CN116363941A - 一种空气幕防火试验平台 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种空气幕防火试验平台。该平台包括空气导流槽、燃烧舱、测控单元和模拟发生单元，空气导流槽为所述试验平台提供送风条件；燃烧舱为试验平台提供燃烧火蔓延模拟的设施，燃烧舱的进风口所在外壁设有外立面，模拟高层住宅；测控单元用于采集进入所述燃烧舱内的气体温度以及燃烧生成火焰在不同位置的温度，模拟发生单元与燃烧舱连接，为燃烧舱内的燃烧器提供燃料气体和点火系统。通过设置不同角度和射流速度的空气幕，可更直观的进行空气幕火灾预防试验。且空气幕宽度和厚度可变，可满足不同尺寸开口的试验，功能性强，操作方便。还可满足不同火源位置以及单一或多火源燃烧模拟，更符合现实舱室火灾情况，且更安全。
Description
技术领域
本发明属于火灾模拟技术领域，具体涉及一种空气幕防火试验平台。
背景技术
近年来建筑火灾的防治一直是全社会的一个热点问题。我国城市化建设日趋成熟，大量的高层、超高层建筑拔地而起，建筑火灾防治形势日趋严峻。腔室火灾及其诱发的开口火溢流是建筑火灾动力学的重要分过程。如何更有效的控制腔室火灾规模，阻止腔室火灾发展形成开口火溢流或者降低其影响，对于抑制建筑外立面大型立体火蔓延具有重要参考作用，也是建筑火灾领域的重要前沿科学问题。目前已有的防火手段有水平挑檐和空气幕等，其中鉴于空气幕射流条件下腔室火灾演化行为的特殊性，必将影响腔室火灾诱发的开口火溢流行为，起到外立面立体火蔓延防护效果。
空气幕作为一种常见的通风技术，最早应用于不同建筑腔室之间的隔热中，并逐渐在矿井巷道的通风除尘中得到了推广。近年来空气幕已广泛应用在舰船舱室、中庭式建筑、(地面层)商店、大型仓库的出入口和长通道等。目前，针对火灾发生时空气幕的防火防烟特性开展了一定的研究，通过对比不同空气幕射流条件下长通道火灾烟气蔓延、温度及CO浓度分布规律，指出射流速度和角度是空气幕运行中的两个关键参数，将显著影响其隔烟隔热性能，并提出了空气幕最优射流速度和角度；但仍鲜有针对非长通道结构的常规腔室火灾(如舰船舱室、中庭式建筑、商店、仓库等大空间腔室)的相关研究，也未有相关规范对空气幕的应用范围与设计参数做出明确限定，已得到的结论是否能适用于腔室的防火防烟仍尚不明确。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提供了一种空气幕防火试验平台。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明提供的一种空气幕防火试验平台，包括空气导流槽、燃烧舱、测控单元和模拟发生单元，
所述空气导流槽为所述试验平台提供送风条件，所述空气导流槽的进风端与风机相连通，所述导流槽的出风端与所述燃烧舱连通，所述导流槽包括导流罩、可变角度叶片组和可调节端口，所述可变角度叶片组设置在所述导流罩的内部，所述可调节端口设置在所述导流罩的端部；
所述燃烧舱为试验平台提供模拟不同状态腔室火空间，所述燃烧舱内置有至少三个位置的多孔燃烧器，所述燃烧舱的侧壁上设有进风口，所述进风口与所述空气导流槽的出风端连通；
所述燃烧舱的进风口所在外壁设有外立面，模拟高层住宅；所述外立面上设置开口，所述开口与所述进风口相接合，所述开口处设置有插槽，所述可调节端口安装在所述插槽处，形成空气幕对舱室及其外立面防火场景；
所述测控单元用于采集进入所述燃烧舱内的气体温度以及燃烧生成火焰在不同位置的温度，所述测控单元包括舱室室内烟气温度测量机构和外立面竖向温度及辐射热流测量机构，所述舱室内烟气温度测量机构设于所述燃烧舱内，所述外立面竖向温度及辐射热流测量机构设于所述外立面上；
所述模拟发生单元与所述燃烧舱连接，为燃烧舱内的燃烧器提供燃料气体和点火。
进一步的，在燃烧舱内除开口所在位置的侧壁及舱室顶部，和除燃烧
器
所在位置的舱室底部均铺设有隔热层。
进一步的，所述导流罩上设有多个封堵口和多个螺丝孔，所述可变角度叶片组通过螺母穿过所述螺丝孔栓接所述导流罩。
进一步的，所述可变角度叶片组包括第一百叶窗、第二百叶窗、可调节旋钮和支撑板，所述第一百叶窗与所述第二百叶窗铰接设置，所述第一百叶窗和所述第二百叶窗均设置在所述支撑板上，所述支撑板设置有多个螺母，所述螺母与所述螺丝孔一一对应。
进一步的，所述多孔燃烧器呈长方体形，包括多孔结构和接气管路，所述多孔结构位于所述接气管路上方，所述多孔结构呈陈列A×B排列，相邻两孔之间的间距为15～20mm，孔的直径为5～6mm。
进一步的，所述可调节端口的调节角度为0～45°。
进一步的，所述燃烧舱的顶部还设置有多个喷淋出口，可以喷淋灭火实验。
进一步的，所述插槽为可调节宽度的正方形开口或者长方形开口。
进一步的，所述舱室内烟气温度测量机构和所述外立面竖向温度及辐射热流测量机构均包括多个热电偶，多个所述热电偶分别设置在所述燃烧舱的内壁上和所述外立面的外表面上；所述外立面竖向温度及辐射热流测量机构还包括多个辐射热流计，布置在所述外立面上。
进一步的，所述模拟发生单元包括天然气供应机构和电磁阀点火机构，所述燃烧舱的底部设有多个通孔，所述天然气供应机构通过管路穿过所述通孔与所述接气管路连通，所述点火机构包括脉冲点火器卡槽，所述脉冲点火器卡槽设置在所述多孔结构的孔内。
与现有技术比较，本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
(1)本发明设置了不同角度和射流速度的空气幕，可更直观的进行空气幕火灾预防试验。且空气幕宽度和厚度可变，可满足不同尺寸开口的试验，功能性强，操作方便。
(2)本发明可远程精准控制火源热释放速率，同时可满足不同火源位置以及单一或多火源燃烧模拟，更符合现实舱室火灾情况，且更安全。
(3)本发明设置了空气幕系统和喷淋系统，可更直观的观察喷淋和空气幕耦合作用下的火灾预防试验，为消防教学提供安全有效的实训平台。
附图说明
图1为本发明的一种空气幕防火试验平台的结构示意图；
图2为本发明的可变角度叶片组结构示意图；
图3为本发明的空气导流槽内部结构示意图；
图4为本发明的空气导流槽的可调节端口结构示意图；
图5为本发明的空气导流槽安装示意图；
图6为本发明的多孔燃烧器结构示意图；
图7为本发明的燃烧舱后视图；
图8为本发明的外立面上不同插槽尺寸示意图。
图中：1、空气导流槽；11、导流罩；111、封堵口；112、螺丝孔；12、可变角度叶片组；121、第一百叶窗；122、第二百叶窗；123、可调节旋钮；124、支撑板；125、螺母；13、可调节端口；2、燃烧舱；21、多孔燃烧器；211、多孔结构；212、接气管路；22、进风口；23、外立面；231、开口；2311、插槽；24、喷淋出口；25、通孔；26、隔热层；3、测控单元；31、舱室室内烟气温度测量机构；311、热电偶；32、外立面竖向温度及辐射热流测量机构；4、模拟发生单元；41、天然气供应机构；42、点火机构。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例和附图，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
请参考图1和图5所示，本发明提供的一种空气幕防火试验平台，包括空气导流槽1、燃烧舱2、测控单元3和模拟发生单元4；空气导流槽1为试验平台提供送风条件，空气导流槽1的进风端与风机相连通，空气导流槽1的出风端与燃烧舱2连通，空气导流槽1包括导流罩11、可变角度叶片组12和可调节端口13，可变角度叶片组12设置在导流罩11的内部，可调节端口13设置在导流罩11的端部；燃烧舱2为试验平台提供模拟不同状态腔室火空间，燃烧舱2内置有至少三个位置的多孔燃烧器21，燃烧舱2的侧壁上设有进风口22，进风口22与空气导流槽1的出风端相连通；燃烧舱的进风口22所在外壁上设有外立面23，模拟高层住宅；外立面23上设置开口231，开口231与进风口22相接合，开口231处设置有插槽2311，可调节端口13安装在插槽2311处，形成空气幕对腔室及其外立面防火场景；测控单元3用于采集进入燃烧舱内的气体温度以及燃烧生成火焰在不同位置的温度，测控单元3包括舱室内烟气温度测量机构31和外立面竖向温度及辐射热流测量机构32，舱室室内烟气温度测量机构31设于燃烧舱2内，外立面竖向温度及热流测量机构32设于外立面23上；模拟发生单元4与燃烧舱2连接，为燃烧舱内的燃烧器提供燃料气体和点火。通过设置了不同角度和射流速度的空气幕，可更直观的进行空气幕火灾预防试验。且空气幕宽度和厚度可变，可满足不同尺寸开口的试验，功能性强，操作方便。本发明可远程精准控制火源热释放速率，同时可满足不同位置的火源以及单一或多火源燃烧模拟，更符合现实舱室火灾情况，且更安全。
在一些实施方式中，为了更安全，于所述燃烧舱2除开口231所在位置的侧壁及舱室顶棚，和除多孔燃烧器21所在位置的舱室底部均铺设有隔热层26。
在一些实施方式中，为了合理空间布局，如图3所示，导流罩11上设有多个封堵口111和多个螺丝孔112，可变角度叶片组12通过螺母穿过螺丝孔112栓接在导流罩11内。
在一些实施方式中，为了实现不同角度和射流速度的空气幕，如图2所示，可变角度叶片组12包括第一百叶窗121、第二百叶窗122、可调节旋钮123和支撑板124，第一百叶窗121与第二百叶窗122可活动铰接设置，第一百叶窗121和第二百叶窗122均设置在支撑板124上，支撑板124设置有多个螺母125，螺母125与螺丝孔112一一对应。如图4所示，可调节端口13的调节角度为0～45°。
在一些实施方式中，为了更真实模拟燃烧火蔓延的状态，如图6所示，多孔燃烧器21为长方体形，包括多孔结构211和接气管路212，多孔结构211位于接气管路212上方，多孔结构211呈陈列A×B排列，相邻两孔之间的间距为15～20mm，孔的直径为5～6mm。
在一些实施方式中，为了实现观察喷淋和空气幕耦合作用下的火灾预防试验，燃烧舱2的顶部还设置有多个喷淋出口24。
在一些实施方式中，为了实现可探究空气幕在不同开口下对腔室外立面热流和温度的演化特征，如图8所示，插槽2311为可调节宽度的正方形开口或者长方形开口。
在一些实施方式中，为了精准采集到数据，如图7所示，舱室室内烟气温度测量机构31和外立面竖向温度及辐射热流测量机构32均包括多个热电偶311，多个热电偶311分别设置在所述燃烧舱2的内壁上和外立面23的外表面上；同时外立面竖向温度及辐射热流测量机构32包括多个辐射热流计，布置在所述外立面23上。
在一些实施方式中，为了保证安全提供火源，模拟发生单元4包括天然气供应机构41和点火机构42，燃烧舱2的底部设有多个通孔25，天然气供应机构41通过管路穿过所述通孔25与接气管路212连通，点火机构42包括脉冲点火器卡槽，脉冲点火器卡槽设置在所述多孔结构211的孔内。
为了更好的阐述本发明的空气幕防火试验平台的可变角度和风速的空气幕系统，研究不同角度和射流速度及喷淋流量对舱室火灾的防火效果，更安全真实的模拟现实生活中的不同火源情况。下面通过具体的实施例进行说明。
燃烧舱2的模型主体由1:5的比例实体钢结构组成，燃烧舱2为长方体，内部尺寸为1.2m×0.9m×0.9m(不含隔热材料)，燃烧舱2的底面中部预留3处空间，宽度0.3m，用以铺装3个0.3m×0.3m的多孔燃烧器21，燃烧舱2的正面位置整体焊接外立面23，在外立面23与燃烧舱2重合位置设置插槽，通过插槽安装不同尺寸开口231。燃烧舱2下部设一高0.8m的准备空间，长度和宽度与燃烧舱2外部平齐，用于布置模拟发生单元4，为燃烧舱2供应燃料。准备空间背面(即与燃烧舱2的开口正对的一面)设置为平开式柜门结构。准备空间下设轮子与支架方便移动，高度为0.2m。燃烧舱2内的多孔燃烧器21所在位置需钻预留孔9个，并配备堵头，用于燃料从不锈钢波纹软管通过小孔流入多孔燃烧器21。预留孔直径约为1.5-2cm，以可穿过不锈钢波纹燃气管为宜。预留孔下经由燃烧舱2下部准备空间与外界相连，可经由流量计连接天然气管道。流量计为玻璃转子气体流量计，分度不高于0.2m3/h，量程不低于7m3/h。
与空气导流槽1相连通的风机可以选择直径0.2-0.3m轴流风机，风管为波纹管。位于空气导流槽1下部的可调节端口13可利用四分之一圆弧卡槽进行角度调节，角度可满足0-45°调节。空气导流槽1内部预留封堵螺丝口，可安装可变角度叶片组12和封堵片，满足不同开口的空气幕出口。
模拟发生单元4由天然气供应系统和点火系统构成。天然气供应系统由天然气钢瓶、减压阀、压力表、体积流量计、橡胶软管、不锈钢进气管、标准四通、电磁阀、气体燃烧器等装置组成，其中天然气钢瓶、减压阀、压力表、体积流量计通过橡胶软管在室外连接(置于腔室下方的准备空间)，体积流量计出口接不锈钢进气管由舱室地板处进气口接入燃烧舱2内。室内燃气管道经标准四通分流，串联接入室内各处多孔燃烧器21。多孔燃烧器21由2-3mm高强度耐高温钢板焊接成，在高温下不得变形。顶面孔径5mm，孔距20mm，底面为三个在多孔燃烧器21中心线上均匀分布的圆孔，并配以堵头。多孔燃烧器21为以不锈钢材料制作的长方体结构，下部连接接气管路212，上部为多孔结构211，并附有脉冲点火器卡槽。点火系统由电源、导线、脉冲点火器、遥控开关等组成。电源置于舱室外部，导线由陶瓷管包覆，由燃烧舱2的底部进气口并联连接各脉冲点火器，点火器开闭由遥控开关控制。燃烧舱2周边放少量掺混碳粉的烟饼，用以模拟火灾烟气。
燃烧舱2侧墙和背面墙预留螺纹孔，与卡套螺丝相配合。热电偶穿过螺纹孔，由卡套螺丝固定用于室内测温。燃烧舱2上方，竖直壁面中心线上离地2m-4m区间内每隔10cm预留孔供布置热电偶用，同样采用上述卡套螺丝固定。燃烧舱2两侧预留挑檐支架固定点，从1.6m-2.5m间隔10cm一组(两侧各1个)。配套挑檐支架为可拆卸型，出挑长度0.6m。燃烧舱2正面需与竖直的外立面23无缝联接并与其所在平面平齐，避免影响空气流动。中心线离地2.05m-3.85m区间设置7个直径3cm预留孔，并带封头，用以安装辐射热流计测点。测控单元3包括舱室内烟气温度测量机构31和外立面竖向温度及辐射热流测量机构32，由热电偶、辐射热流计、补偿导线、数据采集模块和转换器组成。数据采集模块及转换器在舱室外接电脑采集数据。
燃烧舱2正面(即与竖直壁面同一侧的表面)设置插槽，供安装不同尺寸开口231所用，开口是影响燃烧室内部燃烧情况的重要因素。燃烧舱2开口(竖直壁面侧)设置为整体嵌入型，通过插槽将整个开口插入系统，用以模拟不同通风条件下的燃烧。设计分为两个系列，一种为正方形开口，由边长0.3-0.6m每隔0.05m递增，共7组，具体为0.6m×0.6m、0.5m×0.5m、0.4m×0.4m、0.3m×0.3m、0.35m×0.35m、0.45m×0.45m和0.55m×0.55m；另一种为变宽度开口，宽度由0.1-0.6m每隔0.1m递增，高度固定为0.9m不变，共6组，具体为0.9m×0.6m、0.9m×0.5m、0.9m×0.4m、0.9m×0.3m、0.9m×0.2m、0.9m×0.1m。开口可由3mm铁板在正中开口，外表面敷装石英板构成，能耐高温不变形。燃烧室外墙外表面应考虑使用加强筋。
竖直的外立面23尺寸为5m长，3m宽，下部距离燃烧舱2顶部0.5m内的表面铺设石英板进行防护，0.5m外的表面铺设3mm云母板进行防护，使用加强筋。
本发明的空气幕防火试验平台的工作原理如下：
(1)当用作研究空气幕对舱室火灾影响机制时。首先根据不同试验需求，在试验前通过改变导流罩11在四分之一圆弧上(图4)的位置改变空气幕射流角度，并根据开口大小对导流罩11进行封堵，选择合适的射流宽度与厚度(如图2和图3所示)。同时检查系统安装运行良好，开启测试系统。试验开始时，首先遥控开启多孔燃烧器21上的脉冲点火装置，之后开启下部舱室的天然气供应阀门，缓缓将天然气通入多孔燃烧器21中，由电火花引燃(此处可根据试验具体需求，精准控制热释放速率和火源位置以及单一火源或多火源)。同时打开轴流风机，按需求设置风速。通过测控单元收集的数据，针对空气幕射流条件下的舱室火灾的演化特征机制的影响进行分析。
(2)当用作研究空气幕状态下的不同火源位置火灾影响机制时，通过模拟发生控制装置，精准控制火源热释放速率。同时改变火源位置，探究不同火源位置情况下，空气幕对腔室火灾演化特征的影响，其中火源位置包括舱室中间位置、舱室后端位置以及靠近开口的前端位置。上述为单一火源下的舱室火灾试验，还可以从进行多火源共同燃烧情况下，针对空气幕条件下舱室火灾的演化特征机制的影响进行分析。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种空气幕防火试验平台，其特征在于，包括空气导流槽(1)、燃烧舱(2)、测控单元(3)和模拟发生单元(4)，
所述空气导流槽(1)为所述试验平台提供送风条件，所述空气导流槽(1)的进风端与风机相连通，所述导流槽(1)的出风端与所述燃烧舱(2)连通，所述导流槽(1)包括导流罩(11)、可变角度叶片组(12)和可调节端口(13)，所述可变角度叶片组(12)设置在所述导流罩(11)的内部，所述可调节端口(13)设置在所述导流罩(11)的端部；
所述燃烧舱(2)为所述试验平台提供模拟不同状态下燃烧火蔓延的腔室，所述燃烧舱(2)内置有至少三个位置的多孔燃烧器(21)，所述燃烧舱(2)的侧壁上设有进风口(22)，所述进风口(22)与所述空气导流槽(1)的出风端相连通；
所述燃烧舱的进风口(22)所在外壁设有外立面(23)，模拟高层住宅；所述外立面(23)上设置开口(231)，所述开口(231)与所述进风口(22)相接合，所述开口(231)处设置有插槽(2311)，所述可调节端口(13)安装在所述插槽(2311)处，形成空气幕对腔室及其外立面防火场景；
所述测控单元(3)用于采集进入所述燃烧舱内的气体温度以及燃烧生成火焰在不同位置的温度，所述测控单元(3)包括舱室内烟气温度测量机构(31)和外立面竖向温度及辐射热流测量机构(32)，所述舱室内烟气的温度测量机构(31)设于所述燃烧舱(2)内，所述外立面竖向温度及热流测量机构(32)设于所述外立面(23)上，位于开口(231)上方；
所述模拟发生单元(4)与所述燃烧舱(2)连接，为燃烧舱内的燃烧器提供燃料气体和点火。
2.如权利要求1所述的一种空气幕防火试验平台，其特征在于，在燃烧舱(2)内除开口所在位置的侧壁及舱室顶部，和除燃烧器(21)所在位置的舱室底部均铺设有隔热层(26)。
3.如权利要求2所述的一种空气幕防火试验平台，其特征在于，所述导流罩(11)上设有多个封堵口(111)和多个螺丝孔(112)，所述可变角度叶片组(12)通过螺母穿过所述螺丝孔(112)栓接在所述导流罩(11)内。
4.如权利要求3所述的一种空气幕防火试验平台，其特征在于，所述可变角度叶片组(12)包括第一百叶窗(121)、第二百叶窗(122)、可调节旋钮(123)和支撑板(124)，所述第一百叶窗(121)与所述第二百叶窗(122)可活动铰接设置，所述第一百叶窗(121)和所述第二百叶窗(122)均设置在所述支撑板(124)上，所述支撑板(124)设置有多个螺母(125)，所述螺母(125)与所述螺丝孔(112)一一对应。
5.如权利要求2所述的一种空气幕防火试验平台，其特征在于，所述多孔燃烧器(21)呈长方体形，包括多孔结构(211)和接气管路(212)，所述多孔结构(211)位于所述接气管路(212)上方，所述多孔结构(211)呈陈列A×B排列，相邻两孔之间的间距为15～20mm，孔的直径为5～6mm。
6.如权利要求5所述的一种空气幕防火试验平台，其特征在于：所述可调节端口(13)的调节角度为0～45°。
7.如权利要求6所述的一种空气幕防火试验平台，其特征在于，所述燃烧舱(2)的顶部还设置有多个喷淋出口(24)，可用于喷淋灭火实验。
8.如权利要求7所述的一种空气幕防火试验平台，其特征在于，所述插槽(2311)为可调节宽度的正方形开口或者长方形开口。
9.如权利要求8所述的一种空气幕防火试验平台，其特征在于，所述舱室内烟气温度测量机构(31)和所述外立面竖向温度及辐射热流测量机构(32)均包括多个热电偶(311)，多个所述热电偶(311)分别设置在所述燃烧舱(2)的内壁上和所述外立面(23)的外表面上；所述外立面竖向温度及辐射热流测量机构(32)还包括多个辐射热流计，布置在所述外立面(23)上。
10.如权利要求5所述的一种空气幕防火试验平台，其特征在于，所述模拟发生单元(4)包括天然气供应机构(41)和电磁阀点火机构(42)，所述燃烧舱(2)的底部设有多个通孔(25)，所述天然气供应机构(41)通过管路穿过所述通孔(25)与所述接气管路(212)连通，所述点火机构(42)包括脉冲点火器卡槽，所述脉冲点火器卡槽设置在所述多孔结构(211)的孔内。
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|---|---|---|---|
| CN202310343336.7A CN116363941A (zh) | 2023-03-29 | 2023-03-29 | 一种空气幕防火试验平台 |
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| CN (1) | CN116363941A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118010915A (zh) * | 2024-04-08 | 2024-05-10 | 常州华阳检验检测技术有限公司 | 一种用于分布式光伏组件的防火阻燃性能检测设备 |
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2023
- 2023-03-29 CN CN202310343336.7A patent/CN116363941A/zh active Pending
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