一种大型液压可升降顶棚火灾实验装置及实验方法与流程

本发明属于火灾安全，具体涉及一种大型液压可升降顶棚火灾实验装置及实验方法。

背景技术：

1、随着我国经济和城市化建设的快速发展，各地大型或高层建筑层出不穷，其内部普遍建有大空间场所，例如图书馆、博物馆、影剧院、礼堂、候车厅、大型仓库和车间、高层建筑的中庭等。这些建筑场所通常作为人员密集场所，一旦发生火灾，极易造成群死群伤事故和重大经济损失，因此为保证大空间建筑及其内部人员的安全，研究其内部火灾发展规律，做好火灾防控工作具有重要意义。

2、就现阶段大空间建筑火灾防控技术整体而言，相关基础理论和技术研究仍然不完善，总体来说仍处于发展阶段。其中，大空间火灾实验场地作为大空间建筑火灾防控技术理论研究和实验测试的基础实验设施起着至关重要的作用，但目前大空间火灾实验场地主要存在三个方面的问题：一是由于受建设条件和科研经费等方面限制，缺乏必要的专门用于火灾科研研究的大空间实体火灾实验场地，而且在已建成的各类大空间建筑内开展真实的火灾实体实验也是很难实现的；二是即使建有专门用于火灾科研研究的大空间火灾实验场地，但其空间高度往往是固定不变的，无法根据科研需要开展不同建筑高度的火灾实验研究，空间内部建筑形式也无法真实反映各类研究对象的实际建筑结构和使用功能。三是实验数据采集设备种类不齐全，数据测量点位设置随意、不合理，造成好不容易开展的大空间火灾实验最终采集到的实验数据不完整和不科学。

3、本发明的目的在于克服现有大空间火灾实验场地存在的空间高度固定、用途单一、测量数据不全等功能欠缺的问题，提出了一种大型液压可升降顶棚火灾实验装置及实验方法，具有空间高度可变、使用功能多样、测量数据齐全等优点，可实现对大空间火灾实验场地的资源优化，提高其实用性和适用性，改善并增强消防基础科研实验条件。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供一种大型液压可升降顶棚火灾实验装置，本装置可设置在大空间实验场地内，根据科研实验需求实现不同的空间高度，并可在其空间结构内搭建各类火灾科研实验平台，用于开展火灾监测预警、火灾综合防控、消防灭火救援的技术研发、实验测试及工程应用，具体技术方案如下：

2、一种大型液压可升降顶棚火灾实验装置，包括固定结构支柱、可升降顶棚液压系统、可升降顶棚及实验数据监测系统，固定结构支柱设置在可升降顶棚四角，可升降顶棚四角在可升降顶棚液压系统的操控下沿着固定结构支柱实现升降，实验数据监测系统用于监测可升降顶棚液压系统的参数及实验数据。

3、所述固定结构支柱为四根钢筋混凝土柱，固定结构支柱的柱顶和柱内、外两侧均埋设有钢板预埋件，固定结构支柱通过钢筋混凝土浇筑在大空间实验场地结构柱内侧。

4、所述可升降顶棚包括钢结构网架、耐火保护设施，所述钢结构网架是由钢结构杆件与空心球节点通过焊接的方式构成的正方四角锥立体网架，通过滑轮组式承重系统与固定结构支柱相连，实现钢结构网架的升降；所述耐火保护设施包括防火板材及防火涂料，防火板材敷设在钢结构网架底部，起到耐火保护的作用，防火涂料喷涂在钢结构网架上。

5、所述钢结构网架上靠外侧的空心球节点上焊接有连接板，下吊具通过销轴铰接在连接板上，用于固定钢丝绳。

6、所述可升降顶棚液压系统包括执行系统、传感检测系统、液压动力系统、液压控制系统和承重系统，所述液压控制系统对执行系统进行操控，通过液压动力系统提供动力支持，从而实现对可升降顶棚的驱动；所述传感检测系统实时检测液压系统信息，与液压控制系统电气连接，通过对液压控制系统的数据反馈和控制指令传输，自动实现同步动作、负载均衡、姿态矫正、应力控制、操作闭锁、过程显示和故障报警功能。

7、所述执行系统包括4台长行程液压油缸，所述长行程液压油缸布置在固定结构支柱与大空间实验场地结构柱中间，长行程液压油缸底部焊接在地面钢板预埋件上，腹部通过斜向型钢焊接在固定结构支柱的柱外侧钢板预埋件上；

8、所述传感检测系统包括油压传感器及激光测距仪，油压传感器放置在液压动力系统内；激光测距仪设置在可升降顶棚下沿；

9、所述液压动力系统包括4台液压动力站，分别配置一台长行程液压油缸，液压动力站设置在长行程液压油缸附近；

10、所述液压控制系统包括控制主机及与之电连接的plc系统，所述的控制主机发送执行命令给plc系统，plc系统按照编程指令发送动作指令，同时将重要信息显示在控制主机屏幕上；液压控制系统对所有长行程液压油缸的油压、位移和不均衡信号和数据流进行传输和管理，支持多个液压油缸同时工作；

11、所述承重系统包含4套大型滑轮组、辅助支撑结构以及钢丝绳，钢丝绳通过大型滑轮组及辅助支撑结构与可升降顶棚连接。

12、所述大型滑轮组包括定滑轮组和动滑轮组，动滑轮组及定滑轮组均由4个大型滑轮构成，动滑轮组安装在长行程液压油缸顶端，通过双销轴与长行程液压油缸连接；定滑轮组安装在固定结构支柱柱顶，焊接在柱顶钢板预埋件上；所述辅助支撑机构包括三根工字型钢，其中第一工字型钢、第二工字型钢平行布置在固定结构支柱柱顶两侧，第一工字型钢、第二工字型钢一端通过钢筋预埋件焊接在固定结构支柱柱顶，另一端焊接在锚板上并通过化学锚栓固定在大空间实验场地结构柱上；第三工字型钢横向焊接在两根工字型钢上，第三工字型钢下设钢丝绳锚固点，通过焊接固定在第三工字型钢底端；所述钢丝绳一端通过卸扣与钢丝绳锚固点相连，另一端依次绕过动滑轮组、定滑轮组后通过下吊具连接可升降顶棚。

13、所述可升降顶棚液压系统还包括辅助系统，所述辅助系统包括导向机构、止停机构、限位机构和系统管线，所述导向机构为热轧钢轨，焊接在固定结构支柱的柱内侧钢板预埋件上；钢结构网架上安装定位滑轮可在导向机构上下移动；

14、所述止停机构包括主动止停机构与被动止停机构两部分，主动止停机构通过液压控制系统控制液压动力系统，可使钢结构网架升降过程中在任意位置停止；被动止停机构为机械夹锁，在到达指定位置或当钢结构网架出现意外下坠时，被动止停机构可自动夹紧导向机构进行锁止，阻止钢结构网架下坠；同时，止停机构配合导向机构可防止钢结构网架在升降过程中出现大幅度的摆动；

15、所述机械夹锁包括与钢结构网架固定的夹紧座，所述夹紧座内开设有与楔块相配合的斜槽，槽口上窄下宽，两个楔块相对布置，与斜槽配合装配；夹紧座底部固定有勾板；所述勾板上开设有螺纹孔，套筒与螺纹孔螺纹连接；套筒内开设有阶梯孔，孔内固定有弹簧，弹簧伸出于套筒内部，抵在楔块底面；步进电机上固定有连接座，连接座通过支架固定在勾板底部；步进电机的输出端连接有丝杆，丝杆上螺纹连接有滑块，滑块上固定有l型连接板；套筒内部设置有螺杆，螺杆一端与楔块底部螺纹连接，螺杆另一端穿过l型连接板上的通孔，末端与螺母螺纹连接；螺母上固定有限位挡板，限制l型连接板相对于螺杆的位移；

16、所述限位机构分为上限位、下限位及侧限位，上限位为牛腿式限位机构，焊接在固定结构支柱柱顶内侧钢筋预埋件上；下限位是钢筋混凝土支柱，浇筑在地面，分布在固定结构支柱内侧；侧限位为导向机构。

17、所述实验数据监测系统包括火源质量损失测量系统、烟气分析系统、烟气浓度测量系统、能见度测量系统、温度监测系统、烟气流速测量系统、热辐射测量系统、图像采集系统以及高度标尺；实验数据监测系统相关仪器设备的安装位置是以假设火灾实验模拟起火点在顶棚中心点正下方为基础而设定的，具体的：

18、所述的火源质量损失测量系统包括电子天平、支架以及与其连接的数据采集装置，电子天平放置在可升降顶棚中心点正下方的地面上；

19、所述的烟气成分分析系统包括烟气分析仪以及与其连接的数据采集装置，烟气分析仪安装在可升降顶棚中心点r3.0m和r10.0m水平圆上，至少设置包括中心点在内的9个测量点，水平圆上的测量点均匀布置；

20、所述的烟气浓度测量系统包括光学密度计以及与其连接的数据采集装置，光学密度计安装在可升降顶棚中心点r3.0m和r10.0m水平圆上，至少设置包括中心点在内的9个测量点，水平圆上的测量点均匀布置；所述烟气成分分析系统和烟气浓度测量系统间隔布置，且同类设备之间均匀布置；

21、所述能见度测量系统包括能见度仪以及与其连接的数据采集装置，能见度仪安装在可升降顶棚下部外围对边边缘上，其发射端和接收端之间的轴线经过顶棚中心点，至少设置2组能见度仪；

22、所述温度监测系统包括竖向热电偶串、水平二维热电偶阵列以及与其连接的数据采集装置，所述的竖向热电偶串沿可升降顶棚中心点和水平中心轴线每隔2.0m布置，竖向热电偶串的热电偶间距为1.0m，最上方的测量点距离顶棚0.1m；所述的水平二维热电偶阵列布置在顶棚下方，距离顶棚0.1m处，竖向热电偶串和水平二维热电偶阵列水平间距为1.0m；

23、所述的烟气流速测量系统包括风速传感器串以及与其连接的数据采集装置，风速传感器串沿可升降顶棚中心点和r3.0m圆竖向设置，至少设置包括中心点在内的3个风速传感器串，最上方的测量点距离顶棚0.1m，风速传感器串上的传感器设置间距为5.0m；

24、所述的热辐射测量系统包括热辐射计以及与其连接的数据采集装置，热辐射计设置在距离火源中心r3.0m和r5.0m的半径范围内的地面上，至少设置2个测量点；

25、所述的图像采集系统包括视频摄像头以及与其连接的数据采集装置，视频摄像头安装在大空间火灾实验场地的四周墙体上，分层设置，确保对实验场地的无死角覆盖；

26、所述的高度标尺安装在固定结构支柱侧面。

27、一种大型液压可升降顶棚火灾实验装置的实验方法，采用上述的一种大型液压可升降顶棚火灾实验装置，具体包括以下步骤：

28、步骤一、实验准备：编制实验方案，布置火灾实验场景、划定实验区域，准备好应急灭火器材；

29、步骤二、设定顶棚升降高度：根据火灾实验目的和场景布置要求，设定顶棚需要升降的高度；

30、步骤三、液压控制系统发出指令：通过液压控制系统向液压动力系统和执行机构发出升降指令；步骤四、液压动力系统和执行机构动作：液压动力站通过液压油驱动执行机构即长行程液压油缸伸缩实现可升降顶棚的升降；

31、步骤五、监测顶棚是否达到设定高度：通过传感检测系统中激光测距仪的监测数据对顶棚是否达到设定高度进行判定；如果已达到设定高度，则液压动力系统和执行机构停止动作；否则，由液压控制系统继续发出指令调整顶棚升降高度直至达到设定高度；

32、步骤六、顶棚升降结束：顶棚达到设定高度后，止停机构保护锁死，顶棚升降结束；

33、步骤七、实验数据监测系统上电开机：给实验数据监测系统上电开机，检查监测数据是否正常；如果监测数据异常，应检查监测设备直至监测数据正常；

34、步骤八、点火并获取实验数据：点火开始火灾实验，实验数据监测系统开始获取并记录实验数据；

35、步骤九、燃烧过程结束并保存实验数据：待火灾燃烧过程结束后，保存实验数据，清理火灾实验场地，火灾实验结束。

36、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

37、1、在实验场地实用性方面，本发明解决了现有大空间火灾实验场地存在的空间高度固定、使用功能单一的问题，通过大型液压可升降顶棚火灾实验装置可实现不同的实验空间高度，并可搭建各类火灾科研实验平台，具有空间高度可变、使用功能多样的优点，优化并提高了大空间火灾实验场地的实用功能。

38、2、在液压升降系统控制方面，为确保顶棚升降过程的安全，根据升降吊点的布置，本发明采用了液压同步提升控制技术，液压控制系统按照特定算法对顶棚进行姿态控制和荷载控制，实现了“吊点液压均衡，结构姿态平稳，位移同步控制”。

39、3、在实验数据监测方面，本发明具有完整的火源质量损失测量系统、烟气分析系统、烟气浓度测量系统、能见度测量系统、温度监测系统、烟气流速测量系统、热辐射测量系统、图像采集系统以及高度标尺，可以全面获取和系统研究大空间火灾实验数据和烟气蔓延情况。