一种用于火灾实验研究的耐高温质量实时监测装置及方法与流程

1.本发明属于火灾事故的研究技术领域，具体涉及一种用于火灾实验研究的耐高温质量实时监测装置及方法。


背景技术：

2.火灾事故是工业生产安全的重要关注事故之一，研究火灾中燃料的燃烧行为，将为火灾的预防、事故进程及应急措施提供技术支持。其中，燃烧速率是火灾研究中的一项重要参数，分析燃料的燃烧速率可预估火灾中燃料的燃烧时间，热释放，气体释放等情况。
3.燃烧实验中为获取燃料的燃烧速率，通常采用电子天平或称重传感器测得燃料的质量与时间关系曲线，通过对该曲线的求导可获得瞬时燃烧速率。然而，燃烧过程中燃料的周围有高温气流和火焰包围，并不能采用一般的电子天平或称重传感器，高温和火烧会破坏设备和仪表的外部结构，同时影响内部传感器的精确度。
4.为此，发明人特研制了一种可在高温环境下使用的质量实时监测装置及方法，用于在高温和火烧环境下依然能够记录燃料燃烧过程中的质量变化数据。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种用于火灾实验研究的耐高温质量实时监测装置及方法，以实现在高温和火烧环境下记录燃料燃烧过程中的质量实时变化数据。
6.为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种用于火灾实验研究的耐高温质量实时监测装置，包括保护外壳、称重系统、隔热系统、冷却系统，其中：
7.所述保护外壳包括保护外壳上盖、保护外壳下盖、可拆卸紧固件，所述保护外壳上盖设置支撑柱孔、排气孔，所述保护外壳下盖设置进气孔、线孔；
8.所述称重装置包括托盘、支撑柱、天平、数据采集器，所述托盘位于保护外壳上盖的上方，所述托盘与支撑柱第一端部可拆卸地固定连接；支撑柱第二端部穿过所述支撑柱孔，固接在所述保护外壳内的天平上；天平所测得的数据通过数据信号线传输至所述数据采集器中；
9.所述隔热系统包括陶瓷纤维隔热板、隔热陶瓷材料，所述陶瓷纤维隔热板紧固在保护外壳内框，所述隔热陶瓷材料置于支撑柱中段部位；
10.所述冷却系统包括第一空气泵、第二空气泵，所述第一空气泵、第二空气泵分别与所述排气孔、进气孔连接。
11.进一步，所述保护外壳还包括设置于所述保护外壳上盖侧面的把手，用于挪动所述保护外壳上盖。
12.进一步，所述支撑柱孔设置于所述保护外壳上盖顶面，所述排气孔设置于所述保护外壳上盖侧面，所述进气孔设置于所述保护外壳下盖侧面，所述线孔设置于所述保护外壳下盖底面；
13.所述第一空气泵、第二空气泵通过软管分别与所述排气孔、进气孔通过软管连通；
14.所述线孔用于穿出电源线和所述信号数据线，并采用耐火胶进行密封。
15.进一步，所述保护外壳的材料采用不锈钢。
16.进一步，所述排气孔、进气孔分别设置于所述保护外壳内框的体对角线的两端点附近，所述进气孔与排气孔关于所述保护外壳的中心形成中心对称。
17.进一步，所述陶瓷纤维隔热板的厚度根据隔热温度确定；
18.所述陶瓷纤维隔热板上预留与所述保护外壳上的支撑柱孔、排气孔、进气孔、线孔相应部位的通孔。
19.进一步，所述支撑柱为中空结构，所述隔热陶瓷材料为实心体。
20.进一步，所述第一空气泵将保护外壳腔体内的热空气排出，同时采用所述第二空气泵向所述保护外壳腔体通入冷空气；
21.所述冷空气的通入流量大于所述热空气的排出量，以确保所述保护外壳腔体为正压。
22.进一步，所述第一空气泵的排气流量为第二空气泵进气流量的90％。
23.本发明还提供一种用于火灾实验研究的耐高温质量实时监测方法，采用所述用于火灾实验研究的耐高温质量实时监测装置来实现，所述方法包括如下步骤：
24.s1、放置装置：将所述用于火灾实验研究的耐高温质量实时监测装置放置于实验位置；
25.s2、接通设备电源并调试设备：所述设备包括所述空气泵、天平、数据采集器的电源；
26.s3、引出排气孔、进气孔：采用软管将排气孔、进气孔与空气泵连通；
27.s4、放置燃料并引燃：将待燃烧的燃料置于托盘上，引燃；
28.s5、保存数据：按设定的时间间隔将数据保存在数据采集器中。
29.本发明的有益效果在于：采用本发明所提供的用于火灾实验研究的耐高温质量实时监测装置及方法，通过设置保护外壳、称重系统、隔热系统及冷却系统，克服了现有技术中高温和火烧破坏称重设备和仪表、影响称重精确度的问题，实现了在高温和火烧环境下依然能够记录燃料燃烧过程中的质量实时变化数据的目标。采用本发明所提供的用于火灾实验研究的耐高温质量实时监测装置及方法，能够获得精确的燃料燃烧速率，进而精确预估火灾中燃料的燃烧行为，为火灾的预防、事故进程及应急措施提供技术支持。
附图说明
30.图1是本发明实施方式所述用于火灾实验研究的耐高温质量实时监测装置的正视剖面示意图。
31.图2是本发明实施方式所述用于火灾实验研究的耐高温质量实时监测装置俯视示意图。
32.图3是本发明实施方式所述用于火灾实验研究的耐高温质量实时监测方法流程图。
具体实施方式
33.为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行进一步清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。
34.如图1、图2所示，本发明实施方式提供的一种用于火灾实验研究的耐高温质量实时监测装置，所述装置主要包括保护外壳1、称重系统、隔热系统、冷却系统；其中，
35.(1)保护外壳
36.所述保护外壳1主要包括保护外壳上盖、保护外壳下盖、可拆卸紧固件。
37.在本实施方式中，保护外壳1包括保护外壳上盖、保护外壳下盖、紧固螺栓9和把手8。保护外壳1作为所属装置的第一层结构，其主要作用为：1)保护设备不被灼烧和腐蚀；2)隔绝外部热空气进入腔体。保护外壳上盖顶面开5个支撑柱孔，可用于支撑柱5穿出保护外壳1。
38.其中，保护外壳上盖侧面上开一个排气孔，可用于排放保护外壳1腔体内的热空气；保护外壳下盖侧面开一个进气孔，可用于通入外界的冷空气。保护外壳下盖底面开一个线孔，可穿出电源线和信号数据线，并采用耐火胶进行密封。保护外壳上盖和保护外壳下盖采用紧固螺栓9进行紧固；把手8用于挪动保护外壳上盖。
39.可选的，保护外壳1的材料采用不锈钢。
40.可选的，所述排气孔、进气孔分别设置于保护外壳1内框的体对角线的两端点附近，所述进气孔与排气孔设置为关于保护外壳1的中心形成中心对称。在本实施方式中，所述排气孔直径为20mm，设置于保护外壳上盖顶面的东北方向，且所述排气孔接近保护外壳上盖顶面的角落；所述进气孔直径为20mm，设置于保护外壳下盖底面的西南方向，且所述进气孔接近保护外壳下盖底面的角落。可选的，所述排气孔、进气孔的截面与保护外壳1内框侧面相邻的两条边相切。
41.(2)称重系统
42.在本实施方式中，所述称重装置包括托盘7、支撑柱5、天平4、数据采集器10。如图2所示，所述托盘7位于保护外壳上盖的上方，托盘7和支撑柱5第一端部通过螺纹可拆卸地固定连接；5个支撑柱5第二端部穿过保护外壳上盖的5个支撑柱孔，可拆卸地固定连接在天平4上；天平4固定在保护外壳下盖内底面；托盘7上的质量变化情况可由天平4测得，天平4通过数据信号线将所得数据传输至数据采集器10中。
43.(3)隔热系统
44.在本实施方式中，所述隔热系统包括陶瓷纤维隔热板2、隔热陶瓷材料6。陶瓷纤维隔热板2厚度根据隔热温度决定，一般陶瓷纤维隔热板2厚度取10cm以内。如图1所示，陶瓷纤维隔热板2紧贴在保护外壳1内框上固定，陶瓷纤维隔热板2上预留与保护外壳1上的支撑柱孔、排气孔、进气孔、线孔相应部位的通孔，以供支撑柱、软管、电源线及数据信号线穿过。
45.支撑柱5为中空结构，隔热陶瓷材料6为实心圆柱体，隔热陶瓷材料6置于支撑柱5中段部位；其中，隔热陶瓷材料6两端分别与支撑柱5第一端部、支撑柱5第二端部距离3～5cm，用于阻隔托盘7与天平4的热传导。
46.(4)冷却系统
47.在本实施方式中，所述冷却系统包括两组空气泵。排气孔通过软管与第一空气泵
31连接，进气孔通过软管与第二空气泵32连接；冷却系统采用第一空气泵31将保护外壳1腔体内的热空气排出，同时采用第二空气泵32向保护外壳1腔体通入冷空气，以通过空气循环冷却保护外壳1腔体，使保护外壳1腔体内维持稳定温度。其中，冷空气的通入流量大于热空气排出量，以确保保护外壳1腔体为正压，从而防止外界热流通过缝隙进入保护外壳1腔体内。其中，第二空气泵32的进气流量或第一空气泵31的排气流量的计算方法如下：
48.进气流量(排气流量)＝腔体有效体积/每小时换气次数
49.式中：
50.进气流量为进气空气泵的流量设值，m3/h；
51.排气流量为排气空气泵的流量设值，m3/h；
52.腔体有效体积为装置内部空腔的体积，m3；
53.每小时换气次数根据实际情况设置，一般为12～20次。
54.可选的，为保证保护外壳1腔体的正压值，将第一空气泵31排气流量设值约为第二空气泵32进气流量设值的90％。
55.在本实施方式中，还提供一种用于火灾实验研究的耐高温质量实时监测方法，采用所述用于火灾实验研究的耐高温质量实时监测装置来实现。
56.所述方法包括如下步骤：
57.s1、放置装置：将所述用于火灾实验研究的耐高温质量实时监测装置放置于实验位置；
58.s2、接通设备电源并调试设备：所述设备包括空气泵3、天平4、数据采集器10的电源；
59.s3、排气孔、进气孔用软管引出：采用软管将排气孔、进气孔与空气泵3连通；
60.s4、放置燃料并引燃：将待燃烧的燃料置于托盘7上，引燃；
61.s5、保存数据：按设定的时间间隔将数据保存在数据采集器10中。
62.本发明所述的方法并不限于所述具体实施方式，上述实施方式只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。