[发明专利]一种建筑构件模拟火灾实验用燃气火源装置及使用方法有效

专利信息
申请号: 201811059847.1 申请日: 2018-09-12
公开(公告)号: CN109084298B 公开(公告)日: 2023-06-20
发明(设计)人: 尹亮;路世昌;倪照鹏;李国辉 申请(专利权)人: 公安部天津消防研究所
主分类号: F23D14/00 分类号: F23D14/00;F23D14/46
代理公司: 天津中环专利商标代理有限公司 12105 代理人: 胡京生
地址: 300381 *** 国省代码: 天津;12
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摘要:
搜索关键词: 一种 建筑 构件 模拟 火灾 实验 燃气 火源 装置 使用方法
【权利要求书】:

1.一种建筑构件模拟火灾实验用燃气火源装置,包括燃烧器(1)、移动托架(2)、配气装置(3);

所述燃烧器(1)包括正方形的围框Ⅰ(1-1)、隔砂筛网(1-2)、正方形的围框Ⅱ(1-3)、底盘(1-4)、L形垫脚Ⅰ(1-5)、支撑短杆(1-6)、输气弯管(1-7)、X型匀气盘管(1-8)或回字型匀气盘管(1-9)或王字型匀气盘管(1-10);

所述隔砂筛网(1-2)和底盘(1-4)均为正方形板状,在隔砂筛网(1-2)的板面上矩阵式排列数个出气孔Ⅰ(1-2-1);

所述底盘(1-4)的板面中心设有弯管孔(1-4-1),沿底盘(1-4)的板面四周设有一圈边缘凸起(1-4-2),边缘凸起(1-4-2)的边长尺寸小于底盘(1-4)的板面边长尺寸,在底盘(1-4)的下板面四个角部,分别焊接一个L形垫脚Ⅰ(1-5),四个L形垫脚Ⅰ(1-5)的外侧立面分别与底盘(1-4)的外周面处于一个立面;

所述X型匀气盘管(1-8)包括四根等长且一端封闭一端敞开的匀气支管Ⅰ(1-8-1),在每根匀气支管Ⅰ(1-8-1)横断面下半圆的中心,且沿长度方向间隔的设有数个出气孔Ⅱ(1-8-1-1),四根匀气支管Ⅰ(1-8-1)的敞开端焊接在一起构成X型且处于同一水平面,在四根匀气支管Ⅰ(1-8-1)连接处的上面竖直焊接有支撑短杆(1-6),在四根匀气支管Ⅰ(1-8-1)连接处的下面焊接有输气弯管(1-7),输气弯管(1-7)的内腔与每根匀气支管Ⅰ(1-8-1)的内腔及表面上的数个出气孔Ⅱ(1-8-1-1)相通;

所述回字型匀气盘管(1-9)包括四根等长且一端封闭一端敞开的匀气总管Ⅰ(1-9-1)、四组两端为敞开端呈直角形的短匀气支管(1-9-2)和四组两端为敞开端呈直角形的长匀气支管(1-9-3),在每组短匀气支管(1-9-2)横断面下半圆的中心,且沿长度方向间隔的设有数个出气孔Ⅲ(1-9-2-1),在每组长匀气支管(1-9-3)横断面下半圆的中心,且沿长度方向间隔的设有数个出气孔Ⅳ(1-9-3-1),四根匀气总管Ⅰ(1-9-1)的敞开端焊接在一起构成十字型且处于同一水平面,在四根匀气总管Ⅰ(1-9-1)连接处的上面竖直焊接有支撑短杆(1-6),在四根匀气总管Ⅰ(1-9-1)连接处的下面焊接有输气弯管(1-7),在相邻的每两根匀气总管Ⅰ(1-9-1)之间,从内向外间隔的焊接有四组短匀气支管(1-9-2)和四组长匀气支管(1-9-3),四组短匀气支管(1-9-2)和四组长匀气支管(1-9-3)在同一水平面上构成回字形,四组短匀气支管(1-9-2)的内腔及表面上的数个出气孔Ⅲ(1-9-2-1)和四组长匀气支管(1-9-3)的内腔及表面上的数个出气孔Ⅳ(1-9-3-1)分别与每根匀气总管Ⅰ(1-9-1)的内腔、输气弯管(1-7)的内腔相通;

所述王字型匀气盘管(1-10)包括两端封闭的匀气总管Ⅱ(1-10-1)和数根等长且一端封闭一端敞开的匀气支管Ⅱ(1-10-2),在每根匀气支管Ⅱ(1-10-2)横断面下半圆的中心,且沿长度方向间隔的设有数个出气孔Ⅴ(1-10-2-1),在匀气总管Ⅱ(1-10-1)中间处的上面竖直焊接有支撑短杆(1-6),在匀气总管Ⅱ(1-10-1)中间处的下面焊接有输气弯管(1-7),在匀气总管Ⅱ(1-10-1)两侧,分别间隔的焊接有数根匀气支管Ⅱ(1-10-2),两侧的数根匀气支管Ⅱ(1-10-2)呈一一对应设置,数根匀气支管Ⅱ(1-10-2)在同一水平面上构成王字型,数根匀气支管Ⅱ(1-10-2)的内腔及表面上的数个出气孔Ⅴ(1-10-2-1)分别与匀气总管Ⅱ(1-10-1)的内腔、输气弯管(1-7)的内腔相通;

所述正方形的围框Ⅰ(1-1)固定在正方形的围框Ⅱ(1-3)上方,所述隔砂筛网(1-2)固定在正方形的围框Ⅰ(1-1)和正方形的围框Ⅱ(1-3)内壁之间,正方形的围框Ⅱ(1-3)的下端通过一层耐高温密封胶套装在底盘(1-4)一圈边缘凸起(1-4-2)外侧的底盘(1-4)板面上,在底盘(1-4)和隔砂筛网(1-2)之间的正方形的围框Ⅱ(1-3)内设置X型匀气盘管(1-8),与X型匀气盘管(1-8)连接的输气弯管(1-7)伸出底盘(1-4)的弯管孔(1-4-1)外,在弯管孔(1-4-1)内表面和输气弯管(1-7)外表面间绕圆周进行通焊,与X型匀气盘管(1-8)连接的支撑短杆(1-6)与隔砂筛网(1-2)下表面中心处接触顶紧;

或,在底盘(1-4)和隔砂筛网(1-2)之间的正方形的围框Ⅱ(1-3)内设置回字型匀气盘管(1-9),与回字型匀气盘管(1-9)连接的输气弯管(1-7)伸出底盘(1-4)的弯管孔(1-4-1)外,在弯管孔(1-4-1)内表面和输气弯管(1-7)外表面间绕圆周进行通焊,与回字型匀气盘管(1-9)连接的支撑短杆(1-6)与隔砂筛网(1-2)下表面中心处接触顶紧;

或,在底盘(1-4)和隔砂筛网(1-2)之间的正方形的围框Ⅱ(1-3)内设置王字型匀气盘管(1-10),与王字型匀气盘管(1-10)连接的输气弯管(1-7)伸出底盘(1-4)的弯管孔(1-4-1)外,在弯管孔(1-4-1)内表面和输气弯管(1-7)外表面间绕圆周进行通焊,与王字型匀气盘管(1-10)连接的支撑短杆(1-6)与隔砂筛网(1-2)下表面中心处接触顶紧;

所述移动托架(2)包括主托梁(2-1)、横托梁(2-2)、纵托梁(2-3)、L型垫脚Ⅱ(2-4)、支撑腿(2-5)、止滑轮(2-6);

四根所述主托梁(2-1)焊接在一起构成正方形的托架框,在左右两根主托梁(2-1)之间,间隔的焊接有数根横托梁(2-2),在前后两根主托梁(2-1)与邻近的横托梁(2-2)之间及数根依次相邻的横托梁(2-2)之间,分别间隔对称的焊接有数根纵托梁(2-3),构成数个大小相等正方形的燃烧器支架区域(2-7);

在横托梁(2-2)和纵托梁(2-3)数个交汇点处的上表面分别装有背靠背固定的四个L型垫脚Ⅱ(2-4),且同一交汇点处相邻L型垫脚Ⅱ(2-4)相对立面之间的缝隙宽度等于两倍的L形垫脚Ⅰ(1-5)厚度;

在主托梁(2-1)和纵托梁(2-3)数个交汇点处的上表面分别装有背靠背固定的两个L型垫脚Ⅱ(2-4),且同一交汇点处两个L型垫脚Ⅱ(2-4)相对立面之间的缝隙宽度等于两倍的L形垫脚Ⅰ(1-5)厚度,且两个L型垫脚Ⅱ(2-4)的非相对立面分别与所在主托梁(2-1)外侧立面的垂直距离等于L形垫脚Ⅰ(1-5)的厚度;

在主托梁(2-1)和横托梁(2-2)数个交汇点处的上表面分别装有背靠背固定的两个L型垫脚Ⅱ(2-4),且同一交汇点处两个L型垫脚Ⅱ(2-4)相对立面之间的缝隙宽度等于两倍的L形垫脚Ⅰ(1-5)厚度,且两个L型垫脚Ⅱ(2-4)的非相对立面分别与所在主托梁(2-1)外侧立面的垂直距离等于L形垫脚Ⅰ(1-5)的厚度;

在每两根主托梁(2-1)交汇点处的上表面分别装有一个L型垫脚Ⅱ(2-4),且每个L型垫脚Ⅱ(2-4)的两个外侧立面分别与每根主托梁(2-1)外侧立面的垂直距离等于L形垫脚Ⅰ(1-5)的厚度;

每横排的数个L型垫脚Ⅱ(2-4)均有一个外侧立面对齐于同一横向立面,每纵列的数个L型垫脚Ⅱ(2-4)均有一个外侧立面对齐于同一纵向立面,且围绕每个燃烧器支架区域(2-7)的四个L型垫脚Ⅱ(2-4)的外缘构成的正方形大小等于所述底盘(1-4)的下板面四个角部的四个L形垫脚Ⅰ(1-5)的内缘构成的正方形大小;

四条支撑腿(2-5)的上端固定于能够保持移动托架(2)平衡的横托梁(2-2)和纵托梁(2-3)的交汇点处下表面,四条支撑腿(2-5)的下端分别连接一个止滑轮(2-6);

所述配气装置(3)包括一端封闭一端敞开的配气总管(3-1)、配气支管(3-2)、输气管(3-3);

数根配气支管(3-2)的一端分别间隔的焊接在配气总管(3-1)上面,数根配气支管(3-2)的另一端分别连接一根输气管(3-3),每根配气支管(3-2)自下向上依次安装一只启闭阀(3-2-1)、一只调节阀(3-2-2)和一只流量计(3-2-3),在配气总管(3-1)敞开端燃气进口与相邻的配气支管(3-2)之间,依次安装一只总起闭阀(3-1-1)、一只总调节阀(3-1-2)、一只总流量计(3-1-3);

移动托架(2)和配气装置(3)分别放置于试验场地坪上,在移动托架(2)上的数个燃烧器支架区域(2-7)内,分别安装一个含有X型匀气盘管(1-8)的燃烧器(1)或含有回字型匀气盘管(1-9)的燃烧器(1)或含有王字型匀气盘管(1-10)的燃烧器(1),每个燃烧器(1)的四个L形垫脚Ⅰ(1-5)的底面分别与主托梁(2-1)、横托梁(2-2)和纵托梁(2-3)的上表面接触,四个L形垫脚Ⅰ(1-5)的内侧立面与围绕燃烧器支架区域(2-7)的四个L型垫脚Ⅱ(2-4)的外侧立面贴紧,数个含有X型匀气盘管(1-8)的燃烧器(1)或数个含有回字型匀气盘管(1-9)的燃烧器(1)或数个含有王字型匀气盘管(1-10)的燃烧器(1)的输气弯管(1-7)敞开端分别通过输气管(3-3)与数根配气支管(3-2)另一端一对一连接。

2.一种采用权利要求1所述的建筑构件模拟火灾实验用燃气火源装置的使用方法,其特征在于,建筑构件中的柱构件(5)实验步骤如下:

第一步、固定移动托架及配气装置安全检查,将移动托架(2)放置于试验场地坪指定位置后,依次固定四个止滑轮(2-4),依次检查确保配气总管(3-1)的总起闭阀(3-1-1)、总调节阀(3-1-2),数根配气支管(3-2)的启闭阀(3-2-1)、调节阀(3-2-2)均处于关闭状态;

第二步、燃烧器安装、连接及清理,根据使用方案,将八个含有X型匀气盘管(1-8)的燃烧器(1)或八个含有回字型匀气盘管(1-9)的燃烧器(1)或八个含有王字型匀气盘管(1-10)的燃烧器(1),呈口字型放置于移动托架(2)一角的八个燃烧器支架区域(2-7)上,每个燃烧器(1)的四个L形垫脚Ⅰ(1-5)的底面分别与主托梁(2-1)、横托梁(2-2)和纵托梁(2-3)的上表面接触,四个L形垫脚Ⅰ(1-5)的内侧立面与围绕燃烧器支架区域(2-7)的四个L型垫脚Ⅱ(2-4)的外侧立面贴紧,将每个燃烧器(1)的输气弯管(1-7)敞开端分别通过各自连接的输气管(3-3)与配气装置(3)的八个配气支管(3-2)另一端一对一连接;

将八个燃烧器(1)分别从围框Ⅱ(1-3)与底盘(1-4)的胶结部位打开,确认每个燃烧器底盘(1-4)上是否存有沙屑并进行清理,然后再分别将八个燃烧器(1)的围框Ⅱ(1-3)下端通过一层耐高温密封胶套装在对应的底盘(1-4)一圈边缘凸起(1-4-2)外侧的底盘(1-4)板面上,在八个燃烧器(1)内的隔砂筛网(1-2)与围框Ⅰ(1-1)构成的空槽内填多层砂粒(4)直至与围框Ⅰ(1-1)上表面平齐;

第三步、燃烧器点火、设定使用工况0及调试,按公式Q=A*h/H/ρ将使用方案中使用工况0对应的单位面积热释放速率换算为总的燃气流量,式中:Q为标况下总的燃气流量,单位m3/h;A为燃烧面面积,单位m2;h为单位面积热释放速率,单位kW/m2;H为标况下燃气的热值,单位MJ/kg;ρ为标况下燃气的密度,单位kg/m3

将配气总管(3-1)的敞开端接燃气源,保持配气总管(3-1)的总启闭阀(3-1-1)关闭,分别调节所使用的八个配气支管(3-2)的调节阀(3-2-2)至一定开度并打开相应的启闭阀(3-2-1),打开总启闭阀(3-1-1),在将总调节阀(3-1-2)逐步打开的同时点燃各燃烧器(1),通过调节总调节阀(3-1-2)并读取总流量计(3-1-3)示数,将配气总管(3-1)中的燃气流量调整到使用工况0对应的总的燃气流量,并将总调节阀(3-1-2)停留在此位置,观察所使用的八个配气支管(3-2)上各流量计(3-2-3)的示数,通过微调各调节阀(3-2-2)使各流量计(3-2-3)的示数一致, 待各流量计(3-2-3)示数稳定后,关闭总启闭阀(3-1-1),各燃烧器(1)熄火;

第四步、安装柱试件及开展柱试件实验,按照使用方案,将柱试件(5)置于八个燃烧器(1)中间空位的燃烧器支架区域(2-7)内后固定于地坪上,打开总启闭阀(3-1-1)的同时点燃各燃烧器(1)并开始记录柱试件(5)表面各测点温度变化,总流量计(3-1-3)显示使用工况0对应的总的燃气流量后燃烧进入使用工况0下的稳定阶段;根据使用方案在时刻tn将总调节阀(3-1-2)调节至使用工况n对应的总的燃气流量,当总流量计(3-1-3)显示使用工况n对应的总的燃气流量后燃烧进入使用工况n下的稳定阶段,按照使用方案执行完毕n个单位面积热释放速率使用工况后,依次关闭各启闭阀(3-2-1),最终关闭总启闭阀(3-1-1)并停止记录柱试件(5)表面各测点温度;

本使用方案考察了不同单位面积热释放速率使用工况下柱试件(5)表面不同位置的温度变化情况,当只执行一个特定使用工况时,可以获得柱试件(5)表面温度随时间的温升变化;当按照时间间隔执行单位面积热释放速率不断增大的n个使用工况时,可以获得柱试件(5)表面达到某个温度阈值时对应的使用工况n,用以判断柱试件(5)的耐火性能,上述使用方案还均能获得模拟火灾条件下不同时刻柱试件(5)表面温度的非均匀分布情况;

建筑构件中的梁构件(6)实验步骤如下:

第一步、固定移动托架及配气装置安全检查与柱试件(5)的实验步骤一相同;

第二步、燃烧器安装、连接及清理,根据使用方案,将八个含有X型匀气盘管(1-8)的燃烧器(1)或含有回字型匀气盘管(1-9)的燃烧器(1)或含有王字型匀气盘管(1-10)的燃烧器(1),呈数量相等的两排相互贴临放置于移动托架(2)的一侧的八个燃烧器支架区域(2-7)上,每个燃烧器(1)的四个L形垫脚Ⅰ(1-5)的底面分别与主托梁(2-1)、横托梁(2-2)和纵托梁(2-3)的上表面接触,四个L形垫脚Ⅰ(1-5)的内侧立面与围绕燃烧器支架区域(2-7)的四个L型垫脚Ⅱ(2-4)的外侧立面贴紧,燃烧器的连接及清理与柱试件(5)的实验步骤二相同;

第三步、燃烧器点火、设定使用工况0及调试与柱试件(5)的实验步骤三相同;

第四步、安装梁试件及开展梁试件实验,按照使用方案,沿着八个燃烧器(1)所形成大矩形的长边方向用吊线将梁试件(6)悬挂且位于八个燃烧器(1)中心正上方的一定高度处,开展梁试件(6)实验与柱试件(5)的实验步骤四相同;

本使用方案考察了不同单位面积热释放速率使用工况下梁试件(6)表面不同位置的温度变化情况,当只执行一个特定使用工况时,可以获得梁试件(6)表面温度随时间的温升变化;当按照时间间隔执行单位面积热释放速率不断增大的n个使用工况时,可以获得梁试件(6)表面达到某个温度阈值时对应的使用工况n,用以判断梁试件(6)的耐火性能,上述使用方案还均能获得模拟火灾条件下不同时刻梁试件(6)表面温度的非均匀分布情况。

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