专利名称：一种地铁列车车厢火灾实验台的制作方法
一种地铁列车车厢火灾实验台技术领域
本发明属于火灾安全技术领域，具体涉及对地铁列车车厢的火灾热释放速率、烟 气流动及控制系统、列车车厢火灾探测与扑救系统进行测试的实验模拟装置。
背景技术：
近年来越来越多的地铁交通系统及其火灾安全问题引起人们的广泛关注，我国北 京、上海、广州、深圳等大型城市目前都有有多条线路投入运行，并在继续建设，杭州、重庆、 沈阳、成都、合肥、哈尔滨等城市近些年来也均启动了城市轨道交通建设项目。在地铁交通 系统的火灾问题中，列车车厢的火灾及其烟气控制、火灾探测及扑救都成为人们关心的焦 点，因为车厢内发生火灾后，车厢内的人员在受限空间内都会受到燃烧及燃烧产生的烟气 带来的危害。因此，研究地铁列车车厢的火灾热释放速率、烟气流动规律、发展其烟气控制 系统和探测与扑救系统对于保证地铁交通系统的总体火灾安全非常有意义和有必要。
对于地铁列车车厢的火灾热释放速率和烟气流动规律，国内外已有一些研究人员 开展不同形式的试验研究，他们分别根据特定地铁系统的特点和某些预定的目的，开展了 不同尺度的试验研究。1984年，美国国家标准局的R. D. Peacock和E. Braun受美国联邦 跌路局和美国运输部门的委托，在美国华盛顿附近的国家标准局实验室针对美铁公司当时 使用的地铁车辆进行了火灾试验研究，他们所用的试验车厢模型尺寸为3. 6m (长)X2. 4m (宽)Χ2.^ι (高)，是一种局部性的试验研究，试验的主要目的是研究地铁车厢内部装饰材 料和几何结构对内部火灾蔓延的影响。上世纪90年代，澳大利亚联邦科学与工业研究组织 (CSIRO)的V. P. Dowling等人采用一辆报废的列车车厢进行了一次较大规模的火灾试验， 主要测量了车厢座椅着火后的火灾功率。2009年，瑞典的SP技术研究所利用BF4型号列 车开展了研究列车火灾功率的试验。在具体实施火灾试验时，受尺寸和经费的限制，只对列 车车厢的某个包厢进行了研究。21世纪初，我国四川消防研究所开展了一次关于列车火灾 特性的试验研究，他们使用的模型尺寸为5. 5m (长)X2.8m (宽)X2. 4m (高)，同样属于局 部模型。以上研究由于尺度限制，多集中于局部模型研究，无法真正开展列车车厢热释放速 率、烟气流动规律的实验研究，而Dowling等人的实际列车火灾试验也仅仅开展了一次，不 具有可重复性，无法全面系统展开研究，因此，对于开展大量全尺寸实验研究，找出其中存 在的规律，全尺寸模型实验装置，是一种很好的选择。发明内容
为了能够在实验室模拟列车车厢火灾燃烧、烟气运动和控制、火灾探测及扑救，并 能进行有关实验和研究，本发明的目的在于提供一种全尺寸地铁列车车厢火灾实验台。
本发明实现上述目的的技术解决方案如下一种地铁列车车厢火灾实验台包括车厢实验台1，车厢实验台1与实际地铁列车车 厢结构相同，左右两侧分别设有对开的侧边车门3和车窗4 ；其横截面为六边形，内部高 度为2. ^m，顶部宽度为2. 80m，底部宽度2. 96m，在距底部0. 6m高处的车厢实验台宽度为3. 26m ；车厢实验台1长度方向两端分别设有前端门2和后端门6，前端门2和后端门6均为两 扇的对开门；车厢实验台1内顶部均布设有三个以上的车厢内温度探头串7 ； 所述前端门2处上部分别设有前门温度探头串8、前门速度探头串11、前门氧气浓度探 头12、前门一氧化碳浓度探头13 ；前门外部一侧设有直立的标尺9 ；所述车厢实验台内中间上部设有车厢内氧气浓度探头19和车厢内一氧化碳浓度探头20 ；车厢实验台1内两侧分别设有座椅15，座椅15上方设有照明灯14 ；车厢实验台1内长 度方向的中心线上设有四个以上扶手16，由30cm不锈钢管制作；车厢实验台1内上方设有 电缆槽17，电缆槽17内设采集及供电电缆；车厢实验台1的一侧车窗外部设有摄像机21，通过摄像机21可以清晰地观测并记录到 车厢实验台1内烟气的流动状况。
所述车厢内温度探头串7和前门温度探头串8均由8个热电偶探头组成，相邻热 电偶探头之间的间距为20cm。
所述前门速度探头串11由4个高温热线风速探头组成，相邻高温热线风速探头之 间的间距为30cm。
所述车厢实验台左右两侧分别设有5对对开的侧边车门3，相邻车门之间设有车窗4。
所述车厢实验台1内的座椅15上方设有照明灯14，所述照明灯14为冷光灯。
模拟火源为甲醇油池火和香炷，分别位于车厢实验台1内，甲醇油池火和香 炷之间的间距为400-500毫米；先点燃香炷使其发生阴燃，利用阴燃的香炷产生的烟气模 拟火灾烟气，然后点燃甲醇，甲醇燃烧时卷吸空气，产生的浮力作用驱使香炷的烟气在实验 台内流动，即可较为清晰地模拟火灾烟气在列车车厢模型内的蔓延流动。
所述车厢实验台1内的座椅15上方设有照明灯14。为了不影响摄像效果，采用光 强较柔的冷光灯，用于摄像和照相时补光，且能够耐受200°C的温度。
本实验台的模拟火源可采用甲醇油池火，利用阴燃的香炷产生的烟气模拟火灾烟 气，香炷与甲醇油盘保持一定距离，不致被引燃，实验时，先点燃香炷使其发生阴燃，然后点 燃甲醇，甲醇燃烧时卷吸空气，产生的浮力作用驱使香炷阴燃烟气在实验台内流动，即可较 为清晰地模拟火灾烟气在列车车厢模型内的蔓延流动。
本实验台的模拟火源可采用实际列车车厢内的存在的一切可燃物，也可采用正庚 烷或者木垛等标准燃料模拟实际可燃物。
本发明的有益技术效果体现在下述几个方面(1)在安全性和环境友好方面，采用甲醇油池火作为火源，燃烧充分完全，产物清洁；同 时，利用阴燃的香炷产生的烟气模拟火灾烟气，环境友好，无污染，对人体无不良刺激；(2)在烟气运动模拟实验效果方面，实验台可以完整地模拟真实列车车厢内可燃物燃 烧产生烟气车厢内的蔓延，并能通过玻璃车窗清晰地清晰监测到实验过程和现象；(3)在火灾热释放速率的模拟实验效果方面，实验台通过测量端门溢流出的火灾烟气 特征参数进行计算。
(4)在实验测量系统方面，先进完备的测温系统、速度和成分测量系统、观测系统 等可以对烟气流动参数和烟控效果进行全方位的观测和研究。
因此，本实验装置按照1:1尺度设计，是首个专门对地铁列车车厢火灾热释放速 率、烟气运动、火灾探测及扑救等进行全面系统研究的大型实验台。在前人试验基础上克服 了缩尺度和局部模型实验台带来的实验误差，又保证了实验的可重复性，对于开展实验室 科学研究和实际地铁列车车厢烟气控制、探测与扑救系统模拟测试都有很大的应用价值。 对地铁列车车厢烟气控制、探测与扑救系统系统设计和测试评价研究具有广阔的应用前景 和重要的实际指导意义。
图1为本发明所述地体列车车厢火灾实验台一种。
图2为本发明所述地体列车车厢火灾实验台一种实施例的A-A剖面示意图。
图3为本发明所述地体列车车厢火灾实验台一种实施例的B-B剖面示意图。
图4为本发明所述地体列车车厢火灾实验台一种实施例的C-C剖面示意图。
图中标号1-车厢实验台；2-前端门；3-侧边车门；4-车窗；5-模拟火源；6_后 端门；7-车厢内温度探头串；8-前门温度探头串；9-前端门处的标尺；10-火灾溢流烟气； 11-前门速度探头串；12-前门氧气浓度探头；13-前门一氧化碳浓度探头；14-照明灯； 15-座椅；16-扶手；17-电缆槽；18-火灾烟气；19-车厢内氧气浓度探头；20-车厢内一氧 化碳浓度探头；21-摄像机。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地说明。
实施例参见图1和图2，一种地铁列车车厢火灾实验台包括车厢实验台1，车厢实验台1与实 际地铁列车车厢结构相同，车厢实验台左右两侧分别安装有5对对开的侧边车门3，相邻车 门之间安装有车窗4，侧边车门3和车窗4与实际地铁列车车厢的车门和车窗尺寸相同。车 厢实验台1的横截面为六边形，内部高度为2. ^m，顶部宽度为2. 80m，底部宽度2. 96m，在距 底部0. 6m高处的车厢实验台宽度为3. 26m0
车厢实验台1长度方向两端分别安装有前端门2和后端门6，前端门2和后端门6 均为两扇的对开门。
车厢实验台1使用30mmX30mm的角钢作为支撑骨架，使用1. 5mm钢板制作侧壁和 顶板，使用2mm厚钢板制作地板，整体外表面采用彩钢蒙皮。车窗使用耐火玻璃(耐火温度 300°C)制作，用于实验观察。
车厢实验台1内顶部均布安装有五个车厢内温度探头串7 ；参见图3，前端门2处上部分别安装有前门温度探头串8、前门速度探头串11、前门氧 气浓度探头12、前门一氧化碳浓度探头13 ；前门速度探头串11由4个高温热线风速探头组 成，相邻高温热线风速探头之间的间距为30cm ；前端门2外部一侧安装有直立的标尺9 ；通 过标尺9可以清晰的显示烟气层的高度。
车厢内温度探头串7和前门温度探头串8均由8个热电偶探头组成，相邻热电偶探头之间的间距为20cm。
参见图4，车厢实验台1内中间上部安装有车厢内氧气浓度探头19和车厢内一氧 化碳浓度探头20。车厢实验台1内两侧分别安装有座椅15，座椅15上方安装有照明灯14， 照明灯14为冷光灯。车厢实验台1内长度方向的中心线上设有四个以上扶手16，扶手16 由直径30cm的不锈钢管制作；车厢实验台1内上方设有电缆槽17，电缆槽17内安装有采 集及供电电缆。车厢实验台1的一侧车窗外部安装有摄像机21，通过摄像机21可以清晰地 观测并记录到车厢内烟气18的流动状况。
模拟火源5为甲醇油池火和香炷，甲醇油池火和香炷之间的间距为400-500毫米； 先点燃香炷使其发生阴燃，利用阴燃的香炷产生的烟气模拟火灾烟气，然后点燃甲醇，甲醇 燃烧时卷吸空气，产生的浮力作用驱使香炷的烟气在实验台内流动，即可较为清晰地模拟 火灾烟气在列车车厢模型内的蔓延流动。
参见图2，燃料布置在车厢实验台内纵向中心线上，靠近封闭的前端门2 —侧，点 燃燃料后，车厢内产生高温火灾烟气18，高温火灾烟气通过开敞的前端门2流出形成高温 火灾溢流烟气10。实验可通过车窗外的摄像机21清晰地记录烟气在车厢实验台内的流动 状况，通过五个车厢内温度探头串7测量车厢实验台内火灾高温烟气的温度场分布，通过 前门温度探头串8、前门速度探头串11、前门氧气浓度探头12、前门一氧化碳浓度探头13记 录高温火灾溢流烟气的特征参数。
权利要求
1.一种地铁列车车厢火灾实验台，包括车厢实验台(1)，其特征在于所述车厢实验台 (1)与实际地铁列车车厢结构相同，左右两侧分别设有对开的侧边车门(3)和车窗(4)；其 横截面为六边形，内部高度为2. ^m，顶部宽度为2. 80m，底部宽度2. 96m，在距底部0. 6m高 处的车厢实验台宽度为3. 26m ；车厢实验台(1)长度方向两端分别设有前端门(2)和后端门(6)，前端门(2)和后端门 (6)均为两扇的对开门；车厢实验台(1)内顶部均布设有三个以上的车厢内温度探头串(7)；所述前端门(2)处上部分别设有前门温度探头串(8)、前门速度探头串(11)、前门氧气 浓度探头(12)、前门一氧化碳浓度探头(13)；前门外部一侧设有直立的标尺(9)；所述车厢实验台内中间上部设有车厢内氧气浓度探头(19)和车厢内一氧化碳浓度探 头(20)；车厢实验台(1)内两侧分别设有座椅(15)，座椅(15)上方设有照明灯(14)；车厢实验 台(1)内长度方向的中心线上设有四个以上扶手(16)，由30cm不锈钢管制作；车厢实验台 (1)内上方设有电缆槽(17 )，电缆槽(17 )内设采集及供电电缆；车厢实验台(1)的一侧车窗外部设有摄像系统(21 )，通过摄像系统(21)可以清晰地观 测并记录到车厢实验台(1)内烟气的流动状况。
2.根据权利要求1所述的一种地铁列车车厢火灾实验台，其特征在于所述车厢内温 度探头串(7)和前门温度探头串(8)均由8个热电偶探头组成，相邻热电偶探头之间的间距 为 20cmo
3.根据权利要求1所述的一种地铁列车车厢火灾实验台，其特征在于所述前门速度 探头串(11)由4个高温热线风速探头组成，相邻高温热线风速探头之间的间距为 30cm。
4.根据权利要求1所述的一种地铁列车车厢火灾实验台，其特征在于所述车厢实验 台左右两侧分别设有5对对开的侧边车门(3)，相邻车门之间设有车窗(4)。
5.根据权利要求1所述的一种地铁列车车厢火灾实验台，其特征在于所述车厢实验 台(1)内的座椅(15)上方设有照明灯(14)，所述照明灯(14)为冷光灯。
6.一种地铁列车车厢火灾实验台的实验操作方法，其特征在于模拟火源为甲醇油池 火和香炷，分别位于车厢实验台(1)内，甲醇油池火和香炷之间的间距为400-500毫米；先 点燃香炷使其发生阴燃，利用阴燃的香炷产生的烟气模拟火灾烟气，然后点燃甲醇，甲醇燃 烧时卷吸空气，产生的浮力作用驱使香炷的烟气在实验台内流动，即可较为清晰地模拟火 灾烟气在列车车厢模型内的蔓延流动。
全文摘要
本发明涉及一种地铁列车车厢火灾实验台。该实验台与实际地铁列车车厢结构相同，左右两侧分别设有车门和车窗；其长度方面两端分别设有前端门和后端门；车厢实验台内顶部均布设有三个以上的车厢内温度探头串；前端门处上部分别设有温度探头串、速度探头串、氧气浓度探头、一氧化碳浓度探头；前端门外部一侧设有标尺；车厢实验台内中间上部设有氧气浓度探头和一氧化碳浓度探头；实验台一侧车窗外部设有摄像系统。本实验装置是首个专门对地铁列车车厢火灾热释放速率、烟气运动、火灾探测及扑救等进行全面系统研究的大型实验台，克服了缩尺度和局部模型实验台带来的实验误差，又保证了实验的可重复性。
文档编号G01M17/08GK102032994SQ20101059882
公开日2011年4月27日 申请日期2010年12月22日 优先权日2010年12月22日
发明者毛少华, 王浩波, 祝实, 胡隆华, 邓志华, 霍然 申请人:中国科学技术大学