CN113588864A - 一种能够调节气体环境的燃烧箱 - Google Patents
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Abstract
本发明一种能够调节气体环境的燃烧箱，通过箱体设计，可实现较为封闭的燃烧环境，其顶部为排气口，采用从下至上注入氮气和氧气的混合气体，在燃烧试验前，可全方位置换箱体内气体，使燃烧箱内的气体环境符合试验要求。气体比例可通过氮气组件和氧气组件调整获得。该燃烧箱适用于无法调节气体环境的燃烧仪器，如锥形量热仪。本发明的燃烧箱与燃烧仪器联用时，排气口既可以作为排气通道，又可以作为点火通道，燃烧仪器的热负荷和电子打火都可以通过排气口完成。
Description
技术领域
本发明涉及材料燃烧测试技术领域，具体来说是一种能够调节气体环境的燃烧箱。
背景技术
在火灾发生时，火场中的氧气会被迅速消耗，形成较为复杂的缺氧环境，当前实验技术尚未定量控制火场环境氧气浓度对其进行深入研究。为了维护公共安全、减少火灾造成人员伤亡和财产损失，对非常规氧含量条件下材料的燃烧性能进行深入研究，确定其火灾危险性是十分有必要的。材料燃烧特性是火灾科学研究中的一个重点，材料在火灾中既可以是点火源，也可以成为主要的可燃物。在燃烧过程中，当材料处于不同的外界条件时，对其燃烧过程影响最大的是材料所处的气氛条件，火场环境中的氮气和氧气浓度直接决定着材料的起燃、火灾升级以及火势蔓延等现象。材料在燃烧过程中热解产生可燃挥发分的速率也很大程度上决定了燃烧速率，影响材料产生可燃挥发分速率的主要因素是点火源与可燃物的距离，这些燃烧过程中的外界环境，对材料着火过程存在一定的影响。
在实验条件下，通过控制氧气和氮气比例浓度的环境可以还原出材料在复杂环境中的燃烧过程，配合锥形量热仪的测试系统获得材料在不同气氛环境下的燃烧特性参数。同时，控制“可燃物与点火源的距离”、“可燃物的质量”等变量，营造出火场中复杂的气体环境，确定材料的热释放速率、质量损失率、点火时间、烟颗粒浓度和毒性等实验结果。
目前已有的燃烧实验装置并不能满足材料在复杂气体环境条件下进行燃烧实验的需求，无法实现精确控制环境中氧气的浓度，不能模拟处于复杂环境下的材料燃烧测试实验。
如申请号为CN202011191738.2公开的一种燃烧蔓延试验装置及其试验方法，包括前端开口的箱体，所述箱体的前端设置有用来关闭箱体的试样门；所述箱体的顶部设置有用来夹持试验件的夹爪；所述箱体的底部设置有用来点火的条形燃烧器，所述条形燃烧器的上方设置有用来向试验件产生热辐射的辐射板；所述辐射板覆盖试验件。本发明增加了燃烧蔓延试验装置的通用性。该试验装置没有对提供气体环境进行调节的技术，无法适应不同试验需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种适应不同气体环境的燃烧试验箱。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
一种能够调节气体环境的燃烧箱，包括箱体(1)、氮气组件(2)、氧气组件(3)、升降台(4)；所述箱体(1)包括预混腔(12)和燃烧腔(11)；所述燃烧腔(11)位于预混腔(12)上方，预混腔(12)与燃烧腔(11)之间通过通气孔(13)连通；所述氮气组件(2)、氧气组件(3)分别与预混腔(12)连通，向预混腔(12)注入设定流量的氮气和氧气；在所述燃烧腔(11)的顶壁设置有排气口16；所述升降台(4)固定在燃烧腔(11)内，待燃烧样品放置在升降台(4)上；燃烧器从排气口16点燃待燃烧样品。
本发明通过箱体设计，可实现较为封闭的燃烧环境，其顶部为排气口，采用从下至上注入氮气和氧气的混合气体，在燃烧试验前，可全方位置换箱体内气体，使燃烧箱内的气体环境符合试验要求。气体比例可通过氮气组件和氧气组件调整获得。该燃烧箱适用于无法调节气体环境的燃烧仪器，如锥形量热仪。本发明的燃烧箱与燃烧仪器联用时，排气口既可以作为排气通道，又可以作为点火通道，燃烧仪器的热负荷和电子打火都可以通过排气口完成。
进一步的，所述氮气组件(2)和氧气组件(3)均从预混腔(12)底部向预混腔(12)注气。
进一步的，所述预混腔(12)与燃烧腔(11)之间通过隔板分隔，所述隔板中间位置具有凸台(14)；所述凸台(14)侧壁开设有所述连通孔(13)。
进一步的，所述氮气组件(2)包括氮气瓶(21)、第一管道(22)、第一稳压阀(23)、第一球阀(24)、第一流量控制器(25)；所述氮气瓶(21)通过第一管道(22)与预混腔(12)连通；在所述第一管道(22)上按照氮气流向依次固定第一稳压阀(23)、第一球阀(24)、第一流量控制器(25)；所述氧气组件(3)包括氧气瓶(31)、第二管道(32)、第二稳压阀(33)、第二球阀(34)、第二流量控制器(35)；所述氧气瓶(31)通过第二管道(32)与预混腔(12)连通；在所述第二管道(32)上按照氧气流向依次固定第二稳压阀(33)、第二球阀(34)、第二流量控制器(35)。
进一步的，所述升降台(4)包括底座(42)、支撑杆(42)、试样台(43)；所述底座(41)放置在凸台(14)上，所述试样台(43)通过支撑杆(42)固定在底座(41)上；所述支撑杆(42)为伸缩杆；待试验样品放置在试样台(43)上。
进一步的，所述试样台43上还放置有电子天平(44)，带试验样品放置在电子天平(44)上。
进一步的，所述支撑杆42包括内杆和外杆；所述内杆套设在外杆内，所述内杆具有外螺纹，内杆外配套设有螺母，所述螺母与外杆顶部转动固定，所述螺母与内杆配合形成丝杠。
进一步的，所述箱体(1)包括箱本体和箱门(15)；所述箱门(15)铰接在箱本体上用于封堵或敞开燃烧腔(11)。
进一步的，所述箱门(15)上设置有透明区域(16)。
进一步的，所述排气口16出安装有开合门，所述开合门通过手柄启闭。
与上述燃烧箱对应的，本发明还提供能够调节气体环境的燃烧箱的使用方法，包括以下步骤：
步骤1、将升降台(4)调整到设定高度，将待燃烧样品放置在升降台(4)上；
步骤2、打开排气口16，按照设定进气比例，打开氮气组件(2)、氧气组件(3)开始持续向箱体(1)内腔注气，注气设定时间后达到将箱体(1)内腔气体置换成设置比例的氮气和氧气的目的；
步骤3、打开燃烧器，从排气口(16)向箱体(1)内腔不断提供热辐射、电子打火点燃待燃烧样品；
步骤4、燃烧结束，关闭氧气组件(3)、氮气组件(2)、排气口(16)。
本发明的优点在于：
通过箱体设计，可实现较为封闭的燃烧环境，其顶部为排气口，采用从下至上注入氮气和氧气的混合气体，在燃烧试验前，可全方位置换箱体内气体，使燃烧箱内的气体环境符合试验要求。气体比例可通过氮气组件和氧气组件调整获得。该燃烧箱适用于无法调节气体环境的燃烧仪器，如锥形量热仪。本发明的燃烧箱与燃烧仪器联用时，排气口既可以作为排气通道，又可以作为点火通道，燃烧仪器的热负荷和电子打火都可以通过排气口完成。
通过凸台的设计，可开出水平向通气孔使气体水平向进入燃烧箱，从而可以全覆盖燃烧箱底部，从底部开始将原有气体从排气口推出，完全置换成设定比例的氮氧混合气体，提高试验精度。
升降台可实现燃烧物的高度的调整，达到不同的试验目的。
附图说明
图1为本发明实施例中能够调节气体环境的燃烧箱的整体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种能够调节气体环境的燃烧箱，如图1所示，包括箱体1、氮气组件2、氧气组件3、升降台4。
本实施例中，箱体1采用耐高温材料制得，一般为立方体结构。箱体1内腔通过隔板分为上下两个腔室，上面为燃烧腔11，为待燃烧样品提供燃烧环境，下面为预混腔12，为氮气和氧气提供混合空间。在隔板上开设有通气孔13，使得预混腔12与燃烧腔11气体连通。氮气组件2、氧气组件3分别与预混腔12连通，向预混腔12注入设定流量的氮气和氧气；在燃烧腔11的顶壁设置有排气口16；升降台4固定在燃烧腔11内，待燃烧样品放置在升降台4上；燃烧器从排气口16点燃待燃烧样品。本实施例先将氮气和氧气送至预混腔12，使两种气体在预混腔12内充分混合，然后再进入燃烧腔11，可以提高试验精度。为了使氮气和氧气充分混合，本实施例氮气组件2和氧气组件3均从预混腔12底部向预混腔12注气。
本实施例中，为了让氮气和氧气充分混合，还可以在预混仓内设置一个搅拌装置(图中未示出)，如在预混仓内设置一个竖向的转轴，转轴上固定两块叶片，通过叶片的转动带动气体加速流动混合。
由于燃烧腔11具有一定的高度和宽度，为了让气体充实整个燃烧腔11，本实施例采用在隔板中间位置设置凸台14；凸台14侧壁开设有通气孔13。通过凸台14的设计，可实现水平向的通气孔13，混合后的气体水平向进入燃烧腔11，平铺燃烧腔11底部，从而能够将燃烧箱内部原有气体从排气口16全面挤出，充分置换，保证实验精度。
本实施例中，氮气组件2包括氮气瓶21、第一管道22、第一稳压阀23、第一球阀24、第一流量控制器25；氮气瓶21通过第一管道22与预混腔12连通；在第一管道22上按照氮气流向依次固定第一稳压阀23、第一球阀24、第一流量控制器25；氧气组件3包括氧气瓶31、第二管道32、第二稳压阀33、第二球阀34、第二流量控制器35；氧气瓶31通过第二管道32与预混腔12连通；在第二管道32上按照氧气流向依次固定第二稳压阀33、第二球阀34、第二流量控制器35。通过第第一稳压阀23、第一球阀24、第一流量控制器25、第二稳压阀33、第二球阀34、第二流量控制器35可实现分别调节氮气和氧气的进气流量，从而实现不同比例的气体环境，满足不同燃烧试验需求。
升降台4包括底座41、支撑杆42、试样台43；底座41放置在凸台14上，试样台43通过支撑杆42固定在底座41上；支撑杆42为伸缩杆；待试验样品放置在试样台43上。试样台43上还放置有电子天平44，带试验样品放置在电子天平44上。
支撑杆42包括内杆和外杆；内杆套设在外杆内，内杆具有外螺纹，内杆外配套设有螺母，螺母与外杆顶部转动固定，螺母与内杆配合形成丝杠。当然也可采用沿内杆和外杆长度方向各开设一列孔，通过销钉依次插入外杆和内杆的孔实现长度的调节。
箱体1包括箱本体和箱门15；箱门15铰接在箱本体上用于封堵或敞开燃烧腔11。箱门15上设置有透明区域17。排气口16出安装有开合门，开合门通过手柄启闭。
本实施例的燃烧箱可放置在小推车上，方便移动至试验场所。
基于上述燃烧箱，本实施例还提供对应的使用方法，包括以下步骤：
步骤1、打开箱门15，将升降台4调整到设定高度，将待燃烧样品放置在升降台4上，关闭箱门15；
步骤2、打开排气口16，按照设定进气比例，打开氮气组件2、氧气组件3开始持续向箱体1内腔注气，注气设定时间后达到将箱体1内腔气体置换成设置比例的氮气和氧气的目的；
步骤3、打开燃烧器，比如锥形量热仪，从排气口16向箱体1内腔不断提供热辐射、电子打火点燃待燃烧样品，点燃后电子大火设备取出；
步骤4、从观察窗观察燃烧过程，直至试验结束结束，关闭氧气组件3、氮气组件2、排气口16；
步骤5、清理燃烧箱待下次试验用。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种能够调节气体环境的燃烧箱，其特征在于，包括箱体(1)、氮气组件(2)、氧气组件(3)、升降台(4)；所述箱体(1)包括预混腔(12)和燃烧腔(11)；所述燃烧腔(11)位于预混腔(12)上方，预混腔(12)与燃烧腔(11)之间通过通气孔(13)连通；所述氮气组件(2)、氧气组件(3)分别与预混腔(12)连通，向预混腔(12)注入设定流量的氮气和氧气；在所述燃烧腔(11)的顶壁设置有排气口16；所述升降台(4)固定在燃烧腔(11)内，待燃烧样品放置在升降台(4)上；燃烧器从排气口16点燃待燃烧样品；
能够调节气体环境的燃烧箱的使用方法包括以下步骤：
步骤1、将升降台(4)调整到设定高度，将待燃烧样品放置在升降台(4)上；
步骤2、打开排气口16，按照设定进气比例，打开氮气组件(2)、氧气组件(3)开始持续向箱体(1)内腔注气，注气设定时间后达到将箱体(1)内腔气体置换成设置比例的氮气和氧气的目的；
步骤3、打开燃烧器，从排气口(16)向箱体(1)内腔不断提供热辐射、电子打火点燃待燃烧样品；
步骤4、燃烧结束，关闭氧气组件(3)、氮气组件(2)、排气口(16)。
2.根据权利要求1所述的能够调节气体环境的燃烧箱，其特征在于，所述氮气组件(2)和氧气组件(3)均从预混腔(12)底部向预混腔(12)注气。
3.根据权利要求1或2所述的能够调节气体环境的燃烧箱，其特征在于，所述预混腔(12)与燃烧腔(11)之间通过隔板分隔，所述隔板中间位置具有凸台(14)；所述凸台(14)侧壁开设有所述连通孔(13)。
4.根据权利要求1或2所述的能够调节气体环境的燃烧箱，其特征在于，所述氮气组件(2)包括氮气瓶(21)、第一管道(22)、第一稳压阀(23)、第一球阀(24)、第一流量控制器(25)；所述氮气瓶(21)通过第一管道(22)与预混腔(12)连通；在所述第一管道(22)上按照氮气流向依次固定第一稳压阀(23)、第一球阀(24)、第一流量控制器(25)；所述氧气组件(3)包括氧气瓶(31)、第二管道(32)、第二稳压阀(33)、第二球阀(34)、第二流量控制器(35)；所述氧气瓶(31)通过第二管道(32)与预混腔(12)连通；在所述第二管道(32)上按照氧气流向依次固定第二稳压阀(33)、第二球阀(34)、第二流量控制器(35)。
5.根据权利要求3所述的能够调节气体环境的燃烧箱，其特征在于，所述升降台(4)包括底座(42)、支撑杆(42)、试样台(43)；所述底座(41)放置在凸台(14)上，所述试样台(43)通过支撑杆(42)固定在底座(41)上；所述支撑杆(42)为伸缩杆；待试验样品放置在试样台(43)上。
6.根据权利要求5所述的能够调节气体环境的燃烧箱，其特征在于，所述试样台43上还放置有电子天平(44)，带试验样品放置在电子天平(44)上。
7.根据权利要求5所述的能够调节气体环境的燃烧箱，其特征在于，所述支撑杆42包括内杆和外杆；所述内杆套设在外杆内，所述内杆具有外螺纹，内杆外配套设有螺母，所述螺母与外杆顶部转动固定，所述螺母与内杆配合形成丝杠。
8.根据权利要求1所述的能够调节气体环境的燃烧箱，其特征在于，所述箱体(1)包括箱本体和箱门(15)；所述箱门(15)铰接在箱本体上用于封堵或敞开燃烧腔(11)。
9.根据权利要求8所述的能够调节气体环境的燃烧箱，其特征在于，所述箱门(15)上设置有透明区域(17)。
10.根据权利要求1所述的能够调节气体环境的燃烧箱，其特征在于，所述排气口16出安装有开合门，所述开合门通过手柄启闭。
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