[發明專利]一種可控氣體環境、邊墻結構的豎向燃燒特性實驗裝置

在審

• 申請號: 201711452599.2
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN108169407A
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發明（設計）人: 朱國慶;高云驥;周金炬;孫明哲;趙永昌;陶海軍;崔勝寬;夏煜;安偉光;朱輝
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N31/12
• 分類號: G01N31/12
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

1.一種可控氣體環境、邊墻結構的豎向燃燒特性實驗裝置，其特征在于，包括實驗臺、分析控制柜、可燃氣體儲氣瓶組和真空泵，可燃氣體儲氣瓶組與分析控制柜連接并提供實驗所需氣體，分析控制柜用于控制氣體的混合比例，調節燃燒室內氣體的壓力，實驗數據的處理、分析及輸出，實驗臺記錄實驗數據傳遞至分析控制柜并從分析控制柜接收氣體，真空泵與實驗臺連接；

所述實驗臺包括燃燒腔室、可變邊墻結構的固定裝置、氣體均勻裝置、熱流傳感器、線性點火裝置、煙氣收集裝置；可變邊墻結構的固定裝置用于調節試樣尺寸，靈活切換不同邊墻結構形式，以實現多種邊墻結構條件下可燃物的豎向燃燒實驗；氣體均勻裝置用于增加混合氣體的流動距離，均勻氣體的流動方向，最終氣體以較低流速均勻進入燃燒腔室內；熱流傳感器用于記錄可燃物燃燒過程中試樣表面所接收的熱流變化，線性點火裝置用于引燃可燃物，煙氣收集裝置采用排煙板均勻打孔設計，均勻分布14*14個圓形排煙孔，試樣燃燒產生的煙氣集聚在燃燒腔室的頂部，調節真空泵排煙速率，使得煙氣收集裝置形成局部負壓，煙氣通過排煙板的孔洞均勻排出燃燒腔室；

所述分析控制柜包括操作面板、氣體混合調控系統、氣體壓力調控系統、熱流數據采集裝置、煙氣毒性分析裝置、計算機主機、計算機顯示器、鼠標鍵盤；操作面板包括電源開關按鈕、急停按鈕、開始測量按鈕及點火按鈕；氣體混合調控系統用于控制氮氧氣體混合比例，包括氮氣輸入壓力旋鈕、氧氣輸入壓力旋鈕、氮氧比例輸出旋鈕及氣體輸出壓力旋鈕；氣體壓力調控系統用于控制燃燒腔室內氣體的壓力，包括壓力調控控制盤，用于實現負壓與正壓的實時控制；熱流數據采集裝置用于采集熱流傳感器反饋的試樣表面所接收的熱流數據并將結果輸出至計算機；煙氣毒性分析裝置用于煙氣成分的分析并將結果輸出至計算機；計算機主機主要用于存儲熱流采集裝置、煙氣毒性分析裝置及溫度測定系統輸出的數據；計算機顯示器用于顯示計算機分析數據及結果。

2.根據權利要求1所述的一種可控氣體環境、邊墻結構的豎向燃燒特性實驗裝置，其特征在于，所述可變邊墻結構的固定裝置包括可控側墻裝置和可控后墻裝置，可控側墻裝置包括兩個側墻結構，每一個側墻結構里面有對稱的四對薄板，薄板上下方設置薄板側拉的卡槽，可控后墻裝置為可前后移動的擋板裝置。

3.根據權利要求1所述的一種可控氣體環境、邊墻結構的豎向燃燒特性實驗裝置，其特征在于，所述可控氣體環境、邊墻結構的豎向燃燒特性實驗裝置的實驗操作方法包括如下步驟：

(1)選定邊墻結構形式，根據實驗要求選定并安裝邊墻結構裝置，如需進行單側受限實驗，調整后墻薄板裝置與試樣的間距即可，間距的調整范圍為0mm～400mm；如需進行側墻受限實驗，需要根據材料厚度安裝可控側墻裝置，側墻結構內薄板的數量來控制側墻的寬度，薄型材料的側墻寬度調整范圍為10mm～50mm(厚型材料的側墻調整寬度范圍為30mm～150mm)；通過改變可控側墻裝置和可控后墻裝置，可以實現六種不同邊墻結構的靈活切換；

(2)調節試樣架尺寸，根據實驗尺寸要求，調整可燃物固定裝置的位置即可，當進行較窄尺寸試驗時，即需要減小豎向夾板的寬度，調節至實驗所需的位置即可；當進行較寬尺寸試驗時，即需要增大豎向夾板的寬度，調節至實驗所需的位置即可，最大實驗尺寸為0.5m*0.9m；

(3)將可燃物直接固定在可調節式可燃物固定裝置中，完成可燃物的懸掛工作；

(4)打開電源開關，啟動氣體控制系統，開氮氣和氧氣氣瓶，調節氮氣、氧氣輸入壓力旋鈕至指定輸入壓力，調節氮氧比例旋鈕控制氮氣、氧氣的輸入比例，并以一定壓力輸出到燃燒腔室內；

(5)設定燃燒腔室內氣體環境壓力，通過壓力傳感器實時監測腔室內氣體壓力，將壓力數據傳至壓力控制器進行編輯，通過PID技術控制變頻真空泵的排煙速率，最終實現燃燒腔室內氣體壓力的實時控制；

(6)開啟計算機，打開與該設備相配套的分析軟件，分析軟件主要用于記錄實驗過程中熱流數據采集裝置、溫度數據采集系統、煙氣毒性分析裝置所記錄的實驗數據；

(7)打開操作面板中的開始按鈕，實時記錄實驗中的試樣表面所接收的熱流變化、試樣表面溫度以及煙氣毒性；

(8)通氣30s，以確保燃燒室內氣體達到指定氧氣濃度，有效控制燃燒腔室內的氣體環境壓力，打開甲烷氣瓶，按下試樣點火按鈕，線性點火裝置點火，并點燃可燃物；

(9)可燃物著火，關閉線性點火裝置和甲烷氣瓶，火焰沿可燃物向上蔓延，當可燃物延燒完畢，整個燃燒過程結束，關閉氮氧氣瓶，將實驗所得數據統一輸出，保存實驗數據，關閉計算機，實驗結束；

(10)實驗數據分析，分析試樣表面所接收的熱流、試樣表面溫度以及煙氣毒性，通過對不同氣體環境、不同邊墻結構條件下可燃物豎向燃燒過程中的性能參數進行定量分析，為有效提出防控豎向布置可燃物火災的措施提供理論依據。