CN114944100A - 一种电缆沟火灾排烟模拟装置及烟气蔓延分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电缆沟火灾排烟模拟装置及烟气蔓延分析方法，该装置包括电缆沟、电缆燃烧装置、排烟装置及鼓风装置。本发明能进行不同规格电缆沟内不同电缆布置方式的着火模拟。在单元节设置热电偶监测电缆沟内不同高度位置的温度数据，将所得温度数据用于进行烟气蔓延分析，从而可以确定设定空间尺寸的电缆沟、设定直径及设定布置方式的电缆，以设定点火位置进行燃烧模拟试验时，电缆沟所开排风口的合理间距及各排风口的合理排风流量，进而为电缆沟排烟设计提供依据，为电缆沟火灾的救援提供了技术参考。

Description

一种电缆沟火灾排烟模拟装置及烟气蔓延分析方法

技术领域

本发明涉及电缆沟火灾安全领域，具体涉及一种电缆沟火灾排烟模拟装置及烟气蔓延分 析方法。

背景技术

随着生产力水平的提高，为了满足生产生活中日益增长的电力需求，越来越多的电缆沟 在各种领域投入使用，但与此同时，随之而来的电缆沟火灾安全隐患也成为不容忽视的问题。 由于电缆沟内电缆数量多、敷设密集，当出现漏电、短路、过载、接触电阻过大等故障时很 容易引起局部温度急剧升高，引燃绝缘层及附近电缆，产生重大火灾事故。由于电缆沟一般 设置在地面以下，发生火灾时难以及时被工作人员发现，这就使得电缆沟火灾事故一旦发生 将会造成严重的后果，并且电缆沟多为封闭结构，火灾一旦发生，火灾烟气将充满整个电缆 沟结构空间，极大地影响消防队伍的救援效率。因此，设计一种电缆沟火灾排烟模拟装置， 进行电缆沟火灾排烟模拟分析，对电缆沟结构设计、研究电缆沟火灾排烟手段、分析影响电 缆沟火灾发展的关键参数，为电缆沟火灾救援提供技术参考等有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种电缆沟火灾排烟模拟装置及烟气蔓延分析方法。

本发明采用的技术方案是：

一种电缆沟火灾排烟模拟装置，包括电缆沟、电缆燃烧装置、排烟装置及鼓风装置；电 缆沟由若干结构相同的单元节依次连接而成，所述单元节包括高度及宽度可调的矩形电缆沟 本体；电缆燃烧装置安装在电缆沟的中间单元节内，包括用于支撑电缆的电缆载具、电缆、 用于称量着火前后电缆重量的称重装置及点火装置；排烟装置设置在电缆沟后侧，包括与电 缆沟等长的烟道、排烟风机和支架，烟道上设置与各单元节一一对应的排烟口B，矩形电缆 沟本体的后侧板上设置排烟口A，排烟口A与排烟口B通过连接管连接，连接管上设置插拔 阀，调节插板阀调节排烟口的尺寸和相邻两个排烟口的间隔距离；鼓风装置设置电缆沟的一 端，用于向电缆沟内鼓入新风；未安装电缆燃烧装置的单元节的矩形电缆沟本体内沿其长度 方向和高度方向分别间隔分布有若干热电偶。

进一步地，单元节包括由四根竖直立柱和八根水平杆A组成的矩形电缆沟框架及连接在 四根竖直立柱下端的四根水平杆B，矩形电缆沟框架上设有前侧板、后侧板、上侧板及下侧 板，前侧板、后侧板、上侧板及下侧板组成仅两端敞开的封闭式矩形电缆沟本体；四根水平 杆B上插装有水平支撑板。

进一步地，立柱的一侧沿其高度方向设有滑槽，位于电缆沟框架上层且沿单元节长度方 向延伸的水平杆A的两端设有滑块，滑块可滑动设于滑槽中，沿立柱上下滑动上层水平杆A， 可实现电缆沟高度的调节；沿单元节宽度方向延伸的水平杆A和水平杆B为伸缩杆；通过调 节水平杆A和水平杆B的伸缩可实现电缆沟宽度的调节。

进一步地，点火装置包括支撑柱、燃烧器安装槽体和燃烧器；支撑柱设有两根分别位于 电缆载具的两侧，每根支撑柱均包括可滑动套装的下部管和上部管，上部管下端穿过中间单 元节的下侧板后支撑在对应的支撑板上；燃烧器安装槽体固定安装在两支撑柱的上端，燃烧 器可滑动设于燃烧器安装槽体中，调节支撑柱的高度及燃烧器的安装位置可调节电缆的燃烧 位置。

进一步地，中间单元节的下侧板的长度方向两侧对称设置有多个支撑柱安装孔，调节支 撑柱的安装位置可使燃烧器在电缆长度方向上的不同位置处燃烧。

进一步地，电缆载具包括底架、水平滑轨、支撑滑轨和支撑托；水平滑轨沿单元节长度 方向设置在底架的上表面的两侧，多根支撑滑轨两个一组垂直可滑动地连接在水平滑轨上， 一组的两根支撑滑轨之间自上而下依次可滑动地连接多个用于支撑电缆的支撑托。

进一步地，鼓风装置包括鼓风机及均流箱，均流箱包括箱体及设置在箱体内腔中的若干 均流管，所述均流管沿电缆沟长度方向延伸，均流箱一端通过密封条与电缆沟端部的单元节 密封连接，另一端与鼓风机出口连接。

一种用于以上任意一项所述电缆沟火灾排烟模拟装置的烟气蔓延分析方法，包括以下步 骤：

8.1、通过热电偶RDO获得电缆沟各点的温度值，绘制温度曲线p(y)；

8.2、建立温度双值函数φ(y,H)：

其中，H为烟气层高度，p_l为烟气下层区域[0,H]的温度平均值，p_u为烟气上层区域[H,H_r]的温度平均值；

8.3、根据温度曲线p(y)，计算φ(y,H)的偏差δ²：

8.4、当δ²最小时，其计算对应的高度H即为烟气层高度H_i：

δ²(H_i)＝min[δ²]；烟气层高度H_i越高，排烟效果越好。

本发明的有益效果：

1、本发明组装模拟电缆沟的各单元节可进行模块化制备，各单元节之间可拆卸连接，装 配操作简单，可根据需要进行不同数量单元节的组装，且模拟电缆沟的内腔尺寸可调节。

2、电缆燃烧装置的电缆载具可支撑不同布置方式的电缆，点火装置的前后位置和高度位 置均可调节，可进行不同布置方式电缆的点火模拟，不同点火位置会改变多层电缆的燃烧蔓 延速度，从而影响烟气的产生效率。

3、通过鼓风装置实现模拟电缆沟内的通风要求，可通过改变鼓风机的参数设置来研究电 缆沟内纵向通风对电缆火灾发展的影响；电缆在发生火灾时，能够通过鼓风防止烟气在整个 电缆沟内蔓延，将其固定在一定的区域内，此时打开排烟装置，进而增加排烟效率。

4、排烟装置与模拟电缆沟的各单元节连通，将点火后产生的烟气排出，烟道与各电缆沟 单元节之间的连接管设置插板阀，调节插板阀开度可调节排烟口尺寸及两排烟口的间距，可 通过改变排烟风机的参数设置发现排烟效果对火灾发展的影响，为实际电缆沟设计时提供依 据。

5、本发明能进行不同规格电缆沟内不同电缆布置方式的着火模拟。在单元节设置热电偶 监测电缆沟内不同高度位置的温度数据，将所得温度数据用于进行烟气蔓延分析，从而可以 确定设定空间尺寸的电缆沟、设定直径及设定布置方式的电缆，以设定点火位置进行燃烧模 拟试验时，电缆沟所开排风口的合理间距及各排风口的合理排风流量，进而为电缆沟排烟设 计提供依据，为电缆沟火灾的救援提供了技术参考。

附图说明

图1为本发明的一种电缆沟火灾排烟模拟装置的结构示意图。

图2为本发明的安装了电缆燃烧装置的单元节的结构示意图。

图3为本发明的电缆燃烧装置的结构示意图。

图4为本发明的点火装置的的爆炸图。

图5为本发明的排烟装置的结构示意图。

图6为本发明的鼓风装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实例对本发明作进一步说明，以便于对本发明的理解，但并不因此而限制 本发明。

参阅图1～图6，本实施例提供一种电缆沟火灾排烟模拟装置，主要包括电缆沟2、电缆 燃烧装置1、排烟装置3及鼓风装置4。

电缆沟2由若干结构相同的单元节连接而成，如在本实施例中，由五个单元节连接而成。

单元节包括由四根竖直立柱和八根水平杆A组成的矩形电缆沟框架及连接在四根竖直立 柱下端的四根水平杆B，矩形电缆沟框架上设有前侧板、后侧板、上侧板及下侧板，前侧板、 后侧板、上侧板及下侧板组成仅两端敞开的封闭式矩形电缆沟本体；四根水平杆B上插装有 水平支撑板，水平支撑板与上侧板及下侧板平行且结构尺寸相同。水平支撑板、前侧板、后 侧板、上侧板及下侧板制作成不同规格大小，用以配合单元节的尺寸变化。

立柱的一侧沿其高度方向设有滑槽，位于电缆沟框架上层且沿单元节长度方向延伸的水 平杆A的两端设有滑块，滑块可滑动设于滑槽中，沿立柱上下滑动上层水平杆A，可实现电 缆沟高度的调节，调节到位后通过穿设在立柱的滑槽中的紧定螺钉锁紧固定。沿单元节宽度 方向延伸的水平杆A和水平杆B为伸缩杆。通过调节水平杆A和水平杆B的伸缩可实现电缆 沟宽度的调节，伸缩杆调节到位后通过紧定螺钉锁紧固定。

沿单元节长度方向延伸的水平杆A及水平杆B上均设有沿其长度方向延伸的插槽，前侧 板、后侧板、上侧板及下侧板插装在水平杆A上，水平支撑板插装在水平杆B上。为了便于 观察模拟电缆沟内的实时工况，单元节的前侧板采用防火玻璃板，其它侧板采用钢板。后侧 板的上部设有用于连通排烟装置3的排烟口A。

单元节的上述结构可组装成不同规格尺寸的模拟电缆沟。相邻两个单元节可通过螺栓、 螺母连接锁紧，操作方便。

电缆燃烧装置1包括电缆载具13、电缆、称重装置135及点火装置14。

电缆载具13包括底架131、水平滑轨132、支撑滑轨133和支撑托134。底架131由平行布置的上矩形板、下矩形板及连接在上、下矩形板之间的支撑板组成，下矩形板的底面安装有称重装置135。本实施例选用工业天平作为称重装置。通过承重装置反馈电缆载具在火灾行为前后的质量差，从而可判断电缆的损毁情况。

多根水平滑轨132沿上矩形板的宽度方向均布，每根水平滑轨上垂直连接多根支撑滑轨 133，同一根水平滑轨上的相邻两个支撑滑轨133之间自上而下连接多个用以支撑电缆的支撑 托134。

支撑滑轨133的下端与水平滑轨132之间通过滑块滑槽装配，并通过穿过滑槽和滑块的 螺栓紧固连接，水平滑轨132的侧壁设置有用于螺栓滑动的滑槽，使支撑滑轨调节好前后位 置后，将螺栓通过锁紧螺母锁紧，使支撑滑轨133定位。

支撑托134为U型体，其两侧上端设置有连接耳板，连接耳板通过螺栓与支撑滑轨133 连接，支撑滑轨的侧壁设置有用于螺栓上下滑动的滑槽，支撑托的上下位置调节好后，将螺 栓通过锁紧螺母锁紧，使支撑托定位。

电缆载具13的上述结构，可根据电缆沟单元节的长度设置相应数量的水平滑轨132，可 根据电缆布置的列数设置支撑滑轨133的数量，根据电缆布置的行数设置支撑托134的数量， 且根据电缆的直径大小调整上下两个支撑托134之间的间距，以及左右两组支撑滑轨133之 间的距离。即通过调节电缆载具13的结构，可支撑各种不同直径及不同布置方式的电缆进行 燃烧模拟。

在本实施例中，电缆载具13安装在单元节11上。装配时，底架131下侧的称重装置135 置于单元节11的下侧板上，并使底架的长度方向与下侧板的长度方向一致。

点火装置14包括支撑柱141、燃烧器安装槽体142和燃烧器143。支撑柱141设有竖直 布置的两根，每根支撑柱包括上下套置的下部管和上部管，下部管上沿高度方向设置有一排 定位孔A，上部管的下端设置有一个定位孔B，上部管调节至指定高度后通过穿过定位孔A和 定位孔B的螺栓固定。燃烧器安装槽体142固定安装在两支撑柱141的上端，两支撑柱之间 的间距大于底架131的宽度，燃烧器143可滑动设于燃烧器安装槽体142中，沿燃烧器安装 槽体142滑动从而调节燃烧位置。点火装置14安装时，支撑柱141的下部管的下端穿过单元 节11的下侧板后支撑于支撑板12上。为了使燃烧器在电缆长度方向上的不同位置处燃烧， 在单元节11下侧板的长度方向两侧对称设置有多个支撑柱141的安装孔，如图2中示出了三 个支撑柱安装孔。

由于点火装置14的前后安装位置可调节，且安装高度可调节，所以可实现燃烧器在不同 层电缆、不同位置处电缆的点火功能。

为了监测电缆沟内的烟气温度，单元节上侧板的中心部沿其长度方向间隔设置一排热电 偶安装孔，在每一个热电偶安装孔中均插装一束热电偶5，参阅图1，所述一束热电偶在电缆 沟高度方向相间隔地均匀分布，分别用于测量电缆沟内不同高度处的烟气温度。

排烟装置3设置于电缆沟2的后侧，包括烟道31、排烟风机32和支架33，烟道31的下侧设置支架33，支架33用于将烟道31支撑到电缆沟上侧位置，烟道的长度等于电缆沟的长度，烟道两端封闭。烟道31的两端对称安装有两个排烟风机32，两个排烟风机可单独启动，也可同时启动。烟道31与各单元节之间通过连接管连通，连接管一端连接单元节后侧板上的 排烟口A111，另一端连接开设在烟道31前侧板上的排烟口B33，连接管上设置插板阀，通过 调节插板阀的开度大小，调节排烟口内的烟气流量；通过开闭插板阀，可以调节排烟口的间 隔距离。

鼓风装置4包括鼓风机41及均流箱42，均流箱42包括箱体及设置在箱体内腔中的若干 均流管43，所述均流管43沿电缆沟长度方向延伸，均流箱42一端通过密封条与电缆沟2最 左端单元节密封连接，另一端与鼓风机41出口连接，鼓风机41通过均流管将新风均匀送入 电缆沟2内。

本装置的使用方法是：

通过点火装置14点燃电缆载具13上的电缆，同时启动鼓风机41和排烟风机32，鼓风 机41通过均流管将新风均匀送入电缆沟2内，排烟风机32将电缆燃烧产生的烟气通过各排 风口抽吸出电缆沟，电缆沟内不同高度处的烟气温度由热电偶5测得。

在此过程中，通过调节各连接管上插板阀的开度，调节排风风量及排风口间距，可得到 一系列的温度数据，将所得温度数据用于进行烟气蔓延分析，从而确定设定空间尺寸的电缆 沟、设定直径及设定布置方式的电缆，以设定点火位置进行燃烧模拟试验时，电缆沟所开排 风口的合理间距及各排风口的合理排风流量，进而为电缆沟排烟设计提供依据。

通过调节鼓风机41的鼓风量和排烟风机32的排烟量，分析电缆沟整体排烟效率的变化 特征，从而确定最优的排烟组合方式，进而确定排烟策略。

实施例2

本实施例提供一种用于实施例1所述电缆沟火灾排烟模拟装置的烟气蔓延分析方法，该 方法通过烟气层与空气层在温度上出现的明显差异，通过以下方法计算得出烟气层所处高度 位置，并通过实时记录烟气层高度H_i的变化，以判断排烟效果的优劣，从而得出最佳的排烟 口尺寸和最佳排烟间距。

该方法包括以下步骤：

8.1、通过热电偶RDO获得电缆沟各点的温度值，绘制温度曲线p(y)；

8.2、建立温度双值函数φ(y,H)：

其中，H为烟气层高度，p_l为烟气下层区域[0,H]的温度平均值，p_u为烟气上层区域[H,H_r]的温度平均值；

8.3、根据温度曲线p(y)，计算φ(y,H)的偏差δ²：

8.4、当δ²最小时，其计算对应的高度H即为烟气层高度H_i：

δ²(H_i)＝min[δ²]；烟气层高度H_i越高，表示空气层越厚，烟气层越薄，排烟效果 越好，此时排烟口尺寸最佳，排烟间距最合适。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说， 在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本发明的 保护范围内。

Claims (8)

1.一种电缆沟火灾排烟模拟装置，其特征在于，包括电缆沟、电缆燃烧装置、排烟装置及鼓风装置；电缆沟由若干结构相同的单元节依次连接而成，所述单元节包括高度及宽度可调的矩形电缆沟本体；电缆燃烧装置安装在电缆沟的中间单元节内，包括用于支撑电缆的电缆载具、电缆、用于称量着火前后电缆重量的称重装置及点火装置；排烟装置设置在电缆沟后侧，包括与电缆沟等长的烟道、排烟风机和支架，烟道上设置与各单元节一一对应的排烟口B，矩形电缆沟本体的后侧板上设置排烟口A，排烟口A与排烟口B通过连接管连接，连接管上设置插拔阀，调节插板阀调节排烟口的尺寸和相邻两个排烟口的间隔距离；鼓风装置设置电缆沟的一端，用于向电缆沟内鼓入新风；未安装电缆燃烧装置的单元节的矩形电缆沟本体内沿其长度方向和高度方向分别间隔分布有若干热电偶。

2.根据权利要求1所述的一种电缆沟火灾排烟模拟装置，其特征在于，单元节包括由四根竖直立柱和八根水平杆A组成的矩形电缆沟框架及连接在四根竖直立柱下端的四根水平杆B，矩形电缆沟框架上设有前侧板、后侧板、上侧板及下侧板，前侧板、后侧板、上侧板及下侧板组成仅两端敞开的封闭式矩形电缆沟本体；四根水平杆B上插装有水平支撑板。

3.根据权利要求2所述的一种电缆沟火灾排烟模拟装置，其特征在于，立柱的一侧沿其高度方向设有滑槽，位于电缆沟框架上层且沿单元节长度方向延伸的水平杆A的两端设有滑块，滑块可滑动设于滑槽中，沿立柱上下滑动上层水平杆A，可实现电缆沟高度的调节；沿单元节宽度方向延伸的水平杆A和水平杆B为伸缩杆；通过调节水平杆A和水平杆B的伸缩可实现电缆沟宽度的调节。

4.根据权利要求1所述的一种电缆沟火灾排烟模拟装置，其特征在于，点火装置包括支撑柱、燃烧器安装槽体和燃烧器；支撑柱设有两根分别位于电缆载具的两侧，每根支撑柱均包括可滑动套装的下部管和上部管，上部管下端穿过中间单元节的下侧板后支撑在对应的支撑板上；燃烧器安装槽体固定安装在两支撑柱的上端，燃烧器可滑动设于燃烧器安装槽体中，调节支撑柱的高度及燃烧器的安装位置可调节电缆的燃烧位置。

5.根据权利要求4所述的一种电缆沟火灾排烟模拟装置，其特征在于，中间单元节的下侧板的长度方向两侧对称设置有多个支撑柱安装孔，调节支撑柱的安装位置可使燃烧器在电缆长度方向上的不同位置处燃烧。

6.根据权利要求1所述的一种电缆沟火灾排烟模拟装置，其特征在于，电缆载具包括底架、水平滑轨、支撑滑轨和支撑托；水平滑轨沿单元节长度方向设置在底架的上表面的两侧，多根支撑滑轨两个一组垂直可滑动地连接在水平滑轨上，一组的两根支撑滑轨之间自上而下依次可滑动地连接多个用于支撑电缆的支撑托。

7.根据权利要求1所述的一种电缆沟火灾排烟模拟装置，其特征在于，鼓风装置包括鼓风机及均流箱，均流箱包括箱体及设置在箱体内腔中的若干均流管，所述均流管沿电缆沟长度方向延伸，均流箱一端通过密封条与电缆沟端部的单元节密封连接，另一端与鼓风机出口连接。

8.一种用于权利要求1～7任意一项所述电缆沟火灾排烟模拟装置的烟气蔓延分析方法，包括以下步骤：

8.1、通过热电偶RDO获得电缆沟各点的温度值，绘制温度曲线p(y)；

8.2、建立温度双值函数φ(y,H)：

其中，H为烟气层高度，p_l为烟气下层区域[0,H]的温度平均值，p_u为烟气上层区域[H,H_r]的温度平均值；

8.3、根据温度曲线p(y)，计算φ(y,H)的偏差δ²：

8.4、当δ²最小时，其计算对应的高度H即为烟气层高度H_i：

δ²(H_i)＝min[δ²]；烟气层高度H_i越高，排烟效果越好。

Images