一种多功能巷道火灾实验平台及方法与流程

1.本发明属于巷道火灾实验技术领域，涉及一种多功能巷道火灾实验平台及方法。


背景技术：

2.随着铁路、公路、煤矿等巷道工程的发展，长巷道的规模和数量也日益增多，为了保障巷道安全的运营，需要通过模拟实验来指导巷道中通风、排烟、灭火等设计。而建立全尺寸和大尺寸的实验平台不仅成本高且实际可操作性不强，因此小尺寸的模拟实验研究在针对巷道火灾的研究方法中显得尤为重要且被广泛应用。
3.目前小尺寸的模拟巷道实验平台存在以下一些缺陷：（1）常见的巷道火灾实验模型在灭火时通常采用吹熄法或采用燃料燃尽的方法，这种方法既灭火速度慢，又容易损害实验平台。
4.（2）常见的巷道火灾实验模型仅采用局部设置的玻璃窗，导致无法观测整个火灾烟气层的流场行为特征。
5.（3）常见的巷道火灾实验模型都只考虑了水平状态下，没有考虑坡比对巷道火灾试验的影响。
6.（4）常见的巷道火灾实验模型无法测量火灾烟气对巷道顶棚压力的影响的测定。
7.（5）常见的巷道火灾实验模型中火源采用固定方式进行试验研究，从未对空间不同位置的火源进行相关测定。


技术实现要素：

8.为了解决上述技术问题，本发明提供一种功能齐全、安全可靠的巷道火灾模拟实验平台及方法。
9.为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种多功能巷道火灾实验平台，包括巷道主体、底座、风道、通风装置、监测装置、模拟火源、皮带输送机、托盘，所述巷道主体包括多个结构相同且依次通过法兰可拆卸连接的子巷道，巷道主体置于底座上方一侧，在底座的另一侧可滑动地安装有通风装置，位于巷道主体两端的两个子巷道，其中一个子巷道开口端与风道连接，风道与子巷道之间可拆卸安装，另一个子巷道开口端与通风装置对接或分开，所述监测装置包括温度测试系统、应力测试系统、烟气流场监测系统、摄像机及计算机，在所述巷道主体内设有皮带输送机，皮带输送机上设有托盘，模拟火源放置在托盘内；所述监测装置包括温度测试系统，应力测试系统、烟气流场监测系统安装在巷道主体内，摄像机放置在巷道主体外部，计算机分别与温度测试系统、应力测试系统、烟气流场监测系统及摄像机相连接，在所述底座的下方及皮带输送机的下方均设有液压支柱；所述子巷道包括前、后两个平行设置的半圆拱形金属框架，在两个半圆拱形金属框架的左侧设有第一侧板，第一侧板与两个半圆拱形金属框架之间密封固定，在两个半圆拱形金属框架的顶端设有拱形的巷道顶棚，巷道顶棚与两个半圆拱形金属框架之间及第一
侧板顶端之间密封固定，在两个半圆拱形金属框架的右侧设有第二侧板，所述第二侧板顶端与巷道顶棚之间可旋转连接，在两个半圆拱形金属框架的底部设有底板，底板与两个半圆拱形金属框架底端面及第一侧板的底端面之间密封固定，在前端的半圆拱形金属框架底端设有用于锁紧第二侧板的锁扣。
10.进一步地，在于所述风道连接的子巷道开口端的半圆拱形金属框架上安装有可伸缩的卷帘门。
11.进一步地，所述第一侧板采用阻燃不锈钢材料q235钢板制成，第二侧板采用可视化耐高温玻璃制成，巷道顶棚采用双层耐高温防火玻璃制成。
12.进一步地，在巷道主体内设有喷淋装置，所述喷淋装置包括高压氮气瓶、减压阀、排空阀、排污阀、进水阀、储水罐、出水阀、流量计和细水雾喷嘴，所述储水罐上方设有第一通水管路和第一通气管路，下方设有排污管路，排污管路上设有排污阀；在所述第一通水管路上设有进水阀，在所述第一通气管路上设有排空阀，第一通气管路通过第二通气管路与高压氮气瓶相连接，高压氮气瓶上设有瓶头阀，在第二通气管路上安装有减压阀，第一通水管路通过第二通水管路与细水雾喷嘴相连接，在所述第二通水管路上设有出水阀和流量计，细水雾喷嘴固定在子巷道的巷道顶棚上，储水罐和高压氮气瓶放置在子巷道的底板上。
13.进一步地，所述温度测试系统包括多个k型铠装热电偶及数据采集模块，多个k型铠装热电偶安装在每个子巷道内，k型铠装热电偶与数据采集模块相连接，数据采集模块与计算机相连接，数据采集模块获取k型铠装热电偶测得的温度数据并传至计算机。
14.进一步地，在每个子巷道的巷道顶棚下方对称设有两个k型铠装热电偶，在多个子巷道连接后的巷道主体中，每间隔一个子巷道，在子巷道内的巷道顶棚下方安装有三个k型铠装热电偶，在第一侧板和第二侧板内侧分别安装有两个k型铠装热电偶。
15.进一步地，所述应力测试系统包括三个应力片，三个应力片安装在每个子巷道的巷道顶棚内壁面上，分别位于巷道顶棚的顶点处及顶点两侧。
16.进一步地，所述烟气流场监测系统为一个激光片光源，安装在第一侧板的内壁上，用于观测烟气的运动轨迹。
17.进一步地，所述通风装置包括负压变频风机和整流管，整流管安装在负压变频风机的前端，底座上方两侧分别沿纵向设有直线滑轨，整流管与负压变频风机的底端两侧分别通过滑块与底座上方两侧的直线滑轨滑动连接。
18.本发明同时提供一种多功能巷道火灾实验平台的实验方法，具体包括以下步骤：步骤1：装置密封性测定；步骤1-1、安装巷道主体：将多个子巷道连接成巷道主体，相邻子巷道的半圆拱形金属框架之间通过法兰连接，并采用铝箔玻纤胶带对相邻子巷道的连接处进行密封，将巷道主体置于底座上方，且与风道相连接，然后滑动底座上方的通风装置对巷道主体的另一端开口进行对接，使巷道主体封闭；步骤1-2、启动通风装置，对巷道主体吹风，检查巷道主体有无漏风；步骤1-3、若无漏风、则实验装置封闭性完好；若有漏风，则采用铝箔玻纤胶带对漏风位置进行重新封闭；步骤1-4、封闭完成后，继续启动通风装置重复步骤1-2及步骤1-3，直至巷道纵向方向无漏风现象；
步骤2：模拟火源热释放速率及稳定性测定；步骤2-1、选择模拟火源；步骤2-2、将模拟火源放入托盘中称量，记录托盘重量m0，托盘与模拟火源的总重量m，托盘尺寸；步骤2-3、将卷帘门下拉至子巷道底部，子巷道与风道连通，关闭通风装置，在无风条件下，将盛有模拟火源的托盘放在巷道主体内的皮带输送机上，进行燃烧试验，在燃烧时间为t1、t2、t3…ꢀ
tn时，燃烧时间间隔为30s，分别记录模拟火源剩余质量m1，m2，m3，
…ꢀmn ，对记录的数据进行拟合，得出无风条件下模拟火源燃烧质量速率关系式，改变托盘尺寸，进行重复实验；步骤2-4、开启通风装置，在有风条件下，进行上述步骤2-3，得出有风条件下模拟火源燃烧质量速率关系式；步骤2-5、根据步骤2-3得到的无风条件下模拟火源燃烧质量速率关系式、步骤2-4得到的有风条件下模拟火源燃烧质量速率关系式及实验模拟火源要求，设计实验用托盘大小、模拟火源重量；步骤2-6、对设计好的托盘及模拟火源再次进行步骤2-3、步骤2-4操作，确定模拟火源功率满足实验条件；步骤3：安装及调试试验台；步骤3-1、将通风装置与风道分别与巷道主体对接；步骤3-2、将底座下方的液压支柱调整至实验需要高度；步骤3-3、将温度测试系统、应力测试系统、烟气流场监测系统、摄像机与计算机相连接，确认各设备连接好，做好数据采集及记录准备；步骤4：模拟火源的放置及实验；步骤4-1、通过打开子巷道的第二侧板，将步骤2-6设计好并满足实验条件的模拟火源放置在皮带输送机上的托盘中；步骤4-2、点燃火源；步骤4-3、关闭第二侧板，通过锁扣将第二侧板锁紧，开启通风装置；步骤5：开始实验，计算机采集温度测试系统、应力测试系统、烟气流场监测系统、摄像机的数据；步骤6：通过调节底座下的液压支柱高度调整巷道坡比，重复步骤4-步骤5，完成不同巷道坡比时的数据采集；步骤7：通过调整巷道主体内皮带输送机下的液压支柱高度，重复步骤4-步骤5，完成模拟火源不同高度时的数据采集。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：（1）本发明的实验平台组装方便，设置多个子巷道拼接组成巷道主体，通风装置与底座之间可滑动连接，方便实验操作。
20.（2）本发明子巷道的巷道顶棚和第二侧板均采用玻璃材质，可观测整个火灾烟气层的流场行为特征。
21.（3）本发明在底座的下方和皮带传输机下方均安装液压支柱，可实现不同巷道坡比因素下的模拟火源测定，巷道主体内烟气、温度、顶棚应力变化规律。通过调整巷道主体
内皮带输送机下的液压支柱高度，可实现模拟火源不同高度时的数据采集。
22.（4）本发明通过在巷道顶棚安装应力测试系统，可测量火灾烟气对巷道顶棚压力的影响的测定。
23.（5）本发明在巷道主体内设置皮带传输机，通过启动皮带传送机传动，使模拟火源在皮带传送机上运动，可测定模拟火源在运动状态下巷道主体内烟气、温度、顶棚应力变化规律。
24.（6）本发明在巷道主体上设置卷帘门，可以通过研究巷道在封堵的过程中或者在不同封堵比例下，巷道内火灾烟气、温度、顶棚应力变化规律。
附图说明
25.图1为本发明的一种多功能巷道火灾实验平台的结构示意图；图2为本发明的子巷道的结构示意图；图3为本发明的喷淋装置的结构示意图；图4为本发明的皮带输送机的结构示意图；图中：1、巷道主体，101、子巷道，1011、半圆拱形金属框架，1012、第一侧板，1013、巷道顶棚，1014、第二侧板，1015、底板，1016、锁扣，1017、把手，2、底座，201、直线滑轨，3、风道，4、模拟火源，5、皮带输送机，6、托盘，7、温度测试系统，8、应力测试系统，9、烟气流场监测系统，10、摄像机，11、液压支柱，12、卷帘门，13、高压氮气瓶，14、减压阀，15、排空阀，16、进水阀，17、储水罐，18、出水阀，19、流量计，20、细水雾喷嘴，21、排污阀，22、瓶头阀，23、负压变频风机，24、整流管。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
27.实施例1参照图1-图4，一种多功能巷道火灾实验平台，包括巷道主体1、底座2、风道3、通风装置、监测装置、模拟火源4、皮带输送机5、托盘6，所述巷道主体1包括多个结构相同且依次通过法兰可拆卸连接的子巷道101，巷道主体1置于底座2上方一侧，在底座2的另一侧可滑动地安装有通风装置，位于巷道主体1两端的两个子巷道101，其中一个子巷道101开口端与风道3连接，另一个子巷道101开口端与通风装置对接或分开，所述监测装置包括温度测试系统7、应力测试系统8、烟气流场监测系统9、摄像机10及计算机，在所述巷道主体1内设有皮带输送机5，皮带输送机5上设有托盘6，模拟火源4放置在托盘6内；所述监测装置包括温度测试系统7，应力测试系统8、烟气流场监测系统9安装在巷道主体1内，摄像机10放置在巷道主体1外部，计算机分别与温度测试系统7、应力测试系统8、烟气流场监测系统9及摄像机10相连接，在所述底座2的下方及皮带输送机5的下方均设有液压支柱11；皮带输送机5可以实现承载托盘6及模拟火源4，以及通过传动可实现模拟火源4在巷道主体1中处于一个运动状态下烟气、温度变化的实验测定；皮带输送机5结构可为现有皮带传送结构，皮带传送机5
的传送带采用耐高温的铁氟龙材质制成。本发明的模拟火源4可采用可燃液体的池火或者可燃气体的燃烧器。
28.参照图2，所述子巷道101包括前、后两个平行设置的半圆拱形金属框架1011，在两个半圆拱形金属框架1011的左侧设有第一侧板1012，第一侧板1012与两个半圆拱形金属框架1011之间密封固定，在两个半圆拱形金属框架1011的顶端设有拱形的巷道顶棚1013，巷道顶棚1013与两个半圆拱形金属框架1011之间及第一侧板1012顶端之间密封固定，在两个半圆拱形金属框架1011的右侧设有第二侧板1014，所述第二侧板1014顶端与巷道顶棚1013之间可旋转连接，在两个半圆拱形金属框架1011的底部设有底板1015，底板1015为防火板，底板1015与两个半圆拱形金属框架1011底端面及第一侧板1012的底端面之间密封固定，在前端的半圆拱形金属框架1011底端设有用于锁紧第二侧板1014的锁扣1016，第二侧板1014的两侧分别设有把手1017。
29.在与所述风道3连接的子巷道101开口端的半圆拱形金属框架1011上安装有可伸缩的卷帘门12。卷帘门12与半圆拱形金属框架1011的形状与尺寸相匹配，通过卷帘门12可对风道3进行封堵或改变子巷道101开口大小。本发明风道3采用双层保温不锈钢材质制成。
30.所述第一侧板1012采用阻燃不锈钢材料q235钢板制成，第二侧板1014采用可视化耐高温玻璃制成，巷道顶棚1013采用双层耐高温防火玻璃制成。
31.在巷道主体1内设有喷淋装置，参照图3，所述喷淋装置包括高压氮气瓶13、减压阀14、排空阀15、排污阀21、进水阀16、储水罐17、出水阀18、流量计19和细水雾喷嘴20，所述储水罐17上方设有第一通水管路和第一通气管路，下方设有排污管路，排污管路上设有排污阀21，通过打开排污阀21可进行排污；在所述第一通水管路上设有进水阀16，通过开启进水阀16，向储水罐17中加入水，在所述第一通气管路上设有排空阀15，第一通气管路通过第二通气管路与高压氮气瓶13相连接，高压氮气瓶13上设有瓶头阀22，在第二通气管路上安装有减压阀14，第一通水管路通过第二通水管路与细水雾喷嘴20相连接，在所述第二通水管路上设有出水阀18和流量计19，细水雾喷嘴20固定在子巷道101的巷道顶棚1013上，储水罐17和高压氮气瓶13放置在子巷道101的底板1015上。当模拟火源4烟雾对巷道顶棚1013压力过大或者模拟巷道内火势不可控时，可采用喷淋装置进行自动或手动灭火，同时还可以利用喷淋装置做细水雾灭火等实验。自动或手动打开瓶头阀22及出水阀18，将高压氮气瓶13内的高压氮气经过减压阀14减压后压入储水罐17中，使储水罐17中的水自细水雾喷嘴20喷出进行灭火。
32.所述温度测试系统7包括多个k型铠装热电偶及数据采集模块，多个k型铠装热电偶安装在每个子巷道101内，k型铠装热电偶与数据采集模块相连接，数据采集模块与计算机相连接，数据采集模块获取k型铠装热电偶测得的温度数据并传至计算机。
33.在每个子巷道101的巷道顶棚1013下方对称设有两个k型铠装热电偶，在多个子巷道101连接后的巷道主体1中，每间隔一个子巷道101，在子巷道101内的巷道顶棚1013下方安装有三个k型铠装热电偶，在第一侧板1012和第二侧板1014内侧分别安装有两个k型铠装热电偶。
34.所述应力测试系统8包括三个应力片，三个应力片安装在每个子巷道101的巷道顶棚1013内壁面上，分别位于巷道顶棚1013的顶点处及顶点两侧。
35.所述烟气流场监测系统9为一个激光片光源，安装在第一侧板1012的内壁上，用于
观测烟气的运动轨迹。
36.所述通风装置包括负压变频风机23和整流管24，整流管24安装在负压变频风机23的前端，底座2上方两侧分别沿纵向设有直线滑轨201，整流管24与负压变频风机23的底端两侧分别通过滑块与底座2上方两侧的直线滑轨201滑动连接。
37.实施例2一种多功能巷道火灾实验平台的实验方法，具体包括以下步骤：步骤1：装置密封性测定；步骤1-1、安装巷道主体1：将多个子巷道101连接成巷道主体1，相邻子巷道101的半圆拱形金属框架1011之间通过法兰连接，并采用铝箔玻纤胶带对相邻子巷道101的连接处进行密封，将巷道主体1置于底座2上方，且与风道3相连接，然后滑动底座2上方的通风装置对巷道主体1的另一端开口进行对接，使巷道主体1封闭；步骤1-2、启动通风装置，对巷道主体1吹风，检查巷道主体1有无漏风；步骤1-3、若无漏风、则实验装置封闭性完好；若有漏风，则采用铝箔玻纤胶带对漏风位置进行重新封闭；步骤1-4、封闭完成后，继续启动通风装置重复步骤1-2及步骤1-3，直至巷道纵向方向无漏风现象；步骤2：模拟火源4热释放速率及稳定性测定；步骤2-1、选择模拟火源4，以柴油为例，通过查阅资料获得该物质的燃烧热值和燃烧效率等基本参数；步骤2-2、将模拟火源4放入托盘6中称量，记录托盘6重量m0，托盘6与模拟火源4的总重量m，托盘6尺寸；步骤2-3、将卷帘门下拉至子巷道101底部，子巷道101与风道3连通，关闭通风装置，在无风条件下，将盛有模拟火源4的托盘6放在巷道主体1内的皮带输送机5上，进行燃烧试验，在燃烧时间为t1、t2、t3…ꢀ
tn时，燃烧时间间隔为30s，分别记录模拟火源4剩余质量m1，m2，m3，
…ꢀmn ，对记录的数据进行拟合，得出无风条件下模拟火源4燃烧质量速率关系式，改变托盘6尺寸，进行重复实验；步骤2-4、开启通风装置，在有风条件下，进行上述步骤2-3，得出有风条件下模拟火源4燃烧质量速率关系式；步骤2-5、根据步骤2-3得到的无风条件下模拟火源4燃烧质量速率关系式、步骤24得到的有风条件下模拟火源4燃烧质量速率关系式及实验模拟火源4要求，设计实验用托盘6大小、模拟火源4重量；步骤2-6、对设计好的托盘6及模拟火源4再次进行步骤2-3、步骤2-4操作，确定模拟火源4功率满足实验条件；步骤3：安装及调试试验台；步骤3-1、将通风装置与风道3分别与巷道主体1对接；步骤3-2、将底座2下方的液压支柱11调整至实验需要高度；步骤3-3、将温度测试系统7、应力测试系统8、烟气流场监测系统9、摄像机10与计算机相连接，确认各设备连接好，做好数据采集及记录准备；步骤4：模拟火源4的放置及实验；
步骤4-1、通过打开子巷道101的第二侧板1014，将步骤2-6设计好并满足实验条件的模拟火源4放置在皮带输送机5上的托盘6中；步骤4-2、点燃火源；步骤4-3、关闭第二侧板1014，通过锁扣1016将第二侧板1014锁紧，开启通风装置；步骤5：开始实验，计算机采集温度测试系统7、应力测试系统8、烟气流场监测系统9、摄像机10的数据；步骤6：测定巷道空间内不同巷道坡比因素下，巷道主体内烟气、温度、顶棚应力变化规律，通过调节底座2下的液压支柱11高度调整巷道坡比，重复步骤4-步骤5，完成不同巷道坡比时的数据采集；步骤7：测定巷道空间内模拟火源4不同高度因素下，巷道主体内烟气、温度、顶棚应力变化规律，通过调整巷道主体1内皮带输送机5下的液压支柱11高度，重复步骤4-步骤5，完成模拟火源4不同高度时的数据采集。
38.实施例3本发明还可测定模拟火源4在巷道主体1中处于一个运动状态下烟气、温度变化的实验测定，与实施例2不同的是，在步骤4-1中，将步骤2-6设计好并满足实验条件的模拟火源放置在皮带输送机上的托盘中，通过启动皮带传送机5传动，模拟火源4在皮带传送机5上运动，可测定模拟火源4在运动状态下巷道主体1内烟气、温度、顶棚应力变化规律。
39.实施例4本发明还可测定封堵条件下，模拟火源4在巷道主体1中燃烧烟气、温度变化的实验测定。与实施例2不同的是，在步骤3-1中，将通风装置与风道3分别与巷道主体1对接后，将卷帘门12上拉，从下向上将与风道3相连通的子巷道101开口进行封堵，并且可通过调节卷帘门12的高度，来调节子巷道101开口大小，测定不同封堵比例条件下，计算机采集温度测试系统7、应力测试系统8、烟气流场监测系统9、摄像机10的数据。
40.本发明如果在实验过程中当模拟火源4烟雾对巷道顶棚1013压力过大或者模拟巷道内火势不可控时，可采用喷淋装置进行自动或手动灭火，同时还可以利用喷淋装置做细水雾灭火等实验。
41.本文中应用了具体个例对本发明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发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。