CN112820179B - 一种多功能工业火灾实验平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多功能工业火灾实验平台，属于火灾和消防安全研究领域，包括集成设置的试验舱体，试验模拟组件，灭火抑制组件和测控系统组件；试验舱体，提供开展试验的平台，作为集成的载体；试验模拟组件，包括沸溢火模拟组件和流淌火模拟组件；灭火抑制组件，包括可控可调的高压细水雾组件和水成膜泡沫组件；测控系统组件，通过布置不同类型的传感器对火灾试验过程中的形态，温度，热辐射，压力，质量等方面进行测试，提供研究基础数据。本发明为工业火灾验证实验、火灾燃烧演变规律研究、消防技术装备研发以及灭火抑制有效性评价提供高效、灵活的实验技术支持。

Description

一种多功能工业火灾实验平台

技术领域

本发明属于火灾和消防安全研究领域，涉及火灾的模拟装置，尤其涉及一种多功能工业火灾实验平台, 可用于开展流淌火、沸溢火及其灭火抑制实验研究。

背景技术

近年来，工业火灾事故时有发生，有关工业火灾蔓延及其防控技术一直是火灾科学和消防技术研究的热点。其中，流淌火和沸溢火具有特殊的火灾行为，流淌火存在边流淌边燃烧的动态火蔓延过程，沸溢火会出现火焰突然显著增高、热辐射增强、液体沸溢喷溅的突变现象，两者在工业火灾中危险性大，均难以有效扑救和处置。目前流淌火和沸溢火研究主要以局部小尺度实验和数值模拟为主；虽很有必要开展全尺度大规模火灾实验研究，但因其需要大量资金，实验精度和可重复性也很难实现，同时对环保和安全也提出了严格要求；因此综合考虑，在实验室内开展中等规模实尺度火灾模拟实验研究不失为一个较好的技术手段。

发明内容

本发明要解决的问题是在于提供一种多功能工业火灾实验平台，便于开展中等规模实尺度工业火灾的现象过程及火灾动力学演化规律、火灾防控技术等实验研究，为工业火灾验证实验、火灾燃烧演变规律研究、消防技术装备研发以及灭火抑制有效性评价提供高效、灵活的实验技术支持。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种多功能工业火灾实验平台，包括集成设置的试验舱体，试验模拟组件，灭火抑制组件和测控系统组件；

所述试验舱体，提供开展试验的平台，作为集成的载体；

所述试验模拟组件，包括沸溢火模拟组件和流淌火模拟组件；

灭火抑制组件，包括可控可调的高压细水雾组件和水成膜泡沫组件；

测控系统组件，通过布置不同类型的传感器对火灾试验过程中的形态，温度，热辐射，压力，质量等方面进行测试，提供研究基础数据。

进一步的，试验舱体包括舱体，舱体为三层防护结构，外层为集装箱瓦楞板，中层为陶瓷纤维材料，内壁为不锈钢材料，舱体的上端设置有安全阀；舱体上设置通风组件，上部采用风机或泵组的形式进行抽气，舱体下部布置进气百叶口，达到舱体内正常的用气环境。

进一步的，流淌火模拟组件包括试验平台和模拟罐，所述模拟罐设在所述试验平台上，所述试验平台上设有输油口，对所述模拟罐进行燃油供应，所述模拟罐上设有至少一个泄漏口，位于所述模拟罐的上中下部，燃油从泄漏口排出；所述模拟罐包括罐体，所述罐体为中空结构，形成空心腔体，所述空心腔体上设有冷却水循环用的进水口和出水口。

进一步的，所述罐体为立式储罐，输油口通过金属波纹软管与所述立式储罐进行连接，对立式储罐进行供油，所述立式储罐设在所述试验平台的一角，所述试验平台的其他三角区域均设有测试罐，所述测试罐上外形与所述模拟罐一致，所述测试罐上不设置泄漏口。

进一步的，所述立式储罐包括空心环体和盖板，所述盖板固锁在所述空心环体上，所述泄漏口设在所述空心环体的外圈且垂直于所述空心环体设置，多个所述泄漏口的设置高度不同，且在所述空心环体的周向位置错位设置；每个所述泄漏口的前端布置一个大口径管道，用于减少泵组脉冲效应，所述大口径管道的一端通过波纹管与输油口连接，另一端通过法兰与泄漏口进行连接。

进一步的，所述试验平台包括支撑框架，所述支撑框架的上端四周设有围栏，所述围栏的内侧设有耐火隔热板，外侧设有防火棉，所述支撑框架的上端面为防火玻璃，所述输油口向上突出所述防火玻璃设置。

进一步的，沸溢火模拟组件包括支撑架和模拟罐，所述模拟罐设在所述支撑架上，所述模拟罐为上端开口的筒状结构，作为燃烧沸溢的区域，所述支撑架设在称重台上；模拟罐内设有热电偶传感器，采集模拟罐的温度参数；点火组件，实现自动点火、自动熄火；摄像机，录制模拟罐内的情况。

进一步的，所述点火组件包括电火花点火和电加热点火各一种，由高压电子点火设备点燃，通过远程控制电磁阀的关断实现自动点火、自动熄火。

所述模拟罐为直径大于等于0.5m的大尺寸罐体，大尺寸罐体由不锈钢支撑，所述支撑架为设在大尺寸罐体外圈的多个方管，所述大尺寸罐体的底部中间设有观察窗，所述观察窗的下端设有观察镜，所述大尺寸罐体的一端设有与其内部连通的液位管，另一端设有热电偶旁路走线口。

观察窗由耐高温石英玻璃制成，所述观察窗设在定位环内，所述定位环的断面为T形，所述定位环的上端固锁在大尺寸罐体内部的下底面，所述定位环的下端向下伸出所述大尺寸罐体设置，所述定位环与所述观察窗的外圈之间设有至少一个密封圈，所述定位环的下端设有密封压环，所述密封压环对所述观察窗进行支撑。

进一步的，高压细水雾组件包括细水雾供水机组，细水雾供水机组对管路供水，水流在管路上按照水流方向依次经过阀门、过滤器、柱塞泵和减压阀到达喷雾支路，每个喷雾支路上均设有控制通断的分区阀，每个喷雾支路上设有多个喷头；喷头包括不同流量细水雾喷头，通过配置变频器对细水雾高压柱塞泵组的压力进行调节，通过不同喷头的更换及喷射时间的控制，从而满足试验过程中喷射水总量调节的试验需求。

进一步的，测控系统组件包括温度/热辐射测试组件、压力测试组件、质量测试组件、过程监控组件和中控组件，温度/热辐射测试组件用来在试验过程中采集实时的温度和热辐射数据；

压力测试组件包括压力传感器，安装在舱内不同部位，感知舱内的压力并传递数据到中控组件；

质量测试组件，用于测量流淌火/沸溢火模拟试验中的质量损失数据；

过程监控组件，通过摄像仪对舱体的内部进行监控，及记录流淌火/沸溢火模拟试验的火焰形态特征；

中控组件，为PLC控制系统，实现同步控制和远程操作，完成数据的采集、储存、显示以及数据的分析处理。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果如下。

1、本发明便于开展中等规模实尺度工业火灾的现象过程及火灾动力学演化规律、火灾防控技术等实验研究，可为工业火灾验证实验、火灾燃烧演变规律研究、消防技术装备研发以及灭火抑制有效性评价提供高效、灵活的实验技术支持。

2、本发明可开展流淌火、沸溢火等典型工业火灾及其火灾抑制实验研究，具有火灾模拟设计功能强大先进，观测技术手段齐全，结构改造功能性强，实验操作安全可控，内部结构灵活便于组构与安装等特点，可进一步填补工业火灾防控方面的空白，为消防救援队伍应对工业火灾防治、灭火救援以及人员疏散等提供理论和技术支持。

3、本发明流淌火模拟组件中，考虑工艺装置或储罐罐壁对于流淌火燃烧行为的影响，实现了立体流淌火模拟。可开展缩尺寸模拟储罐组防火堤内流淌火灾燃烧实验研究，实现不同泄漏源高度、不同泄漏孔径、不同泄漏位置的流淌火灾模拟，更贴合实际情况，更有利于预防和应急处置。

4、本发明流淌火模拟组件中，罐体采用中空结构，降低了罐体的质量，方便后续的罐体的整体移动，而且有利于降低罐体内的温度，保护燃油管路，提升实验的安全性；模拟罐的下端设置固定支架，固定支架上设有调节其高度的地脚螺钉，方便调节固定支架的高度，满足不同高度调节的需求。

5、本发明沸溢火模拟组件中，小尺度罐体采用透明结构，底部设置观察镜，反射路线上放置摄像机，通过光学反射原理可观察底部液面沸腾状态；大尺度罐体由于是非透明罐体，设置旁通液位的液位管，基于连通器原理可观察液体液面高度，设置旁通管，插入热电偶至罐内底部，测试不同部位温度，底部中间向内设置有观察窗，捕捉油水分界面处沸溢状态特征。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明一种多功能工业火灾实验平台侧视的结构示意图；

图2是本发明一种多功能工业火灾实验平台后视的结构示意图；

图3是本发明舱体接口的结构示意图；

图4是本发明流淌火模拟试验组件实施例3的结构示意图；

图5是本发明卧式罐的结构示意图；

图6是本发明立式储罐的结构示意图；

图7是本发明图6的D-D剖视图；

图8是本发明立式储罐的结构示意图；

图9是本发明图8的A-A剖视图；

图10是本发明高压细水雾组件的示意图；

图11是本发明质量测试组件的结构示意图；

图12是本发明过程监控组件的流程图；

图13是本发明摄像仪安装的结构示意图；

图14是本发明小尺寸罐体内径为100mm的结构示意图；

图15是本发明小尺寸罐体内径为200mm的结构示意图；

图16是本发明小尺寸罐体内径为300mm的结构示意图；

图17是本发明大尺寸罐体的结构示意图；

图18是本发明大尺寸罐体的俯视图；

图19是本发明图18的R-R剖视图；

图20是本发明图19的T部详图。

附图标记：

1、试验舱体；101、舱体；1、试验平台；11、支撑框架；12、围栏；13、耐火隔热板；14、防火棉；21、卧式罐；22、第一立式储罐；23、第二立式储罐；231、吊环；24、测试罐；3、输油口；4、泄漏口；5、进水口；6、出水口；7、盖体；71、把手；8、固定支架；9、地脚螺钉；10、空心腔体；301、摄像仪；302、云台；303、支架；40、安全组件；50、风机；501、高精度压力传感器；503、称重平台；502、数据采集卡；504、数据采集分析模块；801、支撑架；802、小尺寸罐体；8021、底座；8022、定位筒；8023、支撑杆；8024、圆环；8025、支撑柱；8026、底盘；803、观察镜；804、热电偶；805、大尺寸罐体；806、液位管；8061、立柱；8062、球阀；8063、过渡接头；807、热电偶旁路走线口；808、观察窗；8081、定位环；8082、密封压环；8083、密封圈。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。

如图1～图20所示，一种多功能工业火灾实验平台，包括集成设置的试验舱体10，试验模拟组件，灭火抑制组件和测控系统组件；试验舱体，提供开展试验的平台，作为集成的载体；试验模拟组件，包括沸溢火模拟组件和流淌火模拟组件；灭火抑制组件，包括可控可调的高压细水雾组件和水成膜泡沫组件；测控系统组件，通过布置不同类型的传感器对火灾试验过程中的形态，温度，热辐射，压力，质量等方面进行测试，提供研究基础数据。

试验舱体提供各类传感器安装，传输，人员进出等各类接口，包括舱体101，舱门，安全组40件以及接口单元等五部分，其中舱体采用高强度碳钢钢材焊接制作，结构牢固，满足舱体的内部试验要求，舱体的侧面设有至少一个观察窗，观察窗为真空视镜结构，用于人员在舱体外直接观察舱体内试验状况，同时也便于采用高速摄像纹影系统对火焰结构形态进行测试。观察窗经过密封圈多重密封，密封性能优良，密封圈同样采用了硅橡胶材质，厚度8mm，保持20-35%的收缩率，采用螺钉形式固定。

本发明中，观察窗数量为两侧各4处，两两相对，实施例数据，舱体的内腔工作尺寸长宽高满足6m×3.5m×3m，观察窗口径为DN200mm口径，高度1400mm，间距1250mm，舱体上还设有试验设备进入大舱的设备通行舱门，门开口尺寸宽高为2.2m ×2 m。

安全组件，包括安全泄压口，在舱体顶部布置1个安全泄压口，在舱体内压力达到指定值时进行泄压，保护人员与设备安全。安全阀动作灵敏可靠,当到达开启压力时,阀瓣将及时开启和完全上升以达到排放泄压的目的。同时采用密封圈保证良好的密封性能,不仅正常工作时保持不漏,而且要求阀瓣在开启复位后及时关闭且保持密封，在排气压力下阀瓣应达到全开位置,无震荡现象,并保证排出规定的气量。

更优选地，舱体为三层防护结构，外层为 2mm 厚标准集装箱瓦楞板；中层采用厚度为50mm的陶瓷纤维材料进行填充，该材料为不燃性材料，耐温等级1260℃，为舱体内温度环境提供有效的绝热防护；内壁为304不锈钢材料，具备耐高温、抗腐蚀的特性。

更优选地，如图3所示，舱体内电缆按强电、弱电分别设置穿舱接口，电缆穿舱连接采用带密封面的电缆接头，安装时先将电缆接头固定在法兰板上，电缆连接完成后再将法兰板与舱体预留的法兰接口连接即可。

更优选地，舱体上设置通风组件，主要采用风机50或泵组的形式进行抽气，舱体下部布置进气百叶口，达到舱体内正常的用气环境。

如图4-图9所示，试验模拟组件为流淌火模拟组件，包括试验平台1和模拟罐，模拟罐设在试验平台1上，试验平台1上设有输油口3，对模拟罐进行燃油供应，模拟罐上设有至少一个泄漏口4，位于模拟罐的上中下部，燃油从泄漏口4排出。

模拟罐包括罐体，罐体为中空结构，形成空心腔体10，空心腔体10上设有冷却水循环用的进水口和出水口6，采用中空结构降低了罐体的质量，方便后续罐体的整体移动，而且有利于降低罐体内的温度，保护燃油管路，提升实验的安全性。

优选地，燃油流量通过泵组进行控制，流量范围0-10L/min。

实施例1：罐体为卧式罐21，输油口3设在卧式罐21的下端，泄漏口4设在卧式罐21的侧面的中部，泄漏口4均采用螺纹G1/2形式作为接口；更优选地，卧式罐21的下端，轴向的两端对称设有固定支架8，固定支架8上设有调节其高度的地脚螺钉9；更优选地，卧式罐21的规格为200×160×500mm，上下前后5个泄漏口4，其中3个位于侧边，2个位于中部。

实施例2：优选地，罐体为第一立式储罐22，输油口3设在第一立式储罐22的下端，泄漏口4设在第一立式储罐22的中部，且上下等距设置，泄漏口4水平设置，泄漏口4均采用螺纹G1/2形式作为接口，燃油通过满溢的方式从泄漏口4排出，本发明中，第一立式储罐22的规格为：φ150×500mm，3个泄漏口4间距150mm，高度为110/260/410mm。

实施例3：优选地，罐体为第二立式储罐23，输油口3通过金属波纹软管与第二立式储罐23进行连接，对第二立式储罐23进行供油，第二立式储罐23设在试验平台1的一角，试验平台1的其他三角区域均设有测试罐24，测试罐24上外形与模拟罐一致，测试罐24上不设置泄漏口4，测试罐24用来模拟实际罐区的应用环境，仿真性更高；优选地，第二立式储罐23包括空心环体和盖板，盖板固锁在空心环体上，泄漏口4设在空心环体的外圈且垂直于空心环体设置，多个泄漏口4的设置高度不同，且在空心环体的周向位置错位设置，满足不同情况测试的需求；优选地，每个泄漏口4的前端布置一个大口径管道，用于减少泵组脉冲效应，大口径管道的一端通过波纹管与输油口3连接，另一端通过法兰与泄漏口4进行连接。

优选地，盖体7的上端设有方便拿握的把手71，测试罐24和立体储罐的上端均设有吊环231，方便进行整体的吊运。

更优选地，第二立式储罐23的下端也设有固定支架8，固定支架8的下端设置调节高度的地脚螺钉9，与卧式罐21的固定升降结构相同。

优选地，试验平台1包括支撑框架11，支撑框架11的上端四周设有围栏12，围栏12的内侧设有耐火隔热板13，外侧设有防火棉14，支撑框架11的上端面为防火玻璃，输油口3向上突出防火玻璃设置，防火玻璃为微晶玻璃，表面平整光洁，耐高温火烧，具有优秀的防热冲击性能，支撑框架11采用铝合金型材搭建，在强度满足要求的情况下既能保证精度要求，又减轻了整体框架重量。

实施例3的具体数据：在本发明中，试验平台1的规格为2m×2m，第二立式储罐23的外径尺寸规格为φ800×200mm，测试罐24的外径尺寸规格为φ800×200mm，泄漏口4的数量为三个，且相邻两个泄漏口4在上下方向的垂直间距为70mm，后续可以根据要求在装置上进一步布置不同高度的泄漏点，燃油出通过金属波纹软管进入模拟罐内，同时设置第二立式储罐23和测试罐24，考虑工艺装置或储罐罐壁对于流淌火燃烧行为的影响，实现了立体流淌火模拟。可开展缩尺寸模拟储罐组防火堤内流淌火灾燃烧实验研究，实现不同泄漏源高度、不同泄漏孔径、不同泄漏位置的流淌火灾模拟，更贴合实际情况，更有利于预防和应急处置。

如图14-20所示，试验模拟组件为沸溢火模拟组件，包括支撑架801和模拟罐，模拟罐设在支撑架801上，模拟罐为上端开口的筒状结构，作为燃烧沸溢的区域，支撑架801设在称重台上；模拟罐内设有热电偶传感器，采集模拟罐的温度参数；点火组件，实现自动点火、自动熄火；摄像机，录制模拟罐内的情况。

优选地，点火组件包括电火花点火和电加热点火各一种，由高压电子点火设备点燃，通过远程控制电磁阀的关断实现自动点火、自动熄火。

优选地，包括防火组件，防火组件包括长宽均为2m的防火帆布，配套沙土罐，试验前，在模拟罐体周围铺设沙土层，沙土层的铺设范围为10倍模拟罐直径，提升实验的安全性。

优选地，称重台的下端设置压力传感器，通过高精度压力传感器感知微小的压力变化从而测量质量损失。质量损失数据由数据采集卡传送到数据采集分析模块，完成质量损失数据分析，分析的数据可通过显示屏显示，实现了实时监控。

优选地，传感器包括热电偶804、辐射热流计和声级计，热电偶804用来采集模拟罐内的温度，辐射热流计用来测量热辐射能量大小，声级计用来采集模拟罐内的产生沸溢状态的声音强度，还可以根据实验的需求，增加其他种类的传感器和测试仪器设备，获取更丰富的有效信息。

优选地，模拟罐为直径小于0.5m的小尺寸罐体802，小尺寸罐体802由耐高温石英玻璃制成，支撑架801为圆形，小尺寸罐体802的下端对应设有观察镜803，观察镜803用来反映小尺寸罐体802的内部情况，观察镜803设在支撑架801上，一体化设置，稳定性高。

优选地，支撑架801包括下端的底座8021和上端的定位筒8022，定位筒8022内用来放置小尺寸罐体802，定位筒8022的中部中空设置，方便观察镜803与小尺寸罐体802对应，定位筒8022的外圈通过多个支撑杆8023固锁在底座8021的上端，底座8021包括上端的圆环8024和下端的底盘8026，圆环8024和底盘8026通过多个均布的支撑柱8025进行固定，此结构简单，直接采用型材焊接而成，成本低，强度高。

优选地，模拟罐为直径大于等于0.5m的大尺寸罐体805，大尺寸罐体805由不锈钢支撑，支撑架801为设在大尺寸罐体805外圈的多个方管，大尺寸罐体805的中部设有观察窗808，观察窗808的下端设有观察镜803，大尺寸罐体805的一端设有与其内部连通的液位管806，观察内部的液位高低情况，另一端设有热电偶804旁路走线口，保证线缆连接的稳定性。

优选地，观察窗808由耐高温石英玻璃制成，其线膨胀系数极小，是普通玻璃的1/10-1/20，有很好的抗热震性，它的耐热性很高，使用温度高达1100℃-1200℃，短期使用温度可达1400℃，适用于本发明高温环境的试验应用；更优选地，观察窗808设在定位环8081内，定位环8081的断面为T形，定位环8081的上端固锁在大尺寸罐体805内部的下底面，定位环8081的下端向下伸出大尺寸罐体805设置，定位环8081与观察窗808的外圈之间设有至少一个密封圈8083，本发明中，上端和下端均设置一个密封圈8083，定位环8081的下端设有密封压环8082，密封压环8082对观察窗808进行支撑，安装方便，上端耐高温，下端方便观察状况。

优选地，液位管806竖直设置，下方通过立柱8061支撑在水平面上，立柱8061与液位管806之间打胶密封，提升液位管806定位的牢靠性，液位管806与大尺寸罐体805之间的连通管路上设有过渡接头8063和阀门，过渡接头8063有利于实现不同规格管路的连接，阀门有利于实现管路的控制，稳定性高。

实际的模拟实验过程如下：基于沸溢火模拟组件，可开展小尺度和中尺度油品沸溢火模拟实验，研究不同尺度下油品特性、厚度、油水混合比等因素对沸溢燃烧特征参数及沸溢发生时间、沸溢强度的影响规律，建立沸溢发生时间、沸溢强度的理论预测模型，提出沸溢火临界判定条件，在此基础上可进一步研究油类沸溢喷溅预警技术，探讨超声技术、噪声频谱、热波传播速度、图像检测温度变化等各类技术预测沸溢火的可行性和工程应用参数，形成有效的且工程可应用的储罐沸溢火预警解决办法。

如图10所示，灭火抑制组件为高压细水雾组件，高压细水雾灭火系统指利用高压水泵或高压气体使高压水从喷嘴喷出，形成雾状细水滴，均匀覆盖到保护区域，通过冷却、窒息等作用而达到灭火、抑制火势和冷却保护的目的，当舱体内出现火灾试验异常导致火势非常大并且难以控制导致舱体内温度剧烈升高时，将会开启应急系统中的高压细水雾抑火降温组件。

高压细水雾组件包括细水雾供水机组，细水雾供水机组对管路供水，水流在管路上按照水流方向依次经过阀门、过滤器、柱塞泵和减压阀到达喷雾支路，每个喷雾支路上均设有控制通断的分区阀，每个喷雾支路上设有多个喷头。喷头包括3类不同流量细水雾喷头，通过配置变频器对细水雾高压柱塞泵组的压力进行调节，通过不同喷头的更换（流量不同）及喷射时间的控制，从而满足试验过程中喷射水总量调节的试验需求。

在本发明中，保护区面积为24平方米，涵盖整个舱体内部，选用喷头流量为10L/min，系统的流量大约为60L/min，选用的高压细水雾泵的流量为153L/min，工作压力为13Mpa，根据系统流量，选用规格为1 m*1 m*1 m的水箱，水箱实际装水量为0.8t，推算系统喷放时间为20 min。试验人员可以通过喷头的类型（流量不同），工作时间，间隔等设计因数的调整，对细水雾在工业火灾事故场景下的灭火抑制效果开展研究。

灭火抑制组件为水成膜泡沫组件，原理是前端经空压机制造出压缩气体储存于储气罐中，达到设定压力后，气体由储气罐出来，先经过干燥器干燥，再经过三级精密过滤器过滤，气体经过压力调节阀和流量计后直接进入泡沫枪，压力调节阀和流量计可分别调节和显示气体的压力和流量，可采用市场上现有的水成膜泡沫灭火装置，也可采用以下结构。

水成膜泡沫组件采用置于末端的布置方式，水成膜泡沫组件包括储液罐，储液罐顶部装有泄压阀，底部装有排污阀，储液罐通过泵组将储液送入枪头系统，进行泡沫喷射实验时，先调节好各管路所需要的相应压力，再打开相应阀门，即可进行泡沫喷射实验。水成膜泡沫组件可通过调节泡沫预混液的流量和空气流量，进行不同配比下生成泡沫液的实验，调节时，泡沫预混液和空气分别通过各自手动阀门进行调节，调节后各自变化的流量通过两个流量计反映到控制系统，并进行数据存储。

测控系统组件包括温度/热辐射测试组件、压力测试组件、质量测试组件、过程监控组件和中控组件。

温度/热辐射测试组件用来在试验过程中采集实时的温度数据，包括热电偶、信号采集设备、温度采集分析软件、补偿导线及其他附属设备。热电偶是一种温度传感器，它由两条不同的金属线组成，一端结合在一起，另一端连接到热电偶温度计或其他支持热电偶的设备上，主要由紧密的MgO绝缘层、热电偶线和金属护套三个部分组成。

压力测试组件包括压力传感器，压力传感器安装在舱内不同部位，采用在舱壁上钻孔引压方式进行采样测量，无需温度补偿，设计中设置2个高精度压力传感器，满足压力在工作范围内的精度控制要求，也可根据实验实际需求布置多个。压力传感器的量程：0-20MPa绝压；精度：0.5级（±0.5%）；输出：4-20m两线制；工作温度：-20-85℃；工作电压：4-20mA。

如图11所示，质量测试组件，用于测量流淌火/沸溢火模拟试验中的质量损失数据，可以实现高精度的质量损失测量，并且配有数据采集系统和相应的高精度数据分析模块。质量测试组件包括局部高精度质量测量单元，局部高精度质量测量单元包括高精度压力传感器501、称重平台503、数据采集卡502和数据采集分析模块504，高精度压力传感器设在称重平台503的下方，将采集到的数据传送到数据采集卡502，然后通过数据采集分析模块后在显示屏上显示。采用了高精度压力传感器501，可以感受到微小的压力变化，从而测量较小的质量损失，质量损失数据由数据采集卡502传送到数据采集分析模块504，完成质量损失数据分析，局部高精度质量测量单元的精度为500g，可用净量程为1000 kg。

如图12所示，过程监控组件，耐高温图像监视子系统要求实现对舱内实验情况的可视化展示，最大限度地提升实验人员对舱内情况的实时掌握，提升实验安全性，同时也可以用来记录流淌火/沸溢火模拟试验的火焰形态特征。如图13所示，过程监控组件包括耐高温一体化摄像仪，耐高温一体化摄像仪设在云台上，云台通过支架固设在舱体的内壁上，也可根据实验实际需求布置。耐高温一体化摄像仪的线缆通过进水管和出水管与外部连通，耐高温一体化摄像仪的探头通过循环水整体冷却，探头线缆到舱体内壁的部分通过冷却水循环冷却，耐高温一体化摄像仪镜头通过氮气吹扫冷却。

中控组件，布置一套或者多套PLC控制系统，集中阀门，泵组，点火等设备的远程操作，保证实验人员的操作便利和安全性，完成数据的采集、储存、显示以及数据的分析处理。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.一种多功能工业火灾实验平台，其特征在于：包括集成设置的试验舱体，试验模拟组件，灭火抑制组件和测控系统组件；

所述试验舱体，提供开展试验的平台，作为集成的载体；

所述试验模拟组件，包括沸溢火模拟组件和流淌火模拟组件；

流淌火模拟组件包括试验平台和模拟罐，所述模拟罐设在所述试验平台上，所述试验平台上设有输油口，对所述模拟罐进行燃油供应，所述模拟罐上设有至少一个泄漏口，位于所述模拟罐的上中下部，燃油从泄漏口排出；所述模拟罐包括罐体，所述罐体为中空结构，形成空心腔体，所述空心腔体上设有冷却水循环用的进水口和出水口；

沸溢火模拟组件包括支撑架和模拟罐，所述模拟罐设在所述支撑架上，所述模拟罐为上端开口的筒状结构，作为燃烧沸溢的区域，所述支撑架设在称重台上；模拟罐内设有热电偶传感器，采集模拟罐的温度参数；点火组件，实现自动点火、自动熄火；摄像机，录制模拟罐内的情况；

灭火抑制组件，包括可控可调的高压细水雾组件和水成膜泡沫组件；

测控系统组件，通过布置不同类型的传感器对火灾试验过程中的形态，温度，热辐射，压力，质量方面进行测试，提供研究基础数据；

测控系统组件包括温度/热辐射测试组件、压力测试组件、质量测试组件、过程监控组件和中控组件；质量测试组件，用于测量流淌火/沸溢火模拟试验中的质量损失数据；过程监控组件包括耐高温图像监视子系统，实现对舱内实验情况的可视化展示。

2.根据权利要求1所述的一种多功能工业火灾实验平台，其特征在于：试验舱体包括舱体，舱体为三层防护结构，外层为集装箱瓦楞板，中层为陶瓷纤维材料，内壁为不锈钢材料，舱体的上端设置有安全阀；舱体上设置通风组件，上部采用风机或泵组的形式进行抽气，舱体下部布置进气百叶口，达到舱体内正常的用气环境。

3.根据权利要求1所述的一种多功能工业火灾实验平台，其特征在于：所述罐体为立式储罐，输油口通过金属波纹软管与所述立式储罐进行连接，对立式储罐进行供油，所述立式储罐设在所述试验平台的一角，所述试验平台的其他三角区域均设有测试罐，所述测试罐上外形与所述模拟罐一致，所述测试罐上不设置泄漏口。

4.根据权利要求3所述的一种多功能工业火灾实验平台，其特征在于：所述立式储罐包括空心环体和盖板，所述盖板固锁在所述空心环体上，所述泄漏口设在所述空心环体的外圈且垂直于所述空心环体设置，多个所述泄漏口的设置高度不同，且在所述空心环体的周向位置错位设置；每个所述泄漏口的前端布置一个大口径管道，用于减少泵组脉冲效应，所述大口径管道的一端通过波纹管与输油口连接，另一端通过法兰与泄漏口进行连接。

5.根据权利要求1所述的一种多功能工业火灾实验平台，其特征在于：所述试验平台包括支撑框架，所述支撑框架的上端四周设有围栏，所述围栏的内侧设有耐火隔热板，外侧设有防火棉，所述支撑框架的上端面为防火玻璃，所述输油口向上突出所述防火玻璃设置。

6.根据权利要求1所述的一种多功能工业火灾实验平台，其特征在于：所述点火组件包括电火花点火和电加热点火各一种，由高压电子点火设备点燃，通过远程控制电磁阀的关断实现自动点火、自动熄火；

所述模拟罐为直径大于等于0.5m的大尺寸罐体，大尺寸罐体由不锈钢支撑，所述支撑架为设在大尺寸罐体外圈的多个方管，所述大尺寸罐体的底部中间设有观察窗，所述观察窗的下端设有观察镜，所述大尺寸罐体的一端设有与其内部连通的液位管，另一端设有热电偶旁路走线口；

观察窗由耐高温石英玻璃制成，所述观察窗设在定位环内，所述定位环的断面为T形，所述定位环的上端固锁在大尺寸罐体内部的下底面，所述定位环的下端向下伸出所述大尺寸罐体设置，所述定位环与所述观察窗的外圈之间设有至少一个密封圈，所述定位环的下端设有密封压环，所述密封压环对所述观察窗进行支撑。

7.根据权利要求1所述的一种多功能工业火灾实验平台，其特征在于：高压细水雾组件包括细水雾供水机组，细水雾供水机组对管路供水，水流在管路上按照水流方向依次经过阀门、过滤器、柱塞泵和减压阀到达喷雾支路，每个喷雾支路上均设有控制通断的分区阀，每个喷雾支路上设有多个喷头；喷头包括不同流量细水雾喷头，通过配置变频器对细水雾高压柱塞泵组的压力进行调节，通过不同喷头的更换及喷射时间的控制，从而满足试验过程中喷射水总量调节的试验需求。

8.根据权利要求1所述的一种多功能工业火灾实验平台，其特征在于：温度/热辐射测试组件用来在试验过程中采集实时的温度和热辐射数据；

压力测试组件包括压力传感器，安装在舱内不同部位，感知舱内的压力并传递数据到中控组件；

过程监控组件，通过摄像仪对舱体的内部进行监控，及记录流淌火/沸溢火模拟试验的火焰形态特征；

中控组件，为PLC控制系统，实现同步控制和远程操作，完成数据的采集、储存、显示以及数据的分析处理。

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