一种模拟高温熔珠引燃可燃物试验装置

本发明涉及火灾试验测试，具体涉及一种模拟高温熔珠引燃可燃物试验装置。

背景技术：

1、电气火灾长期占火灾总数的约30%，是防范重点。故障电弧放电（中心温度达6500-12000k）会产生高温迸溅熔珠，此类熔珠引燃过程复杂、危险性高，是电气火灾的重要起因。

2、然而，现有研究高温颗粒引燃的试验存在明显局限：通常采用固定尺寸颗粒以简单方式坠落，无法在单一平台上灵活切换无初速自由落体与有初速发射撞击两种典型点火场景，难以模拟真实故障中熔珠在温度、速度及姿态等方面的多样性；同时缺乏环境因素（风速、温度、湿度）对可燃物状态等多边界条件的精确协调控制；各试验环节（加热、释放、数据采集）自动化程度低，导致重复性差、参数控制精度不足，难以同步监测颗粒动态传热与可燃物响应过程。

3、可见，现有技术难以系统揭示高温熔珠的引燃机理，制约了电气火灾的源头精准防控。因此，研究一种能模拟真实条件、实现多参数精准控制与同步监测的引燃过程重现试验装置，对深入理解火灾机理、提升预警防控能力具有迫切而重要的科学价值与工程意义。

技术实现思路

1、针对目前存在的技术问题，本发明提供一种切换便捷、控制精准、可实现对熔珠加热、释放、过程控制与数据监测的全流程试验支持的模拟高温熔珠引燃可燃物试验装置。目的在于解决传统的熔珠燃烧或撞击试验装置中存在的功能单一、无法灵活切换无初速自由落体与有初速发射两种试验模式、对加热温度、下落过程风速、颗粒速度及燃料床重量变化等关键参数的集成控制与实时监测不足等问题。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

3、一种模拟高温熔珠引燃可燃物试验装置，包括控制柜、加热炉和环境模拟组件，所述环境模拟组件包括环境模拟仓，该环境模拟仓内设调速风扇、超声波加湿器、热辐射板、升降平台，该升降平台上端连接可调角度燃料床，该可调角度燃料床的底部设称重传感器，所述调速风扇、超声波加湿器、热辐射板、称重传感器均与所述控制柜电连接，所述控制柜上端连接机械臂，该机械臂的前端连接坩埚，所述机械臂能够将所述坩埚移动至所述加热炉和所述环境模拟仓内；

4、当进行有初速点火试验时，所述环境模拟仓内设有初速试验机构，所述有初速试验机构包括安装支架，该安装支架上设有程控发射组件和光电测速组件，所述程控发射组件用于调节熔珠的发射速度，所述光电测速组件用于测量熔珠的发射速度，所述程控发射组件和光电测速组件均与所述控制柜电连接。

5、上述技术方案，当进行无初速点火试验时，通过控制柜设置并启动环境模拟组件，使环境模拟仓内的环境参数（热辐射强度、空气湿度、风速）达到预设值并保持稳定，将制备好的燃料平铺在可调角度燃料床上，并将升降平台调整至预定高度。随后，通过控制柜设置加热炉的目标加热温度，将熔珠放入机械臂前端的坩埚中，并通过机械臂送入加热炉加热，待熔珠温度达到预设值后，控制柜驱动机械臂携带高温熔珠进入环境模拟仓内部，并直接将熔珠精准释放到处于特定复合环境条件下的可调角度燃料床表面；

6、当进行有初速的发射撞击点火试验时，通过控制柜设置并启动环境模拟组件，使环境模拟仓内的环境参数（热辐射强度、空气湿度、风速）达到预设值并保持稳定，将制备好的燃料平铺在可调角度燃料床上，并将升降平台调整至预定高度。随后，通过控制柜设置加热炉的目标加热温度，将熔珠放入机械臂前端的坩埚中，并通过机械臂送入加热炉加热，待熔珠温度达到预设值后，控制柜驱动机械臂携带高温熔珠进入环境模拟仓内部，由控制柜设置需要的出射速度，通过程控发射组件对熔珠加速并发射出去后落入可调角度燃料床上，通过光电测速组件计算熔珠经过光电测速组件的瞬时速度；

7、从熔珠释放瞬间开始，控制柜同步记录称重传感器读数、风速数据以及熔珠的温度历史曲线，试验人员通过观察窗记录熔珠的滚动轨迹、与燃料的接触情况、阴燃或有火焰的点燃时间及火焰蔓延过程。试验结束后，系统记录下燃料的最终质量损失。通过改变熔珠的材质、尺寸、温度、燃料类型、燃料床特性、风速及燃料床倾斜角度等变量，重复上述过程，即可系统研究各参数对飞火颗粒点火概率及火行为的影响。整个过程实现了从加热、精准投放、环境模拟到多参数同步监测的全自动化与高精度控制。

8、优选地，所述机械臂包括安装底座，该安装底座上沿水平方向设置丝杠，该丝杠与第一电机的输出端相连，所述丝杠的丝杠滑块上连接有第二电机，该第二电机的输出轴与安装臂相连，所述安装臂的前端设有用于安装所述坩埚的安装结构，所述坩埚的底部设s型热电偶，该s型热电偶与温度变送器电连接，该温度变送器与所述控制柜电连接。

9、该方案，第一电机驱动丝杠转动，丝杠滑块带动第二电机移动，同步带动安装臂及其前端的坩埚移动，将坩埚送入加热炉内加热，当s型热电偶监测到坩埚加热至规定温度后，第一电机驱动丝杠带动坩埚进入环境模拟仓内，然后第二电机动作带动安装臂和坩埚转动将坩埚内的熔珠释放到可调角度燃料床上。

10、优选地，所述安装臂上位于所述安装结构后侧设隔热挡板，所述加热炉朝向所述机械臂的一侧设有第一开孔，所述安装结构及坩埚通过该第一开孔进入所述加热炉内，所述隔热挡板的直径大于所述第一开孔的直径，所述安装结构的直径小于所述第一开孔的直径。

11、当坩埚进入加热炉后，隔热挡板能够抵挡在加热炉的第一开孔处，防止炉内热量泄漏，保证了加热环境的稳定与高温安全性。

12、优选地，所述安装结构上设开口槽，该开口槽上靠近其上端位置设有一凸沿，所述坩埚嵌设在所述开口槽内，且所述坩埚的上端能够抵在所述凸沿处进行限位。将坩埚安装在安装结构上后，坩埚的上端能够抵在开口槽上的凸沿处对坩埚进行限位，防止安装臂转动过程中坩埚从安装结构上掉落。

13、优选地，所述安装底座上沿所述第二电机的移动方向设第一位置传感器和第二位置传感器，所述第一位置传感器和第二位置传感器分别与所述第一电机电连接。当丝杠滑块触到第一位置传感器时，代表丝杠机构缩回至极限位置，当丝杠滑块触到第二位置传感器时，代表坩埚进入加热炉的加热腔的中心位置。

14、优选地，所述程控发射组件包括设于所述安装支架上的发射支架，该发射支架上沿水平方向设发射管，该发射管上端设有接收杯，该接收杯靠近所述发射管的入口设置，熔珠能够从所述接收杯落入所述发射管内，所述发射管上套设有多组加速线圈，多组加速线圈沿发射管的轴向均匀分布，所述加速线圈分别与线圈控制器电连接。由控制柜设置需要的出射速度，并将速度参数发送到线圈控制器，线圈控制器根据速度与线圈电压的关系，设置加速线圈的工作电压和导通顺序。熔珠加热完成后，通过机械臂送入接收杯内，熔珠滑落进入发射管，线圈控制器依次对加速线圈进行通电，加速线圈通电后产生的交变磁场产生洛伦兹力，加速线圈按顺序逐一通电，从而使熔珠加速运动并发射出去。多个加速线圈是沿着发射管的轴线方向同轴地排列并固定在发射管外部，采用等距或按特定间距排列在发射管外。随着加速线圈电压的变化和导通顺序，熔珠依次被加速，最终达到预设初速度后离开发射管。

15、优选地，所述光电测速组件设于所述发射管的出口处，所述光电测速组件包括设于所述发射支架上的测速外壳，该测速外壳内设测速管和信号处理模块，所述测速管内设启动光幕和停止光幕，所述启动光幕和停止光幕与所述信号处理模块电连接，所述测速管与所述发射管同心设置。

16、熔珠先经过启动光幕产生一次遮挡，由信号处理模块获得一个启动信号，熔珠经过停止光幕再产生一次遮挡，获得一个停止信号，信号处理模块根据两个信号的遮挡时间差、两个光幕之间的长度，可以计算出熔珠经过测速装置的熔珠瞬时速度。

17、优选地，所述可调角度燃料床包括设于所述升降平台上的架体，该架体上端转动连接有床体，该床体上设角度传感器，该角度传感器与所述控制柜电连接，所述称重传感器设于所述架体底部。

18、优选地，所述环境模拟仓上设第二开孔，该第二开孔与所述第一开孔同心设置，所述安装结构和所述坩埚能够通过所述第二开孔出入所述环境模拟仓。

19、优选地，所述控制柜上设控制柜电源开关、指示灯及报警器和触摸显示屏。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果：

21、1、本发明实现了无初速自由落体与有初速发射两种试验模式的灵活、快速切换。一套核心装置即可满足多种试验需求，避免了为单一功能重复建设整套系统，提高了设备利用率和试验的灵活性。其中，集成化的环境模拟仓作为一个独立且可接入的单元，进一步增强了装置在复杂环境模拟方面的扩展能力；

22、2、本发明通过控制柜可集中控制机械臂动作、加热温度、风机风速，并实时监测与显示熔珠温度曲线、风速、颗粒速度、燃料床重量等多种关键参数，该设计实现了对“加热-释放-环境控制（风速）-过程监测（速度、重量）”试验全流程的集成化、可视化与自动化管理，能够全面、精确地获取试验数据，为深入研究熔珠在不同条件下的燃烧或撞击行为提供了强有力的技术支撑；

23、3、本发明通过引入独立的环境模拟仓，能够在一个封闭空间内同步实现对风速、环境湿度与外部热辐射的精确、独立与协同控制，这使得试验能够系统研究不同环境条件（如不同湿度下的侧向风等）对热颗粒引燃过程的影响，从而更真实地模拟复杂多变的实际火灾场景，为分析环境因素在飞火引燃中的作用机制提供了关键的技术手段。

24、4、本发明在模拟试验的真实性方面进行了优化，在进行无初速功能时燃料床高度可调，并可在燃料床入口处加装特定角度的滚动斜坡，以模拟熔珠从斜面滚落再接触燃料的实际情况；在进行有初速发射试验时，熔珠的发射速度可调，以模拟不同速度的飞火撞击场景，增强了试验对复杂真实火场的模拟能力。