CN214473064U

CN214473064U - 一种超细干粉灭火剂灭火效能测试装置

Info

Publication number: CN214473064U
Application number: CN202022660391.3U
Authority: CN
Inventors: 张和平; 赵军超; 陆松; 付阳阳; 马伟通
Original assignee: University of Science and Technology of China USTC
Current assignee: University of Science and Technology of China USTC
Priority date: 2020-11-17
Filing date: 2020-11-17
Publication date: 2021-10-22
Anticipated expiration: 2030-11-17

Abstract

本实用新型公开了一种超细干粉灭火剂灭火效能测试装置。该装置包括进气系统，气溶胶发生系统，装置支撑系统，杯式燃烧器，激光测量系统，废气收集处理系统和校准系统(7)。与现有的技术相比，该装置可在杯式燃烧器内形成稳定、均匀、分散的固体气溶胶，解决了粉尘分布不均匀导致的临界灭火浓度测量误差大的问题。该装置可用于既有的超细干粉灭火剂的灭火性能评估，也可用于新型超细粉体的配方设计优化。

Description

一种超细干粉灭火剂灭火效能测试装置

技术领域

本实用新型涉及超细干粉灭火剂的灭火效能测试领域，具体涉及一种超细干粉灭火剂灭火效能测试装置。

背景技术

哈龙灭火剂曾作为消防的主要灭火产品，它以灭火速度快、效率高、不导电且灭火后无残留等特性，广泛应用于民航客机、电子计算机房、文物保护单位、大型船舶以及舰艇上。然而，自20世纪70年代以来，科学家们发现地球臭氧层内的臭氧在不断减少，并发现消防行业大量使用的哈龙灭火剂释放后在大气中长期存在。当大气中残留物质漂移至平流层后，由于受到紫外线UV-C照射，分解产生了Cl·或Br·自由基，参与了对臭氧层的消耗。基于此，1987年，联合国环境计划署(UNEP)制定了《关于破坏臭氧物质的蒙特利尔协定书》。迄今为止，在发达国家中哈龙灭火剂已经遭到禁用，陆续其它发展中国家也将其纳入淘汰物质。

超细干粉灭火剂属于固体气溶胶灭火剂当中的一种，指的是颗粒粒径的D₉₀(90％粒径)小于或等于20um的灭火剂，可作为良好的哈龙替代品。灭火时，可以在在极短时间内扩散到着火区域，绕过障碍物在火灾空间保留较长驻留时间，对防护空间防护时间长。超细干粉微粒的粒径小、比表面积大，灭火效率高且浓度低。它能够用于扑灭全、半封闭空间内的A/B类混合火灾、B类、C类火灾，比普通干粉灭火效能高5～9倍，是哈龙灭火剂的2-3倍。

然而，受不同超细干粉灭火剂的配方组分以及粒径的影响，不同厂家的产品灭火性能会导致差异，即每个厂家的最低灭火效能不同。在现行的粉体灭火剂产品标准当中，更多是采用接近于实际火场规模的火灾模型来定性评估既有的超细干粉灭火剂或灭火系统的灭火性能能否达到相关要求，如GB4066-2004《干粉灭火剂》采用手提式灭火器(3kg)熄灭油盘火的局部灭火试验模型，GA 578-2005《超细干粉灭火剂》采用在100m³灭火间内进行的全淹没灭火试验模型。由于缺乏定量实验，无法给出具体的超细干粉灭火剂的临界灭火参数，这也给超细干粉灭火剂配方研制以及灭火技术的工业化应用带来了困难。

为了评估不同原料及粒径的超细干粉灭火剂的灭火性能，精确测试出不同超细干粉灭火剂的临界灭火参数，亟需一种科学有效的超细干粉灭火剂灭火效能测试装置。在已存在的技术中，天津消防研究所的研究人员提出了一种超细干粉灭火剂灭火性能测试方法(CN 203376300 U超细干粉灭火剂灭火性能测试装置)，采用螺旋推进方式输粉，与干燥空气混合形成气溶胶进行灭火测试。然而，形成的气溶胶的不均匀性会导致粉体临界灭火浓度的测量困难，其中最主要是难以观察到火焰的临界熄灭特征。

基于此，本实用新型装置提出了一种新的用于超细干粉灭火剂的临界灭火效能测试装置。

实用新型内容

为了精确测试不同原料及粒径分布的超细干粉灭火剂的临界灭火浓度，本实用新型提出了一种超细干粉灭火剂灭火效能测试装置。

本实用新型采用的技术方案为，一种超细干粉灭火剂灭火效能测试装置，该装置包括：进气系统，气溶胶发生系统，装置支撑系统，激光测量系统，杯式燃烧器，废气收集处理系统和校准系统(7)。

进气系统将干燥洁净的压缩空气送至气溶胶发生系统，形成稳定的气溶胶送至杯式燃烧器。通过调节进气系统空气流量与气溶胶发生系统的进粉速率，可精确控制发生的气溶胶浓度。通过调节气溶胶浓度，杯式燃烧器的火焰由稳定逐渐火焰底部发生脱离，产生火焰脉动，即火焰的临界熄灭现象，利用激光测量系统探测此浓度，即为对应灭火剂临界灭火浓度。

所述进气系统包括空气压缩泵，除水除油过滤器和空气流量控制器。

所述气溶胶发生系统，将空气与超细粉体进行均匀混合，可形成稳定的多分散分布的固体气溶胶；

所述装置支撑系统用于支撑固定主体测试装置。

所述激光测量系统，可实时测量粉体浓度的变化。激光测量系统包括激光的发射端和接收端。使用之前，激光测量系统在校准系统中进行校准。校准系统包括气源部分，气溶胶发生器，天平，校准段，数据采集系统，测试管道，粉末捕获系统，气管。气源部分包括可用于调节气体流量Q的控制器，可以气体流量进行调节。气溶胶发生器将粉末样品与气流进行充分混合，形成多分散性的气溶胶。该气溶胶发生器通过活塞输送到旋转刷，旋转刷将准确输送一定量的样品到扩散头，在扩散头处，通过喷嘴的加速，气流将被加速，高速气流为粉末的充分分散提供必要的湍流和剪切力，团聚的颗粒最终被分散输出，输出的气溶胶为多分散分布。发生的气溶胶进入测试管道，经过一段距离的均匀扩散，最终不同粒径的颗粒速度达到稳定，以恒定速度向下运动。天平实时测量气溶胶发生器中粉体的质量损失，并经数据采集系统进行数据的采集处理。

所述杯式燃烧器包括重力供油装置，连接口，燃烧杯，气溶胶连接端口，金属扩散段，观测段，金属连接筒，整流筛网，实验测量段。

其中，重力供油装置与燃烧杯通过管道连接，利用连通器原理保证燃烧过程当中燃烧杯液面的恒定，优选地，所述重力供油装置的表面积S1与燃烧杯的表面积S2之间的比值，即S1：S2>100；连接口不仅支持与重力供油装置连接，也可与可燃气体管路连接；气溶胶发生系统产生的气溶胶通过气溶胶连接端口，经过金属扩散段，观测段，金属连接筒和整流筛网到达实验测量段；

所述废气处理系统用于收集产生的气溶胶。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：

(1)本实用新型采用粉尘气溶胶发生器，并在杯式燃烧器进口端设置扩散段及筛网，解决了超细干粉灭火剂在杯式燃烧器当中分布的非均匀性；

(2)本实用新型校准系统利用粉体的自由沉降特性进行设计，测试环境均匀，标定误差低；

(3)本实用新型本装置可精确观测到火焰熄灭的临界特征，求得较为准确的超细干粉灭火剂临界灭火浓度；

附图说明

图1为本实用新型一种超细干粉灭火剂灭火效能测试装置示意图；

图2为进气系统示意图；

图3为杯式燃烧器结构示意图；

图4为校准系统；

图5为用于校准测试的一个实施例的粉尘气溶胶在测试腔体中扩散示意图；

图6为用于校准测试的一个实施例光电信号随时间的变化曲线；

图7为用于校准测试的质量随时间的实时变化曲线；

图8为校准拟合曲线。

图中附图含义标记为：1为进气系统，2为气溶胶发生系统，3为装置支撑系统，4为激光测量系统，5为杯式燃烧器，6为废气收集处理系统，7为校准系统，11为空气压缩泵，12为除水除油过滤器，13为空气流量控制器，51为重力供油装置，52为连接口，53为燃烧杯，54为气溶胶连接端口，55为金属扩散段，56为观测段，57为金属连接筒，58为整流筛网，59为实验测量段，71为气源部分，72为气溶胶发生器，73为天平，74为校准段，75为数据采集系统，76为测试管道，77为粉末捕获系统，78为气管。

具体实施方式

下述实施例是对于本实用新型内容的进一步说明以作为对本实用新型技术内容的阐释，但本实用新型的实质内容并不仅限于下述实施例所述，本领域的普通技术人员可以且应当知晓任何基于本实用新型实质精神的简单变化或替换均应属于本实用新型所要求的保护范围。

如图1所示，本实用新型一种超细干粉灭火剂灭火效能测试装置，包括：进气系统1，气溶胶发生系统2，装置支撑系统3，激光测量系统4，杯式燃烧器5，废气收集处理系统6和校准系统(7)。

进气系统1将干燥洁净的压缩空气送至气溶胶发生系统2，形成稳定的气溶胶送至杯式燃烧器5。通过调节进气系统1空气流量与气溶胶发生系统2的进粉速率，可精确控制发生的气溶胶浓度。通过调节气溶胶浓度，杯式燃烧器的火焰由稳定逐渐火焰底部发生脱离，产生火焰脉动，即火焰的临界熄灭现象，利用激光系统6探测此浓度，即为对应灭火剂临界灭火浓度。

所述进气系统1包括空气压缩泵11，除水除油过滤器12和空气流量控制器13。

所述气溶胶发生系统2，将空气与超细粉体进行均匀混合，可形成稳定的多分散分布的固体气溶胶；

所述装置支撑系统3用于支撑固定主体测试装置。

所述激光测量系统4，可实时测量粉体浓度的变化。激光测量系统4包括激光的发射端和接收端。使用之前，激光测量系统在校准系统7中进行校准。校准系统7包括气源部分71，气溶胶发生器72，天平73，校准段74，数据采集系统75，测试管道76，粉末捕获系统77，气管78。气源部分71包括可用于调节气体流量Q的控制器，可以气体流量进行调节。气溶胶发生器72将粉末样品与气流进行充分混合，形成多分散性的气溶胶。该气溶胶发生器通过活塞输送到旋转刷，旋转刷将准确输送一定量的样品到扩散头，在扩散头处，通过喷嘴的加速，气流将被加速，高速气流为粉末的充分分散提供必要的湍流和剪切力，团聚的颗粒最终被分散输出，输出的气溶胶为多分散分布。发生的气溶胶进入测试管道76，经过一段距离的均匀扩散，最终不同粒径的颗粒速度达到稳定，以恒定速度向下运动。天平73实时测量气溶胶发生器中粉体的质量损失，并经数据采集系统75进行数据的采集处理。

所述杯式燃烧器5包括重力供油装置51，连接口52，燃烧杯53，气溶胶连接端口54，金属扩散段55，观测段56，金属连接筒57，整流筛网58，实验测量段59。

其中，重力供油装置51与燃烧杯53通过管道连接，利用连通器原理保证燃烧过程当中燃烧杯53液面的恒定，优选地，所述重力供油装置51的表面积S1与燃烧杯的表面积S2之间的比值，即S1：S2＞100；连接口52不仅支持与重力供油装置51连接，也可与可燃气体管路连接；气溶胶发生系统2产生的气溶胶通过气溶胶连接端口54，经过金属扩散段55，观测段56，金属连接筒57和整流筛网58到达实验测量段59；

所述废气处理系统6用于收集产生的气溶胶。

超细干粉灭火剂灭火效能测试装置工作方式为：

步骤S1)、将激光测试系统放置在校准系统中，调整气源风量为Q，设置气溶胶发生器的给料速度，并利用天平73实时称量气溶胶发生系统的质量损失M′。计算可得到腔体中浓度C＝M′/Q。

步骤S2)、进行测量之前，测定激光测量系统的初始信号I₀。实时采集激光测量系统的信号，并选取稳定段的平均值I′，可得到透光率T＝I′/I₀。绘制透光率的平方T²和浓度C的对应曲线，并对曲线进行拟合，可得到对应的拟合公式f(x)。

步骤S3)、在重力供油装置上添加燃油(正庚烷，汽油，柴油，航空煤油等)，调节重力供油装置的位置，使燃烧杯的燃料液面水平与杯顶部距离在5mm～10mm以内。打开废气收集装置，和空气压缩泵，调节空气的流量为10L/min，点燃燃料，预燃60s。也可连接燃料管，对可燃性气体进行点燃测试。

步骤S4)、开启气溶胶发生器，由慢至快逐步调节进粉速率，待观察到火焰由稳定态出现根部悬空并不断脉动时，记录激光测量系统测得的浓度值q，实验可重复进行多次，最终得到指定超细干粉灭火剂的临界灭火浓度为：

其中，q′代表所测得的浓度值的平均值，q_i代表第i次测得的浓度值，n代表测量的总次数。

试验开始前，首先需要对激光测量系统4进行校准，所述激光测量装置包括激光发射端和激光接收端，角度180°。在一些实施例中，激光测量和激光发射端设置在同一端或具有其它的角度。这里测量的是光的透射信号，在一些实施例中，也可对粉体的散射及衍射信号进行测量。具体标定流程如下：

气源部分71包括可用于调节气体流量Q的控制器，可以对气体流量进行调节。在一些实施例中，气源部分71可以是高纯氮气、干燥空气、或者是提供相关气体的装置或者系统。这依据测量环境以及使用场景来定。气溶胶发生器72将粉末样品与气流进行充分混合，形成多分散性的气溶胶。在一些实施例中，气溶胶发生器选用了德国PALAS生产的RGB-1000型。该系统能够以最高水平的计量恒定性扩散质量流量，范围约为10mg/h-430g/h。该气溶胶发生器通过活塞输送到旋转刷，旋转刷将准确输送一定量的样品到扩散头，在扩散头处，通过喷嘴的加速，气流将被加速，高速气流为粉末的充分分散提供必要的湍流和剪切力，团聚的颗粒最终被分散输出，输出的气溶胶为多分散分布。

将激光测量系统放置在校准系统中，调整气源风量为Q，设置气溶胶发生器的给料速度，并利用天平73实时称量气溶胶发生系统的质量损失M′。计算可得到腔体中浓度C＝M′/Q。

进行测量之前，测定激光测量系统的初始信号I₀。实时采集激光测量系统的信号，并选取稳定段的平均值I′，可得到透光率T＝I′/I₀。绘制透光率的平方T²和浓度C的对应曲线，并对曲线进行拟合，可得到对应的拟合公式f(x)，误差最大为-17％。

在重力供油装置上添加燃油(正庚烷，汽油，柴油，航空煤油等)，调节重力供油装置的位置，使燃烧杯的燃料液面水平与杯顶部距离在5mm～10mm以内。打开废气收集装置，和空气压缩泵，调节空气的流量为10L/min，点燃燃料，预燃60s；在一些实施例中，也可使用气体作为燃料，测量灭火剂针对某种气体燃料的临界灭火浓度。

开启气溶胶发生器，由慢至快逐步调节进粉速率，待观察到火焰由稳定态出现根部悬空并不断脉动时，记录激光测量系统测得的浓度值q，实验可重复进行多次，最终得到指定超细干粉灭火剂的临界灭火浓度为：

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而己，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种超细干粉灭火剂灭火效能测试装置，其特征在于，该装置包括：进气系统(1)，气溶胶发生系统(2)，装置支撑系统(3)，激光测量系统(4)，杯式燃烧器(5)，废气收集处理系统(6)和校准系统(7)，其中，

进气系统(1)将干燥洁净的压缩空气送至气溶胶发生系统(2)，形成稳定的气溶胶送至杯式燃烧器(5)，通过调节进气系统(1)空气流量与气溶胶发生系统(2)的进粉速率，可精确控制发生的气溶胶浓度；通过调节气溶胶浓度，杯式燃烧器的火焰由稳定逐渐火焰底部发生脱离，产生火焰脉动，即火焰的临界熄灭现象，利用激光测量系统(4)探测此浓度，即为对应灭火剂临界灭火浓度；

所述进气系统(1)包括空气压缩泵(11)，除水除油过滤器(12)和空气流量控制器(13)；

所述气溶胶发生系统(2)，将空气与超细粉体进行均匀混合，可形成稳定的多分散分布的固体气溶胶；

所述装置支撑系统(3)用于支撑固定主体测试装置；

所述激光测量系统(4)，可实时测量粉体浓度的变化，激光测量系统(4)包括激光的发射端和接收端；使用之前，激光测量系统在校准系统(7)中进行校准；校准系统(7)包括气源部分(71)，气溶胶发生器(72)，天平(73)，校准段(74)，数据采集系统(75)，测试管道(76)，粉末捕获系统(77)，气管(78)；气源部分(71)包括可用于调节气体流量Q的控制器，可以气体流量进行调节；气溶胶发生器(72)将粉末样品与气流进行充分混合，形成多分散性的气溶胶；该气溶胶发生器通过活塞输送到旋转刷，旋转刷将准确输送一定量的样品到扩散头，在扩散头处，通过喷嘴的加速，气流将被加速，高速气流为粉末的充分分散提供必要的湍流和剪切力，团聚的颗粒最终被分散输出，输出的气溶胶为多分散分布；发生的气溶胶进入测试管道(76)，经过一段距离的均匀扩散，最终不同粒径的颗粒速度达到稳定，以恒定速度向下运动；天平(73)实时测量气溶胶发生器中粉体的质量损失，并经数据采集系统(75)进行数据的采集处理；

所述杯式燃烧器(5)包括重力供油装置(51)，连接口(52)，燃烧杯(53)，气溶胶连接端口(54)，金属扩散段(55)，观测段(56)，金属连接筒(57)，整流筛网(58)，实验测量段(59)；其中，重力供油装置(51)与燃烧杯(53)通过管道连接，利用连通器原理保证燃烧过程当中燃烧杯(53)液面的恒定，所述重力供油装置(51)的表面积S1与燃烧杯的表面积S2之间的比值，即S1：S2>100；连接口(52)不仅支持与重力供油装置(51) 连接，也可与可燃气体管路连接；气溶胶发生系统(2)产生的气溶胶通过气溶胶连接端口(54)，经过金属扩散段(55)，观测段(56)，金属连接筒(57)和整流筛网(58)到达实验测量段(59)；

所述废气收集处理系统(6)用于收集产生的气溶胶。

2.根据权利要求1所述的一种超细干粉灭火剂灭火效能测试装置，其特征在于，所述重力供油装置(51)的表面积S1与燃烧杯的表面积S2之间的比值，即S1：S2>100。