CN111060343A - 管廊通风系统安全检测的模拟试验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种管廊舱室内自然通风和机械排风模型测试试验系统及测试方法，整个平台包括廊舱模型、气体输送系统、风机监测和气体浓度测量系统四大组成部分。廊舱模型的进排风口设有推拉门可用来调节其尺寸大小，气体输送系统深入廊舱模型下端，以管道泄漏的形式向廊舱模型内通入二氧化碳气体，风机监测系统与廊舱模型排风口相连，为廊舱模型提供风速并对风机运行状态进行监测，气体浓度测量系伸入廊舱模型内，用于采集廊舱模型内的二氧化碳浓度数据信息。该测试系统模拟管廊内燃气泄漏后，分别通过自然通风和机械排风两种情况下廊内气体浓度和风机状态参数的测试，测试结果直观可信。
Description
技术领域
本发明涉及管廊附属设施通风系统的安全测试领域，具体是指一种管廊舱室内自然通风和机械排风模型测试试验系统及测试方法。
背景技术
城市地下综合管廊是新兴城市基础设施的重要组成部分，是城市赖以生存和发展的物质基础。燃气泄漏是燃气管廊事故的主要形式，通风则是处理燃气泄漏的主要手段，提高管廊通风系统的可靠性已经成为我国管廊发展的重要课题。自然通风和机械排风是管廊在运营过程中改善舱室内环境，带走泄漏的危险气体的主要方法，其有效性和运行状态具有重要的研究意义。
目前关于燃气管廊通风系统的评价较少且主要采用数值模拟方式，即采用计算流体动力学软件对舱室内流场进行数值模拟分析。由于流体的复杂性，采用计算机模拟的方式评估管廊通风系统会存在很多的未知因素，导致评估的不准确。因此，采用试验台进行燃气管廊通风系统模拟测试可直接对舱室内气体浓度和风机运行状态进行监测，并以此为依据对管廊通风系统效果及风机状态进行评估。
发明内容
本发明的目的是提供一种管廊通风系统的安全测试平台，该平台通过实物模型对廊舱内气体浓度和风机运行状态进行监测，并且测试结果直观可信。
本发明通过缩尺模型的廊舱代替原型廊舱，在模型两侧上端面布置进风口与出风口，下端面等距布置存在泄漏管道模型，一端封闭，一端输入检测气体，管廊模型的两端采用密闭结构模拟防火门关闭的工况。
本发明中：管廊的进排风口的大小可以进行调节，有效地试验进排风口的大小对通风效果的影响，并找出效果最好时，通风口大小与廊舱的比例。
本发明中：采用二氧化碳作为泄漏气体代替甲烷进行试验，在保证测试有效的前提下提高了平台的安全性。
本发明中：在二氧化碳接入廊舱模型的沿程中布置阀门、流量计、压力表，保证泄漏的二氧化碳量稳定可控，保证试验的顺利进行。
本发明中：试验后二氧化碳由廊舱模型排风口统一排出，不会对周围环境造成影响。
本发明中：所述的二氧化碳测量系统包括二氧化碳测试探头和数据采集仪，所述测试设备布置于廊舱模型内。二氧化碳测试探头测试舱内二氧化碳浓度并将所测浓度转换成数据信息传输给数据采集仪。二氧化碳测量系统主要解决模型舱内不同区域的二氧化碳浓度测试。
本发明中：廊舱模型内设置输气管道，泄漏气体输送管输送到存在泄漏的输气管道中，模拟燃气管道泄漏的过程，泄漏气体由恒压气罐提供，还原燃气管廊中输气管道压力恒定条件。
本发明中：风机布置于模型排风口位置采用机械抽风的方式进行排风，风机为本平台提供初始风速来源。风机选型时要充分考虑其送风量、尺寸大小、电机功率等，对于本平台来说，还应满足振动小、噪音低的要求。
本发明中：风机上布置磁电式速度传感器以及电阻应变片，用于测量风机在运行过程中的振动情况。
本发明中：气体浓度测量系统中的气体的测量误差小于10％。
本发明中：根据试验数据进行管廊通风系统安全评价，风机振动速度的变化与管廊内二氧化碳气体浓度有直接联系，其在数值上呈现抛物线的反比例关系。
与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：
(1)本发明避免了只能在管廊现场布置相关设备进行测试的局限，使得测试易于实现，且保证了测试结果的准确性。
(2)本发明通过在廊舱模型的进排风口出设置可调节大小的推拉门，可以有效还原不同通风口大小对通风效果的影响。
(3)本发明通过在输气管道上设置阀门、压力计和流量计，保证还原了实际管廊内环境，且可通过阀门的调节还原不同输气管道压力和不同泄漏口径的工况。
(4)本发明创新性地在对舱内环境进行监测的同时对风机的运行状态进行监测，将风机的运行状态也作为衡量通风系统有效性的重要指标。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明中管廊模型的结构示意图；
图3是本发明中泄漏气体输送系统的结构示意图；
图4是本发明中风机监测系统的结构示意图；
图5是本发明中气体浓度测量系统的结构示意图。
具体实施方式
如图1至图5所示的管廊通风系统模拟试验平台，整个平台包括廊舱模型1、气体输送系统2、风机监测3和气体浓度测量系统4四大组成部分。廊舱模型1作为整个平台的基础，其他系统均在其基础上搭建，气体输送系统2伸入廊舱模型1中，向廊舱模型1内泄漏二氧化碳气体，风机监测系统3与廊舱模型1排风口相连，为廊舱模型1提供风速，气体浓度测量系统4伸入廊舱模型内，采集廊舱模型1内的二氧化碳浓度数据信息。
廊舱模型1是指按照一定的缩尺比例，对廊舱主体101、进风口102、排风口103、泄漏口104等进行等比缩小，模型的尺寸大小需要满足实验室空间要求。
泄漏气体输送系统2包括二氧化碳气管201、可调阀202、流量计203、压力表204、输气管道205和泄漏管道206。二氧化碳气瓶201、可调阀202、流量计203和压力表204通过输气管道205与泄漏管道206串连连接。二氧化碳气管201为试验提供泄漏气体，可调阀202用于调节流入廊舱模型1中的二氧化碳量流量计203和压力表204对流入的二氧化碳进行监测，保证流入量合适、稳定。
风机监测系统3主要解决风机运行过程中状态的监测，它包括风机301、阻力应变片302、磁电式速度传感器303和数据采集卡304。风机301作为测量对象，阻力应变片302和磁电式速度传感器303布置在风机301合适位置，用于测量风机301运行过程中的动态参数并将测到的速度、应力转换成数据信息传输给数据采集卡304。
气体浓度测量系统4主要解决模型廊舱内不同区域泄漏二氧化碳浓度的测试，它包括二氧化碳测量探头401和数据采集仪402。二氧化碳测量探头401和数据采集仪402采用一体化设备，根据仿真结果按合适距离、位置布置在廊舱模型1内，用于随时读取二氧化碳浓度。
本试验平台的工作过程如下：采用二氧化碳作为测试气体，采用风机抽风实现廊舱内部的空气流动。首先将风机调至低功率模拟自然通风工况，待廊舱内风速稳定情况，打开二氧化碳阀门，利用输气软管和泄漏管道向廊舱内部通入二氧化碳，通过记录二氧化碳检测仪数据掌握二氧化碳泄漏情况。实时观察、记录二氧化碳检测仪数据变化情况直至数据不再变化，同时记录风机运行状态相关数据。继续通入二氧化碳，将风机调至高功率模式，实时观察、记录二氧化碳检测仪数据变化情况直至数据不再变化，同时记录风机运行状态相关数据。完成以上步骤后更改泄漏口位置重复以上步骤，根据测试结果评估管廊通风系统工作状态以及风机对廊内环境的影响，为管廊通风系统设计、建立提供依据和指导。
采用上述平台的测试方法包括如下步骤：(1)使用温湿度表测量实验室内环境参数。(2)风机低功率开启，采用阻力应变片和磁电式速度传感器对风机进行实时运行状态进行检测，将对应时刻下的参数实时记入到计算机中，记录测量数据。(3)根据实际工况的要求调节二氧化碳的流量通入二氧化碳。(4)利用二氧化碳检测仪测量舱体内瞬时二氧化碳浓度变化情况。(5)风机开启高功率，实时对廊内二氧化碳浓度、风机运行状态进行监测。(6)调整二氧化碳泄漏速率，重复2、3、4、5。(7)调整二氧化碳泄漏位置，重复2、3、4、5。(8)关闭风机、二氧化碳阀门，分析处理试验数据，对管廊通风系统进行安全评价。
Claims (6)
1.一种管廊通风系统安全检测的模拟试验系统，其特征在于：所述试验系统包括廊舱模型(1)、气体输送系统(2)、风机监测系统(3)和气体浓度测量系统(4)；所述的气体输送系统(2)末端连接为一端密闭，圆周方向存在泄漏裂缝的管道模型(206)，通过管道泄漏向廊舱模型(1)内通入检测气体，所述的风机监测系统(3)位于廊舱模型(1)的可调节大小的排风口处，监测风机(301)运行工作时的振动速度；所述的气体浓度测量系统(4)伸入廊舱模型内，采集廊舱模型(1)内的气体浓度数据信息。
2.根据权利要求1所述的一种管廊通风系统安全监测的模拟试验系统，其特征在于：所述的管廊模型(1)采用2m为一段的有机玻璃板(105)用螺栓(106)进行拼接，法兰之间使用塑胶垫片(107)保证气密性；所述的管廊模型(1)中的通风口大小可以通过推拉门(108)进行调整，并在不同位置标记对应的尺寸数值。
3.根据权利要求1所述的一种管廊通风系统安全检测的模拟试验系统，其特征在于：所述的风机监测系统(3)包括风机(301)、阻力应变片(302)、磁电式速度传感器(303)和数据采集卡(304)；所述的风机(301)位于权利要求1中所述的排风口(103)处，所述的阻力应变片(302)和磁电式速度传感器(303)固定在风机(301)上，将风机(301)运行过程中的振动速度动态变化参数传输给所述的数据采集卡(304)。
4.根据权利要求1所述的一种管廊通风系统安全检测的模拟试验系统，其特征在于：所述的气体浓度测量系统(4)包括二氧化碳测量探头(401)和与之配套的数据采集仪(402)，所述的二氧化碳测量探头(401)和数据采集仪(402)采用一体化设备，并采用并联的方式进行连接，放置在不同高度；所述的二氧化碳测量探头(401)伸入权利要求1中所述的廊舱模型(1)内，测试二氧化碳浓度并将测试到的浓度转换成数据信息传输给数据采集仪(402)。
5.根据权利要求1所述的一种管廊通风系统安全检测的模拟试验系统，其特征在于：气体浓度测量系统(4)中气体的测量误差小于10％，风机监测系统(3)可实时获得风机振动速度变化图。
6.根据权利要求1所述的一种管廊通风系统安全检测的模拟试验系统，其特征在于：风机振动速度的变化与管廊内二氧化碳气体浓度有直接联系，其在数值上呈现抛物线的反比例关系。
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