CN212112958U - 高海拔隧道火灾实验模拟装置及其系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种高海拔隧道火灾实验模拟装置及其系统，属于火灾模拟领域。该高海拔隧道火灾实验模拟装置包括环境模拟结构、隧道模型以及燃烧结构。其中，环境模拟结构包括密封舱和减压装置，减压装置包括真空泵及连接管，连接管的一端与真空泵连接，连接管的另一端与密封舱连接。在使用时，密封舱用于提供密封环境，通过真空泵抽吸密封舱内空气，以此模拟高海拔气压环境，隧道模型则形成于密封舱内，燃烧结构模拟火灾烟气从而模拟高海拔气压环境的火灾烟气。

Description

高海拔隧道火灾实验模拟装置及其系统

技术领域

本实用新型涉及火灾模拟领域，具体涉及一种高海拔隧道火灾实验模拟装置及其系统。

背景技术

隧道运营期间内的主要事故，包括列车火灾、碰撞和脱轨等，其中，火灾是最具有破坏力的。由于隧道是管状结构物，一旦发生火灾，隧道内温度迅速升高，烟雾大，疏散扑救困难，危害程度远远高于其他地面事故形式。因此，隧道中发生火灾将不仅危及人员生命安全，还会造成交通中断、损伤隧道结构、影响隧道使用寿命，甚至导致局部地区生产秩序的混乱和停顿。

当隧道位于高海拔环境时，随着海拔高度升高，气压降低，火灾燃烧将发生明显变化，烟气的生成总量和扩散规律也与平原地区存在较大差异。

目前的火灾模拟装置并从而无法模拟火灾烟气在高海拔隧道中的扩散规律。

实用新型内容

有鉴于此，本申请提供了一种高海拔隧道火灾实验模拟装置及其系统，旨在模拟高海拔环境下隧道火灾烟气的扩散。

第一方面，本申请提供一种高海拔隧道火灾实验模拟装置，包括环境模拟结构、隧道模型以及燃烧结构。

其中，所述环境模拟结构包括密封舱和减压装置，所述减压装置包括真空泵及连接管，所述连接管的一端与所述真空泵连接，所述连接管的另一端与所述密封舱连接。

所述隧道模型容纳于所述密封舱内，所述隧道模型包括缩尺隧道、均流烟道以及支架，所述缩尺隧道固定于所述支架，所述均流烟道与所述缩尺隧道内部连通。

所述燃烧结构容纳于所述缩尺隧道内，所述燃烧结构包括燃烧装置、电子天平、石棉垫层以及烟饼，所述石棉垫层设置于所述燃烧装置和所述电子天平之间，所述燃烧装置用于点燃所述烟饼。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述支架包括第一支腿、第二支腿以及支撑平台，所述缩尺隧道固定于所述支撑平台，所述电子天平设置于所述支撑平台，所述第一支腿和所述第二支腿设置于所述支撑平台的相对两侧。

结合第一方面，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述支架包括支撑件、伸缩件以及支撑平台，所述缩尺隧道固定于所述支撑平台，所述电子天平设置于所述支撑平台，所述支撑件和所述伸缩件设置于所述支撑平台的相对两侧，所述支撑件与所述支撑平台的一端转动连接，所述伸缩件与所述支撑平台的另一端转动连接。

结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述伸缩件为气压杆或者液压杆。

结合第一方面的第二种至第三种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述支撑平台开设有凹槽，所述电子天平容置于所述凹槽内。

结合第一方面的第四种可能的实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，所述缩尺隧道的一端开设有卡槽，所述缩尺隧道的另一端开设有凸缘，所述凸缘与所述卡槽相匹配。

结合第一方面的第五种可能的实现方式，在第一方面的第六种可能的实现方式中，所述缩尺隧道至少设置2个。

结合第一方面，在第一方面的第七种可能的实现方式中，缩尺隧道由混凝土构成。

第二方面，本申请提供一种高海拔隧道火灾实验模拟系统，包括前述高海拔隧道火灾实验模拟装置以及检测装置。

其中，所述均流烟道的尾部开设有安装孔。

所述检测装置安装于所述安装孔内。

结合第二方面，在第二方面的第一种可能的实现方式中，所述检测装置包括烟气分析仪、热电偶、风速传感器、风压传感器、压力计、热辐射计、静态采集仪、动态采集仪中的一种或几种。

本实用新型的有益效果是：该高海拔隧道火灾实验模拟装置包括环境模拟结构、隧道模型以及燃烧结构。其中，环境模拟结构包括密封舱和减压装置，减压装置包括真空泵及连接管，连接管的一端与真空泵连接，连接管的另一端与密封舱连接。在使用时，密封舱用于提供密封环境，通过真空泵抽吸密封舱内空气，以此模拟高海拔气压环境，隧道模型则形成于密封舱内，燃烧结构模拟火灾烟气从而模拟高海拔气压环境的火灾烟气。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本申请实施例提供的高海拔隧道火灾实验模拟装置的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的高海拔隧道火灾实验模拟装置的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的环境模拟结构的结构示意图；

图4是本申请实施例提供的隧道模型的结构示意图；

图5是本申请实施例提供的燃烧结构的结构示意图；

图6是本申请实施例提供的支架的结构示意图；

图7是本申请实施例提供的支架的结构示意图。

图标：100-高海拔隧道火灾实验模拟装置；110-环境模拟结构； 111-密封舱；1111-钢架；1113-钢板；1115-舱门；113-减压装置；1131- 真空泵；1133-连接管；130-隧道模型；131-缩尺隧道；133-均流烟道； 135-支架；1351-第一支腿；1353-第二支腿；1355-支撑平台；1357- 支撑件；1359-伸缩件；150-燃烧结构；151-燃烧装置；153-电子天平； 155-石棉垫层。

具体实施方式

为使本申请实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，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方式，都属于本申请保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施方式。基于本申请中的实施方式，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方式，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系；可以是电性连接，也可以是电气连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例

当隧道位于高海拔环境时，随着海拔高度升高，气压降低，火灾燃烧将发生明显变化，烟气的生成总量和扩散规律也与平原地区存在较大差异。

目前的火灾模拟装置无法模拟火灾烟气在高海拔隧道中的扩散规律。室内模型试验是将实际的施工过程进行缩尺真实模拟，具有与实际情况吻合度较好，成本低的特点，是研究高海拔隧道火灾烟气特性及烟气扩散规律较为理想的研究方法。

为此，本申请提供一种高海拔隧道火灾实验模拟装置及其系统，旨在模拟高海拔环境下隧道火灾烟气的扩散，研究火灾烟气在高海拔隧道中的扩散规律。

图1和图2示出了高海拔隧道火灾实验模拟装置的结构示意图。请参阅图1和图2，该高海拔隧道火灾实验模拟装置100包括环境模拟结构110、隧道模型130以及燃烧结构150。

图3示出了一种环境模拟结构的结构示意图。请参阅图3，环境模拟结构110包括密封舱111和减压装置113。其中，密封舱111用于提供密封环境，减压装置113用于模拟高海拔气压环境。

在具体设置时，密封舱111由钢架1111以及多个钢板1113，钢架1111与多个钢板1113焊接，多个钢板1113围合形成密闭空间。示例性地，钢板1113为6个，6个钢板1113均为矩形板，钢板围合形成矩形空间，其中一个钢板1113设置有舱门1115，以便于人员进出。

在其他一些具体的实施方案中，密封舱111也可以由其他材料制成，例如密封舱111可以是砖混结构。

减压装置113包括真空泵1131及连接管1133，连接管1133的一端与真空泵1131连接，连接管1133的另一端与密封舱111连接。其中，连接管1133上配有阀门，该阀门用于控制连接管1133与密封舱111的连通，调节抽气流量。通过调整减压装置113的抽气流量，可实现不同海拔高度环境下隧道火灾发展过程的模拟。

图4示出了一种隧道模型的结构示意图。请参阅图4，在具体设置时，隧道模型130容纳于密封舱111内，隧道模型130包括缩尺隧道131、均流烟道133以及支架135，缩尺隧道131固定于支架135，均流烟道133与缩尺隧道131内部连通。

在具体设置时，缩尺隧道131按照一定缩小比例，根据实际隧道的尺寸、形状建造缩尺隧道131。其中，缩尺隧道131由混凝土构成。

在其他一些具体的实施方案中，缩尺隧道131的一端开设有卡槽，缩尺隧道131的另一端开设有凸缘，凸缘与卡槽相匹配。示例性地，缩尺隧道131包括多个，相邻的缩尺隧道131通过凸缘与卡槽的配合，也就是通过凸缘嵌入卡槽的方式将多个缩尺隧道131连接。通过加长缩尺隧道131的长度或增加缩尺隧道131的个数，可以研究不同长度的隧道中烟气扩散极限状态。

在具体设置时，均流烟道133安装于缩尺隧道131的顶部，且位于燃烧结构150正上方。均流烟道133的作用在于均衡层理化烟气，其中，均流烟道133内设置有均流器，均流器用于提高烟气的均匀性。

均流烟道133的尾部开设有安装孔，也就是说，在均流烟道133 远离缩尺隧道131的一端开设安装孔。安装孔内安装检测装置。其中，检测装置包括烟气分析仪、热电偶、风速传感器、风压传感器、压力计、热辐射计、静态采集仪以及动态采集仪。

其中，红外烟气分析仪用于分析烟气组分、确定热释放速率；热电偶、风速传感器、风压传感器用于检测燃烧过程中烟气温度、风速、风压变化；压力计用于检测密封舱内气压变化；热辐射计用于检测火源附近辐射通量变化，静态采集仪、动态采集仪用于采集记录试验过程中烟气温度、风速、风压变化规律，并输出图像数据。其中，静态采集仪、动态采集仪属于数据采集装置，含有显示屏，显示屏可以设置在缩尺隧道131的外部，便于实验人员实时观察。

研究火灾燃烧特性时，开启均流烟道133(也就是均流器)。研究火灾烟气分布规律时，关闭均流烟道133，通过检测装置检测温度、风速、风压、烟气浓度等变化过程。

图5示出了一种燃烧结构的结构示意图。请参阅图5，在具体设置时，燃烧结构150容纳于缩尺隧道131内，燃烧结构150包括燃烧装置151、电子天平153、石棉垫层155以及烟饼，石棉垫层155设置于燃烧装置151和电子天平153之间，燃烧装置151用于点燃烟饼，燃烧装置151可以是盛装液体燃料的器皿。

其中，电子天平153用于记录燃料的质量损失。石棉垫层155用于隔热和提高受热均匀性。烟饼在燃烧时形成烟气，模拟隧道火灾的烟气。在具体设置时，电子天平153位于缩尺隧道131内部。

图6示出了一种支架的结构示意图。请参阅图6，在一些具体的实施方案中，支架135包括第一支腿1351、第二支腿1353以及支撑平台1355，缩尺隧道131固定于支撑平台1355，电子天平153设置于支撑平台1355，第一支腿1351和第二支腿1353设置于支撑平台1355的相对两侧。

随着我国铁路网的不断完善，中西部地区山岭隧道建设规模日益增加。由于中西部地区地质地貌复杂、山脉众多，因此涌现出大量海拔高度在3000米及以上且坡度较大的隧道及大规模隧道群。

当隧道的坡度较大时，火灾燃烧将发生明显变化，烟气的生成总量和扩散规律也与平原地区存在较大差异。

为此，在另一种具体的实施方案中，图7示出了一种支架的结构示意图。请参阅图7，支架135包括支撑件1357、伸缩件1359以及支撑平台1355，缩尺隧道131固定于支撑平台1355，电子天平153 设置于支撑平台1355，支撑件1357和伸缩件1359设置于支撑平台 1355的相对两侧，支撑件1357与支撑平台1355的一端转动连接，伸缩件1359与支撑平台1355的另一端转动连接。其中，伸缩件1359 为气压杆或者液压杆。通过调整伸缩件1359的高度，可实现不同坡度下高海拔隧道火灾发展过程的模拟。

在具体设置时，支撑平台1355开设有凹槽，电子天平153容置于凹槽内。

需要说明的是，在本申请中，支撑平台1355的坡体调节一般不会过大，燃烧装置151也不会过于倾斜，通常在1°到2°。在具体设置时，电子天平153的底部设置有脚螺旋，通过脚螺旋对电子天平 153的高度进行调节，使得电子天平153处于水平。

本申请中，该高海拔隧道火灾实验模拟装置100包括环境模拟结构110、隧道模型130以及燃烧结构150。其中，环境模拟结构110 包括密封舱111和减压装置113，减压装置113包括真空泵1131及连接管1133，连接管1133的一端与真空泵1131连接，连接管1133的另一端与密封舱111连接。在使用时，密封舱111用于提供密封环境，通过真空泵1131抽吸密封舱111内空气，以此模拟高海拔气压环境，隧道模型130则形成于密封舱111内，燃烧结构150模拟火灾烟气从而模拟高海拔气压环境的火灾烟气。

通过调整伸缩件1359的高度，可以实现不同坡度下高海拔隧道火灾发展过程的模拟。分析不同坡度对高海拔隧道火灾烟气蔓延规律的影响。

通过调整高海拔环境模拟系统中减压装置的抽气流量，就可实现不同海拔高度环境下隧道火灾发展过程的模拟。分析不同海拔高度环境对隧道火灾燃烧特性、烟气扩散规律的影响。

通过加长缩尺隧道的长度或增加缩尺隧道的个数，可以研究不同长度的隧道中烟气扩散极限状态。

通过该高海拔隧道火灾实验模拟装置100，可以实现模拟不同坡度、不同海拔高度条件下高海拔隧道火灾燃烧特性及烟气扩散规律，完善高海拔隧道防灾疏散救援工程设计理论体系，从而更好地保证高海拔隧道运营期安全。

本申请另提供一种高海拔隧道火灾实验模拟系统，包括高海拔隧道火灾实验模拟装置100，均流烟道133的尾部开设有安装孔。

检测装置安装于安装孔内。其中，检测装置包括烟气分析仪、热电偶、风速传感器、风压传感器、压力计、热辐射计、静态采集仪、动态采集仪中的一种或几种。

该高海拔隧道火灾实验模拟系统设置有检测装置，通过检测装置为实验分析提供数据支持。

需要说明的是，在本申请中，可以根据实际需要将检测装置也布设至其他位置，例如缩尺隧道131的端部内壁，另外，静态采集仪、动态采集仪也可以根据监测需要设置在其他位置，例如缩尺隧道131 的两端内部。

以上所述仅为本申请的优选实施方式而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高海拔隧道火灾实验模拟装置，其特征在于，包括

环境模拟结构，所述环境模拟结构包括密封舱和减压装置，所述减压装置包括真空泵及连接管，所述连接管的一端与所述真空泵连接，所述连接管的另一端与所述密封舱连接；

隧道模型，所述隧道模型容纳于所述密封舱内，所述隧道模型包括缩尺隧道、均流烟道以及支架，所述缩尺隧道固定于所述支架，所述均流烟道与所述缩尺隧道内部连通；以及

燃烧结构，所述燃烧结构容纳于所述缩尺隧道内，所述燃烧结构包括燃烧装置、电子天平、石棉垫层以及烟饼，所述石棉垫层设置于所述燃烧装置和所述电子天平之间，所述燃烧装置用于点燃所述烟饼。

2.根据权利要求1所述的高海拔隧道火灾实验模拟装置，其特征在于，所述支架包括第一支腿、第二支腿以及支撑平台，所述缩尺隧道固定于所述支撑平台，所述电子天平设置于所述支撑平台，所述第一支腿和所述第二支腿设置于所述支撑平台的相对两侧。

3.根据权利要求1所述的高海拔隧道火灾实验模拟装置，其特征在于，所述支架包括支撑件、伸缩件以及支撑平台，所述缩尺隧道固定于所述支撑平台，所述电子天平设置于所述支撑平台，所述支撑件和所述伸缩件设置于所述支撑平台的相对两侧，所述支撑件与所述支撑平台的一端转动连接，所述伸缩件与所述支撑平台的另一端转动连接。

4.根据权利要求3所述的高海拔隧道火灾实验模拟装置，其特征在于，所述伸缩件为气压杆或者液压杆。

5.根据权利要求2至4任一项所述的高海拔隧道火灾实验模拟装置，其特征在于，所述支撑平台开设有凹槽，所述电子天平容置于所述凹槽内。

6.根据权利要求5所述的高海拔隧道火灾实验模拟装置，其特征在于，所述缩尺隧道的一端开设有卡槽，所述缩尺隧道的另一端开设有凸缘，所述凸缘与所述卡槽相匹配。

7.根据权利要求6所述的高海拔隧道火灾实验模拟装置，其特征在于，所述缩尺隧道至少设置2个。

8.根据权利要求1所述的高海拔隧道火灾实验模拟装置，其特征在于，缩尺隧道由混凝土构成。

9.一种高海拔隧道火灾实验模拟系统，其特征在于，包括

权利要求1-8任一项所述的高海拔隧道火灾实验模拟装置，所述均流烟道的尾部开设有安装孔；以及

检测装置，所述检测装置安装于所述安装孔内。

10.根据权利要求9所述的高海拔隧道火灾实验模拟系统，其特征在于，所述检测装置包括烟气分析仪、热电偶、风速传感器、风压传感器、压力计、热辐射计、静态采集仪、动态采集仪中的一种或几种。

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