CN206574373U - 一种单隧道车载动力多运动体火灾缩尺寸实验系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单隧道车载动力多运动体火灾缩尺寸实验系统，包括隧道主体，设置于隧道主体上的压力测试系统、温度测试系统、烟气分析系统和活塞风速测试系统，列车模型以及设置于列车模型中的燃烧器，所述隧道主体和列车模型由多段缩尺寸模型实验标准段拼装组成，列车模型为两至多个，列车模型内部设置有车载电机，通过遥控控制速度控制电机启停及运转速度。本实用新型通过车载电机动力系统，遥控列车运动状态，简化实验台装置的同时，提高了控制精度，通过调整隧道主体标准段的数量来调节自身的长度，通过调整列车主体标准段的数量来调节列车长度，从而模拟不同长度地铁或铁路隧道、不同列车长度的多运动体火灾特性、烟气扩散特性及活塞风耦合规律。

Description

一种单隧道车载动力多运动体火灾缩尺寸实验系统

技术领域

本实用新型涉及长大地铁隧道多运动体火灾缩尺寸实验系统，特别涉及一种单隧道车载动力多运动体火灾缩尺寸实验系统。

背景技术

随着我国高铁地铁等技术的日渐成熟，在建及新投入使用的隧道规模也逐年增加，据统计，隧道发生火灾频率约为2次/10⁸·车·千米，长大隧道一旦发生火灾对人员的安全和隧道结构的安全威胁是巨大的。近年来，地铁隧道迎来了建设的高峰期，在建及新投入使用的隧道规模呈现逐年增加的趋势，据预计到2020年，全国地铁总里程将达到6000公里，投资达到4万亿。在线路运行高峰时段，通常地铁运行间隔约2分钟，按照地铁列车设计时速100km/h计算，前后两列车的追踪距离为3.3km，所以目前已经投入使用的重庆地铁1号线中梁山隧道(全长4.33km)、正在建设中的青岛—海阳城际(蓝色硅谷段)崂山地铁隧道(全长4.58km)、及正在规划中的青岛地铁1号线过海隧道(全长6.2km)，隧道内均会同时存在同方向行驶的两列车。随着地铁隧道的长大化，火灾发生后起火列车往往会被迫减速直至停车，列车滞留在隧道内进行紧急疏散。火灾通常由于以下三种情况造成的：1)火灾发生时通常会切断行车系统供电使列车失去动力；2)驱动电机故障也会使列车失去动力；3)乘客启动紧急制动系统或人为破坏致使列车迫停。

在长大地铁隧道运行高峰期，单隧道内会同时存在同方向高速行驶的两列车，这时隧道内列车如果发生火灾有以下四种情况。

以前车尾部发生火灾事故为例，前车发生火灾继续向前行驶时，会在列车尾部形成一个高温的烟气区；在前车失去动力后被迫停车的过程中，高温的烟气会随着活塞风继续向前流动，淹没整列车，并会继续向前流动一段距离。前车着火后，后车也必须被迫停在隧道内进行疏散，后车会根据区间信号或线路调度的指示迟于前车停车，后车行车产生的活塞风必然会对发生火灾前车的烟气流动产生影响。同理，后车发生火灾，前车的运动状态必然会对后车的烟气流动产生影响。因此有必要研究列车发生火灾后，起火列车减速停车以及非起火列车的运动状态下整个动态过程的活塞风规律、火灾燃烧特性、烟气蔓延特性、临界抑制风速、热释放速率等相关机理。

现有的隧道火灾缩尺寸实验系统大都只适用于研究公路隧道，或者研究地铁、铁路隧道列车静止状态时的火灾特性研究，不能反映如今越来越多的长大地铁隧道多列车同时在隧道中运行时候的起火情况。而且这种实验系统的长度通常是固定的，只能反映某一具体长度的隧道发生火灾的情形。这种实验装置一般包括缩尺寸隧道模型，列车模型，燃烧器，通风系统，测温系统，风速测试系统及数据采集系统等几部分。而随着隧道的逐渐长大化，运动的列车起火情况急需研究，尤其当多列车同时运行在同一隧道当中，某一列车从发生火灾到减速停车以及非起火列车运动情况对烟气的动态影响过程目前几乎没有相关研究。可见，迫切需要建立能够用于长大地铁隧道的多运动体火灾燃烧特性和烟气扩散特性的实验系统，且如何保证火源在运动状态下的安全、稳定是亟待解决的实际问题。而且如何将实验系统设计模块化，从而在一个实验系统上模拟研究不同长度的地铁隧道火灾情形，如何更好地控制列车的运动状态也是一个亟待解决的问题。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种单隧道车载动力多运动体火灾缩尺寸实验系统，克服现有技术中长大地铁隧道多列车同时在隧道中运行时候的起火情况的问题。

本实用新型采用的技术方案是：一种单隧道车载动力多运动体火灾缩尺寸实验系统，包括隧道主体，设置于隧道主体上的压力测试系统、温度测试系统、烟气分析系统和活塞风速测试系统，列车模型以及设置于列车模型中的燃烧器，所述隧道主体和列车模型由多段缩尺寸模型实验标准段拼装组成，列车模型为两至多个，列车模型内部设置有车载电机，通过遥控控制速度控制电机启停及运转速度。

所述隧道主体包括耐高温隧道主体标准段、耐高温火焰观察窗，所述标准段之间采用法兰连接，连接好的隧道主体放置在隧道主体支架上。

列车模型顶部设置有燃烧器槽位和燃烧器盖板，位于列车模型的车头，车尾和车中位置。

所述燃烧器包括燃烧盘，燃烧盘的尺寸与列车模型的燃烧器槽位的尺寸对应，燃烧盘内分隔成多个小格。

所述隧道耐高温火焰观察窗外，设置有两至多台高清数码摄像机。

所述车载电机包括车载电机主体，车载电机主体的电机轴装有配套的齿轮，为主动轮，从动轮安装在列车车轮轴线连接处，通过链条将主动轮和从动轮连接起来，车载电机启动后，电机轴带动主动轮转动，通过链条传递至从动轮，从动轮转动从而带动列车车轮转动，驱动列车的运动，通过遥控控制车载电机启停及运转速度。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提出一种新的地铁或铁路单隧道非稳态车载动力的多运动体火灾缩尺寸实验系统。该系统列车模型的运动通过车载电机动力系统，遥控列车运动状态，简化实验台装置的同时，提高了控制精度，通过调整隧道主体标准段的数量来调节自身的长度，通过调整列车主体标准段的数量来调节列车长度，从而模拟不同长度地铁或铁路隧道、不同列车长度的多运动体火灾特性、烟气扩散特性及活塞风耦合规律。通过改变燃烧盘的位置，研究车头、车中、车尾的起火情况以及前一列车或是后一列车的起火情况。本实用新型为单隧道非稳态多运动体火灾的实验研究提供平台支撑，同时也为地铁或铁路隧道防灾减灾提供解决方案。本实用新型具有良好的社会效益。

附图说明

图1地铁隧道多运动体火灾实验系统图；

图2隧道主体拼装示意图；

图3列车模型图；

图4列车模型断面图及隧道断面图；图4(a)为列车模型断面图，(b)为隧道断面图；

图5燃烧盘侧视图及俯视图；图5(a)是燃烧盘侧视图，图5(b)是燃烧盘俯视图；

图6高速摄像机布置位置图；

其中：1.隧道主体；2.压力测试系统；3.温度测试系统；4.烟气分析系统；5.活塞风速测试系统；6.送风均匀格栅；7.隧道风机；8.列车模型；9.燃烧器；10.车载电机；10-1.车载电机主体，10-2.主动轮，10-3.从动轮；10-4.链条；11.电源；12.电机控制装置；13.行程开关；14.隧道主体支架；15.高清数码摄像机。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

如图1所示，地铁隧道多运动体火灾实验系统包括隧道主体1、压力测试系统2、温度测试系统3、烟气分析系统4、活塞风速测试系统5、送风均匀格栅6、隧道风机7、列车模型8、燃烧器9、车载电机10、车载电机电源11、车载电机控制装置12、行程开关13、隧道主体支架14。

如图2所示，隧道主体有多段缩尺寸模型实验标准段拼装组成，包括耐高温隧道主体标准段1-1、耐高温火焰观察窗1-2。标准段之间采用法兰连接，连接好的隧道主体放置在隧道主体支架14上。

如图3所示，实验列车模型也采用标准段拼接组合的方式连接。有利于研究列车长度对活塞风的影响，及其对烟气扩散、火灾特性等的影响。列车模型为两至多个，包括每节列车主体段8、列车顶部燃烧器槽位9-1和燃烧器盖板9-2。燃烧器可以放置在模型列车的车头，车尾和车中位置，适用于研究列车不同位置发生火灾时的烟气扩散特性。

图4(a)展示了列车模型断面图，(b)展示了隧道断面图。其中车载电机包括车载电机主体10-1，主动轮10-2，从动轮10-3和链条10-4。车载电机置于列车内部，实验人员在隧道外通过遥控控制车载电机启停及运转速度，便于精准控制列车的运动状态，而且极大地简化了隧道多运动体火灾缩尺寸实验台的构造。

图5分别展示了燃烧盘侧视图和俯视图。燃烧盘的尺寸与列车模型的燃烧器槽位9-1的尺寸对应。实验时，将燃烧盘放置于燃烧器槽位9-1中。同时，燃烧盘内分隔成多个小格。适用于研究不同强度的火灾的运动体火灾特性及烟气扩散特性。

图6展示了实验图像采集系统与隧道主体1的相对位置关系，隧道主体之间都是利用法兰连接。摄像系统高清数码摄像机15采用分段采集的办法，每台摄像机负责一个模型隧道标准段的图像采集工作，相邻的两台摄像机的图像采集会有小范围的重叠。图中虚线表示的是每台摄像机的图像采集范围。图像采集结束后，利用专业软件将各台摄像机15的图像拼接成一个图像整体。

数据采集系统包括压力测试系统2、温度测试系统3、烟气分析系统4、活塞风速测试系统5。可以实时测量并记录隧道内的压力、温度、风速及烟气成分、浓度等参数。此外，图像采集系统布置在隧道耐高温火焰观察窗1-2外，包括多台高清数码摄像机15，负责采集运动体火灾特性的相关图像资料。

模型列车的驱动系统主要包括车载电机10、电源11、电机控制装置12。通过链条10-4连接主动轮10-2与从动轮10-3，控制列车的加速、匀速及制动。列车模型8被置于轨道内，保证列车模型的直线运动。在列车高速运行工况下，保证列车不倾倒。此外，行程开关13被用来控制列车运动的区间，防止模型列车超出预定的运动区域，从而保证模型实验的安全性。

本实用新型的工作过程如下：

1)将高速摄像机(2～3台)置于耐高温火焰观察窗1-2外侧，摄像机距离观察窗约1.5m，摄像机的位置在整个实验中固定不动，然后在实验开始前统一各摄像机的系统时间(误差在±1s内)，并调整其处于拍摄状态，拍摄过程由实验人员操作。

2)检查各测试系统(2～5)的工作状态。启动数据采集系统，并检查各通道数据采集是否正常。经确认无问题后，开始各数据采集仪记录功能。

3)按照热烟实验规范中指定的燃料重量，为燃料称重，并注入到列车模型的燃烧盘中。

4)启动风机7，并根据速度测试系统5的测试数据调整风机7的风速，使隧道内的机械通风风速达到实验设定的风速。在无风工况下，风机7应关闭。

5)使用长柄火把点燃列车模型中的燃烧盘。

6)遥控启动驱动系统的车载电机10，通过链条10-4带动列车模型8以设定的速度在隧道内运行。

7)运行一段时间先后制动起火列车，非起火列车继续运动一段时间后，制动非起火列车。

8)灭火及称重。上述过程为实验的完整过程，列车运行完行程后，利用燃烧盘盖板9-2熄灭燃烧盘，并称重。

待实验系统冷却至初始状态后，准备下轮实验，重复过程1～8。

尽管上面结合图对本实用新型进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (6)

1.一种单隧道车载动力多运动体火灾缩尺寸实验系统，包括隧道主体(1)，设置于隧道主体(1)上的压力测试系统(2)、温度测试系统(3)、烟气分析系统(4)和活塞风速测试系统(5)，列车模型(8)以及设置于列车模型(8)中的燃烧器(9)，其特征在于，所述隧道主体(1)和列车模型(8)由多段缩尺寸模型实验标准段拼装组成，列车模型(8)为两至多个，列车模型(8)内部设置有车载电机(10)，通过遥控控制速度控制电机(10)启停及运转速度。

2.根据权利要求1所述单隧道车载动力多运动体火灾缩尺寸实验系统，其特征在于，所述隧道主体(1)包括耐高温隧道主体标准段(1-1)、耐高温火焰观察窗(1-2)，所述标准段之间采用法兰连接，连接好的隧道主体放置在隧道主体支架(14)上。

3.根据权利要求1所述单隧道车载动力多运动体火灾缩尺寸实验系统，其特征在于，列车模型(8)顶部设置有燃烧器槽位(9-1)和燃烧器盖板(9-2)，燃烧器(9)可以放置于列车模型(8)的车头，车尾或车中位置。

4.根据权利要求3所述单隧道车载动力多运动体火灾缩尺寸实验系统，其特征在于，所述燃烧器(9)包括燃烧盘，燃烧盘的尺寸与列车模型(8)的燃烧器槽位(9-1)的尺寸对应，燃烧盘内分隔成多个小格。

5.根据权利要求2所述单隧道车载动力多运动体火灾缩尺寸实验系统，其特征在于，所述隧道耐高温火焰观察窗(1-2)外，设置有两至多台高清数码摄像机。

6.根据权利要求1所述单隧道车载动力多运动体火灾缩尺寸实验系统，其特征在于，所述车载电机(10)包括车载电机主体(10-1)，车载电机主体的电机轴装有配套的齿轮，为主动轮(10-2)，从动轮(10-3)安装在列车车轮轴线连接处，通过链条(10-4)将主动轮和从动轮连接起来，车载电机启动后，电机轴带动主动轮(10-2)转动，通过链条传递至从动轮(10-3)，从动轮(10-3)转动从而带动列车车轮转动，驱动列车的运动，通过遥控控制车载电机启停及运转速度。