CN217739053U - 一种多自由度多束电缆相变特性测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多自由度多束电缆相变特性测试装置，涉及电缆火灾安全技术领域，包括安装平台、出风机构、加热机构、点火机构、检测机构和多个支撑机构，支撑机构转动安装于安装平台上，且各支撑机构上分别用于安装不同的电缆，并能够对电缆的放置角度调节，电缆的铜芯能够缠绕在支撑机构的绕线槽上，加热机构用于对电缆的铜芯加热，出风机构用于对电缆吹风，点火机构用于接触电缆并对电缆点火，检测机构用于对电缆的燃烧过程进行检测和记录。该多自由度多束电缆相变特性测试装置能够真实模拟实际火场情况，且能够用于研究复杂空间自由度下多束被测电缆试样的相变特性、多束电缆的热耦合以及相变滴落的临界条件。

Description

一种多自由度多束电缆相变特性测试装置

技术领域

本实用新型涉及电缆火灾安全技术领域，具体是涉及一种多自由度多束电缆相变特性测试装置。

背景技术

随着社会经济的飞速发展，电气线缆已经广泛应用到日常生活的各个领域，为社会的发展提供了保障。但电缆的绝缘层通常是采用热塑性材料加工而成，例如聚乙烯、聚丙烯或聚苯乙烯等。这些材料具有可燃性，在发生火灾或受热时，将会发生熔化变形、进而形成流淌燃烧等复杂火蔓延现象。事实上，随着电缆的广泛使用，由电缆引发的火灾事故数量呈现逐渐增加的趋势，这是现阶段我国火灾安全科学所面临的重大挑战。

YangkyunKim等人测试过单束水平电缆的相变特性，但是得出的结果和实际火灾中电缆的相变过程仍有很大差距。对于多束电缆的测试，主要是将电缆竖直或者水平放置，模拟简易的竖向或横向火蔓延过程，并衡量该电缆试样的相变特性。目前关于电缆熔化相变行为的研究装置中，大多都是针对单束电缆的熔化相变，其局限性在于：电缆空间布设方式上较为单一，与实际情况中电缆的复杂构型状态差距较大；被测试电缆大多为单束，与实际情况中的多束电缆同时燃烧差距较大；对于环境风场的作用没有过多考虑，也与实际火场有所出入。因此现有的测试装置及方法实际上已经限制了对电缆火灾动力学研究及其失效规律的深入分析。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种多自由度多束电缆相变特性测试装置，以解决上述现有技术存在的问题，能够真实模拟实际火场情况，且能够用于研究复杂空间自由度下多束被测电缆试样的相变特性、多束电缆的热耦合以及相变滴落的临界条件。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

本实用新型提供了一种多自由度多束电缆相变特性测试装置，包括安装平台、出风机构、加热机构、点火机构、检测机构和多个支撑机构，所述支撑机构转动安装于所述安装平台上，且各所述支撑机构上分别用于安装不同的电缆，并能够对电缆的放置角度调节，电缆的铜芯能够缠绕在所述支撑机构的绕线槽上，所述加热机构用于对电缆的铜芯加热，所述出风机构用于对电缆吹风，所述点火机构用于接触电缆并对电缆点火，所述检测机构用于对电缆的燃烧过程进行检测和记录。

优选的，所述支撑机构包括两个绝缘走线筒和两个可调接线柱，电缆的铜芯的两端能够分别缠绕在两个所述可调接线柱一端的绕线槽上，各所述可调接线柱的另一端分别插入各所述绝缘走线筒内，且所述可调接线柱插入所述绝缘走线筒内的深度能够调节并固定。

优选的，所述绝缘走线筒的下端通过阻尼球转动安装于所述安装平台上端的凹槽内，且所述绝缘走线筒能够绕所述阻尼球转动。

优选的，所述出风机构包括风机底台、调节座、风机架、风机外壳、变频风机和出风导流板，所述风机底台安装于所述调节座的上端，且所述调节座能够对所述风机底台的高度调节，所述风机架固定在所述风机底台上，所述风机外壳转动连接在所述风机架上，所述变频风机安装于所述风机外壳内，且所述出风导流板安装于所述风机外壳的出风口处，所述风机外壳能够转动以调整所述出风口的朝向。

优选的，所述调节座为多个，且分别安装于所述风机底台的各角部，所述调节座能够升降；所述出风机构还包括风速仪，所述风速仪靠近所述出风口设置，并用于对所述出风口处风速进行标定和校准。

优选的，所述检测机构包括称重元件、辐射强度检测元件、温度检测元件、烟气分析元件和图像采集元件，且所述称重元件、所述辐射强度检测元件、所述温度检测元件、所述烟气分析元件和所述图像采集元件均与一数据采集卡电连接，并用于将采集到的数据信息传输给所述数据采集卡，所述称重元件用于检测电缆熔化相变过程中的质量损失，所述辐射强度检测元件位于电缆的一侧并用于检测电缆熔化相变过程中的对外辐射强度，所述温度检测元件位于电缆包层上并用于检测电缆加热过程中的温度变化，所述烟气分析元件位于电缆上方，并用于在火蔓延实验时检测电缆燃烧产生的烟气，所述图像采集元件位于电缆的一侧并用于在火蔓延实验时采集电缆的图像信息。

优选的，所述称重元件包括电子天平和承接盘，所述承接盘位于所述电子天平上，且所述电子天平位于所述安装平台上，所述承接盘用于承接电缆燃烧过程中滴落下来的液滴，所述电子天平用于对所述承接盘上的液滴称重；所述辐射强度检测元件为辐射热流计；所述温度检测元件包括多个热电偶，且各所述热电偶分别安装于电缆表面的不同位置；所述烟气分析元件为烟气分析仪；所述图像采集元件为摄像机。

优选的，所述检测机构还包括红外仪，所述红外仪用于检测电缆表面温度变化。

优选的，所述加热机构包括油桶、控温模块、绝热盖、电热丝和高温水泵，所述控温模块与所述油桶相连，并与所述电热丝电连接，所述电热丝用于对所述油桶内油液加热，所述控温模块用于控制所述电热丝的加热温度，所述绝热盖安装于所述油桶的上端开口处，并能够对所述油桶的上端开口进行开闭，各电缆的铜芯一端通过金属管和高温水泵连通所述油桶，各电缆的铜芯另一端通过金属管连通所述油桶。

优选的，所述点火机构为多个，且各所述点火机构分别接触各电缆的一端，所述点火机构为点火器。

本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：

本实用新型提供的多自由度多束电缆相变特性测试装置，支撑机构转动安装于安装平台上，且各支撑机构上分别用于安装不同的电缆，并能够对电缆的放置角度调节，进而使得电缆的空间构型灵活多变，且能够多自由度调整，进而构建出复杂倾角、松紧弯曲度下的电缆火蔓延空间构型，同时能够与出风机构的出风呈预定的各种夹角，也能够测试多束电缆热作用耦合下的熔化相变过程，测试电缆数量可以根据实验要求随意调整，完成多种复杂实验，电缆的铜芯能够缠绕在支撑机构的绕线槽上，加热机构用于对电缆的铜芯加热，以达到电缆熔化相变的初始条件，出风机构用于对电缆吹风，以为电缆营造出预定的环境风场，进而真实模拟实际火场情况，点火机构用于接触电缆并对电缆点火，检测机构用于对电缆的燃烧过程进行检测和记录，进而得到电缆熔化相变过程。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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的附图。

图1是本实用新型提供的多自由度多束电缆相变特性测试装置的结构示意图；

图2是本实用新型中DV和红外仪排布方式的示意图；

图中：100-多自由度多束电缆相变特性测试装置，1-出风机构，101-支脚，102-底台支架，103-风机底台，104-风机架，105-变频风机，106-风机外壳，107-出风导流板，108-风速仪，2-加热机构，201-油桶，202-电热丝，203-控温模块，204-高温水泵，205-金属管，206-绝热盖，3-支撑机构，301-阻尼球，302-绝缘走线筒，303-可调接线柱，4-安装平台，5-电缆包层，6-铜芯，701-电子天平，702-承接盘，703-温度检测元件，704-烟气分析元件，705-辐射强度检测元件，706-图像采集元件，707-DV，708-红外仪，8-点火机构。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种多自由度多束电缆相变特性测试装置，以解决现有的电缆相变特性模拟实验不考虑环境风场的作用，且仅用于单束电缆测量，导致测试结果不精确的技术问题。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1-图2所示，本实用新型提供一种多自由度多束电缆相变特性测试装置100，包括安装平台4、出风机构1、加热机构2、点火机构8、检测机构和多个支撑机构3，安装平台4长度50cm、宽度40cm、厚度6cm，由硬质尼龙材质制成，为绝缘材质，支撑机构3转动安装于安装平台4上，且各支撑机构3上分别用于安装不同的电缆，并能够对电缆的放置角度调节，进而使得电缆的空间构型灵活多变，且能够多自由度调整，进而构建出复杂倾角、松紧弯曲度下的电缆火蔓延空间构型，同时能够与出风机构1的出风呈预定的各种夹角，也能够测试多束电缆热作用耦合下的熔化相变过程，测试电缆数量可以根据实验要求随意调整，完成多种复杂实验，电缆的铜芯6能够缠绕在支撑机构3的绕线槽上，加热机构2用于对电缆的铜芯6加热，以达到电缆熔化相变的初始条件，出风机构1用于对电缆吹风，以为电缆营造出预定的环境风场，进而真实模拟实际火场情况，点火机构8用于接触电缆并对电缆点火，检测机构用于对电缆的燃烧过程进行检测和记录，进而得到电缆熔化相变过程。

具体地，支撑机构3包括两个绝缘走线筒302和两个可调接线柱303，电缆可选用长度为50cm、外部直径为2cm的单芯动力电缆，包括电缆包层5和一传热铜管，传热铜管的两端伸出电缆包层5，且传热铜管为空心管，用以模拟电缆的铜芯6，且传热铜管的长度需适中，避免由于长度过程造成热损失，铜芯6的两端能够分别缠绕在两个可调接线柱303一端的绕线槽上，各可调接线柱303的另一端分别插入各绝缘走线筒302内，且可调接线柱303插入绝缘走线筒302内的深度能够调节并固定，进而通过调整可调接线柱303伸入绝缘走线筒302的深度，以及绝缘走线筒302转动时的角度开合，可构建出复杂倾角、松紧弯曲度下的电缆火蔓延空间构型，优选的，可调接线柱303与绝缘走线筒302之间的连接方式类似于三脚架上的万向阻尼球的锁固装置，通过锁固螺钉夹紧万向阻尼球达到夹紧的效果，万向阻尼球位于绝缘走线筒302内，实验时将可调接线柱303调节到所需位置后，通过拧紧螺钉夹紧万向阻尼球，同时能够通过倾角量角器对电缆包层5的整体或局部倾角进行测量与校准，在电缆上还可标记表面刻度线以精确测量电缆在熔变相变过程中的变化。

绝缘走线筒302的下端通过阻尼球301转动安装于安装平台4上端的凹槽内，且绝缘走线筒302能够绕阻尼球301进行大角度范围的转动，并在适当强度阻尼的作用下，稳定在转动角范围内的任意位置，以便于观察电缆的燃烧滴落行为，通过调节角度找到最佳观察视角。优选的，绝缘走线筒302为陶瓷材质，长尾30cm，内径为10cm，壁厚3mm，可调接线柱303由铜棒制成，长尾30cm，直径为8mm。

出风机构1位于安装平台4的一侧，与安装平台4之间的距离为0.5m，出风机构1包括风机底台103、调节座、风机架104、风机外壳106、变频风机105和出风导流板107，风机底台103安装于调节座的上端，且调节座能够对风机底台103的高度调节，进而便于调整变频风机105与电缆的相对高度和角度，风机架104固定在风机底台103上，风机外壳106转动连接在风机架104上，风机架104为两个，且分别位于风机外壳106的两侧，风机架104的上端与风机外壳106通过转轴转动连接，风机外壳106和安装平台4在地面的投影平行且共对称轴，风机外壳106为3mm钢板焊接形成，外部尺寸为0.5m高、0.5m宽和1m长，变频风机105安装于风机外壳106内，且出风导流板107安装于风机外壳106的出风口处，出风导流板107为六个，各出风导流板107平行设置且等距，以保证出风均匀，变频风机105远离出风口设置，风机外壳106能够转动以调整出风口的朝向，变频风机105的出风温度能够调整，以满足测试不同的外部风温度对模拟变化过程的影响，出风口截面积需足够大，可囊括各种倾角的电缆截面，保证电缆整体处于恒定的风速环境中。

调节座为多个，且分别安装于风机底台103的各角部，调节座能够升降，优选的，调节座包括底台支架102和支脚101，各底台支架102的上端固定在风机底台103的下端，且底台支架102的下端设有内螺纹，各支脚101的上端设有外螺纹，并螺纹连接于底台支架102下端，通过调整支脚101旋入底台支架102内的长度，实现风机底台103的高度调节，风机底台103的高度调节范围为0.4m-0.8m；出风机构1还包括风速仪108，风速仪108靠近出风口设置，并用于对出风口处风速进行标定和校准。

检测机构包括称重元件、辐射强度检测元件705、温度检测元件703、烟气分析元件704和图像采集元件706，且称重元件、辐射强度检测元件705、温度检测元件703、烟气分析元件704和图像采集元件706均与一数据采集卡电连接，并用于将采集到的数据信息传输给数据采集卡，且通过计算机软件进行实时数据采集，称重元件用于检测电缆熔化相变过程中的质量损失，辐射强度检测元件705位于电缆的一侧并用于检测电缆熔化相变过程中的对外辐射强度，温度检测元件703位于电缆包层5上并用于检测电缆加热过程中的温度变化，烟气分析元件704位于电缆上方，并用于在火蔓延实验时检测电缆燃烧产生的烟气，图像采集元件706位于电缆的一侧并用于在火蔓延实验时采集电缆的物理图像信息。

称重元件包括电子天平701和承接盘702，承接盘702位于电子天平701上，且电子天平701位于安装平台4上，承接盘702用于承接电缆燃烧过程中滴落下来的液滴，电子天平701用于对承接盘702上的液滴称重；辐射强度检测元件705为辐射热流计；温度检测元件703包括多个热电偶，且各热电偶分别安装于电缆表面的不同位置，优选的，各电缆包层5表面的热电偶为四个，且间距为8cm；烟气分析元件704为烟气分析仪；图像采集元件706为高清摄像机，进而通过高清摄像机对物理图像信息进行全程记录，同时在电缆的外周还设有多个DV707(摄像机)，能够在模拟过程中记录下完整的熔化相变过程和燃烧火蔓延过程，并进行三维重构，检测机构还包括红外仪708，红外仪708用于精确检测电缆表面温度变化，进而通过DV707和红外仪708的配合，能够得到精确的电缆表面温度和三维结构的耦合变化。所布设的热电偶阵列可在线测量电缆试样发生火蔓延后特征位置的温度变化，再利用电子天平701实时记录其质量损失，可进一步研究电缆复杂构型火灾的热重特性，并确定相应的临界条件。

加热机构2包括油桶201、控温模块203、绝热盖206、电热丝202和高温水泵204，油桶201内用于放置油液，控温模块203与油桶201相连，并与电热丝202电连接，电热丝202用于对油桶201内油液加热，控温模块203用于控制电热丝202的加热温度，进而通过控温模块203实时检测油液温度，并根据实际温度控制电热丝202加热，以控制油温，绝热盖206安装于油桶201的上端开口处，并能够对油桶201的上端开口进行开闭，各电缆的铜芯6一端通过金属管205和高温水泵204连通油桶201，各电缆的铜芯6另一端通过金属管205连通油桶201，进而通过高温水泵204将油桶201内油液导入电缆的铜芯6内，再使电缆的铜芯6内油液回流至油桶201内，形成热油通路，以及油液的循环，提供稳定的温度需求，同时，在高温水泵204、油桶201外部以及金属管205均应设有保温层，确保温度稳定，且金属管205应灵活根据测试角度进行调整，使热量尽可能减少损失。

点火机构8为多个，且各点火机构8分别接触各电缆的一端，点火机构8为点火器，点火器通过外部电路控制，以启动火蔓延实验。

本说明书中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种多自由度多束电缆相变特性测试装置，其特征在于：包括安装平台、出风机构、加热机构、点火机构、检测机构和多个支撑机构，所述支撑机构转动安装于所述安装平台上，且各所述支撑机构上分别用于安装不同的电缆，并能够对电缆的放置角度调节，电缆的铜芯能够缠绕在所述支撑机构的绕线槽上，所述加热机构用于对电缆的铜芯加热，所述出风机构用于对电缆吹风，所述点火机构用于接触电缆并对电缆点火，所述检测机构用于对电缆的燃烧过程进行检测和记录。

2.根据权利要求1所述的多自由度多束电缆相变特性测试装置，其特征在于：所述支撑机构包括两个绝缘走线筒和两个可调接线柱，电缆的铜芯的两端能够分别缠绕在两个所述可调接线柱一端的绕线槽上，各所述可调接线柱的另一端分别插入各所述绝缘走线筒内，且所述可调接线柱插入所述绝缘走线筒内的深度能够调节并固定。

3.根据权利要求2所述的多自由度多束电缆相变特性测试装置，其特征在于：所述绝缘走线筒的下端通过阻尼球转动安装于所述安装平台上端的凹槽内，且所述绝缘走线筒能够绕所述阻尼球转动。

4.根据权利要求1所述的多自由度多束电缆相变特性测试装置，其特征在于：所述出风机构包括风机底台、调节座、风机架、风机外壳、变频风机和出风导流板，所述风机底台安装于所述调节座的上端，且所述调节座能够对所述风机底台的高度调节，所述风机架固定在所述风机底台上，所述风机外壳转动连接在所述风机架上，所述变频风机安装于所述风机外壳内，且所述出风导流板安装于所述风机外壳的出风口处，所述风机外壳能够转动以调整所述出风口的朝向。

5.根据权利要求4所述的多自由度多束电缆相变特性测试装置，其特征在于：所述调节座为多个，且分别安装于所述风机底台的各角部，所述调节座能够升降；所述出风机构还包括风速仪，所述风速仪靠近所述出风口设置，并用于对所述出风口处风速进行标定和校准。

6.根据权利要求1所述的多自由度多束电缆相变特性测试装置，其特征在于：所述检测机构包括称重元件、辐射强度检测元件、温度检测元件、烟气分析元件和图像采集元件，且所述称重元件、所述辐射强度检测元件、所述温度检测元件、所述烟气分析元件和所述图像采集元件均与一数据采集卡电连接，并用于将采集到的数据信息传输给所述数据采集卡，所述称重元件用于检测电缆熔化相变过程中的质量损失，所述辐射强度检测元件位于电缆的一侧并用于检测电缆熔化相变过程中的对外辐射强度，所述温度检测元件位于电缆包层上并用于检测电缆加热过程中的温度变化，所述烟气分析元件位于电缆上方，并用于在火蔓延实验时检测电缆燃烧产生的烟气，所述图像采集元件位于电缆的一侧并用于在火蔓延实验时采集电缆的图像信息。

7.根据权利要求6所述的多自由度多束电缆相变特性测试装置，其特征在于：所述称重元件包括电子天平和承接盘，所述承接盘位于所述电子天平上，且所述电子天平位于所述安装平台上，所述承接盘用于承接电缆燃烧过程中滴落下来的液滴，所述电子天平用于对所述承接盘上的液滴称重；所述辐射强度检测元件为辐射热流计；所述温度检测元件包括多个热电偶，且各所述热电偶分别安装于电缆表面的不同位置；所述烟气分析元件为烟气分析仪；所述图像采集元件为摄像机。

8.根据权利要求6所述的多自由度多束电缆相变特性测试装置，其特征在于：所述检测机构还包括红外仪，所述红外仪用于检测电缆表面温度变化。

9.根据权利要求1所述的多自由度多束电缆相变特性测试装置，其特征在于：所述加热机构包括油桶、控温模块、绝热盖、电热丝和高温水泵，所述控温模块与所述油桶相连，并与所述电热丝电连接，所述电热丝用于对所述油桶内油液加热，所述控温模块用于控制所述电热丝的加热温度，所述绝热盖安装于所述油桶的上端开口处，并能够对所述油桶的上端开口进行开闭，各电缆的铜芯一端通过金属管和高温水泵连通所述油桶，各电缆的铜芯另一端通过金属管连通所述油桶。

10.根据权利要求1所述的多自由度多束电缆相变特性测试装置，其特征在于：所述点火机构为多个，且各所述点火机构分别接触各电缆的一端，所述点火机构为点火器。

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