电缆和光缆热释放和产烟特性测试设备的制作方法

本实用新型涉及一种测试装置技术领域，特别涉及一种电缆和光缆热释放和产烟特性测试设备。

背景技术：

随着经济社会的发展，电力的需求不断增长，输电线路的建设也在不断增加，越来越多的国内光缆、电缆供应商被要求进EN50575电缆CE认证以及EN13501-6电缆防火等级测试。现有技术进行测试试验时电缆和光缆的燃烧环境以及测试的环境比较单一，大多在常温环境下直接进行燃烧试验，操作不方便，加热方式亦不可控，不能精准体现电缆和光缆的各种特性，测试的结果用作各种评估参数时，存在较大的误差。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提高一种可以安全、方便、精准的测试电缆或光缆在特定燃烧条件下的热释放或产烟等特性的测试设备。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种电缆和光缆热释放和产烟特性测试设备，包括燃烧室、空气供给系统、集烟装置、排烟管道、管道压力与温度测量装置、气体分析系统、排烟系统、烟密度光学测量系统和控制柜；

所述燃烧室内一侧安装有长梯和点火源，所述点火源安装在所述长梯一侧,所述燃烧室底部设置有进气口，所述燃烧室顶部设置有出烟口；

所述空气供给系统安装在所述燃烧室底部，且通过所述进气口与所述燃烧室相连，所述集烟装置安装于所述出烟口的正上方，所述排烟管道与集烟装置相连，所述排烟管道内设有两个导流片，所述两个导流片之间形成排烟管道测试段，所述管道压力与温度测量装置、所述气体分析系统和所述烟密度光学测量系统分别连接在所述排烟管道测试段；

所述排烟系统安装在所述排烟管道末端；

所述控制柜设置在所述燃烧室一侧，且内设有数据采集系统和计算机控制系统，所述数据采集系统、所述管道压力与温度测量装置、所述气体分析系统和所述烟密度光学测量系统分别与所述计算机控制系统相连。

进一步地，所述空气供给系统包括风机、空气箱和矩形管道；所述风机安装在所述矩形管道内，所述空气箱安装在矩形管道一端，所述空气箱通过所述进气口与所述燃烧室相连，所述进气口处安装有格栅，所述矩形管道左端还安装有数显空气风速计。

进一步地，所述燃烧室内安装有强制性灭火装置，所述燃烧室顶部安装有方通护栏，所述燃烧室正面安装有大门，所述大门上设置有钢化玻璃视窗，所述长梯材质为不锈钢，所述点火源为喷灯。

进一步地，所述集烟装置包括有吸烟罩和集烟室，所述吸烟罩的端口处安装有空气和烟气混合挡板，所述吸烟罩与所述集烟室相连，所述集烟室与所述排烟管道左端相连。

进一步地，所述管道压力与温度测量装置包括双向探头、压力传感器和热点偶；所述双向探头和所述热点偶连接在所述排烟管道测试段上，所述压力传感器与所述双向探头相连。

进一步地，所述气体分析系统包括采样系统和气体分析仪，所述采样系统与所述排烟管道测试段相连，所述气体分析仪与所述采样系统相连。

进一步地，所述采样系统包括取样探针、取样管、烟尘过滤器、冷阱、干燥柱、泵和废液调节器，所述取样探针与所述排烟管道测试段相连，所述取样管的一端与所述取样探针相连，所述取样管的另一端与所述气体分析仪相连，所述烟尘过滤器、所述冷阱、所述干燥柱、所述泵和所述废液调节器分别安装在所述取样管上。

进一步地，所述烟密度光学测量系统包括白炽灯、透镜系统及探测器，所述白炽灯与所述透镜系统相连，所述透镜系统与所述探测器相连。

进一步地，所述排烟系统包括排烟风机，所述排烟风机安装在所述排烟管道的末端。

进一步地，所述数据采集系统包括采集板卡，所述计算机控制系统内设置有数据采集控制卡、电脑及打印机，所述数据采集控制卡和所述打印机分别与所述电脑相连。

本实用新型的有益效果为：本实用新型通过实验可以精准得到电缆或光缆在特定燃烧条件下的火焰蔓延、热释放速率、热释放总量、产烟速率、产烟总量、燃烧增长速率指数，以及燃烧的滴落物/微料等特性，与现有技术相比，本实用新型结构简单、实用方便、测量精准。

附图说明

图1是本实用新型的主结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型进行进一步说明：

如图1所述的一种电缆和光缆热释放和产烟特性测试设备，包括燃烧室1、空气供给系统2、集烟装置3、排烟管道41、管道压力与温度测量装置5、气体分析系统6、烟密度光学测量系统7、排烟系统8和控制柜9；

所述燃烧室1的一侧安装有强制性灭火装置、长梯11和点火源15，所述燃烧室1底部设置有进气口13，所述燃烧室1顶部设置有出烟口14，所述燃烧室1采用方通钢结构，是一个宽(1000±50)mm，深(2000±50) mm和高(4000±50)mm的自立箱体，内壁为不锈钢，刷黑色耐腐蚀漆，中间采用传热系数为0.7W·m^-2·K^-1的热绝缘棉，外壁为不锈钢，燃烧室 1的顶部开有出烟口，尺寸宽为300±30mm，长为1000±100mm。燃烧室1的后墙和两侧采用传热系数约为0.7W.m-2.K-1的热绝缘材料。配备长梯 11到燃烧室1顶，并在室顶安装方通护拦，确定方便于房顶维护设备及提高安全性，燃烧室1正面安装大门12，大门12上设有钢化玻璃视窗，能够随时观察室内试验情况。燃烧过程中，大门为关闭密封状态，防止燃烧产生的有害物质污染室内空气。所述长梯11包括常用长梯和特殊长梯，常用长梯规格宽(500±5),高(3500±10)mm；材质为USU304不锈钢。特殊长梯在常用钢梯后加装不燃硅酸钙背板，试样的安装要求与常用长梯一样。将不燃硅酸钙背板固定在横档上，其密度为870kg/m³±50kg/m³，厚度为 11mm±2mm，宽度为415mm±15mm,长度为3500mm±10mm。燃烧室1 上端装有起吊长梯11用的电动葫芦及支架等组成；以方便试样在地上安装在长梯11上，然后电动葫芦吊起长梯11及试样安装在固定装置上。

所述点火源15为文丘里空气丙烷混合型喷灯，长度为341mm。每一个喷灯钻有242个￠1.32mm的喷火孔，燃烧气体为纯度达95％的丙烷，助燃气体为压缩空气，(气压需达到10Mba以上)，空气流量为 (600～6000)mg/min可调，丙烷流量为(200～2000±0.5)mg/min可调，20.5kw 喷灯的丙烷的质量流量为442mg/s±10mg/s，空气的质量流量为1550mg/s ±95mg/s；30kw喷灯的丙烷的质量流量为647mg/s±15mg/s，空气的质量流量为2300mg/s±140mg/s。所述喷灯上安装有采用中韩合资七星华创质量流量计，量程：0～2.5g/s，其中在量程范围(0.6～2.5)g/s；精度1％；数显，带4～20mA输出，通过采集卡直接可由电脑控制，反应速度快，控制精度高。

所述空气供给系统2包括风机21、空气箱23和矩形管道22，所述进气口13尺寸：(800±20)×(400±10)(mm)。在进气口13下方安装有空气箱23，空气通过安装于进气口13下的空气箱23直接引入到燃烧室1，空气箱23的尺寸与进气口13大小一样。空气箱23的深度为150mm±10mm，空气由风机21通过矩形管道22吹入空气箱23中，所述风机21为变频调速风机。试验前在矩形管道22之前的圆形管道横截面上测量空气流量，并将空气流量设置为8000L/min±400L/min，试验过程中维持稳定的空气流量，其偏差在设定值的10％范围内。所述矩形管道22宽300mm±10mm，高 80mm±5mm，长为800mm，其底面与空气箱23底面的间距为5～10mm；管道平行于底面，同时沿着点火源15的中心线敷设，并通过空气箱23最长边的中间处将空气引入。在矩形管道22之前的圆形管道横截面上装有数显空气风速计，能直观地读出并能控制通过空气的气体流量。在进气口13 处安装有格栅24，使空气流动均匀并保持一致，格栅24有2mm厚的钢板制成，钢板上钻有标称直径为5mm，中心距为8mm的孔。

所述排烟管道41与集烟装置3相连，所述集烟装置3包括有吸烟罩 32和集烟室31，所述集烟装置3高于燃烧室1排烟口200mm～400mm，最长边与排烟口的最长边平行，底面的最小尺寸为1500mm x 1000mm。吸烟罩32上方设有一个与排烟管道41相连的集烟室31，为使吸烟罩32里的空气与烟气充分混合，在进烟口处安装有空气和烟气混合挡板321。试验过程中产生的所有气体通过排烟管道41排出，整个过程不能有任何火焰的穿出和烟气的泄漏。在常压和25℃的条件下，设备的排烟能力大于1m³/s。通风系统的设计不基于自然通风条件，为排出电缆燃烧过程中产生的大量烟气，设备的排烟能力为1.5m³/s以上。

所述排烟导管41管道的内径D为300mm。为了在测量点处形成均匀的流量分布，管道的直管段长度为3600mm。所述排烟导管41采用双层管道，内为1.2mm厚的USU304不锈钢，中间为石棉层，外为1.2mm厚的白铁。所述排烟管道41内安装有两个导流片42，所述导流片42之间形成排烟管道测试段43，所述管道压力与温度测量装置5、所述气体分析系统6 和所述烟密度光学测量系统7分别连接在所述排烟管道测试段43上。在测试段的前后形成匀流面。排烟管道41内的体积流量设置为1.0m³/s± 0.05m³/s，试验过程中体积流量保持在0.7m³/s～1.2m³/s范围内。

所述管道压力与温度测量装置5包括双向探头51、压力传感器52和热点偶。双向探头51测量排烟管道41中的体积流量，探头安装在距排烟管道41始端长度为2400mm的管道中心线位置上，至排烟管道41末端的连接管道长度1200mm。探头为长32mm，外径16mm的圆柱体，由不锈钢材料制成。气室分为两个相同的腔室，通过压力传感器测量两个室的压差。压力传感器52采用高精度差压变送器，测量管道差压。为高精度双向探头，量程为(0～200)Pa、精度为±1Pa，压力传感器(52)90％输出响应时间最多为1s；热电偶采用复合GB/T16839.1-1997规定的K型铠装热电偶测量探头附近区域的气体温度。热电偶丝径为1.5mm。

所述气体分析系统6包括采样系统61和气体分析仪64，所述采样系统61包括取样探针、取样管、烟尘过滤器、冷阱、干燥柱、泵和废液调节器。取样探头安装在排烟管道41中烟气充分混合处。取样探头为圆柱形，以此减小对其周围烟气流的干扰。烟气的取样位置沿着排烟管道41的整个直径设置，为避免烟尘阻塞取样探头，取样探头上的小孔方向调整向下。取样探头通过合适的取样管与气体分析仪64相连。取样管63采用PTEE 耐腐蚀材料制成。燃烧产生的气体由过滤器进行多级过滤，以达到分析仪器要求的粒子浓度等级。多级过滤器采用日本富士品牌。滤头为固体PTFE 组成，内部为0.5um PTFE过滤材料。抽出来的烟气通过低温凝结，产生水蒸气，然后水蒸气从烟尘中分离出来；冷阱采用压缩机制冷，冷却容量 320KJ\h，露点稳定度0.1度，露点静态变化0.1K。系统具备排除多余水蒸气的能力；分离出来的烟气再经过双级干燥柱干燥；取样泵采用德国KNF 隔膜泵，泵的排出能力在10L/min～50L/min，该泵产生大于10kpa的压差。取样管63的末端与气体分析仪64相连。

所述烟密度光学测量系统7与排烟管道41相连；所述烟密度光学测量系统7包括白炽灯、透镜系统及探测器。白炽灯在2900K±100K的色温下使用；为6V,10W的白炽灯、加直流电源器，提供稳定的直流电，且电流波动范围在0.5％以内(包括温度，短期和长期稳定性)；透镜系统用以将光聚成一直径至少为20mm的平行光束。光电管的发光孔应位于其前面的透镜的焦点上，且其直径(d)应视透镜的焦距(f)而定以使d/f小于0.04；探测器为日本滨松光学测量元件，测量范围为400-750nm可见光范围，透过率精度为0.01％，光密度范围为0-4，烟密度精度为±1％，其光谱分布响应度与CIE的V(λ)函数(光照曲线)的重合精度达到±5％；在1％～ 100％的探测器输出范围内，其输出值应在所测量透光率的3％以内或绝对透光率的1％以内保持线性。

所述排烟管道41末端安装有排烟系统8，排烟系统8包括有排烟风机，在温度为25℃和常压的条件，风机的排风能力大于1.5m³/s。风机功率为 7.5kw。

所述控制柜9设置在所述燃烧室1一侧，且内设有数据采集系统91和计算机控制系统92。所述数据采集系统91包括采集板卡，所述计算机控制系统92内设置有数据采集控制卡、电脑及打印机。所述计算机控制系统 92采用仪器设备专用开发软件LabeView及数据采集控制卡；控制试验过程中可以实时查看试验数据曲线，可实现自动数据采集和处理、数据保存和输出测定结果。计算机控制系统92的校准程式配有独立的常规校准程式。程式里含有：点火前5min内HRR、氧含量和透光率的漂移；燃烧阶段最后5min的HRR平均值；在点火前5min基线校准给过程中的第1min内的氧含量、透光率和HRR的各自平均值为初值；在校准测试过程中的最后 1min内的氧含量、透光率和HRR的各自平均值为终值；氧含量、HRR和透光率初值和终值的差值。试验记录(3秒/次)按编号存储，可随时查询；可以实时查看试验报表打印效果，只需点击开始、计算和保存等按钮就可完成，使用简便。储存以下有关数值：时间(s)、通过燃烧器的丙烷气的质量流量(mg/s)、双向探头的压差(Pa)、相对光密度、O2浓度(V氧气/V空气)％、CO2浓度(V二氧化碳/V空气)％、底部空气导人口处的环境温度(K)；4.16.4 同时增加数据调取功能，可以加载以往的实验数据进行从新计算并形成报告。

所述电脑为联想品牌机一台；双核、屏幕尺寸：20英寸液晶；CPU型号：AMD闪龙X2 190；CPU频率：2500MHz；内存容量：4GB DDR3；硬盘容量：500G 7200转，SATA2；显卡芯片：高性能集成显卡；共享内存容量。

所述打印机为激光打印机。

本实用新型总功率为AC380V，三相五线制；功率：＞15kw；设备具有下列安全保护装置：电源超载、短路保护、控制回路过载保护。本实用新型环境使用条件为：地面平整，通风良好，不含易燃、易爆、腐蚀性气体和粉尘，附近没有强电磁辐射源，设备周围留有适当的维护空间，温度： 5℃～30℃，气压：86～106kpa，现场要配备AC380V/50HZ，三相五线制，要求在安装现场为设备配置相应容量的空气、电力开关，并且此开关必须是独立专门供本设备使用，设备不工作时，环境的温度应保持+0～45℃以内。

本实用新型数据采集精度及采集时间如下：

气体分析仪64精度为100×10^-6(0.01％)；

温度测量：0-400℃；精度±0.5℃；

测量室内空气相对湿度装置：20％～80％，精度5％；

时间记录系统精度：0.1S；

测试时间：1～99m/s可设定；

其他参数的精度：为满量程输出值的0.1％；

采集时间：采集系统每3s自动采集储存一次，包含以下参数：①时间、②通过燃烧室1的丙烷气体的质量流量、③双向探头的压差、④相对光密度、⑤O2浓度、⑥CO2浓度、⑦排烟管道41中气体的体积流量、⑧透光率、⑨计算材料的热释放速率时，每30s取一次平均值；计算材料的产烟速率时，每60s取平均值。根据上述测量数据，计算材料的热释放速率、热释放总量、燃烧增长速率指数，产烟速率和产烟指数。

本实用新型的工作原理为：

空气由空气供给系统2通过进气口引入燃烧室1，试样电缆和光缆固定在长梯11上，由燃烧室1上方的电动葫芦吊起长梯1及试样安装在燃烧室1内的固定装置上，由喷灯点燃试样，燃烧过程可通过钢化玻璃视窗随时观察，燃烧过程产生的烟气从排烟口14排出，由集烟装置3收集烟气，所收集的烟气流经排烟管道41，最后由安装在排烟管道41末端的排烟系统8排出；当烟气流经排烟管道测试段43时，所述管道压力与温度测量装置5、所述气体分析系统6和所述烟密度光学测量系统7分别开始进行测试工作，并将测试数据通过数据采集系统91传到计算机控制系统92，并由计算机控制系统92进行各种分析。

以上所述并非对本新型的技术范围作任何限制，凡依据本实用新型技术实质对以上的实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本新型的技术方案的范围内。