CN219573297U - 能通风排烟的铁路隧道救援站列车火灾模拟实验平台系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种能通风排烟的铁路隧道救援站列车火灾模拟实验平台系统，包括铁路隧道救援站模型、铁路列车模型、通风排烟系统和测试系统，其中测试系统包括质量损失测试系统、烟气温度测量系统、风速测试系统和图像测量系统。本实用新型克服了全尺寸实验代价高昂和数值模拟不够精确的缺点，可模拟不同通风方式、不同海拔环境下铁路隧道救援站列车火灾热释放率、火灾火羽流卷吸特征以及烟气分布规律，可为铁路隧道救援站的运营及防灾救援疏散设计提供科学依据。
Description
技术领域
本实用新型属于铁路隧道火灾安全技术领域，具体涉及一种能通风排烟的铁路隧道救援站列车火灾模拟实验平台系统。
背景技术
特长隧道长度的增加也对隧道的消防安全提出了新的挑战。特别是在高海拔地区，由于大气压力、含氧量和气温低等特点，高海拔铁路隧道内一旦发生火灾，火灾的燃烧特性与平原将存在极大的差别。而目前，对于高海拔特长铁路隧道内火灾燃烧特性的研究极其缺乏，高海拔特长铁路隧道内火灾燃烧与平原的差异性还不得而知。因此，研究铁路隧道救援站列车火灾热释放速率、烟气流动规律对于人员及列车安全具有重要意义。
针对铁路隧道救援站列车火灾热释放速率、烟气流动规律，国内外研究人员已开展了少量研究。1975年，奥地利在废弃的Zwenberg隧道内进行了现场火灾试验，测试了火灾隧道内的温度分布、烟气浓度以及燃烧率等参数，试验结果表明不同通风方式对热释放率、烟气温度分布有较大影响；1985年，德国在盖尔森基兴—稗斯麦市的地铁隧道进行了大型的隧道火灾试验，得到了不同通风方式和火灾规模条件下的温度与火灾持续时间的关系；1990-1992年，西欧九国分别在德国、芬兰、挪威进行联合隧道火灾试验(EUREKA)，获得了隧道内空气和墙壁的温度、烟流流速、可视度和浓度和烟流分层规律特点；1993-1995年，美国马萨诸塞州在佛吉尼亚纪念隧道(Memorial Tunnel)进行了足尺火灾通风试验。此外，大量科研人员也采用了缩小尺寸隧道模型对铁路隧道火灾开展了相关研究。Oka等采用1:10缩尺寸的模型研究了隧道火灾时的烟气分层规律及运动状况；徐志胜等人利用中科大火灾科学国家重点试验室的燃烧风洞进行列车火灾缩尺模型试验，研究不同火灾条件下列车火灾火源燃烧特性及烟气蔓延规律；王明年等采用模型试验(比例尺1:13)的方法进行了铁路隧道火灾的燃烧试验，采用油池火模拟列车燃烧，测得了隧道内温度的分布、风速风压的变化规律。
综上所述，目前国内外研究人员已对低海拔地区特长铁路隧道火灾燃烧特性进行了大量的研究，这些研究对于了解隧道火灾有积极的促进作用。但针对高海拔特长铁路隧道，列车火灾在高海拔地区的燃烧特性、烟流在高海拔隧道内紧急救援站的扩散机理还处于一个盲区。
因此，本实用新型设计和研制了一种路隧道救援站列车火灾模拟实验平台系统，可在不同地区开展铁路隧道救援站列车火灾试验研究，为研究不同海拔、不同通风条件下列车火灾热释放率变化规律、火灾火羽流卷吸特征以及烟气流动特性提供了一整套解决方案。
实用新型内容
为了能够在不同地区开展铁路列车火灾热释放速率、铁路隧道救援站烟气流动及控制系统、铁路隧道救援站火灾温度场分布研究，本实用新型提供一种能通风排烟的铁路隧道救援站列车火灾模拟实验平台系统。
本实用新型的一种能通风排烟的铁路隧道救援站列车火灾模拟实验平台系统，包括铁路隧道救援站模型、铁路列车模型、通风排烟系统和测试系统。
铁路隧道救援站模型由薄钢板搭建成模型隧道，外部表面包覆隔热层，一侧壁设置为防火钢化透明玻璃，模型隧道由模型支架支撑。
铁路列车模型为与实际铁路客运列车尺寸相一致的列车车厢构造，整体为钢框架结构，在铁路列车模型车厢两侧设置车门与车窗，所有的门窗都有卡槽，铁路列车模型车厢两端设置侧门。
通风排烟系统包括排烟竖井、排烟阀、离心风机和轴流风机，排烟竖井布置于模型隧道上方，排烟阀位于排烟竖井内，控制排烟竖井的打开与关闭；离心风机布置于排烟竖井口向外抽烟；轴流风机布置于模型隧道两端。
测试系统包括燃料质量损失测试系统、烟气温度测量系统、风速测试系统和图像测量系统。
燃料质量损失测试系统位于模型隧道中部铁路列车模型的底部，包括电子天平、天平托架、承重支架及与电子天平相连接的数据采集装置。
烟气温度测量系统包括布置于模型隧道内横截面上的热电偶，以及与热电偶电信号连接的温度数据采集装置。
风速测试系统包括布置于模型隧道内横截面上的风速探头，以及与风速探头电信号连接的风速数据采集装置。
图像测量系统包括设置于模型隧道两端的图像采集摄像机。
进一步的，铁路隧道救援站模型按典型双线铁路隧道救援站断面设计，相似比1:10；外部隔热层为30cm厚的保温隔热材料硅酸铝针刺毛毡。
进一步的，铁路列车模型按实际客运列车车厢比例建造，相似比1:10；模型两侧设置4个对称的车门，两端设置两个连接相邻车厢的侧门，车厢中间设置8对对称的车窗，车门和侧门尺寸为0.11m×0.22m，车窗尺寸为0.15m×0.085m。
进一步的，排烟竖井为圆形断面，位于铁路隧道救援站顶部，直径0.5m，相邻竖井间隔5m。
进一步的，离心风机和轴流风机通过变频器控制转速来实现风速的调节。
进一步的，还包括布置于铁路列车模型内部的试验燃料，包括固体引燃物与车厢内部各种装饰材料，装饰材料包括涤纶和聚氨酯泡沫。
进一步的，烟气温度测量系统包括每隔0.25m布置一个温度测试断面，排烟竖井断面，断面中心处布置一列温度测点，竖向间距0.1m，疏散站台中线人眼特征高度，即0.2m处各布置一个温度测点；非排烟竖井断面，拱顶下部、疏散站台中线人眼特征高度处各布置一个温度测点。
进一步的，风速测量系统包括取每个排烟竖井所在断面为速度测试断面，共3个测试断面，每个断面内排烟竖井出口处、拱顶下部、疏散站台上方、疏散站台中线人眼特征高度，即0.2m处各布置一个风速测点；风速测点设置有用于测量火灾隧道内不同位置风速大小的风速测量装置；风速测量装置由布置于火灾隧道内的皮托管和微差压传感器组成。
本实用新型的有益技术效果为：
(1)本实用新型提供了一种铁路隧道救援站列车火灾模拟实验平台系统，装置可拆卸，可在不同地区下开展列车火灾试验。
(2)本实验平台可以研究纵向排烟模式、半横向排烟模式下铁路隧道救援站铁路列车火灾火羽流卷吸特征及烟气分布规律，以及各模式下的列车火灾热释放率变化规律，并能通过玻璃车窗清晰地清晰监测到实验过程和现象。
(3)本实验平台通过测量端门溢流出的火灾烟气特征参数以及燃料质量损失计算列车火灾热释放率，可模拟实际列车车厢内可燃物燃烧，也可模拟正庚烷或者木垛等标准燃料可燃物。
附图说明
图1为本实用新型能通风排烟的铁路隧道救援站列车火灾模拟实验平台系统总体结构示意图。
图2为本实用新型列车模型示意图。
图3为本实用新型实施例中温度及风速测点布置的侧视图。
图4为本实用新型实施例中竖井断面温度测点布置的正视图。
图5为本实用新型实施例中竖井断面温度测点布置的正视图。
图6为本实用新型实施例中非竖井断面风速测点布置的正视图。
图中标号：
1-燃料质量损失测试系统；2-铁路列车模型；3-防火钢化透明玻璃；4-模型支架；5-轴流风机；6-图像采集摄像机；7-离心风机；8-排烟竖井；9-模型隧道；10-车门；11-车窗；12-侧门；13-温度测点；14-风速测点；15-疏散平台。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
本实用新型的一种能通风排烟的铁路隧道救援站列车火灾模拟实验平台系统如图1所示，包括铁路隧道救援站模型、铁路列车模型2、通风排烟系统和测试系统。
铁路隧道救援站模型长20m、宽1.27m、高0.85m，由薄钢板搭建成模型隧道9，外部表面包覆隔热层，一侧壁设置为防火钢化透明玻璃3，可以清楚地观察隧道救援站火灾时烟气流动和火焰羽流的实时现象，模型隧道9由模型支架4支撑。铁路隧道救援站模型按典型双线铁路隧道救援站断面设计，相似比1:10；外部隔热层为30cm厚的保温隔热材料硅酸铝针刺毛毡。
如图2所示，铁路列车模型2为与实际铁路客运列车尺寸相一致的列车车厢构造，整体为钢框架结构，在钢框架上焊接钢板衔接，并进行密封处理。在铁路列车模型2车厢两侧设置车门10与车窗11，所有的门窗都有卡槽，可以灵活开关。铁路列车模型2车厢两端设置侧门12。铁路列车模型2按实际客运列车车厢比例建造，相似比1:10；模型两侧设置4个对称的车门10，两端设置两个连接相邻车厢的侧门12，车厢中间设置8对对称的车窗11，车门10和侧门12尺寸为0.11m×0.22m，车窗11尺寸为0.15m×0.085m。
如图1所示，通风排烟系统包括排烟竖井8、排烟阀、离心风机7和轴流风机5，排烟竖井8布置于模型隧道9上方，排烟竖井8为圆形断面，直径0.5m，相邻竖井间隔5m。排烟阀位于排烟竖井8内，控制排烟竖井8的打开与关闭；离心风机7布置于排烟竖井口8向外抽烟；轴流风机5布置于模型隧道9两端入口处，纵向中心线处。离心风机7和轴流风机5通过变频器控制转速来实现风速的调节。
测试系统包括燃料质量损失测试系统1、烟气温度测量系统、风速测试系统和图像测量系统。
燃料质量损失测试系统1位于模型隧道9中部铁路列车模型2的底部，包括电子天平、天平托架、承重支架及与电子天平相连接的数据采集装置。
烟气温度测量系统包括布置于模型隧道9内横截面上的热电偶，以及与热电偶电信号连接的温度数据采集装置。
如图3、图4、图5所示，烟气温度测量系统包括每隔0.25m布置一个温度测试断面，排烟竖井断面，断面中心处布置一列温度测点13，竖向间距0.1m，疏散站台15中线人眼特征高度，即0.2m处各布置一个温度测点13；非排烟竖井断面，拱顶下部、疏散站台15中线人眼特征高度处各布置一个温度测点13。
风速测试系统包括布置于模型隧道9内横截面上的风速探头，以及与风速探头电信号连接的风速数据采集装置。
如图3、图6所示，风速测量系统包括取每个排烟竖井所在断面为速度测试断面，共3个测试断面，每个断面内排烟竖井出口处、拱顶下部、疏散站台上方、疏散站台15中线人眼特征高度，即0.2m处各布置一个风速测点14；风速测点14设置有用于测量火灾隧道内不同位置风速大小的风速测量装置；风速测量装置由布置于火灾隧道内的皮托管和微差压传感器组成。
图像测量系统包括设置于模型隧道9两端的图像采集摄像机6。
还包括布置于铁路列车模型2内部的试验燃料，包括固体引燃物与车厢内部各种装饰材料，装饰材料包括涤纶和聚氨酯泡沫。
本实用新型可模拟不同通风方式、不同海拔环境下铁路隧道救援站列车火灾火羽流卷吸特征及烟气分布规律，得到不同条件下列车火灾热释放率。
Claims (8)
1.一种能通风排烟的铁路隧道救援站列车火灾模拟实验平台系统，其特征在于，包括铁路隧道救援站模型、铁路列车模型（2）、通风排烟系统和测试系统；
所述铁路隧道救援站模型由薄钢板搭建成模型隧道（9），外部表面包覆隔热层，一侧壁设置为防火钢化透明玻璃（3），模型隧道（9）由模型支架（4）支撑；
所述铁路列车模型（2）为与实际铁路客运列车尺寸相一致的列车车厢构造，整体为钢框架结构，在铁路列车模型（2）车厢两侧设置车门（10）与车窗（11），所有的门窗都有卡槽，铁路列车模型（2）车厢两端设置侧门（12）；
所述通风排烟系统包括排烟竖井（8）、排烟阀、离心风机（7）和轴流风机（5），排烟竖井（8）布置于模型隧道（9）上方，排烟阀位于排烟竖井（8）内，控制排烟竖井（8）的打开与关闭；离心风机（7）布置于排烟竖井（8）口向外抽烟；轴流风机（5）布置于模型隧道（9）两端；
所述测试系统包括燃料质量损失测试系统（1）、烟气温度测量系统、风速测试系统和图像测量系统；
所述燃料质量损失测试系统（1）位于模型隧道（9）中部铁路列车模型（2）的底部，包括电子天平、天平托架、承重支架及与电子天平相连接的数据采集装置；
所述烟气温度测量系统包括布置于模型隧道（9）内横截面上的热电偶，以及与热电偶电信号连接的温度数据采集装置；
所述风速测试系统包括布置于模型隧道（9）内横截面上的风速探头，以及与风速探头电信号连接的风速数据采集装置；
所述图像测量系统包括设置于模型隧道（9）两端的图像采集摄像机（6）。
2.根据权利要求1所述的能通风排烟的铁路隧道救援站列车火灾模拟实验平台系统，其特征在于，所述铁路隧道救援站模型按典型双线铁路隧道救援站断面设计，相似比1:10；外部隔热层为30cm厚的保温隔热材料硅酸铝针刺毛毡。
3.根据权利要求1所述的能通风排烟的铁路隧道救援站列车火灾模拟实验平台系统，其特征在于，所述铁路列车模型（2）按实际客运列车车厢比例建造，相似比1:10；模型两侧设置4个对称的车门（10），两端设置两个连接相邻车厢的侧门（12），车厢中间设置8对对称的车窗（11），车门（10）和侧门（12）尺寸为0.11m×0.22m，车窗（11）尺寸为0.15m×0.085m。
4.根据权利要求1所述的能通风排烟的铁路隧道救援站列车火灾模拟实验平台系统，其特征在于，所述排烟竖井（8）为圆形断面，位于铁路隧道救援站顶部，直径0.5m，相邻竖井间隔5m。
5.根据权利要求1所述的能通风排烟的铁路隧道救援站列车火灾模拟实验平台系统，其特征在于，所述离心风机（7）和轴流风机（5）通过变频器控制转速来实现风速的调节。
6.根据权利要求1所述的能通风排烟的铁路隧道救援站列车火灾模拟实验平台系统，其特征在于，还包括布置于铁路列车模型（2）内部的试验燃料，包括固体引燃物与车厢内部装饰材料，装饰材料包括涤纶和聚氨酯泡沫。
7.根据权利要求1所述的能通风排烟的铁路隧道救援站列车火灾模拟实验平台系统，其特征在于，所述烟气温度测量系统包括每隔0.25m 布置一个温度测试断面，排烟竖井断面，断面中心处布置一列温度测点（13），竖向间距0.1m，疏散站台（15）中线人眼特征高度，即0.2m处各布置一个温度测点（13）；非排烟竖井断面，拱顶下部、疏散站台（15）中线人眼特征高度处各布置一个温度测点（13）。
8.根据权利要求1所述的能通风排烟的铁路隧道救援站列车火灾模拟实验平台系统，其特征在于，所述风速测量系统包括取每个排烟竖井所在断面为速度测试断面，共3个测试断面，每个断面内排烟竖井出口处、拱顶下部、疏散站台上方、疏散站台（15）中线人眼特征高度，即 0.2m处各布置一个风速测点（14）；风速测点（14）设置有用于测量火灾隧道内不同位置风速大小的风速测量装置；风速测量装置由布置于火灾隧道内的皮托管和微差压传感器组成。
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