CN204720080U - 一种可拼接式运动火源隧道火灾模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可拼接式运动火源隧道火灾模拟实验装置，该隧道主体拼接装置是由半圆形顶棚模块、双线隧道对接模块以及侧墙模块共同组成，可根据实验要求拼接单线隧道和双线隧道。模拟隧道设置固定轨道，运动火源装置置于轨道上，内部包括上边可改变大小容量的油盘、下部的质量传感器、质量数据接收器以及上下层之间的隔热层。运动货源装置通过绳索与电动机连接，运动速度由电动机控制。本实新型操作简单，组装便捷，经济合算，能够有效的模拟出实际的隧道运动火灾，测定隧道温度场、辐射热、能见度、压力等，弥补定点火源实验装置中火源难以移动以及主体隧道安装复杂等缺陷。

Description

一种可拼接式运动火源隧道火灾模拟实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种可拼接式运动火源隧道火灾模拟实验装置。

背景技术

随着全球社会和经济的飞速发展，隧道的使用变得很普遍，而且还将建设更多的隧道。近年来屡屡发生的重大隧道火灾事故，而火灾事故一旦发生，大量堆积的可燃物剧烈的燃烧极有可能造成人员的伤亡和财产的巨大损失。重载隧道火灾事故中，可燃物燃烧特点、隧道内温度场更为复杂。

目前，隧道火灾试验研究主要有两种方式原尺寸试验和缩比例尺寸试验研究。对于原尺寸试验一般需要废弃的隧道，试验条件很难满足，常采用的研究方式为缩比例尺寸研究。它的优点是易于建立隧道模型，便于改变参数以及工况(不同通风条件、不同火源大小、不同火源位置，不同列车运动速度等)，成本低廉、操作方便、可重复操作等优势。对真实隧道火灾研究具有重要参考价值。现今，国内外研究人员对于固定位置火源的隧道火灾研究较多，但是对于运动火源的隧道火灾的实验研究还是较少。

运输铁路中列车一般都有大量的可燃物，隧道内运载大量可燃物质的列车一旦起火，往往会诱发大面积着火，造成隧道内温度快速升高、隧道大面积结构损伤，导致隧道的结构稳定性发生破坏，消防安全度迅速降低。同时大面积的着火可能会造成洞口附近大量的火焰喷射、高温热辐射，给消防扑救人员的人身安全带来极大威胁。

目前，一些学者对于运动式火源隧道火灾特征已开展了初步的研究。徐志胜等人建立了1:5的旅客列车卧铺车厢模型，利用该模型研究了隧道内不同列车运行速度、不同火源等火灾场景下的旅客列车火灾特征及其烟气蔓延规律。邓军等人对隧道内动态火源下的隧道火灾进行了数值模拟计算，结果表明动态火源会影响隧道内热烟气与冷空气的动态循环过程，火源尾部的涡流会引起一定程度上的阻碍火源附近的热量传递。

建立试验模型隧道，探讨铁路隧道火灾中，隧道内温度场的分布，隧道洞口处火溢流形状特征、隧道洞口附近辐射热大小，结合铁路隧道火灾下通风方式特点，对其火灾下通风因子、空气卷吸速率进行理论分析，并利用分析结果研究重载铁路隧道火灾轰然后火灾热释放速率大小，对铁路隧道的消防设计、综合防火以及消防救援都有着借鉴和指导作用。

发明内容

为了解决目前隧道内运动火源火灾没有较好的模拟实验装置来提供相关参考数据的技术问题，本实用新型提供一种将整体的模拟隧道碎片化，由小部分的隧道模块组装试验用的单线隧道模型或者双线隧道模型，便于组装，也降低实验耗材的可拼接式运动火源隧道火灾模拟实验装置。

为了实现上述技术目的，本实用新型的技术方案是，

一种可拼接式运动火源隧道火灾模拟实验装置，包括模拟隧道模块、运动火源装置、底面固定轨道和数据采集系统，所述的底面固定轨道设置于模拟隧道模块内的底面上，运动火源装置设于底面固定轨道上并可沿底面固定轨道运动，所述的数据采集系统用于采集相关数据；

所述的模拟隧道模块包括多个依次连接的模拟隧道段，所述的模拟隧道段是由内外两层不锈钢板以及设置于两层不锈钢板之间的隔热石棉组成；

所述的运动火源装置是设有驱动系统的由防火装置隔开为上下两部分的铁皮小车，上部分设有可调节火源面积大小的可变油盘，下部分设有用于称量油盘质量的质量传感器，所述的驱动系统包括电动机、滑轮和绳索，电动机固定于模拟隧道模块的一端出口外，绳索一端连接在铁皮小车上，另一端缠绕在由电动机驱动的卷筒上，滑轮固定在地面上，绳索穿过滑轮；

所述的底面固定轨道包括两条角钢轨道和底板，两条角钢轨道平行的固定于底板上，运动火源装置设于两条角钢轨道上；

所述的数据采集系统包括温度传感器、能见度测试仪、压力传感器、摄像机和上位机，所述的压力传感器和能见度测试仪均设置于模拟隧道段顶部的开口处，所述的温度传感器包括隧道内温度传感器组和隧道外温度传感器组，隧道内温度传感器组包括多组悬挂于模拟隧道模块顶部的热电偶串，每个热电偶串包括至少两个热电偶，隧道外温度传感器组设置于模拟隧道模块一端出口处，包括多个竖直设置的热电偶树，摄像机至少包括两台高清红外线摄像机，分别设置于模拟隧道模块的两端，上位机接收温度传感器、压力传感器、摄像机以及质量传感器的信号。

所述的一种可拼接式运动火源隧道火灾模拟实验装置，所述的模拟隧道段包括单线隧道段，所述的单线隧道段包括单线顶棚块和单线侧壁块，所述的单线顶棚块为由两块对称的单线顶棚分块拼接而成的半圆形顶棚块，所述的单线侧壁块包括两块竖直设置的单线侧壁分块，单线隧道段的各分块的连接端部均设有螺孔并互相通过螺栓固定连接。

所述的一种可拼接式运动火源隧道火灾模拟实验装置，所述的模拟隧道段还包括双线隧道对接段，所述的双线隧道对接段包括双线顶棚块和双线侧壁块，所述的双线顶棚块由一块水平的双线顶棚分块和四分之一圆形双线顶棚分块拼接而成，所述的双线侧壁块包括一块竖直设置的双线侧壁分块，双线隧道段的各分块的连接端部均设有螺孔，水平的双线顶棚分块的一端连接单线顶棚块，另一端连接四分之一圆形双线顶棚分块，其余各分块的连接端部互相通过螺栓固定连接。

所述的一种可拼接式运动火源隧道火灾模拟实验装置，所述的运动火源装置的上部分侧壁上包裹着防火材料，绳索连接于运动火源装置高度的二分之一处。

所述的一种可拼接式运动火源隧道火灾模拟实验装置，所述的隧道内温度传感器组采用的是K型铠装热电偶，隧道外温度传感器组采用的是K型非铠装热电偶，压力传感器采用HM24经济型压力变送器，质量传感器为YZC-516/30kg称重传感器

本实用新型的技术效果在于：

该模拟测试系统可准确直观地反应火灾下模型隧道内可燃物燃烧特点、温度场分布特征、高温热烟气蔓延规律，采用便捷的拼接方式组合隧道模型，可方便的由单线隧道模型转变为双线隧道模型；隧道火灾试验模型将固定位置火源改进为动态火源，可简捷的改变运动火源装置的位置，亦可使其沿单一方向匀速运动，在操作和经济成本方面，模拟隧道模块的制作较为方便，且可以多次利用，便于拆卸和组装，经济成本也较为低廉。

本发明专利采用模拟隧道多模块拼接组装方式，操作便捷，改变了一般的建立整体模型方式，同时采用了移动火源方式模拟，改变较为传统的固定火源模拟方式，是一种新型的隧道火灾模拟测试系统，该系统测试的温度场、辐射量、燃料燃烧损失速率等，对于实际隧道火灾的研究探讨具有重要的实际意义和应用前景。

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型局部立体示意图：

图2为本实用新型单线顶棚分块示意图：

图3为本实用新型模拟隧道段横截面图：

图4为本实用新型侧壁块示意图：

图5为本实用新型轨道示意图：

图6为本实用新型运动火源装置示意图：

图7为本实用新型采集系统示意图：

其中，顶棚半圆模块1，水平的双线顶棚分块2，螺孔3，单线侧壁块4，双线侧壁块5，运动火源装置6，轨道7，质量传感器8，滑轮9，电动机10，绳索11，底面防火板12，模拟隧道段顶部的开口13，钢板14，石棉15，螺丝16，17，轮子18，19，运动装置防火板20，油盘21，隧道内温度传感器组22，隧道外温度传感器组23，上位机24，热电偶25，摄像机26

具体实施方式

参见附图，本实用新型包括包括模拟隧道模块、运动火源装置、底面固定轨道和数据采集系统，底面固定轨道设置于模拟隧道模块内的底面上，运动火源装置设于底面固定轨道上并可沿底面固定轨道运动，数据采集系统用于采集相关数据；

模拟隧道模块包括多个依次连接的模拟隧道段，模拟隧道段由两块不锈钢板1Cr18Ni9Ti以及中间夹着的一定厚度的隔热石棉，通过螺栓组合在一起；采用1:9缩尺寸，建立了18m(长)×0.6m(宽)×0.8m(高)，其中垂直壁面高度0.5，弧形拱顶半径0.3m的试验模型隧道。其中每段模块的长度为1.5m。

模拟隧道段包括单线隧道段，单线隧道段包括单线顶棚块和单线侧壁块，单线顶棚块为由两块对称的单线顶棚分块拼接而成的半圆形顶棚块，单线侧壁块包括两块竖直设置的单线侧壁分块，单线隧道段的各分块的连接端部均设有螺孔并互相通过螺栓固定连接。

模拟隧道段还包括双线隧道对接段，双线隧道对接段包括双线顶棚块和双线侧壁块，双线顶棚块由一块水平的双线顶棚分块和四分之一圆形双线顶棚分块拼接而成，双线侧壁块包括一块竖直设置的双线侧壁分块，双线隧道段的各分块的连接端部均设有螺孔，水平的双线顶棚分块的一端连接单线顶棚块，另一端连接四分之一圆形双线顶棚分块，其余各分块的连接端部互相通过螺栓固定连接。

侧墙模拟隧道模块采用钢钉支架固定在地面上，顶棚模拟隧道模块之间通过螺栓组合，可构成模拟单线隧道的顶棚部分；再加上双线隧道对接模块便可构成双线隧道的顶棚部分。

运动火源装置是设有驱动系统的由防火装置隔开为上下两部分的铁皮小车，上部分设有可调节火源面积大小的可变油盘，下部分设有用于称量油盘质量的质量传感器，驱动系统包括电动机、滑轮和绳索，电动机固定于模拟隧道模块的一端出口外，绳索一端连接在铁皮小车上，另一端缠绕在由电动机驱动的卷筒上，滑轮固定在地面上，绳索穿过滑轮；电动机采用微型变频电动机，型号YS，功率5kw，能提供多种运行速度。

底面固定轨道包括两条角钢轨道和底板，两条角钢轨道平行的固定于底板上，运动火源装置设于两条角钢轨道上；

数据采集系统包括温度传感器、能见度测试仪、压力传感器、摄像机和上位机，压力传感器和能见度测试仪均设置于模拟隧道段顶部的开口处，温度传感器包括隧道内温度传感器组和隧道外温度传感器组，隧道内温度传感器组包括多组悬挂于模拟隧道模块顶部的热电偶串，每个热电偶串包括至少两个热电偶，隧道外温度传感器组设置于模拟隧道模块一端出口处，包括多个竖直设置的热电偶树，摄像机至少包括两台高清红外线摄像机，分别设置于模拟隧道模块的两端，上位机接收温度传感器、压力传感器、摄像机以及质量传感器的信号。

运动火源装置的上部分侧壁上包裹着防火材料，绳索连接于运动火源装置高度的二分之一处。铁皮车四周有高度一定的围栏，其中三侧固定一侧可开，四周都包裹着防火材料；质量传感器可以来进行油盘燃料质量损失速率分析；可变油盘可根据要求改变燃料添加量，从而改变火源功率；

底面固定轨道由角钢和钢板焊制而成，轨道上放置四个车轮底座，底座上放置上述的运动火源装置。

所述的模拟隧道内温度传感器采用的是K型铠装热电偶，隧道口的热电偶树采用的是K型非铠装热电偶。

电子压力传感器采用HM24经济型压力变送器，测量范围0～10Kpa，精度0.5％；摄像机采用高清红外线摄像机。能见度测试仪，型号NJ-1，准确度：±2％，分辨率：1m。

质量传感器选用YZC-516/30kg称重传感器，精度0.1g；质量数据接收器放置在运动火源装置的下部，采用隔热石棉包裹。

Claims (5)

1.一种可拼接式运动火源隧道火灾模拟实验装置，其特征在于，包括模拟隧道模块、运动火源装置、底面固定轨道和数据采集系统，所述的底面固定轨道设置于模拟隧道模块内的底面上，运动火源装置设于底面固定轨道上并可沿底面固定轨道运动，所述的数据采集系统用于采集相关数据；

所述的模拟隧道模块包括多个依次连接的模拟隧道段，所述的模拟隧道段是由内外两层不锈钢板以及设置于两层不锈钢板之间的隔热石棉组成；

所述的运动火源装置是设有驱动系统的由防火装置隔开为上下两部分的铁皮小车，上部分设有可调节火源面积大小的可变油盘，下部分设有用于称量油盘质量的质量传感器，所述的驱动系统包括电动机、滑轮和绳索，电动机固定于模拟隧道模块的一端出口外，绳索一端连接在铁皮小车上，另一端缠绕在由电动机驱动的卷筒上，滑轮固定在地面上，绳索穿过滑轮；

所述的底面固定轨道包括两条角钢轨道和底板，两条角钢轨道平行的固定于底板上，运动火源装置设于两条角钢轨道上；

所述的数据采集系统包括温度传感器、能见度测试仪、压力传感器、摄像机和上位机，所述的压力传感器和能见度测试仪均设置于模拟隧道段顶部的开口处，所述的温度传感器包括隧道内温度传感器组和隧道外温度传感器组，隧道内温度传感器组包括多组悬挂于模拟隧道模块顶部的热电偶串，每个热电偶串包括至少两个热电偶，隧道外温度传感器组设置于模拟隧道模块一端出口处，包括多个竖直设置的热电偶树，摄像机至少包括两台高清红外线摄像机，分别设置于模拟隧道模块的两端，上位机接收温度传感器、压力传感器、摄像机以及质量传感器的信号。

2.根据权利要求1所述的一种可拼接式运动火源隧道火灾模拟实验装置，其特征在于，所述的模拟隧道段包括单线隧道段，所述的单线隧道段包括单线顶棚块和单线侧壁块，所述的单线顶棚块为由两块对称的单线顶棚分块拼接而成的半圆形顶棚块，所述的单线侧壁块包括两块竖直设置的单线侧壁分块，单线隧道段的各分块的连接端部均设有螺孔并互相通过螺栓固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种可拼接式运动火源隧道火灾模拟实验装置，其特征在于，所述的模拟隧道段还包括双线隧道对接段，所述的双线隧道对接段包括双线顶棚块和双线侧壁块，所述的双线顶棚块由一块水平的双线顶棚分块和四分之一圆形双线顶棚分块拼接而成，所述的双线侧壁块包括一块竖直设置的双线侧壁分块，双线隧道段的各分块的连接端部均设有螺孔，水平的双线顶棚分块的一端连接单线顶棚块，另一端连接四分之一圆形双线顶棚分块，其余各分块的连接端部互相通过螺栓固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种可拼接式运动火源隧道火灾模拟实验装置，其特征在于，所述的运动火源装置的上部分侧壁上包裹着防火材料，绳索连接于运动火源装置高度的二分之一处。

5.根据权利要求1所述的一种可拼接式运动火源隧道火灾模拟实验装置，其特征在于，所述的隧道内温度传感器组采用的是K型铠装热电偶，隧道外温度传感器组采用的是K型非铠装热电偶，压力传感器采用HM24经济型压力变送器，质量传感器为YZC-516/30kg称重传感器。