本发明涉及燃气管道泄漏实验技术领域，尤其涉及一种地下综合管廊模型管的管道泄漏扩散的模拟实验台。
背景技术：
燃气管道是地下综合管廊中的重要管道，在长期使用过程中，可能会发生泄漏危险。为了应对泄漏情况的发生，做出及时有效的预警，需要对燃气报警浓度设定值(上限值)、紧急切断浓度设定值和燃气探测器布设距离以及管廊模型管内通风次数等参数进行实验测试，确定燃气管道的有效性、经济性，并进行相应调整。由于燃气泄漏实验难以实地进行，现针对地下综合管廊模型管燃气管道泄漏扩散及应急响应领域设立模拟实验台，在实验中，为了测定气体泄漏后管廊模型管内的气体浓度，需要在多个时间点，同时对管廊模型管多个不同位置的气体进行采样。
发明专利cn105894936a公开了一种煤矿井下外因火灾小尺寸模拟实验台，该模拟实验台包括巷道和配套测控系统。可以模拟巷道发生火灾时的情况以及监测烟气成分及各组分浓度、烟气流动规律、温度场变化规律等。
上述模拟实验台的缺点为：该模拟实验台的结构较为复杂，成本高，所监测项目较多，用于对人工作业环境中火灾发生情况的模拟，无法适用于泄漏情况的模拟。
技术实现要素：
本发明的实施例提供了一种地下综合管廊模型管的管道泄漏扩散的模拟实验台，以克服现有技术的缺点。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
一种地下综合管廊模型管的管道泄漏扩散的模拟实验台，包括：管廊模型管，通过横梁、前后纵梁和竖梁构成所述管廊模型管的总体支架，在所述管廊模型管的一端上部设置进气井，该进气井和二氧化碳气瓶相通；
在所述管廊模型管的尾端设置排气井，该排气井将所述管廊模型管排出的二氧化碳气体排到室外大气中；
在所述管廊模型管的中部底面钻泄漏孔，在泄漏孔中插入泄漏点针头，泄漏点针头通过气管并经由电磁阀连接氮气气瓶；
在所述管廊模型管的侧面设有多个气体采样孔，气体采样装置通过螺丝固定在管廊模型管的前纵梁上，所述气体采样装置插入到所述气体采样孔内，对该气体采样孔处的气体进行采样。
进一步地，由两根横梁和两根竖梁连接构成所述模拟实验台的侧边支架，该侧边支架再与一根前纵梁和两根后纵梁构成所述模拟实验台的总体支架；所述后纵梁支撑所述管廊模型管，所述前纵梁支撑气体采样装置。
进一步地，所述管廊模型管的断面为矩形，所述管廊模型管的主体采用分段式设计，连接处采用固定螺母连接，并在连接处设有挡板垫片；所述管廊模型管的两侧设有挡板，挡板与管廊模型管由固定螺母固定，挡板的中间设有挡板垫片。
进一步地，在所述管廊模型管的一端上部设置方孔，并在方孔设置进气井，所述进气井设置多段，各个分段进气井通过法兰连接，在进气井连接法兰中间设置均流板，在所述进气井的顶端设置接头，该接头通过进气软管、减压阀和二氧化碳气瓶相通，当打开二氧化碳气瓶的开关，并调节减压阀，二氧化碳气体通过管道、进气井、均流板均匀地流入管廊模型管。
进一步地，在所述管廊模型管的尾端设置排气井，所述排气井的顶部设置排气软管，所述排气软管将管廊模型管排出的二氧化碳气体排到室外大气中。
进一步地，在所述管廊模型管的中部底面钻泄漏孔，在泄漏孔中插入泄漏点针头，所述泄漏点针头通过气管并经由电磁阀连接氮气气瓶，通过调节氮气气瓶上的氮气减压阀，控制泄漏气体的压力；当所述电磁阀被打开，氮气从氮气气瓶通过减压阀、电磁阀、气管和泄漏点针头泄漏到管廊模型管中。
进一步地，所述泄漏点针头沿水平面转动幅度为±180°。
进一步地，在所述管廊模型管的侧面设有多个气体采样孔，多个气体采样装置通过螺丝固定在前纵梁上，气体采样装置插入到管廊模型管侧面的气体采样孔内，对该孔处的气体采样。
进一步地，在所述管廊模型管的顶面设置有气体压力和速度测试仪，测量所述管廊模型管的顶面的气体压力及速度。
由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的模拟实验台可以实现对地下综合管廊模型管内管道泄漏情况的模拟，并通过气体采样装置自动采样泄漏的气体。本模拟实验台的结构简单，经济性强，半自动化控制，操作方便。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种地下综合管廊模型管的管道泄漏扩散的模拟实验台的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种气体采样装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种泄漏点针头的结构示意图。
附图标记说明
竖梁1；直角连接件2；横梁3；后纵梁4；挡板5；挡板垫片6；排气井7；排气软管8；管廊模型管9；气体采样孔10；气体压力和速度测试仪11；进气软管12；进气井13；均流板14；二氧化碳气瓶15；氮气气瓶16；电磁阀17；泄漏点针头18；前纵梁19；固定螺母20；气体采样装置21；注射器22；注射器支架23；塑料固定套筒24；助推杆25；助推杆套筒26；电磁缸27；固定支架28；塑料盖29；底座30；圆形垫片31；泄漏孔32。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
本发明实施例提供的地下综合管廊模型管的管道泄漏扩散的模拟实验台可以在实验室模拟管廊模型管内燃气泄漏后燃气在管廊模型管内的流动与分布规律，由于采用燃气试验具有易燃易爆的危险，本发明的基本思路是采用二氧化碳在管廊模型管道内模拟空气流动，用氮气模拟燃气泄漏，由于二氧化碳与氮气的密度比相似于空气与天然气的燃气密度比，其扩散特性也很相似，这样可以安全地在实验室实现燃气泄漏与扩散实验。
本发明实施例提供的一种地下综合管廊模型管的管道泄漏扩散的模拟实验台的结构如图1所示，该模拟实验台的框架结构由两根横梁3和两根竖梁1连接构成侧边支架，该侧边支架再与一根前纵梁19和两根后纵梁4构成总体支架。其中后纵梁4支撑管廊模型管9，前纵梁19支撑气体采样装置21，上述的横梁、前后纵梁和竖梁由标准铝合金型材组成了整体的框架结构。所有的铝合金型材之间通过标准的直角连接件2连接并由螺钉固定。
管廊模型管9采用有机玻璃制造，其断面为矩形，宽度高度尺寸比与真实管廊模型管的宽高比相同。管廊模型管主体采用分段式设计，以便于安装及连接，连接处采用固定螺母20连接，并在连接处设有挡板垫片6保证气密性，这样可以模拟任意长度的管廊模型管隧道。图1仅展示一段管廊模型管9，管廊模型管9的两侧设有挡板5，挡板5与管廊模型管9由固定螺母20固定，挡板5的中间设有挡板垫片6，以保持挡板5的密闭性。在管廊模型管9的一端上部设置方孔，并相应设置进气井13，进气井13的尺寸和真实管廊模型管的进气井成一定比例。进气井13设置多段，各个分段进气井13通过法兰连接，在进气井13连接法兰中间设置均流板14，均流板14是一个均匀分布很多小孔的平板，使流入管廊模型管的气流均匀。在上部进气井13的顶端设置接头，该接头通过进气软管12以及减压阀和二氧化碳气瓶15相通；当打开二氧化碳气瓶15的开关，并调节减压阀，二氧化碳气体可以通过进气软管12、进气井13、均流板14均匀地流入管廊模型管9。
在管廊模型管9的尾端设置排气井7，该排气井7的尺寸也和真实管廊模型管的排气井成一定比例，排气井7的顶部设置排气软管8，排气软管8可以将管廊模型管9排出的二氧化碳气体排到室外大气中。二氧化碳气体可以在管廊模型管9内均匀地流动，流速受到二氧化碳气瓶15的减压阀的控制，模拟管廊模型管内的通风。
在管廊模型管9的中部底面钻泄漏孔，在泄漏孔中插入泄漏点针头18，泄漏点针头18通过气管，并经由电磁阀17连接氮气气瓶16，通过调节氮气气瓶16上的氮气减压阀，可以控制泄漏气体的压力；当电磁阀17被打开，氮气从氮气气瓶16通过减压阀、电磁阀17、气管和泄漏点针头18以可控的速度泄漏到管廊模型管9中。
在管廊模型管9的侧面设有多个气体采样孔10。多个气体采样装置21通过螺丝固定在前纵梁19上，气体采样装置21插入到管廊模型管侧面的气体采样孔10内，可实现对该孔处的气体采样。在所述管廊模型管9的顶面设置气体压力和速度测试仪11，分别测量所述管廊模型管的顶面的气体压力及速度。
图2为本发明实施例提供的一种气体采样装置21的结构示意图。气体采样装置21的底座30通过直角连接件2固定在前纵梁19上，固定支架28的底部通过螺丝固定在底座30上，电磁缸27位于固定支架28的上方，电磁缸27与固定支架28通过螺丝连接，助推杆25及助推杆套筒26与电磁缸27连接，形成动作机构。塑料固定套筒24套在助推杆25上，用来卡住注射器22的活塞芯杆，注射器支架23也通过螺丝固定在底座30上，注射器支架23的位置可根据注射器22的尺寸灵活调整。注射器支架23支撑注射器22。
图3为本发明实施例提供的一种泄漏点针头的结构示意图。氮气经进气软管12泄漏，泄漏点针头18插入到位于管廊模型管9底部的圆形垫片31处的泄漏孔32内，泄漏点针头18沿水平面转动幅度为±180°。
在进行模拟实验时，手动开启二氧化碳气瓶15的阀门，使二氧化碳经进气井13进入到管廊模型管9内，通过电脑给电磁阀17传输控制信号，控制电磁阀17开启氮气的泄漏，使氮气经泄漏点针头18进入到管廊模型管9内，模拟地下综合管廊模型管中燃气管道的泄漏扩散过程。二氧化碳及氮气混合气体经由排气井7排出。电脑给数据采集卡复位电信号，控制电磁继电器的开关进而给电磁缸27通电，使助推杆25向前运动，将注射器22的活塞芯杆推到底，排空注射器22里面的空气。开始采气时，电脑给数据采集卡传输采气电信号，控制电磁继电器的换向进而给电磁缸27反向通电，助推杆25在电磁缸27的带动下向后运动，拉动注射器22的活塞芯杆，使不同位置的气体样品进入注射器22，完成气体的采样操作，然后人工将给各个位置的注射器22取下，对气体样品进行检验，再换上新的注射器22，进行下次采样。
这样，氮气泄漏后在管廊模型管道内的浓度分布，在不同时间分布变化规律可以通过试验检测出来，从而模拟出综合管廊模型管内管道燃气泄漏后在情况，进而设计相应的应急措施，对提高综合管廊模型管安全性具有重要的应用价值。
综上所述，本发明实施例提供的模拟实验台可以实现对地下综合管廊模型管内管道泄漏情况的模拟，并通过气体采样装置自动采样泄漏的气体。本模拟实验台的结构简单，经济性强，半自动化控制，操作方便。尤其针对地下综合管廊燃气泄漏的模拟，可以安全地在实验室通过多次试验，发现其分布规律，对相应泄漏气体检测装置的设计，以及管廊内通风的设计提供可靠的参数。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的部件可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的部件可以合并为一个部件，也可以进一步拆分成多个子部件。
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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。