一种真火模拟发生装置及控制方法与流程

本发明涉及一种消防用设备，尤其是一种真火模拟发生装置及控制方法。

背景技术：

随着国民经济的高速发展，新能源、新材料、新产品的大量涌现，油气管道泄漏爆炸、飞机方舱及地铁火灾等特殊环境下的火灾频频发生，对人民的经济、生命造成了严重的危害。因此，加强火灾预防工作的同时，提高消防官兵的消防技能、提高消防过程的作业效率，尤其是面对轰燃、爆燃等极端火灾情况时的应对技巧，最大限度地减少人员生命财产损失成为至关重要的大事。

近年来，公安消防部队进口并配备了大量价格昂贵、制造精密的装备仪器，但是没有相应的训练装备，部队只能动用灭火救援作战装备进行训练，对装备的损耗较大，加之缺少必要的维修、管理，出现故障或损坏难以及时排除或修复，既影响训练又不利于执勤备战工作。加强灭火救援模拟训练装备的开发和研制，是消防部队灭火救援、执勤训练面临的十分重要的现实问题。

在传统的消防官兵日常灭火训练项目中，大多是采用燃烧实物来营造真实场景，训练前后的准备工作繁重，不易进行多次连续训练，且燃烧过程产生大量的黑烟，污染环境，影响市容和居民生活。除此之外，上述常规的模拟训练与飞机机舱及地铁失火、油气输油管道泄漏失火等极端情况相差甚远，不足以从根本上提高消防官兵应对极端火灾的能力。

鉴于此提出本发明。

技术实现要素：

本发明的一个目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够模拟轰燃条件下的火灾情况，并且可控的真火模拟发生装置。

本发明的另一目的在于提供一种真火模拟发生装置的控制方法。

为了实现第一发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种真火模拟发生装置，包括，

长焰真火发生装置，具有喷射长距火焰的主火焰喷射口和用于扩大火焰截面面积的扩充火焰喷射口，以及多个雾化介质喷射口；

燃料供给系统，用于向长焰真火发生装置供应燃料，所述燃料供给系统配置成将燃料分别供应至主火焰喷射口和扩充火焰喷射口；

雾化介质供给系统，配置成向长焰真火发生装置供应雾化介质，并提供一定的压力使雾化介质从雾化介质喷射口喷出；

遥控点火装置，与长焰真火发生装置连接，以引燃从主火焰喷射口和/或扩充火焰喷射口喷射出的燃料；

以及控制上述系统和装置运行的远程控制系统。

进一步，所述扩充火焰喷射口为多个，并围绕主火焰喷射口设置，扩充火焰喷射口喷射出的燃料至少部分扩散至主火焰喷射口的喷射范围以外，以扩大火焰截面面积。

进一步，所述长焰真火发生装置包括，拉瓦尔喷管，固定在拉瓦尔喷管内的主喷头和辅助喷头，以及与燃料供给系统连接的第一燃料注入管、第二燃料注入管和与雾化介质供给系统连接的雾化介质供应管；所述主火焰喷射口形成在主喷头上，主喷头与第一燃料注入管连接，所述扩充火焰喷射口形成在辅助喷头上，辅助喷头与第二燃料注入管连接，所述雾化介质供应管伸入至拉瓦尔喷管内，并在末端形成所述雾化介质喷射口。

进一步，所述第一燃料注入管、第二燃料注入管和雾化介质供应管为三层套筒结构；其中，内层套筒构成第一燃料注入管并与主喷头连接，中层套筒构成第二燃料注入管并与辅助喷头连接，外层套筒构成雾化介质供应管，其末端设有开口形成所述雾化介质喷射口。

进一步，所述辅助喷头的轴线与主喷头的轴线呈一定角度倾斜设置。

进一步，所述遥控点火装置包括高能电压包，通过点火电缆与高能电压包连接的高压电咀，所述高压电咀安装在长焰真火发生装置上，所述高能电压包通过电缆与电网连接。

进一步，所述燃料供给系统包括，高压氮气瓶组、增压缓冲罐和燃料储罐；所述高压氮气瓶组通过连接管路与增压缓冲罐连接，所述增压缓冲罐通过连接管路与燃料储罐连接；燃料储罐上设有燃料加注口，燃料储罐的底部通过连接管路与长焰真火发生装置连接，以将燃料供应至主火焰喷射口和扩充火焰喷射口。

进一步，所述雾化介质供给系统包括，空压机，通过管路与空压机连接的雾化介质储罐，雾化介质储罐还通过管路与长焰真火发生装置连接，以将雾化介质供应至雾化介质喷射口。

进一步，所述远程控制系统包括，操作平台，设置在操作平台内的控制装置，所述操作平台上设有与控制装置连接的按钮，所述控制装置至少用于控制燃料供给系统、雾化介质供给系统、遥控点火装置的启动和关闭。

为了实现第二发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种真火模拟发生装置的控制方法，包括以下步骤：

步骤一，控制燃料供给系统和雾化介质供给系统分别向长焰真火发生装置供应燃料和雾化介质，并将燃料和雾化介质从长焰真火发生装置的不同喷射口喷出；

步骤二，控制遥控点火装置产生电火花，点燃从喷射口喷出的燃料；

步骤三，控制关闭燃料供给系统，并向燃料供应管路内供应氮气，以将残留在燃料供应管路和真火发生装置内的燃料吹除。

采用本发明所述的技术方案后，带来以下有益效果：

1、本发明的真火模拟发生装置可以真实的模拟火灾现象，尤其是轰燃工况下喷射火的火灾现象，为消防演练提供逼真的火灾情景，加强消防官兵的日常训练和实战技能，提高消防作业效率。

2、本发明能够产生长距火焰，同时喷出的火焰又具有较大的火焰截面面积，能够形成良好的火焰形态，不仅火焰刚度好，火焰稳定性好，而且有效解决了火焰喉颈较小的问题。

3、本发明使用方法简单，安全可控，便于维护和管理，具有良好的经济效益，提升了我国消防训练器材的技术水平。

附图说明

图1：本发明的系统原理图；

图2：本发明的管路连接图；

图3：本发明长焰真火发生装置的结构剖面图；

图4：为图3的y局部放大图；

图5：为沿图3的p向投影的拉瓦尔喷管的内部图；

图6：本发明燃料供给系统的结构图；

图7：本发明雾化介质供给系统的结构图；

图8：本发明遥控点火装置的结构图；

图9：本发明移动式集中供应平台的结构图；

图10：本发明的长焰真火发生装置在飞机发动机舱内的安装示意图；

其中：1、长焰真火发生装置2、燃料供给系统3、雾化介质供给系统4、遥控点火装置5、远程控制系统6、移动式集中供应平台7、飞机发动机舱8、隔离墙9、移动式集中供应平台10、飞机发动机舱11、主火焰喷射口12、扩充火焰喷射口13、雾化介质喷射口14、拉瓦尔喷管15、主喷头16、辅助喷头17、第一燃料注入管18、第二燃料注入管19、雾化介质供应管21、高压氮气瓶组22、增压缓冲罐23、燃料储罐24、回吹管路25、置换管路26、燃料供应管路27、一级供气管路28、二级供气管路31、空压机32、雾化介质储罐33、雾化介质供应管41、高能电压包42、高压电咀43、plc控制器44、继电器45、火焰探测器141、收缩管142、窄喉143、扩张管144、雾化介质接口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

如图1和图2所示，一种真火模拟发生装置，包括，长焰真火发生装置1、燃料供给系统2、雾化介质供给系统3、遥控点火装置4和控制上述系统、装置运行的远程控制系统5。为提高安全性，长焰真火发生装置1与燃料供给系统2、雾化介质供给系统3、遥控点火装置4通过隔离墙8相分隔。

结合图3、图4和图5所示，所述长焰真火发生装置1具有主火焰喷射口11和扩充火焰喷射口12，以及多个雾化介质喷射口13。主火焰喷射口11用于喷射火焰长度达到15米的长距火焰，扩充火焰喷射口12用于扩大火焰截面面积，雾化介质喷射口13用于喷射雾化介质，以雾化分散燃料，并辅助为其提供初始动能。

所述燃料供给系统2用于向长焰真火发生装置1供应燃料，并可以将燃料分别供应至主火焰喷射口11和扩充火焰喷射口12；所述雾化介质供给系统3配置成向长焰真火发生装置1供应雾化介质，并提供一定的压力使雾化介质从雾化介质喷射口13喷出；所述遥控点火装置4与长焰真火发生装置1连接，以引燃从主火焰喷射口11和/或扩充火焰喷射口12喷射出的燃料。

所述扩充火焰喷射口12为多个，并围绕主火焰喷射口11设置，扩充火焰喷射口12的火焰喷射方向与主火焰喷射口11的火焰喷射方向呈一定角度倾斜设置，扩充火焰喷射口12喷射出的燃料至少部分扩散至主火焰喷射口11的喷射范围以外，以扩大火焰截面面积。优选地，所述扩充火焰喷射口12为三个。

在下文中将对长焰真火发生装置1、燃料供给系统2、雾化介质供给系统3、遥控点火装置4和远程控制系统5进行详细说明。

具体地，所述长焰真火发生装置1包括，拉瓦尔喷管14，固定在拉瓦尔喷管14内的主喷头15和辅助喷头16，以及与燃料供给系统2连接的第一燃料注入管17、第二燃料注入管18和与雾化介质供给系统3连接的雾化介质供应管19。所述主火焰喷射口11形成在主喷头15上，主喷头15与第一燃料注入管17连接，优选为螺纹连接，可实现不同主喷头15的更换。所述扩充火焰喷射口12形成在辅助喷头16上，辅助喷头16与第二燃料注入管18连接，优选为螺纹连接。所述雾化介质供应管19伸入至拉瓦尔喷管14内，并在末端形成所述雾化介质喷射口13。

优选地，所述第一燃料注入管17、第二燃料注入管18和雾化介质供应管19为三层套筒结构；其中，内层套筒构成第一燃料注入管17与主喷头15连接，中层套筒构成第二燃料注入管18与辅助喷头16连接，外层套筒构成雾化介质供应管19，其末端设有开口形成所述雾化介质喷射口13。

在外层套筒上的外围固定套设焊接有一法兰盘，该法兰盘与拉瓦尔喷管14固定连接。

优选地，所述主喷头15的轴线与辅助喷头16的轴线之间的夹角为5°～10°，所述主喷头15的雾化角小于辅助喷头16的雾化角，优选地，辅助喷头16的雾化角为15°～30°。

所述拉瓦尔喷管14由两个锥形管构成，其中一个为收缩管141，另一个为扩张管143，收缩管141与扩张管143的连接处形成一窄喉142，所述主火焰喷射口11和扩充火焰喷射口12位于窄喉142处，从主火焰喷射口11和扩充火焰喷射口12喷出的燃料在扩张管143内扩散并向前喷出。

结合图6所示，具体地，所述燃料供给系统2包括，高压氮气瓶组21、增压缓冲罐22和燃料储罐23；所述高压氮气瓶组21通过增压缓冲罐22与燃料储罐23连接，所述燃料储罐23上设有燃料加注口，底部设有燃料出口，并连接有燃料供应管路26。所述燃料供应管路26的末端分为两条分支管路，并形成第一燃料出口和第二燃料出口，并对应与长焰真火发生装置1的第一燃料注入管17和第二燃料注入管18连接，以为长焰真火发生装置1供应燃料。在两分支管路上分别设有电磁阀v216和电磁阀v217用于控制管路的通断，优选地，燃料供应管路26上还设有一过滤器g22，以过滤燃料中的杂质，避免杂质进入长焰真火发生装置1。

所述高压氮气瓶组21通过一级供气管路27与增压缓冲罐22连接，增压缓冲罐22通过二级供气管路28与燃料储罐23连接，在一级供气管路27和二级供气管路28上分别设有截止阀用于控制管路的通断。在一级供气管路27上还设有减压器j21和过滤器g21，所述过滤器g212设置在减压器j21的上游，所述增压缓冲罐22和燃料储罐23上分别设有安全阀v203和安全阀v209，所述燃料储罐23上还设有泄压截止阀v210，以在燃料储罐23压力过大时，打开泄压截止阀v210泄压。

高压氮气瓶组21提供高压氮气源，氮气经过滤器g21过滤、减压器j21减压后进入增压缓冲罐22，保证管路内气体流通顺畅，无压力波动。稳压后的氮气进入燃料储罐23，为罐内燃料提供压力能。

所述燃料供给系统2还包括一回吹管路24和一置换管路25，回吹管路24用于吹除残留在燃料供应管路26内的燃料；所述回吹管路24的进气端与高压氮气瓶组21或增压缓冲罐22连接，出气端与燃料供应管路26连接，在进气端与出气端之间至少设有一截止阀v207和单向阀v208，优选地，所述截止阀v207为电磁阀。所述单向阀v208配置为只允许气流从进气端向出气端流动，使得回吹管路24内的气体只能向燃料供应管路26方向流动。在燃烧工作完成后，通过回吹管路24向燃料供应管路26内供应氮气，以将燃料供应管路26内残留的燃料吹除。

所述燃料供应管路26上设有一隔离截止阀v211，所述隔离截止阀v211位于燃料供应管路26与回吹管路24出气端连接处的上游，以避免回吹管路24内的气体沿燃料供应管路26进入至燃料储罐23内。

所述置换管路25具有一进气端和至少两个出气端，置换管路25的进气端与高压氮气瓶组21或增压缓冲罐22连接，其中一出气端设置在燃料储罐23的外围区域，另一出气端设置在长焰真火发生装置1的外围区域，在燃料储罐23或长焰真火发生装置1发生燃料泄露时，所述出气端供应氮气以快速改变燃料储罐23或长焰真火发生装置1所在区域的气体成分，以避免发生燃料爆炸。

优选地，置换管路25具有两个出气端，并通过设置电磁阀v214和电磁阀v215分别控制两个出气端的开闭。

所述回吹管路24的进气端和置换管路25的进气端通过一四通接头共同与二级供气管路28连接。

结合图7所示，具体地，所述雾化介质供给系统3，包括空压机31，通过管路与空压机31连接的雾化介质储罐32，雾化介质储罐32还通过管路与长焰真火发生装置1的雾化介质供应管19连接，以将雾化介质供应至雾化介质喷射口13。雾化介质供给系统3不仅负责给长焰真火发生装置1提供火焰喷射时的动力，而且提供燃料初期燃烧时所需的氧气。

所述雾化介质储罐32与空压机31连接的上游管路上设有过滤器g11和电磁阀v101，雾化介质储罐32与长焰真火发生装置1连接的下游管路上设有过滤器g13和电磁阀v106，在雾化介质储罐32上还设有安全阀v102。

所述拉瓦尔喷管14的外周壁上还设有雾化介质接口144，所述雾化介质接口144可以与雾化介质供给系统3连接，也可以与其他空气源装置连接，如气瓶，雾化介质接口144主要为火焰初期燃烧提供氧气。

结合图8所示，具体地，所述遥控点火装置4包括高能电压包41、通过通过点火电缆与高能电压包41连接的高压电咀42，所述高压电咀42安装在长焰真火发生装置1上，所述高能电压包41通过电缆与电网连接；还包括，plc控制器43，所述plc控制器43通过一继电器44控制高能电压包41的通断电，以及通过信号电缆与plc控制器43连接的火焰探测器45，所述火焰探测器45安装在长焰真火发生装置1上。

在点火时，高能电压包41以每秒3～5次的频率产生高电压脉冲并传递至高压电咀42，辅助喷头16喷出雾化较好燃料，燃料遇到高压电咀42产生的火花后被点燃，并最终引燃主喷头15喷出的燃料。点燃的火焰会被火焰探测器45探测到，并将信号反馈至plc控制器43，plc控制器43控制继电器44动作，使其断开高能电压包41的市电供应，至此，遥控点火装置4点火过程完成。

具体地，所述远程控制系统5包括，操作平台，设置在操作平台内的控制装置，所述操作平台上设有与控制装置连接的按钮，所述控制装置至少用于控制燃料供给系统2、雾化介质供给系统3、遥控点火装置4的启动和关闭。具体地，控制装置主要控制的是电磁阀的开关和遥控点火装置4的起始点火控制，空压机31控制。

优选的，本发明的真火模拟发生装置还包括，与远程控制系统5连接的数据采集系统，所述数据采集系统包括，设置在燃料供应管路26末端的分支管路上的流量传感器q21和流量传感器q22，用于检测分支管路内燃料的流量；设置在一级供气管路27上的压力传感器p21，以检测一级供气管路27内的压力是否稳定，设置在燃料储罐23上的压力传感器p24，用于检测燃料储罐23内的压力，当燃料储罐23内的压力达到设定值时，即停止向燃料储罐23内填充氮气，设置在燃料储罐23上的液位传感器l21，用于检测燃料储罐23内剩余的燃料；设置在雾化介质储罐32上的压力传感器p11，用于检测雾化介质储罐32内的压力，当雾化介质储罐32内的压力达到设定值时，空压机31即停止工作。

优选地，所述数据采集系统还包括设置在燃料储罐23和长焰真火发生装置1附近的用于检测周围燃料浓度的传感器。所述的远程控制系统5具有安全保障功能，当数据采集系统采集到的信息出现异常时，远程控制系统5将发出报警信息，当燃料储罐23或长焰真火发生装置1附近的燃料浓度达到设定值时，远程控制系统5将控制置换管路25打开，以降低空气中的燃料浓度。

结合图9和图10所示，作为一种实施方式，本发明的真火模拟发生装置还包括一移动式集中供应平台9，所述移动式集中供应平台9为框架式结构，内部具有容纳腔，底部具有移动轮，所述燃料供给系统2、雾化介质供给系统3和遥控点火装置4集中安装在移动式集中供应平台9的容纳腔内，以便于集中移动。所述置换管路25的一个出气端设置在移动式集中供应平台9的容纳腔内，以向容纳腔内供应氮气。所述长焰真火发生装置1安装在飞机发动机舱10内，所述置换管路25的另一个出气端设置在飞机发动机舱10内，以向飞机发动机舱10内供应氮气。

一种真火模拟发生装置的控制方法，包括以下步骤：

步骤一，控制燃料供给系统和雾化介质供给系统分别向长焰真火发生装置供应燃料和雾化介质，并将燃料和雾化介质从长焰真火发生装置的不同喷射口喷出；

步骤二，控制遥控点火装置产生电火花，点燃从喷射口喷出的燃料；

步骤三，控制关闭燃料供给系统，并向燃料供应管路内供应氮气，以将残留在燃料供应管路和真火发生装置内的燃料吹除。

需要指出的是，在步骤一至步骤三中，若发生燃料泄露，则直接执行关闭燃料供给，并打开置换管路25，向外界大气中供应氮气以快速改变燃料储罐23或长焰真火发生装置1所在区域的气体成分，以避免发生燃料爆炸。

以上所述为本发明的实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明原理前提下，还可以做出多种变形和改进，这也应该视为本发明的保护范围。