一种地下综合管廊电力舱室火灾实验装置的制作方法

本发明涉及一种地下综合管廊电力舱室火灾实验装置，属于科研仪器或实验教学领域，用于电力舱室火灾条件下综合管廊内烟气流动规律及温度场分布研究，为地下综合管廊内火灾防控及防排烟技术提供理论指导，主要用于火灾科学研究及消防教学。

背景技术：

城市市政公用管线是城市赖以正常运行的生命线，目前传统的市政公用管线各自为政，管线的增容扩容造成了严重的“拉链路”现象，也导致管线事故频发，极大地影响了城市的安全运行。因此，新的管线铺设方式已成为提高管线建设水平、保障市政管线安全运行的重要研究内容。

然而地下综合管廊集中布置各种管线，大大增加了火灾发生的几率，尤其是电力舱室。电力舱室中电线、电缆数量众多，密集铺设在电缆沟中，一旦一根电缆因短路、过热等原因引发燃烧，会快速引燃周围电缆，造成重大火灾事故。火灾发生后，产生的热烟气会在浮力流的作用下撞击顶棚并纵向蔓延，而热烟气的温度及流动规律决定了喷淋系统、探测系统及报警系统的动作时间；同时热烟气和火焰体的热作用都将加热衬砌结构，可能导致衬砌混凝土发生爆裂现象，裸露的钢筋力学性能大幅度下降，继而可能造成整体或局部失稳坍塌。因此，电力舱室火灾时地下综合管廊内烟气流动规律及温度场分布研究已成为城市地下防灾减灾工程与灾害管理的关键科学问题。

目前，国内用于地下综合管廊火灾测试的实验装置仅能实现较为单一的实验工况，并不能改变电线电缆的布置方式，也不能改变管廊的结构形式，更没有完善的温度数据采集系统，因此现有实验装置不能真实、有效的模拟综合管廊内电线电缆火灾，更不能详细反映管廊内非均匀温度场分布规律。

例如，如图1所示，已知的cn106228886a一种基于城市地下综合管廊的火灾实验装置，设置的综合管廊模型分为左侧管廊1和右侧管廊2；在左侧管廊的地面上通过管道支架15设置有给水管道3；在左侧管廊两侧通过绝缘支架14分别设置有强电线缆5及弱电线缆4；在左侧管廊顶部安装有摄像机7和照明灯8；在所述左侧管廊的底部设有排水沟13；在右侧管廊地面上通过管道支架设置有燃气管道6；在右侧管廊顶部安装有摄像机和照明灯；在右侧管廊的底部设有排水沟；火灾实验装置包括：横向通风控制系统、模拟火源系统、火灾探测系统、细水雾灭火系统和水喷淋系统；本发明能模拟城市地下综合管廊火灾实验，从而能对地下综合管廊排烟控制优化、通电电缆火蔓延、火灾探测、灭火提供科学参考意义。

但是，上述实验装置能开展的管廊内电线电缆火灾实验，仅能实现较为单一的实验工况，并不能改变电线电缆的布置方式，如电线电缆层的间距、电缆层距地距离；且实验装置仅能在两端开敞的单一结构形式下开展实验，并不能在封闭条件下开展实验，更不能改变综合管廊的倾斜角度；再者，仅能监测电缆上方温度以报火警，没有完善的温度测试系统，并不能实时监测火灾时管廊内温度分布，如纵向温度分布、横向温度分布等，不能获取电线电缆火灾时管廊内“温度—时间—空间”的定量关系，使得实验仪器的应用受到极大的限制，因此该实验装置不能真实、有效的模拟综合管廊内电线电缆火灾，更不能详细反映管廊内非均匀温度场分布。

技术实现要素：

为了克服现有技术的上述不足，本发明提供一种地下综合管廊电力舱室火灾实验装置，不仅可以实时监测电线电缆火灾蔓延趋势、烟气流动规律及温度场分布，特别是可以获取电线电缆火灾时地下综合管廊内非均匀温度场与时间-空间的定量关系，获取更加完善的温度场数据及烟气流动规律，还可以改变电线电缆的布置方式和管廊的结构形式，提供更加广泛的实验环境，最终能真实、有效的模拟综合管廊内电线电缆火灾。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：主要由管廊模型、贯穿放置于管廊模型内的电线电缆支架和数据采集系统三部分组成，所述的数据采集系统包括温度采集系统、数据采集仪和计算机，温度采集系统由多组热电偶树构成，沿管廊模型纵向方向布置热电偶树记录纵向烟气温度分布，同时沿管廊模型顶板及侧板布置多组热电偶树记录不同横截面温度分布，还在电线电缆层上方沿纵向布置热电偶树记录电线电缆上方火焰温度；图像采集系统的所有摄像仪直接连接计算机，而温度采集系统的所有热电偶树都连接到数据采集仪后实时接入计算机。

目前，现有技术可以实现隧道或管廊中电线电缆火灾实验，但其电线电缆只能布置在特定位置，如中国矿业大学杜长宝硕士论文《地下综合管廊电缆火灾温度场分布及烟气流动特性分析》中电线电缆布置在电力舱室的底部。然而，电线电缆的布置方式，如距地高度、布置层数、层间距离，均对其火灾蔓延规律及温度场分布具有较大影响，因此本发明增设了可调式电线电缆支架。同时，目前现有技术大多关注隧道或管廊内纵向温度分布，认为纵向温度决定了隧道或管廊的结构稳定性，如gong(theoreticalandexperimentalstudyonlongitudinalsmoketemperaturedistributionintunnelfire)、hu(anexperimentalinvestigationandcorrelationonbuoyantgastemperaturebelowceilinginasloppingtunnelfir)等。然而，火灾温度场的不均匀性分布，可能造成整个平衡体系的重新调整，可能造成更加严重的火灾后果。例如，中南大学陈长坤教授曾利用iso9705标准火灾实验系统，研究发现火灾条件下，钢构件在长向上存在着很大的温差，而构件的挠度变化也并不对称，构件更易发生局部屈服而失效。因此火灾时，管廊内横向温度分布也需要进行充分的研究，以获取“温度—时间—空间”的定量关系。综上所述，目前现有技术不能真实、有效的模拟综合管廊内电线电缆火灾，更不能详细反映管廊内非均匀温度场分布。而本发明的一种地下综合管廊电力舱室火灾实验装置，其温度数据采集系统由密集、空间布置的热电偶树组成，可以实时采集火灾时管廊内纵向温度分布、横向温度分布等非均匀温度场，详细反映管廊内非均匀温度场分布，建立了火灾时管廊内“温度-空间-时间”的多维定量关系，从而获取了更加完善的温度场数据及烟气流动规律，真实、有效地模拟了综合管廊内电线电缆火灾。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是现有地下综合管廊的火灾实验装置的结构示意图。

图2是本发明实验装置实施例的结构示意图。

图3是图2中温度数据采集系统的布局图。

图4是图3中各作用的热电偶树在管廊横截面内的布局图，其中，空心圆形为横截面热电偶，空心方形表示的是纵向热电偶，实体圆形是烟气沉降热电偶，实体方形表示电线电缆层热电偶。

图5是图2中电线电缆支架框架的结构示意图。

图6是图5中横杆的结构示意图。

图7是图2中角度调控机构的原理图。

在图2-7中：1、管廊主体模型，2、电线电缆支架框架，3、温度采集系统，4、隔板预留孔，5、防火隔板，6、液压支腿，7、电线电缆，8、单相电机，9、液压泵，10、电磁换向阀，11、溢流阀，12、框架竖杆，13、支撑块，14、横杆，15、弹簧，16、手柄，17、计算机，18、行走轮，19、横杆端体，20、凹槽，21、滑槽，22、油缸。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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，都属于本发明的保护范围。

图2至图7示出了本发明一个较佳的实施例的结构示意图，图2中的一种地下综合管廊电力舱室火灾实验装置，通过该实验装置可以改变电线电缆7的布置方式、管廊的结构形式，同时可以实时监测电线电缆7火灾蔓延趋势、烟气流动规律及温度场分布。该实验装置主要由管廊模型、贯穿放置于管廊模型内的电线电缆支架和数据采集系统三部分组成。所述的管廊模型包括管廊主体模型1和角度调控机构，角度调控机构布置在管廊主体模型1中部下方及末端的下方。所述的管廊主体模型1由若干分节构成，每个分节的顶板中心处设有供防火隔板5插入与抽出的隔板预留孔4，通过插入防火隔板5，可以开展不同长度封闭型管廊内电线电缆7火灾实验；抽出防火隔板5，密封隔板预留孔4，可以开展两端开敞型管廊内电线电缆7火灾实验。管廊主体模型1可以设计成总长20m，截面形式为0.8m*0.8m的矩形，管廊主体模型1各分节的长度为5m，电线电缆支架框架2的框架竖杆12沿纵向每隔0.5m布置一组。管廊主体模型1各节之间选择由法兰连接，并采用透明防火胶密封，管廊主体模型1的主体结构框架、底板及顶板均由不锈钢制作，其前后立面由透明防火玻璃制作，以便观察烟气流动状况。

参见图7，所述的角度调控机构包括液压支腿6、单相电机8、液压泵9、plc模块、电磁换向阀10、节流阀和溢流阀11，更进一步地，液压支腿6可以选择电动控制，利用液压传动和plc技术精准改变液压支腿6的升降高度，单相电机8带动液压泵9工作，压力油通过电磁换向阀10进入液压支腿6的油缸22，压力由溢流阀11调节，使液压支腿6的油缸22上下运动。利用plc模块精准控制液压支腿6的油缸22的移动距离，通过改变管廊模型中部及末端液压支腿6的提升高度，以改变管廊倾斜角度，其调节范围为0～15°。

参见图2、图3和图4，所述的数据采集系统包括图像采集系统、温度采集系统3、数据采集仪和计算机17，图像采集系统由多个(比如五个)高清摄像仪构成，五个摄像仪排布在前后立面的外侧，正对管廊模型内部拍摄，摄像仪的间距为5m，能有效捕捉电线电缆7火灾发生、发展及烟气流动的全过程，通过图像采集系统可以定量分析电线电缆7火灾的蔓延速度及烟气流动速度。温度采集系统3由多组热电偶树构成，沿管廊纵向方向布置的热电偶树记录纵向烟气温度分布，各热电偶的间距为0.5m(对应为图4中的空心方形热电偶)；在管廊模型的垂直中心线处布置的多组热电偶树记录不同高度烟气层的温度，获取烟气层的沉降及流动速度，与摄像仪的视频数据进行对比分析，每组中各热电偶的间距为0.1m，每组热电偶树的间距为0.5m(对应为图4中的实体圆形热电偶)；沿管廊模型顶板和侧板布置的多组热电偶树记录不同横截面温度，每组中各热电偶的间距为0.1m，每组热电偶树的间距为0.5m(对应为图4中的空心圆形热电偶)；距电线电缆层3cm、沿电线电缆7铺设方向布置的热电偶树记录电线电缆7上方火焰温度，以判定电线电缆火灾蔓延速度，与摄像仪的视频数据进行对比分析，各热点偶树的间距为0.5m(对应为图4中的实体方形热电偶)。图像采集系统的所有摄像仪直接连接计算机17，而温度采集系统3的所有热电偶树都连接到数据采集仪后实时接入计算机17。摄像数据和热电偶数据将由惠普数据采集仪agilent34970a每隔1.0s采集一次，并通过rs-232线实时接入计算机17中存储。通过温度采集系统3可以获取电线电缆7火灾时地下综合管廊内温度场-时间-空间的定量关系。

参见图2和图5，所述的电线电缆支架包括电线电缆支架框架2和横杆14，横杆14位于电线电缆支架框架2两侧相对的框架竖杆12之间，框架竖杆12在相向的一侧从上至下均匀分布多个呈倒三角形状的支撑块13，每个横杆14放置于平行相对的两个支撑块13之上。在电线电缆支架框架2的下方例如两端下部还可以进一步布置行走轮18，以便于移动。其中，参见图6，所述的横杆14为收缩式横杆，杆体靠近两端沿杆身分别设有一个凹槽20，凹槽20的内侧杆身上还设有滑槽21，凹槽20与滑槽21底部连通且上部交界处分隔，凹槽20的自由端形成开口，开口内安装有横杆端体19，横杆端体19通过弹簧15连接至滑槽21内的手柄16上，横杆端体处于开口外侧时，手柄16位于滑槽21的外端部，拉动手柄16可以实现横杆端体19的伸缩。通过横杆14和框架竖杆12的配合使用，可以实现灵活调整电线电缆7距地高度范围(0.2m～0.7m)，同时可以实现多层电缆的布置方式(1～5层)，每层电线电缆7的间距范围(0m～0.5m)。当需要升高横杆14的高度时，由于倒三角型的支撑块13及弹簧的伸缩作用，直接推拉(不需要拉动两侧手柄16)即可实现高度调节；当需要降低横杆14高度时，向内侧拉动横杆14左右两侧的手柄16，使横杆端体19回缩到凹槽20内，从而横杆14的长度暂时缩短，可以任意调节横杆14高度，再调节到合适位置松开手柄16即可。

采用本发明实施例实验装置进行实验的操作步骤如下：

1)实验前调试：检验温度采集系统3，确保各组热电偶树位置准确、工作状态良好；调试图像采集系统，调整摄像仪的位置及清晰度，确保摄像仪能记录地下综合管廊内电线电缆7火灾发展及烟气流动的全过程。

2)电线电缆7布置：将电线电缆支架移出管廊模型，根据实验要求，逐一调整横杆14，以确定电线电缆7层距地距离及电线电层之间的间距，将电线电缆7按实验要求布置在电线电缆支架上；布置完成后，将电线电缆支架放入管廊模型中并固定。

3)如需进行封闭型管廊火灾实验，需将防火隔板5插入隔板预留孔4中，并用防火胶进行密封，此时即可进行封闭型管廊火灾实验；如进行开敞式管廊火灾实验，只需密封管廊顶部的隔板预留孔4即可。

4)角度调节：实验要求管廊模型的倾斜角度为θ，采用公式h＝lsinθ,其中h为液压支腿6的提升高度，l为管廊长度，求得中端和末端两处液压支腿6的提升高度，利用液压传动和plc技术精准改变实验平台的角度至实验所需角度。

5)开启计算机17，打开与数据采集系统相配套的分析软件，分析软件主要用于记录图像采集系统、温度采集系统3所记录的实验数据。

6)利用油池火点火，点燃电线电缆7，并能维持自行燃烧；火势沿纵向布置的电线电缆7蔓延，当电线电缆7燃烧完毕，整个实验过程结束，将实验所得数据统一输出，保存实验数据。

7)待管廊内温度降至常温，清理管廊及电线电缆支架上残渣，实验结束。

8)实验数据分析：通过图像采集系统获取电线电缆7火灾蔓延速度，建立管廊内电线电缆7蔓延火模型；通过温度采集系统3获取电线电缆7火灾时管廊内横向温度分布、纵向温度分布等温度数据，建立电线电缆7火灾时管廊内“温度-时间-空间”多维函数的热环境。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所做出任何简单修改和同等变化，均落入本发明的保护范围之内。