一种机车用热释放速率测试装置的制作方法

本发明涉及机车火灾设备测试技术领域，具体涉及机车用热释放速率测试装置。

背景技术：

近年来，随着高铁体系网络建设及城市轨道交通网络建设的进程加快，对轨道机车部件及设备的安全性、防控准确性提出了更高的要求。根据对国内机车防火标准的梳理，不难发现其在安全体系方面存在很大的隐患，国内在机车火灾，特别是机车移动装备火灾领域的产业链极其不完善。面对这种局面，移动装备的火灾防控技术研究就有很多的工作需要做。目前国内的灭火装置技术所应用的场合仍主要停留在楼宇等大空间、固定场合，并没有专门的针对像机车部件及设备这种活动范围有限、引燃物种类复杂、并可能伴有毒气或爆炸、烟气蔓延迅速现象的灭火装置，而恰恰是这类移动装备火灾灭火装置才能改变轨道交通网络下机车车体封闭、疏散救援难度大、人员伤亡和经济损失严重的局面。

因此，为满足针对机车部件及设备灭火需要，研究移动装备火灾灭火装置在特定环境下的燃烧特性是亟需解决的问题。

技术实现要素：

本发明提出了一种机车用热释放速率测试装置，解决了现有技术无法实现对机车在特定环境下燃烧特性采集的问题。

本发明采用的技术手段如下：

一种机车用热释放速率测试装置，包括，烟气采集系统、测试分析系统、数据采集与控制系统以及标定校准系统；

所述烟气采集系统包括测试室、集烟罩、第一排烟烟管、测试段烟管、第二排烟烟管、排烟风机以及废气处理装置，所述集烟罩设置在所述测试室顶部，所述集烟罩通过所述第一排烟烟管与所述测试段烟管连接，所述测试段烟管另一端连接有所述第二排烟烟管，所述第二排烟烟管的尾端设有所述排烟风机和废气处理装置；

所述测试段烟管内设有所述测试分析系统，所述测试分析系统包括气体分析仪、烟雾浓度探测仪、差压测试计、温度测量装置以及风速测量装置；

数据采集与控制系统包括数据采集器以及操作控制终端；

所述标定校准系统包括分析仪标定装置、光路校准装置、hrr校准装置以及kt校准装置。

进一步地，所述第一排烟烟管与所述测试段烟管的之间还设有导流结构。

进一步地，所述导流结构包括环形固定板和多个分流板，所述多个分流板的一侧边固定连接且多个所述分流板呈放射状分布，所述环形固定板固定在分流板的一端。

进一步地，所述第一排烟烟管的长度是所述第一排烟烟管直径大小的10～15倍。

进一步地，所述集烟罩为锥形结构。

进一步地，所述气体分析仪用于分析o2、co、co2、h2s的含量。

与现有技术比较，本发明所述的机车用热释放速率测试装置具有以下有益效果：本发明所述的机车用热释放速率测试装置可以得到机车在特定燃烧条件下的热释放速率、热释放总量、产烟速率、产烟总量等参数，自动实现对数据进行计算、显示、保存等功能，对机车的火灾灭火装置的设计提供可靠、有力的实验保证。

附图说明

图1为本发明公开的机车用热释放速率测试装置的结构示意图；

图2为本发明公开的机车用热释放速率测试装置中测试分析系统的组成结构图；

图3为本发明公开的机车用热释放速率测试装置中标定校准系统的组成结构图；

图4为本发明公开的测试段烟管的结构图；

图5为导流结构的结构图；

图6为本发明公开的机车用热释放速率测试装置的测试过程。

其中：1、烟气采集系统，10、测试室，11、集烟罩，12、第一排烟烟管，13、测试段烟管，14、第二排烟烟管，15、排烟风机，16、废气处理装置，2、测试分析系统，20、气体分析仪，200、取样管，21、烟雾浓度探测仪，210、光路发生器，211、光路接收器，22、差压测试计，23、温度测量装置,24、风速测量装置，3、数据采集与控制系统，4、标定校准系统，40、分析仪标定装置，41、光路校准装置，42、hrr校准装置，43、kt校准装置，5、导流结构，50、固定板，51、分流板,6、控制室。

具体实施方式

如图1、图2和图3所示为本发明公开的一种机车用热释放速率测试装置，包括，烟气采集系统1、测试分析系统2、数据采集与控制系统3以及标定校准系统4；

所述烟气采集系统1包括测试室10、集烟罩11、第一排烟烟管12、测试段烟管13、第二排烟烟管14、排烟风机15以及废气处理装置16，所述集烟罩11设置在所述测试室10顶部，所述集烟罩11通过所述第一排烟烟管12与所述测试段烟管13连接，所述测试段烟管13另一端连接有所述第二排烟烟管14，所述第二排烟烟管14的尾端设有所述排烟风机15和废气处理装置16；

所述测试段烟管13内设有所述测试分析系统2，如图2所示，所述测试分析系统2包括气体分析仪20、烟雾浓度探测仪21、差压测试计22、温度测量装置23以及风速测量装置24；

数据采集与控制系统3包括数据采集器以及操作控制终端；

如图3所示，所述标定校准系统4包括分析仪标定装置40、光路校准装置41、hrr校准装置42以及kt校准装置43。

具体地，测试室内设有机车部件及设备燃烧实物，测试室10上设有集烟罩11用于收集测试室内机车部件和设备燃烧实物燃烧时产生的烟气，集烟罩另一端连接第一排烟烟管12，第一排烟烟管12与测试段烟管13连接，所述测试段烟管13内设有所述测试分析系统2，如图4所示，所述测试分析系统2包括气体分析仪20、烟雾浓度探测仪21、差压测试计22、温度测量装置23以及风速测量装置24，如图4所示，气体分析仪包括取样管200和分析仪201，取样管设置在测试段烟管内，分析仪设置在控制室内，所述气体分析仪用于分析o2、co、co2、h2s的含量，烟雾浓度探测仪21包括光路发生器210、光路接收器211以及探测仪，光路发生器和光路接收器设置在测试段烟管内，用来进行透光率的测试和反馈，探测仪放置在控制室中，光路发生器210和光路接收器211通过数据线与探测仪连接。差压测试计和温度测量装置也均设置在测试段烟管内并通过数据线与数据采集与控制系统连接，本实施例中，温度测量装置为热电偶。风速测量装置是采用皮托管与差压传感器组合的测量方式，搭配步进电机模组，通过上位机程序控制，可实现烟道内径设置，自动进行各点风速测量。

数据采集和控制系统3设置在控制室6内，通过网线传输数据和发送控制信号。

所述标定校准系统4包括分析仪标定装置40、光路校准装置41、hrr校准装置42以及kt校准装置43。分析仪标定装置40设置在控制室内，光路校准装置41、hrr校准装置42以及kt校准装置43则设置在测试烟管段。

本发明所述的机车用热释放速率测试装置可以得到机车在特定燃烧条件下的热释放速率、热释放总量、产烟速率、产烟总量等参数，自动实现对数据进行计算、显示、保存等功能，对机车的火灾灭火装置的设计提供可靠、有力的实验保证。

进一步地，所述第一排烟烟管12与所述测试段烟管13之间还设有导流结构5。具体地，如图5所示，所述导流结构5包括环形固定板50和多个分流板51，所述多个分流板的一侧边固定连接且多个所述分流板呈放射状分布，所述环形固定板固定在分流板的一端。在本实施中，分流板焊接在固定板上，固定板安置在测试段烟管前端，导流装置可以将烟气打散，方便采集分析。

进一步地，所述第一排烟烟管的长度是所述第一排烟烟管直径大小的10～15倍，以保证燃烧产物的有效混合。

进一步地，所述集烟罩为锥形结构，以便于烟气的收集。

如图6所示，本发明公开的一种机车用热释放速率测试装置进行热释放测量的过程如下：

实验测量时，启动烟气采集系统中的排烟风机后，机车部件及设备燃烧实物在测试室内通过逐步加热的方式被引燃，燃烧所得烟气通过排烟风机与测试室形成的压力被抽吸至集烟罩，再通过排烟烟管传输至测试段烟管。

在本实施例中，参照现行机车尺寸，本发明种涉及的模拟车体尺寸为：长*宽*高＝26.5m*3.3m*2.8m。测试室即为模拟车体外结构，将车厢与司机室完全罩于内部，本发明设计的测试室尺寸：长*宽*高＝36m*5m*4.6m。

参考机车结构设计与设施材质，为满足机车部件及设备火灾的热释放速率测试需求，装置的设计热量为3.5mw。集烟罩、排烟烟管和排烟风机的选择是由所研究的火灾的大小决定的。

为保证实验燃烧中产生的烟气在到达测试段前，气体浓度和杂质不消散，集烟罩采用锥形设计，入口直径根据公式(入口直径(m)＝[q/20000]^2/5×10.7)和测试室尺寸综合考虑，设计为4.8m*4.8m的锥形罩体。

为保证排烟管道内产生足够高的流动速度，防止管道内温度分层，排烟管道直径根据公式(管道直径(m)＝[q/20000]^1/2×3.05)，同时考虑实验场地空间的限制，设计为直径为0.75m的圆形管道。

为了保证燃烧产物的有效混合，测试段前面需预留至少10～15个排烟管道直径。即第一排烟管道的长度为至少10～15个排烟管道直径。本装置的排烟管道设计直径为0.75m，则测试段前至少需预留7.5m的管道长度，本发明预留了12个排烟管道直径，合计为9m。

在烟气被收集进入测试段烟管前，为保证烟气在测量点处能形成均匀的流量分布，同时为获得精确的流量测试值，本发明在预留足够长度排烟管道的同时，在测试段前端加入导流结构。

排烟风机的选型是依照排烟管道内所需的最大风速来决定的，计算依据为：最大管道流量(kg/s)＝[q/20000]×136。本发明的设计风速为：23.8kg/s。

进入测试段烟管的烟气，通过测试分析系统和数据采集与控制系统被测试分析。其中，气体分析仪主要用于测试其o2、co、co2、h2s的含量；烟雾浓度探测仪通过测量遮光烟气的生成量来测定能见度降低的危害；通过差压测试计来测量管道内压力值的变化情况；通过温度测量装置实现烟气温度的测量；风速测量装置是采用皮托管与差压传感器组合的测量方式，搭配步进电机模组，通过上位机程序控制，可实现烟道内径设置，自动进行各点风速测量。最后通过测试段的烟气经废气处理系统过滤净化，通过烟囱排空。

实验过程中采集的测量数据将通过安放在控制室内的数据采集与控制系统，最终在计算机上以波形图的方式实时显示整个热释放系统的温度、差压、能见度、o2、co、co2、h2s含量等信息，同时通过计算机实时计算，并以波形图方式显示体积流速、热释放速率、产烟速率、热释放总量、烟生成量等数据采集计算量。

标定校准系统存在的意义则是对上述实验过程中的测量仪器及装置进行标定校准，标定校准系统包括分析仪标定装置、光路校准装置、hrr校准装置和kt校准装置。其中，分析仪标定通过气体分析仪预留标定气接口，接入氮气及标准气体对分析仪各个组成模块进行零点及高点标定，以确保分析仪数据的稳定性；光路校准装置使用标准滤光片进行校准，通过控制软件使得光密度为0.1/0.3/0.5/0.8/1.0/2.0滤光片分别进入光路系统中，通过计算标准滤光片的实际透光率与理论透光率进行比较，保证比较两者的差值在5％以内，从而保证能见度测量的准确性；hrr校准装置通过控制进入燃烧油盘的丙烷质量，计算得出热输出功率，再根据耗氧量原理计算出对应的热释放速率，保证比较两者的差值在10％以内，从而保证热释放速率测试的准确性；kt校准装置通过皮托管及运动装置测出排烟管道内不同径向的风速，以得出管道内的气体流速分布，从而计算出排烟管道的气体流速分布因子，保证风速测量的准确性。

本发明实现了对机车内实尺寸部件及设备进行测量分析，根据氧消耗原理计算热释放速率，有助于掌握机车内部实际而复杂的火灾特点，对移动装备火灾灭火装置的设计提供可靠、有力的实验保证。

车体内有可以灵活拆卸的分隔门，可以保证实验满足不同部件级设备试验和不同车型车体试验。

本发明可以通过控制室内的电脑实现实时的数据采集与远程控制，这其中包括自动的点火和实时试验数据的反馈等，降低了试验过程中的人员安全风险，提高了数据采集的能力，保证了数据的有效性。

烟管中的导流结构，保证了通过测试采集段的烟气是成分均匀、流速平稳的，大大提高了采集过程的准确性。

此套测试装置可实现机车部件级产品的火灾测试、车体内灭火系统的功能测试、车体内设备间及机械间灭火系统的功能测试以及多工况下对机车火灾环境影响的研究等。目前国内已知的消防所及灭火产品生产公司并无此类多功能、复合测试的测试环境或装置。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。