CN219997727U - 一种可燃固体多因素火蔓延实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可燃固体多因素火蔓延实验装置，包括壳体、位于壳体内的实验腔、位于实验腔内的点火装置、与实验腔相连的可控通风口和出气口，壳体上设置与可控通风口连通的第一进气口、第二进气口，第一进气口与可控通风口之间设置第一进气阀、流量控制装置，第二进气口与可控通风口之间设置第二进气阀、风速控制装置；还包括位于实验腔内的热辐射板、用于监测实验腔内温度的温度感应装置、用于监测实验腔内热辐射的热辐射感应装置、用于监测实验腔内压力的压力感应装置。本实用新型提供一种可燃固体多因素火蔓延实验装置，以解决现有技术中的火蔓延实验仅能模拟简单工况的问题，实现能够用于多因素耦合作用下的火蔓延实验研究的目的。

Description

一种可燃固体多因素火蔓延实验装置

技术领域

本实用新型涉及火蔓延实验领域，具体涉及一种可燃固体多因素火蔓延实验装置。

背景技术

火灾是经常、普遍地威胁公众安全和社会发展的重要灾害之一。在诸多火灾事故中，可燃物种类繁多，但以固体可燃物为主，如木制品、纸制品、塑料制品与建筑环保材料等。因此，固体可燃物表面火蔓延广泛存在于森林火灾、建筑火灾以及工业火灾中，是火灾理论研究的基础性问题，也是一般火灾的起火和增长阶段产生的主要原因，其行为特性决定了火灾的发展规律与后果。

在真实火灾场景中，火蔓延通常受到多个因素的共同作用，如固体可燃物的倾斜角度、外部热源辐射强度、环境压力、风速、氧气浓度等，这就需要通过火蔓延实验来研究其蔓延机理，进而为防灾减灾提供理论支撑。但是，现有的火蔓延实验装置多集中于在单一因素下对固体表面火蔓延的影响研究，其模拟的是简单工况，对于多因素耦合作用下的火蔓延研究还存在诸多不足：调控环境参数单一，无法模拟不同环境因素下影响固体火蔓延的行为；难以实现对火蔓延过程中质量损失的关键参数提取。

综上，有必要对现有的火蔓延实验装置进行改进优化。

实用新型内容

本实用新型提供一种可燃固体多因素火蔓延实验装置，以解决现有技术中的火蔓延实验仅能模拟简单工况的问题，实现能够用于多因素耦合作用下的火蔓延实验研究的目的。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种可燃固体多因素火蔓延实验装置，包括壳体、位于壳体内的实验腔、位于实验腔内的点火装置、与实验腔相连的可控通风口和出气口，所述壳体上设置与可控通风口连通的第一进气口、第二进气口，所述第一进气口与可控通风口之间设置第一进气阀、流量控制装置，所述第二进气口与可控通风口之间设置第二进气阀、风速控制装置；

还包括位于实验腔内的热辐射板、用于监测实验腔内温度的温度感应装置、用于监测实验腔内热辐射的热辐射感应装置、用于监测实验腔内压力的压力感应装置。

针对现有技术中的火蔓延实验仅能模拟简单工况的问题，本实用新型提出一种可燃固体多因素火蔓延实验装置，本装置在壳体内部开设实验腔，使火蔓延实验在实验腔内完成，点火装置位于实验腔内，用于对实验的固体材料进行点火。可控通风口和出气口分别用于实验腔内进气和排气；其中可控通风口即为可人为控制打开和关闭的通风口；出气口还可用于外接气相色谱仪等。本装置在壳体上开设两个进气口，定义为第一进气口、第二进气口，其中第一进气口通过第一进气阀控制器关断、通过流量控制装置控制气体流量，同理第二进气口通过第二进气阀控制器关断、通过风速控制装置控制气体流量。在工作时，两个进气口均外接气源，其中第一进气口用于外接气氛气源以提供火蔓延实验所需的气氛环境，通过流量控制装置使得实验过程中的气氛环境保持稳定；第二进气口用于外接如氧气、空气等助剂气源，并通过其上的风速控制装置来调节流量气源流速，以调控实验过程中的环境风速。

此外，本申请还在实验腔内设置热辐射板、温度感应装置、热辐射感应装置、压力感应装置；其中热辐射板用于为实验腔内提供所需的环境热辐射强度，用户可根据热辐射感应装置的感应数据来对热辐射板进行调控。温度感应装置和压力感应装置分别用于监测实验腔内的实验温度和气压，还可通过流量控制装置或风速控制装置来调整气压至所需状态。

本申请相较于现有技术而言，首先采用单独的实验腔进行火蔓延实验，可降低实验过程中的外界环境因素干扰；其次本申请在实验过程中，可对环境风速、氧气浓度、辐射强度、环境压力等进行自由调节，进而克服了现有的火蔓延实验仅能模拟简单工况的问题，有利于研究不同影响因素影响下火蔓延参数变化特征，更能够适用于多因素耦合作用下的火蔓延特征研究。

进一步的，还包括安装在所述实验腔内壁的摄像装置。本方案通过摄像装置可实时传输火焰燃烧过程中的视频影像，有利于工作人员直观观察燃烧过程。

进一步的，还包括设置在壳体表面的显示器，所述显示器与所述摄像装置、温度感应装置、热辐射感应装置、压力感应装置均信号连接。本方案在壳体上集成显示器，直接由显示器显示火焰燃烧过程中的视频影像、实验腔内的温度、热辐射、气压等数据，有利于工作人员更为直观的获取实验参数，避免了实验前需要外接数据线进行显示的繁琐工作。

其中，显示器与摄像装置、温度感应装置、热辐射感应装置、压力感应装置之间的信号连接方式均可采用现有通信传输方式，且有线或无线传输方式均可适用。

进一步的，所述实验腔具有气密门，所述气密门上开设透明观察窗；所述实验腔内壁还具有位于所述气密门门缝处的防火密封垫。

本方案通过气密门防止实验过程中气体从实验腔的腔门处泄露而影响实验环境的气氛、气压等。透明观察窗可用于肉眼直接观察内部燃烧情况。防火密封垫可起到防火和密封功能。

其中，气密门可采用现有成熟的密封技术实现即可。

进一步的，还包括设置在壳体表面的控制组件，所述控制组件包括用于控制所述热辐射板的加热控制器。

本方案将控制组件设置在壳体表面，便于工作人员对其进行操控。本方案通过控制组件至少可控制热辐射板的工作功率。其中，控制组件对热辐射板的控制，完全可采用现有控制方式实现，对于本领域技术人员而言不具有实现难度；如控制组件可采用任意数量的单片机或PLC或触摸控制屏等组成。

进一步的，还包括放置在所述实验腔内的样品支撑机构，所述样品支撑机构包括升降装置、通过角度调节器转动连接在升降装置上的样品支撑板、位于样品支撑板之上的样品夹具。

本方案通过样品夹具夹持被燃烧的实验样品。由于可控通风口位置相对固定，因此通过角度调节器调节样品角度即可调节样品与风的夹角，通过升降装置调节样品与可控通风口之间的相对高度。

进一步的，所述升降装置安装在防火平台上，所述防火平台位于称重装置上。本方案在实验过程中，可通过称重装置的实时称重数据变化，来获得燃烧过程中实验样品的重量变化情况，更加有利于对火蔓延实验的过程分析。此外，防火平台用于对称重装置进行保护。

进一步的，还包括可拆卸连接在所述防火平台上的灰烬滴落板，所述灰烬滴落板位于样品支撑板的下方。本方案通过灰烬滴落板承接燃烧过程中滴落的物质，还可由灰烬滴落板提高对下方的称重装置的保护效果。此外，在实验结束后，可单独取出灰烬滴落板进行称重，通过对比实验前后灰烬滴落板的重量变化，来得到滴落在其上的物质的质量。

进一步的，所述防火平台上设置滑槽，所述升降装置滑动配合在所述滑槽内。

本方案通过滑槽使升降装置及其上的实验样品等横向可调，进而调节样品与可控通风口之间的横向相对位置关系，更加有利于满足不同的实验状态需求。

其中，滑槽的具体形状与走向在此不做限定，可根据具体实验需求进行适应性设置；此外，升降装置与滑槽的滑动配合方式在此不做限定，优选的可采用在指定位置临时固定的配合方式，如通过紧定销做临时锁定、通过电磁铁通电做临时吸附锁定等。

进一步的，所述壳体底部设置若干带刹滚轮，便于对本装置的灵活移动和搬运。

综上所述，本实用新型结构简单，设计合理，实现方便且功能全面，能够有效应用在火蔓延的模拟实验中，功能丰富、操作简便，使用效果好，便于推广使用。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本实用新型一种可燃固体多因素火蔓延实验装置，采用单独的实验腔进行火蔓延实验，可降低实验过程中的外界环境因素干扰，可用于测试分析各种固体材料在不同因素影响下的火蔓延情况，如亚克力、木质材料、建筑环保材料、胶合板等。

2、本实用新型一种可燃固体多因素火蔓延实验装置，在实验过程中，可对环境风速、氧气浓度、辐射强度、环境压力、倾斜角度等进行自由调节，进而克服了现有的火蔓延实验仅能模拟简单工况的问题，有利于研究不同影响因素影响下火蔓延参数变化特征，更能够适用于多因素耦合作用下的火蔓延特征研究。

3、本实用新型一种可燃固体多因素火蔓延实验装置，可调节样品与可控通风口之间的相对高度、相对横向位置、角度等，提高了固体燃烧火蔓延实验的可调节范围，满足了更多样化的实验需求。

4、本实用新型一种可燃固体多因素火蔓延实验装置，可对实验过程进行称重，得到更加精确的实验数据。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型具体实施例中气密门关闭时的示意图；

图2为本实用新型具体实施例中气密门打开时的示意图；

图3为本实用新型具体实施例的后部结构示意图；

图4为本实用新型具体实施例中样品支撑机构的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-壳体，2-显示器，4-加热控制器，5-风速控制装置，6-流量控制装置，7-电源按钮，8-点火按钮，9-升降控制器，10-点火控制器，11-角度控制器，12-透明观察窗，13-气密门，16-第一进气阀，17-第二进气阀，19-急停按钮，20-带刹滚轮，21-摄像装置，22-可控通风口，23-防火密封垫，24-点火装置，25-热辐射板，26-温度感应装置，27-热辐射感应装置，28-压力感应装置，29-数据传输接口，30-电源接口，32-第一进气口，33-第二进气口，34-出气口，141-样品夹具，142-滑槽，143-角度调节器，146-样品支撑板，147-升降装置，1410-灰烬滴落板，1411-防火平台，1412-称重装置。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。在本申请的描述中，需要理解的是，诸如术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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保护范围的限制。

实施例1：

如图1至图3所示的一种可燃固体多因素火蔓延实验装置，包括壳体1、位于壳体1内的实验腔、位于实验腔内的点火装置24、与实验腔相连的可控通风口22和出气口34，所述壳体1上设置与可控通风口22连通的第一进气口32、第二进气口33，所述第一进气口32与可控通风口22之间设置第一进气阀16、流量控制装置6，所述第二进气口33与可控通风口22之间设置第二进气阀17、风速控制装置5；

还包括位于实验腔内的热辐射板25、用于监测实验腔内温度的温度感应装置26、用于监测实验腔内热辐射的热辐射感应装置27、用于监测实验腔内压力的压力感应装置28。

还包括安装在所述实验腔内壁的摄像装置21。

还包括设置在壳体1表面的显示器2，所述显示器2与所述摄像装置21、温度感应装置26、热辐射感应装置27、压力感应装置28均信号连接。

所述实验腔具有气密门13，所述气密门13上开设透明观察窗12，其材质优选为石英。

所述实验腔内壁还具有位于所述气密门13门缝处的防火密封垫23，其材质优选为橡胶垫。

本实施例中，第一进气阀16用于控制第一进气口32的启闭，第二进气阀17用于控制第二进气口33的启闭。

优选的，流量控制装置6、风速控制装置5均可采用调节阀；热辐射板25可采用电阻丝加热板；温度感应装置26可采用热电偶；热辐射感应装置27可采用辐射热流计；压力感应装置28可采用微差压力计；摄像装置21可采用电子摄像机；点火装置24可采用激光点火器，辐射功率为0-60kW/m²。

本实验装置可用于常见的如亚克力、木质材料、建筑环保材料、胶合板等固体可燃物的火蔓延实验。

本实施例中，实验腔内的压强范围设置为0-1.2MPa，温度范围为0-1600℃，壳体材质为高纯复合氧化铝陶瓷纤维耐火材料。

在更为优选的实施方式中，壳体1底部设置若干带刹滚轮20。

在更为优选的实施方式中，可控通风口22和出气口34上均可设置阀门等进行关断与开启。

在更为优选的实施方式中，壳体1表面还可设置总进气阀，所述总进气阀用于对第一进气阀16和第二进气阀17的进气通路进行总控；即打开总进气阀，第一进气阀16和第二进气阀17才能够与对应气源接通；否则当总进气阀处于关闭状态，即使打开第一进气阀16和第二进气阀17，也不会向装置内部供气。

在更为优选的实施方式中，壳体1表面还可设置总排气阀，所述总排气阀用于对出气口34的启闭进行控制。

实施例2：

一种可燃固体多因素火蔓延实验装置，在实施例1的基础上，还包括放置在所述实验腔内的样品支撑机构，所述样品支撑机构如图4所示，包括升降装置147、通过角度调节器143转动连接在升降装置147上的样品支撑板146、位于样品支撑板146之上的样品夹具141。

所述升降装置147安装在防火平台1411上，所述防火平台1411位于称重装置1412上。

还包括可拆卸连接在所述防火平台1411上的灰烬滴落板1410，所述灰烬滴落板1410位于样品支撑板146的下方。

所述防火平台1411上设置滑槽142，所述升降装置147滑动配合在所述滑槽142内，还包括用于将升降装置锁定在滑槽内的锁紧机构。

本实施例中的升降装置147可采用机械方式手动调节升降，也可采用电控方式来控制调节升降；角度调节器143可通过电机来带动样品支撑板146和样品夹具141同步转动；称重装置1412可采用电子天平秤；防火平台1411可采用现有防火材料制成，其尺寸大于样品支撑板146与实验样品的尺寸。

在更为优选的实施方式中，样品夹具141包括上夹板、下夹板，以及用于锁紧上夹板与下夹板的螺栓。上夹板与下夹板之间相互滑动配合，将实验样品夹持在其间后由螺栓锁紧。

实施例3：

一种可燃固体多因素火蔓延实验装置，在上述任一实施例的基础上，还包括设置在壳体1表面的控制组件，所述控制组件可用于控制所述热辐射板25。

本实施例中的控制组件除了加热控制器4之外，流量控制装置6和风速控制装置5也包括在控制组件之内。

在更为优选的实施方式中，控制组件还包括用于控制激光点火器的点火按钮8、点火控制器10；点火控制器10用于控制激光点火器的激光发射方向，点火按钮8用于控制激光点火器工作。

在更为优选的实施方式中，当升降装置147、角度调节器143采用电控方式升降时，所述控制组件还可以包括用于控制所述升降装置147动作的升降控制器9、用于控制所述角度调节器143动作的角度控制器11。

在更为优选的实施方式中，控制组件还可以包括位于壳体正面的电源按钮7、急停按钮19；当按下电源按钮7时，实验装置的所用供电器均接电；当按下急停按钮19时，实验装置的所用供电器件均断电。

在更为优选的实施方式中，壳体表面还设置有数据传输接口29、电源接口30，其中数据传输接口29用于外接至电脑等设备，电源接口30用于为整个实验装置外接电源。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体，意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，在本文中使用的术语“连接”在不进行特别说明的情况下，可以是直接相连，也可以是经由其他部件间接相连。

Claims (10)

1.一种可燃固体多因素火蔓延实验装置，包括壳体(1)，其特征在于，还包括位于壳体(1)内的实验腔、位于实验腔内的点火装置(24)、与实验腔相连的可控通风口(22)和出气口(34)，所述壳体(1)上设置与可控通风口(22)连通的第一进气口(32)、第二进气口(33)，所述第一进气口(32)与可控通风口(22)之间设置第一进气阀(16)、流量控制装置(6)，所述第二进气口(33)与可控通风口(22)之间设置第二进气阀(17)、风速控制装置(5)；

还包括位于实验腔内的热辐射板(25)、用于监测实验腔内温度的温度感应装置(26)、用于监测实验腔内热辐射的热辐射感应装置(27)、用于监测实验腔内压力的压力感应装置(28)。

2.根据权利要求1所述的一种可燃固体多因素火蔓延实验装置，其特征在于，还包括安装在所述实验腔内壁的摄像装置(21)。

3.根据权利要求2所述的一种可燃固体多因素火蔓延实验装置，其特征在于，还包括设置在壳体(1)表面的显示器(2)，所述显示器(2)与所述摄像装置(21)、温度感应装置(26)、热辐射感应装置(27)、压力感应装置(28)均信号连接。

4.根据权利要求1所述的一种可燃固体多因素火蔓延实验装置，其特征在于，所述实验腔具有气密门(13)，所述气密门(13)上开设透明观察窗(12)；所述实验腔内壁还具有位于所述气密门(13)门缝处的防火密封垫(23)。

5.根据权利要求1所述的一种可燃固体多因素火蔓延实验装置，其特征在于，还包括设置在壳体(1)表面的控制组件，所述控制组件包括用于控制所述热辐射板(25)的加热控制器(4)。

6.根据权利要求1～5中任一所述的一种可燃固体多因素火蔓延实验装置，其特征在于，还包括放置在所述实验腔内的样品支撑机构，所述样品支撑机构包括升降装置(147)、通过角度调节器(143)转动连接在升降装置(147)上的样品支撑板(146)、位于样品支撑板(146)之上的样品夹具(141)。

7.根据权利要求6所述的一种可燃固体多因素火蔓延实验装置，其特征在于，所述升降装置(147)安装在防火平台(1411)上，所述防火平台(1411)位于称重装置(1412)上。

8.根据权利要求7所述的一种可燃固体多因素火蔓延实验装置，其特征在于，还包括可拆卸连接在所述防火平台(1411)上的灰烬滴落板(1410)，所述灰烬滴落板(1410)位于样品支撑板(146)的下方。

9.根据权利要求7所述的一种可燃固体多因素火蔓延实验装置，其特征在于，所述防火平台(1411)上设置滑槽(142)，所述升降装置(147)滑动配合在所述滑槽(142)内。

10.根据权利要求1所述的一种可燃固体多因素火蔓延实验装置，其特征在于，所述壳体(1)底部设置若干带刹滚轮(20)。