CN213875562U - 一种用于建筑构件耐火试验温度场温度控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于建筑构件耐火试验温度场温度控制系统，包括燃气供气系统、PID温度控制模块、风量控制模块、高速燃气烧嘴燃烧火场、人机接口模块、RS485R接口通讯模块、ARM信号处理模块和可编程控制器；所述燃气供气系统包括空燃比例阀；上位机通过所述RS485接口通讯模块与所述可编程控制器通讯连接，进行数据传送和温度控制；变频风机的变频器与所述PID温度控制模块电连接，通过所述可编程控制器控制变频器的频率输出来改变送风量，通过所述空燃比例阀同比例的控制燃气的变化以达到所述高速燃气烧嘴燃烧火场试验温度按照标准温度曲线升温，本实用新型通过结合PID温度控制模块、风量控制模块获得稳定可设的升温曲线，对建筑构件进行防火试验。

Description

一种用于建筑构件耐火试验温度场温度控制系统

技术领域

本实用新型涉及建筑构件耐火试验技术领域，特别地是一种用于建筑构件耐火试验温度场温度控制系统。

背景技术

随着社会发展进步和人民物质生活水平的提高，对于人民生命生产安全越来越引起关注和重视，而作为人民生命财产的第一大杀手就是火灾。据世界火灾统计中心及欧洲共同体研究测算，如火灾直接损失占国民经济生产总值的 2‰，整个火灾的损失将占国民经济生产总值的10‰以上。现代社会空前发展，积累了巨大的社会财富。特别是在城市地区，社会人口相对集中，建筑设施鳞次栉比，一旦发生火灾，会严重危害人们的生命财产安全，造成惨重的损失。因此，我国政府高度重视消防安全工作。在我国，火灾危害之烈，损失之巨，不亚于地震和洪水的危害。近年来，我国城市火灾频频，深圳、广州、上海、长沙、石河子、吉林、浙江等地发生的特大火灾所造成的危害及后果，给人们留下了极其深刻的印象，火灾给国家和人民的生命财产造成了巨大的损失。而导致火灾的大面积蔓延的主要原因就是建筑设施和建筑材料，故对于建筑材料的质量检测和测试直接影响和防患火灾发生可能性有很大意义。对于建筑材料耐火燃烧的检测和试验都要求提供一个模式火灾发生现场的真实环境，包括火灾发生时的建筑材料、材料构件温度场的温度情况和气压情况都是为建筑材料质量检测检验的一个重要依据。本专利主要是针对于建筑材料、防火门、建筑构件检测和测试提供一个模拟火灾发生现场的温度场。

一直以来,火灾防控是人类的艰巨任务。结构(建筑构件、防火门等) 抗火是结构工程领域里的一个重点难题。随着国民经济的快速发展,钢结构建筑以其自重轻,强度高,施工速度快和抗震性能好的优势,日益成为工程界广泛采用的结构形式。由于在高温条件下,钢材的物理、化学性能会发生比较大的改变,导致钢结构构件的承载力下降幅度很大,因此在钢结构的使用过程中,人们越来越重视对钢结构在火灾环境下的受力性能进行研究。本实用新型主要提供一套模拟室内火灾时的温度的控制装置。在此方案基础上,可根据GB/T24480-2009引入气体泄漏分析系统，以满足电梯层门的试验要求。也可在原来标准GB9978.3-2008的基础上引入加载装置，以满足各种建筑构件在模拟火灾环境下的加载试验。通过对建筑构件、防火门等的耐火燃烧性能进行试验和分析，清楚地表达了火灾发生时建筑构件和防火门耐火性能和安全隔离火灾情况。鉴于建筑火灾发生的频繁性和它对建筑结构造成危害的严重性,对建筑结构进行可靠的防火安全设计是十分重要和必须的。如果要对建筑结构进行可靠的防火安全设计,首先必须搞清楚火灾环境下室内空间的温度分布和结构的主要承重构件在火灾高温环境下的受力状态,它们是进行防火安全设计的前提。但由于火场的温度场分布的各种因素十分复杂,进行火灾实验的费用高昂, 对火场的温度分布进行数值模拟分析日益成为一种必要且可能的辅助分析设计手段,本方案为实现模拟火灾现场环境下的温度控制提供了一种有效的方法。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种有效解决模拟火灾现场温度的升温曲线及升温控制过程火场的压力控制的用于建筑构件耐火试验温度场温度控制系统。

本实用新型通过以下技术方案实现的：

一种用于建筑构件耐火试验温度场温度控制系统，包括燃气供气系统、PID温度控制模块、风量控制模块、高速燃气烧嘴燃烧火场、人机接口模块、 RS485R接口通讯模块、ARM信号处理模块和可编程控制器；所述燃气供气系统包括空燃比例阀；上位机通过所述RS485接口通讯模块与所述可编程控制器通讯连接，进行数据传送和温度控制；变频风机的变频器与所述PID温度控制模块电连接，通过所述可编程控制器控制变频器的频率输出来改变送风量，通过所述空燃比例阀同比例的控制燃气的变化以达到所述高速燃气烧嘴燃烧火场试验温度按照标准温度曲线升温。

进一步地，所述燃气供气系统还包括上送风管、送风分配管、下送风管、燃烧器空气进风管、燃气主管、燃气分配管和燃烧器燃气进风管；所述上送风管和所述下送风管分别设置于所述高速燃气烧嘴燃烧火场的上下两端；所述送风分配管和所述燃气主管均设置于所述高速燃气烧嘴燃烧火场的左右两端；所述燃烧器空气进风管设置于所述高速燃气烧嘴燃烧火场的顶部；所述燃气分配管通过不锈钢球阀和不锈钢揽牙连接有不锈钢伸缩管；不锈钢伸缩管连接高压离心风机的一端；高压离心风机的另一端通过不锈钢伸缩管和所述空燃比例阀连接所述燃烧器燃气进风管。

进一步地，所述燃气供气系统还包括燃气总管球阀、燃气过滤器、减压阀、压力表、放散阀、高低压保护传感器和燃气总管电磁阀。

进一步地，所述高速燃气烧嘴燃烧火场内部设置有用于采集炉内温度的炉内温度采集模块。

进一步地，所述高速燃气烧嘴燃烧火场内部还设置有用于采集试品背火温度的背火面温度采集模块。

进一步地，所述可编程控制器包括压力采集外围电路、风压控制外围电路和点火器控制外围电路。

进一步地，所述炉内温度采集模块和所述背火面温度采集模块均采用热电偶；所述PID温度控制模块通过所述热电偶的不断反馈而调整变频器的输出频率来改变送风量，利用空燃比例阀同步调整燃气进气量，达到所述高速燃气烧嘴燃烧火场试验温度按照标准温度曲线升温。

进一步地，所述高速燃气烧嘴燃烧火场内部均有排布有多个高速燃气烧嘴。

进一步地，所述风量控制模块与所述ARM信号处理模块电连接，通过所述可编程控制器逻辑计算输出，智能调节预置的风速。

本实用新型的有益效果：

1、用于建筑构件耐火试验温度场温度控制系统提供了一种模拟火灾现场的温度、压力控制方式，燃烧升温曲线可拟合不同耐火试验标准的升温曲线需求，通过结合PID温度控制模块、风量控制模块获得稳定可设的升温曲线，对建筑构件进行防火试验。

2、用于建筑构件耐火试验温度场温度控制系统采用可编程处理器及ARM 信号处理器的软件和硬件的链接进行控制，运用其强大的可编程和运算功能，充分利用ARM处理器的各种资源，对燃烧器的助燃空气调节(变频控制)以及同步自动燃气调节，及风闸的伺服执行器进行控制，实现燃烧温度及压力的控制。

附图说明

图1为本实用新型实施例高速燃气烧嘴燃烧火场正面结构示意图；

图2为本实用新型实施例高速燃气烧嘴燃烧火场侧面结构示意图；

图3为本实用新型实施例温度控制系统结构框架示意图；

图4为本实用新型实施例燃气供气系统的部分结构示意图；

图5为本实用新型实施例标准时间-温度曲线图；

图6为本实用新型实施例碳氢(HC)火灾的标准温度-时间曲线图；

图7为本实用新型实施例室外火灾的标准温度-时间曲线图；

图8为本实用新型实施例室内标准升温曲线图；

图9为图2的A部放大示意图。

附图中：1-上送风管；2-送风分配管；3-下送风管；4-燃烧器空气进风管； 5-燃气主管；6-燃气分配管；7-燃烧器燃气进风管；8-不锈钢球阀；9-不锈钢揽牙；10-不锈钢伸缩管；11-空燃比例阀；12-高速燃气烧嘴；13-高压离心风机。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型，在此以本实用新型的示意下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型，在此以本实用新型的示意性实施例及说明用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、上端、下端、顶部、底部……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；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，除非另有明确的限定。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实用新型中的具体含义。

另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征；另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

如图3所示，一种用于建筑构件耐火试验温度场温度控制系统，包括燃气供气系统、PID温度控制模块、风量控制模块、高速燃气烧嘴燃烧火场、人机接口模块、RS485R接口通讯模块、ARM信号处理模块和可编程控制器；所述燃气供气系统包括空燃比例阀；上位机通过所述RS485接口通讯模块与所述可编程控制器通讯连接，进行数据传送和温度控制；变频风机的变频器与所述PID温度控制模块电连接，通过所述可编程控制器控制变频器的频率输出来改变送风量，通过所述空燃比例阀同比例的控制燃气的变化以达到所述高速燃气烧嘴燃烧火场试验温度按照标准温度曲线升温，本实用新型屏弃以往大部分燃烧设备需要根据不同燃烧曲线的需要而不断的试验燃气调节阀的大小，本实用新型为双向通信连接，实现反馈、控制操作。

上述PID温度控制模块：输入可自由选择热电偶、热电阻、电压、电流并可扩充输入及自定义非线性校正表格，测量精度达0.2级。采用先进的人工智能PID调节算法，无超调，具备自整定功能及全新的精细控制模式。使用 14位分辨率0.2％高精度电流输出模块，电流输出精度高。每秒12.5次测量采样数率，最小控制周期达0.24秒，能适应快速变化对象的控制精度。

上述风量电路控制模块：由可编程控制器(模拟量DA输出功能)、变频器、可变频风机和风压采集模块组成，构成一个完整的闭环控制回路。风压采集后反馈，控制器根据反馈信号与目标值时行对比，查表后通过DA量控制变频器的输出频率，使风机速度改变，调节达到预置的目的。

具体的，本实施例方案中，所述燃气供气系统还包括上送风管1、送风分配管2、下送风管3、燃烧器空气进风管4、燃气主管5、燃气分配管6和燃烧器燃气进风管7；所述上送风管1和所述下送风管3分别设置于所述高速燃气烧嘴燃烧火场的上下两端；所述送风分配管2和所述燃气主管5均设置于所述高速燃气烧嘴燃烧火场的左右两端；所述燃烧器空气进风管4设置于所述高速燃气烧嘴燃烧火场的顶部；所述燃气分配管6通过不锈钢球阀8和不锈钢揽牙 9连接有不锈钢伸缩管10；不锈钢伸缩管10连接高压离心风机13的一端；高压离心风机13的另一端通过不锈钢伸缩管10和所述空燃比例阀11连接所述燃烧器燃气进风管7。

参照图4，具体的，本实施例方案中，所述燃气供气系统还包括燃气总管球阀、燃气过滤器、减压阀、压力表、放散阀、高低压保护传感器和燃气总管电磁阀，满足燃气压力的相对稳定。

具体的，本实施例方案中，所述高速燃气烧嘴燃烧火场内部设置有用于采集炉内温度的炉内温度采集模块。

具体的，本实施例方案中，所述高速燃气烧嘴燃烧火场内部还设置有用于采集试品背火温度的背火面温度采集模块。

具体的，本实施例方案中，所述可编程控制器包括压力采集外围电路、风压控制外围电路和点火器控制外围电路。

具体的，本实施例方案中，所述炉内温度采集模块和所述背火面温度采集模块均采用热电偶；所述PID温度控制模块通过所述热电偶的不断反馈而调整变频器的输出频率来改变送风量，利用空燃比例阀11同步调整燃气进气量，达到所述高速燃气烧嘴燃烧火场试验温度按照标准温度曲线升温。

具体的，本实施例方案中，所述高速燃气烧嘴燃烧火场内部均有排布有多个高速燃气烧嘴12。需要说明的是，高速燃气烧嘴燃烧火场由高速燃气烧嘴 12沿着炉左右两边从炉口进去365mm深，间距从炉体内部中间往上下均匀排布，从而实现整个炉体的温度均匀。每个高速燃气烧嘴12的空气和燃气的进气管路上都配有球阀、切断阀等，最后进入燃烧器采用空燃比例阀11进行空气、燃气定额比例调节。系统根据温度模块采集到的温度，采用PID温度的反馈控制送风风机的输出频率达到所需要的温度曲线。

具体的，本实施例方案中，所述风量控制模块与所述ARM信号处理模块电连接，通过所述可编程控制器逻辑计算输出，智能调节预置的风速。

具体的，参考图5-图8，本实施例方案中，电路组成：

(1)、试验测试控制系统主要由计算机、可编程控制器(模拟量采集、 DI输入、DO输出)、温度采集模块、燃烧器(燃烧控制器)组成，配以设计合理的上位机控制软件组成测控系统。

(2)、炉内温度采集模块：9路K型热电偶输入规格，采集炉内温度，采用直径为0.75mm～2.3mm的镍铬-镍硅(K型)热电偶，其热端伸出套管的长度不少于25mm，热电偶的热端应保证有50mm以上的一段处于等温区内；支持Modbus通讯协议，485总线，高分辨率多通道模拟量输入，可采集标准电压、电流、热电偶等信号；

(3)、背火面温度采集模块：12路K型热电偶输入规格，采集试品背火温度，热电偶直径为0.5mm(含铜片)(直径为0.5mm的热电偶丝应低温焊接或熔捍在厚0.2mm，直径为12mm的圆开铜片上)；支持Modbus通讯协议， 485总线，高分辨率多通道模拟量输入，可采集标准电压、电流、热电偶等信号；

(4)、PLC/可编程控制器：3路压力的采集、1路风压控制、12路点火器的控制等外围电路

3、软件控制，上位机软件编写采用Visual Basic 6.0开发软件编写，软件主要有以下几个功能：

(1)温度采集(炉内9路+背火12路)：通过MSComm串行控件和温度模块进行通讯，采用Modbus通讯协议，RS485总线，对两路模块进行分时读取；反馈回来的每一串数据包含21路温度，软件区分后分别进行存储和显示、曲线绘制等；

(2)、点火器的控制(12路)：通过MSComm串行控件和PLC(可编程控制器)进行通讯，通讯协议采用OMRON的Host Link进行通讯。直接控制DO输出点，输出点带动继电器，通过继电器触点控制直一路点火器。

(3)、点火器的状态(12路)：通过MSComm串行控件和PLC(可编程控制器)进行通讯，通讯协议采用OMRON的Host Link进行通讯。点火控制器的点火状态输出与PLC的DI相连，直接读取DI输入点的状态，区分对应的位置判断点火器点火成功/失败，显示器进行显示，提示操作员。

(4)、炉内温度控制技术

温度曲线和偏差实现，通过调节燃烧器的供给空气和燃气进行燃烧器的热功率调节产生相应火焰来实现对于燃烧炉内热场的增升来满足标准曲线要求。燃烧器的空气供给采用高压离心式风机进行供应，可根据实际温度情况变频调节风机的空气供给量，燃烧器的燃气供给采用管道天然气供应。

1、炉温控制满足以下温度曲线要求如图4、图5、图6和图7；

2、测量仪器精度：

(1)炉内温度：±15℃；

(2)试件内部温度：±10℃；

(3)试件背火温度：±4℃；

(4)计时范围：0-300min，计时精度：<±1s

(5)测温传感器。

3、加热炉内的热电偶的性能、数量和位置符合按国标配置；

(1)炉内温度±15℃，采用丝径为0.5mm的铠装铂铑铂S值热电偶；

(2)试件背火面温度±4℃，丝径为0.5mm的热电偶。带热电偶的铜(3) 直径为120mm，厚度为0.50mm；

(4)铠装镍铬镍硅K值热电偶精度等级：II级。

4、空气源系统；

(1)计算燃烧器所需燃气流量和空气流量：

完全燃烧100m3/h的天然气需要空气量计算约为1200m3/h，故先用空气供应风机流量为高压离心式风机，流量约为2000m3/h，风压约为4000Pa。并通过变频调速来控制空气的氧气供应了。

(2)整个控制系统通过传感器、PLC、上位机及各种执行元器件组成一个闭环控制回路，实现(1)、炉内压力的自动调整控制，(2)、炉温的自动跟随设定标准升温曲线控制，(3)当系统发现安全问题信号时，可实时反馈系统，采取紧急自动关停的安全措施。

(3)电脑测控系统，含品牌计算机及19吋液晶显示器、激光打印机，系统提供查询功能。系统对测试样品自动将其编号和温度曲线、数据存入系统内的数据库；并可输入被测样的编号、测试日期等进行查询。配有标准RS-232接口或USB接口。

以上对本实用新型实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本实用新型实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (9)

1.一种用于建筑构件耐火试验温度场温度控制系统，其特征在于：包括燃气供气系统、PID温度控制模块、风量控制模块、高速燃气烧嘴燃烧火场、人机接口模块、RS485R接口通讯模块、ARM信号处理模块和可编程控制器；所述燃气供气系统包括空燃比例阀；上位机通过所述RS485接口通讯模块与所述可编程控制器通讯连接，进行数据传送和温度控制；变频风机的变频器与所述PID温度控制模块电连接，通过所述可编程控制器控制变频器的频率输出来改变送风量，通过所述空燃比例阀同比例的控制燃气的变化以达到所述高速燃气烧嘴燃烧火场试验温度按照标准温度曲线升温。

2.根据权利要求1所述的一种用于建筑构件耐火试验温度场温度控制系统，其特征在于：所述燃气供气系统还包括上送风管、送风分配管、下送风管、燃烧器空气进风管、燃气主管、燃气分配管和燃烧器燃气进风管；所述上送风管和所述下送风管分别设置于所述高速燃气烧嘴燃烧火场的上下两端；所述送风分配管和所述燃气主管均设置于所述高速燃气烧嘴燃烧火场的左右两端；所述燃烧器空气进风管设置于所述高速燃气烧嘴燃烧火场的顶部；所述燃气分配管通过不锈钢球阀和不锈钢揽牙连接有不锈钢伸缩管；不锈钢伸缩管连接高压离心风机的一端；高压离心风机的另一端通过不锈钢伸缩管和所述空燃比例阀连接所述燃烧器燃气进风管。

3.根据权利要求2所述的一种用于建筑构件耐火试验温度场温度控制系统，其特征在于：所述燃气供气系统还包括燃气总管球阀、燃气过滤器、减压阀、压力表、放散阀、高低压保护传感器和燃气总管电磁阀。

4.根据权利要求1所述的一种用于建筑构件耐火试验温度场温度控制系统，其特征在于：所述高速燃气烧嘴燃烧火场内部设置有用于采集炉内温度的炉内温度采集模块。

5.根据权利要求4所述的一种用于建筑构件耐火试验温度场温度控制系统，其特征在于：所述高速燃气烧嘴燃烧火场内部还设置有用于采集试品背火温度的背火面温度采集模块。

6.根据权利要求1所述的一种用于建筑构件耐火试验温度场温度控制系统，其特征在于：所述可编程控制器包括压力采集外围电路、风压控制外围电路和点火器控制外围电路。

7.根据权利要求5所述的一种用于建筑构件耐火试验温度场温度控制系统，其特征在于：所述炉内温度采集模块和所述背火面温度采集模块均采用热电偶；所述PID温度控制模块通过所述热电偶的不断反馈而调整变频器的输出频率来改变送风量，利用空燃比例阀同步调整燃气进气量，达到所述高速燃气烧嘴燃烧火场试验温度按照标准温度曲线升温。

8.根据权利要求1所述的一种用于建筑构件耐火试验温度场温度控制系统，其特征在于：所述高速燃气烧嘴燃烧火场内部均有排布有多个高速燃气烧嘴。

9.根据权利要求1所述的一种用于建筑构件耐火试验温度场温度控制系统，其特征在于：所述风量控制模块与所述ARM信号处理模块电连接，通过所述可编程控制器逻辑计算输出，智能调节预置的风速。

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