路系统主要由排烟管道、电动烟气调节阀、排烟风机和烟囱组成，一条排烟管道设置在试压装置底部，另一条排烟管道设置在试验装置背面上方，每条排烟管道的中部设有一个电动烟气调节阀，排烟管道与烟囱之间设有一个排烟风机；

所述PLC数据采集控制系统包括PLC采集控制模块、热电偶、微差压变送器，热电偶一部分布置于试验装置主体内部用于控制和测量炉内温度，另一部分布置于建筑耐火构件两侧用于测量背火面与向火面的温度，微差压变送器安装于试验装置外侧壁上用于测量试验装置内压力的变化，热电偶通过补偿导线与PLC采集控制模块相连接，微差压变送器、电动空气调节阀、电动烟气调节阀分别通过导线与PLC采集控制模块相连接，PLC采集控制模块通过网线与PLC主机相连接，PLC采集控制模块根据PLC主机的指令实现试验控制功能。

进一步，所述试验装置主体由钢板相互对接焊接而成。

进一步，所述烧嘴矩阵由16块烧嘴矩阵孔板组成，每排四块，共四排，等间距均匀布安装在试验装置背面试验装置主体上。

进一步，所述烧嘴矩阵分为左上、左下、右上、右下四组，每组四块烧嘴矩阵孔板，每组烧嘴矩阵孔板在PLC采集控制模块的控制下采用分块式供热方式供热。

进一步，所述烧嘴矩阵由上至下分为四层，每层四块烧嘴矩阵孔板，每层烧嘴矩阵孔板在PLC采集控制模块的控制下采用分层式供热方式供热。

进一步，所述手动空气调节阀为12个，所述电动空气调节阀为4个，所述手动燃气调节阀为16个，所述空燃比调节阀为16个，所述燃气电磁阀为16个。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明采用独特的烧嘴矩阵结构、温度压力控制方式，在满足国家标准GB/T9978.1-2008《建筑构件耐火试验方法》中规定的要求基础上，提高了对耐火试验装置炉膛内压力的控制精度，解决了耐火试验装置的炉温均匀性和炉压均匀性难以控制的问题，能够为相关标准和规范的制修订提供技术支撑，对提升建筑构件耐火性能检测技术方面具有深远的指导意义。

2、本发明通过PLC对燃气管道、空气管道上的相应阀门进行调节，进而改变试验工况、烧嘴的供热方式，实现以往需采用多个试验装置才能完成试验，而且，在使用性能上，自动化控制程度高，操作安全方便。

附图说明

图1是本发明的试验装置主体及烧嘴矩阵主视结构示意图；

图2是烧嘴矩阵的分块供热模式示意图；

图3是烧嘴矩阵的分层供热模式示意图；

图4是空气管路、燃气管路系统结构示意图；

图5是排烟管路系统结构示意图；

图中：1-烧嘴矩阵孔板、2-耐火纤维及锚固件、3-试验装置主体、4-三级空气管道支路、5-二级空气管道支路、6-总空气管道、7-引风机、8-电动空气调节阀、9-手动空气调节阀、10-二级燃气管道支路、11-三级燃气管道支路、12-手动燃气调节阀、13-空燃比调节阀、14-燃气电磁阀、15-PLC采集控制模块、16-微差压变送器、17-热电偶、18-排烟管道、19-电动烟气调节阀、20-排烟风机、21-烟囱。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。

一种精准控制炉膛压力的耐火试验装置由试验装置主体、烧嘴矩阵、空气管路系统、燃气管路系统、排烟管路系统、PLC数据采集控制系统构成。

如图1所示，所述试验装置主体3外形尺寸为3m(长)*3m(宽)*1m(进深)，由钢板相互对接焊接而成，试验装置主体3内壁敷设有耐火纤维及锚固件2，试验装置主体3采用半封闭箱型结构，前面为敞开式用于安装被测的建筑结构耐火构件。

所述烧嘴矩阵由16块烧嘴矩阵孔板1组成，每排四块，共四排，等间距均匀布安装在试验装置背面试验装置主体上，每块烧嘴矩阵孔板1通过连接件分别与三级空气管道支路4和三级燃气管道支路11相连接，通过电动空气调节阀8与空燃比调节阀13的调控空气与燃气按一定比例进行混合，输送至烧嘴矩阵孔板，点火成功后向试验装置主体内部提供热量。

如图4所示，空气管路系统主要由引风机7、三级空气管道支路4、二级空气管道支路5、总空气管道6、12个手动空气调节阀9和4个电动空气调节阀8组成。手动空气调节阀9(KB1～KB12)安装在三级空气管道支路4上，电动空气调节阀8(KA1～KA4)安装在二级空气管道支路5上，电动空气调节阀8的控制线与PLC采集控制模块15对应通道的接线端子相连。所述引风机安装在总空气管道6上。燃气管路系统主要由二级燃气管道支路10、三级燃气管道支路11、16个手动燃气调节阀12、16个空燃比调节阀13和16个燃气电磁阀14组成，与烧嘴矩阵孔板1连接的三级燃气管道支路11上依次设有空燃比调节阀13、燃气电磁阀14和手动燃气调节阀12，空燃比调节阀13通过随动三级空气管道支路4输送空气量的大小调节三级燃气管道支路11的燃气量。

如图5所示，排烟管路系统主要由排烟管道18、电动烟气调节阀19、排烟风机20和烟囱21组成，一条排烟管道18设置在试压装置底部，另一条排烟管道设置在试验装置背面上方，每条排烟管道18的中部设有一个电动烟气调节阀19，排烟管道18与烟囱21之间设有一个排烟风机20。

如图4所示，所述PLC数据采集控制系统主要包括PLC采集控制模块15、热电偶17、微差压变送器16，热电偶17一部分布置于试验装置内部用于控制和测量炉内温度，另一部分布置于建筑耐火构件两侧用于测量背火面与向火面的温度，微差压变送器16安装于试验装置外侧壁上用于测量试验装置内压力的变化，热电偶17通过补偿导线与PLC采集控制模块15相连接，微差压变送器16、电动空气调节阀8、电动烟气调节阀19分别通过导线与PLC采集控制模块15相连接，PLC采集控制模块15通过网线与PLC主机相连接。PLC采集控制模块根据PLC主机的指令实现试验控制功能。

PLC采集控制装置的控制模式有两种：

(1)分块式供热模式

如图2所示，试验装置在试验过程中采用分块式供热模式，在该供热模式中，烧嘴矩阵分为左上、左下、右上、右下四组，其中，烧嘴矩阵孔板1号、2号、5号、6号为一组同时供热，烧嘴矩阵孔板3号、4号、7号、8号为一组同时供热，烧嘴矩阵孔板9号、10号、13号、14号为一组同时供热，烧嘴矩阵孔板11号、12号、15号、16号为一组同时供热。试验开始前，首先打开KB3、KB5、KB2、KB6、KB10、KB8、KB11、KB12手动空气调节阀，关闭KB1、KB4、KB7、KB9手动空气调节阀，打开所有三级燃气管道支路11上的手动燃气调节阀12，启动电气控制柜上相应供电按钮，分别为电动空气调节阀8、电动烟气调节阀19、引风机7、排烟风机20、微差压变送器16、PLC采集控制模块等提供电源。根据试验的具体需要，在PLC主机的系统软件界面上设置电动空气调节阀开度后，打开引风机7，烧嘴矩阵孔板1进行自动吹扫程序，吹扫完成后，启动烧嘴点火按钮，烧嘴矩阵孔板全部点燃且稳定燃烧后，打开排烟风机20。试验开始后，实时采集、控制试验装置内的温度和压力，PLC采集控制系统根据设定的过程控制算法分别自动调节KA1、KA2、KA3、KA4四个电动空气调节阀的开度，通过对电动空气调节阀开度的调节，进而改变三级空气管道支路的空气量，空气量的变化随动改变燃气供应量的大小，烧嘴矩阵孔板供热强度大小、试验装置内温度也随之改变。试验开始一段时间后，随着烟气的增加，试验装置内压力不断升高，通过对电动烟气调节阀KD1、KD2开度的调节，改变排烟管道烟气的排放量，进而改变试验装置内的压力。因此，本控制模式通过不断自动调节电动空气调节阀、电动烟气调节阀的开度，能够保证试验装置内温度、压力满足国家标准GB/T9978.1-2008《建筑构件耐火试验方法》中规定的要求，同时由于采用分块式控制模式，能够对烧嘴矩阵进行分块、分区的连续控制和调节，进而能够保证试验装置内温度分布的均匀性，炉压波动变化小。

(2)分层式供热模式

如图3所示，试验装置在试验过程中采用分层式供热模式，在该供热模式中，烧嘴矩阵分为一层、二层、三层、四层四组，其中，烧嘴矩阵孔板1号、2号、3号、4号为一组同时供热，烧嘴矩阵孔板5号、6号、7号、8号为一组同时供热，烧嘴矩阵孔板9号、10号、11号、12号为一组同时供热，烧嘴矩阵孔板13号、14号、15号、16号为一组同时供热。试验开始前，首先打开KB1、KB3、KB4、KB6、KB7、KB9、KB11、KB12手动空气调节阀，关闭KB2、KB5、KB8、KB10手动空气调节阀，打开所有三级燃气管道支路11上的手动燃气调节阀12，启动电气控制柜上相应供电按钮，分别为电动空气调节阀8、电动烟气调节阀19、引风机7、排烟风机20、微差压变送器16、PLC采集控制模块等提供电源。根据试验的具体需要，在PLC主机的系统软件界面上设置电动空气调节阀开度后，打开引风机7，烧嘴矩阵孔板1进行自动吹扫程序，吹扫完成后，启动烧嘴点火按钮，烧嘴矩阵孔板全部点燃且稳定燃烧后，打开排烟风机20。试验开始后，实时采集、控制试验装置内的温度和压力，PLC采集控制模块根据设定的过程控制算法分别自动调节KA1、KA2、KA3、KA4四个电动空气调节阀的开度，通过对电动空气调节阀开度的调节，进而改变三级空气管道支路的空气量，空气量的变化随动改变燃气供应量的大小，烧嘴矩阵孔板供热强度大小、试验装置内温度也随之改变。试验开始一段时间后，随着烟气的增加，试验装置内压力不断升高，通过对电动烟气调节阀KD1、KD2开度的调节，改变排烟管道烟气的排放量，进而改变试验装置内的压力。因此，本控制模式通过不断自动调节电动空气调节阀、电动烟气调节阀的开度能够保证试验装置内温度、压力满足国家标准GB/T9978.1-2008《建筑构件耐火试验方法》中规定的要求，同时由于采用分块式控制模式，能够对烧嘴矩阵进行分块、分区的连续控制和调节，进而能够保证试验装置内温度分布的均匀性，炉压波动变化小。

本发明未述及之处适用于现有技术。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种精准控制炉膛压力的耐火试验装置，包括试验装置主体及其内部的空气管路系统、燃气管路系统和排烟管路系统，在试验装置主体内壁敷设有耐火纤维及锚固件，所述试验装置主体采用半封闭箱型结构，前面为敞开式用于安装被测的建筑结构耐火构件，其特征在于：在试验装置主体背面安装有多排多列的烧嘴矩阵孔板；每路烧嘴矩阵孔板均与空气管道和燃气管道相连接，通过电动空气调节阀与空燃比调节阀的调节控制空气与燃气按一定比例进行混合，输送至烧嘴矩阵孔板，点火成功后向试验装置主体内部提供热量；

所述空气管路系统由引风机、三级空气管道支路、二级空气管道支路、总空气管道、多个手动空气调节阀和多个电动空气调节阀构成；多个手动空气调节阀安装在每个三级空气管道支路上，多个电动空气调节阀安装在每个二级空气管道支路上，电动空气调节阀的控制线与PLC采集控制模块对应通道的接线端子相连；所述引风机安装在总空气管道上；所述燃气管路系统由二级燃气管道支路、三级燃气管道支路、多个手动燃气调节阀、多个空燃比调节阀和多个燃气电磁阀组成，与烧嘴矩阵孔板连接的三级燃气管道支路上依次设有空燃比调节阀、燃气电磁阀和手动燃气调节阀，空燃比调节阀通过随动三级空气管道支路输送空气量的大小调节三级燃气管道支路的燃气量；

所述排烟管路系统主要由排烟管道、电动烟气调节阀、排烟风机和烟囱组成，一条排烟管道设置在试压装置底部，另一条排烟管道设置在试验装置背面上方，每条排烟管道的中部设有一个电动烟气调节阀，排烟管道与烟囱之间设有一个排烟风机；

所述PLC数据采集控制系统包括PLC采集控制模块、热电偶、微差压变送器，热电偶一部分布置于试验装置主体内部用于控制和测量炉内温度，另一部分布置于建筑耐火构件两侧用于测量背火面与向火面的温度，微差压变送器安装于试验装置外侧壁上用于测量试验装置内压力的变化，热电偶通过补偿导线与PLC采集控制模块相连接，微差压变送器、电动空气调节阀、电动烟气调节阀分别通过导线与PLC采集控制模块相连接，PLC采集控制模块通过网线与PLC主机相连接，PLC采集控制模块根据PLC主机的指令实现试验控制功能。

2.根据权利要求1所述的一种精准控制炉膛压力的耐火试验装置，其特征在于：所述试验装置主体由钢板相互对接焊接而成。

3.根据权利要求1或2所述的一种精准控制炉膛压力的耐火试验装置，其特征在于：所述烧嘴矩阵由16块烧嘴矩阵孔板组成，每排四块，共四排，等间距均匀布安装在试验装置背面试验装置主体上。

4.根据权利要求3所述的一种精准控制炉膛压力的耐火试验装置，其特征在于：所述烧嘴矩阵分为左上、左下、右上、右下四组，每组四块烧嘴矩阵孔板，每组烧嘴矩阵孔板在PLC采集控制模块的控制下采用分块式供热方式供热。

5.根据权利要求3所述的一种精准控制炉膛压力的耐火试验装置，其特征在于：所述烧嘴矩阵由上至下分为四层，每层四块烧嘴矩阵孔板，每层烧嘴矩阵孔板在PLC采集控制模块的控制下采用分层式供热方式供热。

6.根据权利要求3所述的一种精准控制炉膛压力的耐火试验装置，其特征在于：所述手动空气调节阀为12个，所述电动空气调节阀为4个，所述手动燃气调节阀为16个，所述空燃比调节阀为16个，所述燃气电磁阀为16个。

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