压力可变流量可调型材料耐火阻燃性能燃烧测试平台的制作方法

本发明属于材料燃烧性能测试装置技术领域，具体涉及一种压力可变流量可调型材料耐火阻燃性能燃烧测试平台。

背景技术：

根据织物的耐火阻燃性能来选择具有合适防护等级能力的材料，对于有经常面临火灾风险的消防员、赛车司机和宇航员等的职业和航空、航天飞机中的装饰材料来说是非常重要的。通常情况下，我们对于耐火阻燃材料燃烧性能的测试是在标准大气条件下完成的。然而，当环境条件偏离标准大气条件时，材料的易燃性会发生变化。众所周知，材料的燃烧性不仅取决于其化学和物理性质，而且还取决于其所处的外部条件。当一种物质在不同的环境条件下暴露在火灾中时，它的行为就会发生巨大的变化。而当飞机和航天器处于高空中(根据faa的规定，为了保证人体的舒适度，舱内环境压力应处于75～84kpa)，舱室内的环境压力和氧气浓度与标准大气将会有极大的不同。因此，从消防安全的角度来看，了解这些环境条件如何影响材料的燃烧特性是至关重要的。

以往的研究中，研究者大多采用多种实验仪器对材料的燃烧特征参数分别测量的，往往花费大量的时间。且现有的固体材料测试仪器，主要针对式样材料在燃烧时的火焰蔓延速率、燃烧时间、式样滴落等来测试材料燃烧性能，不能用于对燃烧燃烧烟气产物及燃烧火焰图像的测量和记录。并且在涉及变压力环境时，现有的固体材料测试仪器往往只是针对单一的压力环境下进行试验测试，不能形成连续的数据对比。

针对该问题，本发明提出了一种变压式固体材料耐火阻燃性能燃烧测试平台，该平台可以通过研究氧浓度、环境压力、外辐射热通量、强迫流动等环境变量来验证环境条件对耐火阻燃织物的火焰蔓延速率、极限氧指数的影响。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种压力可变流量可调型材料耐火阻燃性能燃烧测试平台，测试装置可以实现舱室内部n2/o2供气的实时显示与调节控制，并实现对测试材料在连续变压环境下的燃烧性能测试。

本发明采用如下技术方案：

压力可变流量可调型材料耐火阻燃性能燃烧测试平台，包括燃烧箱体、点火装置、样品固定装置、控制机构、辐射热源和烟气分析装置；

所述燃烧箱体的一侧壁顶部设有通风排气装置，中部设有控制机构，所述控制机构包括n2稳压机构、o2稳压机构、计时控制机构、气流流速控制机构，所述点火装置分别和所述n2稳压机构、o2稳压机构、气流流速控制机构通过管路连接，与所述计时控制机构电连接；

所述燃烧箱体的另一侧壁顶部设有压力舱控制部件；

所述燃烧箱体的顶壁上设有点火装置，所述烟气分析装置包括烟气分析仪、烟气数据线和烟气探头，所述燃烧箱体的顶壁上设有烟气探头，所述烟气探头通过烟气数据线和所述烟气分析仪连接；

所述燃烧箱体的底板上设有支撑底座，所述支撑底座中部设有气体均布装置9，底部通过软管与外部气体源连接，所述支撑底座的顶板上开设有数个均匀分布的通孔，所述顶板中间设有样品固定装置，所述顶板的两端分别设有钢轨，所述钢轨上分别设有辐射热源，所述支撑底座上罩设有钢化玻璃罩，将所述辐射热源、支撑夹具罩设在内。

更进一步地，所述燃烧箱体的外部设有可调式o2钢瓶和可调式n2钢瓶，所述可调式o2钢瓶和可调式n2钢瓶分别与控制机构通过供气软管连接。

更进一步地，所述点火装置为电子打火器，所述辐射热源为红外卤素灯，所述样品固定装置为支撑夹具。

更进一步地，所述钢化玻璃罩为两端开口的圆柱体结构，所述支撑底座为内部中空的圆柱体结构。

更进一步地，所述顶板上开设有六个呈圆周均匀分布的通孔。

更进一步地，所述燃烧箱体的正面铰接有箱体门，所述箱体门上设有密封玻璃外窗，所述密封玻璃外窗外设有高清摄像机。

更进一步地，所述燃烧箱体为封闭式压力舱体。

更进一步地，所述烟气分析仪与所述计算机连接。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

第一：本发明可实现舱室内部n2/o2供气的实时显示与调节控制；

第二：本发明可实现对测试材料在连续变压环境下的燃烧性能测试；

第三：本发明可实现对非金属固体可燃材料的烟密度、温度、气体成分、燃烧火焰成像等多种复杂燃烧特征参数的测定。

附图说明

图1为本发明的压力可变流量可调型材料耐火阻燃性能燃烧测试平台的结构示意图；

图中：1、计算机；2、烟气分析仪；3、烟气数据线；4、压力舱控制部件；5、烟气探头；6、红外卤素灯；7、钢轨；8、钢化玻璃罩；9、气体均布装置；10、支撑底座；11、供气软管；12、支撑夹具；13、电子打火器；14、通风排气装置；16、可调式o2钢瓶；17、可调式n2钢瓶；18、控制机构；19、封闭式压力舱体；20、高清摄像机；21、密封玻璃外窗。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示，本发明的压力可变流量可调型材料耐火阻燃性能燃烧测试平台，包括燃烧箱体、点火装置、样品固定装置、控制机构18、辐射热源和烟气分析装置；

所述燃烧箱体的一侧壁顶部设有通风排气装置14，中部设有控制机构18，所述控制机构18包括n2稳压机构、o2稳压机构、计时控制机构、气流流速控制机构，所述点火装置分别和所述n2稳压机构、o2稳压机构、气流流速控制机构通过管路连接，与所述计时控制机构电连接；

所述燃烧箱体的另一侧壁顶部设有压力舱控制部件4；

所述燃烧箱体的顶壁上设有点火装置，所述烟气分析装置包括烟气分析仪2、烟气数据线3和烟气探头5，所述燃烧箱体的顶壁上设有烟气探头5，所述烟气探头5通过烟气数据线3和所述烟气分析仪2连接；

所述燃烧箱体的底板上设有支撑底座10，所述支撑底座10中部设有气体均布装置9，底部通过软管与外部气体源连接，所述支撑底座10的顶板上开设有数个均匀分布的通孔，所述顶板中间设有样品固定装置，所述顶板的两端分别设有钢轨7，所述钢轨7通过内部的卡扣装置固定所述辐射热源，所述钢轨7内部设有供所述卡扣装置上下移动的卡槽，以实现所述辐射热源的上下移动。

所述支撑底座10上罩设有钢化玻璃罩8，将所述辐射热源、支撑夹具12罩设在内。

所述燃烧箱体的外部设有可调式o2钢瓶16和可调式n2钢瓶17，所述可调式o2钢瓶和可调式n2钢瓶分别与控制机构18通过供气软管11连接。

所述点火装置为电子打火器13，所述辐射热源为红外卤素灯6，所述样品固定装置为支撑夹具12。

所述钢化玻璃罩8为两端开口的圆柱体结构，所述支撑底座10为内部中空的圆柱体结构。

所述顶板上开设有六个呈圆周均匀分布的通孔。

所述燃烧箱体的正面铰接有箱体门，所述箱体门上设有密封玻璃外窗21，所述密封玻璃外窗21外设有高清摄像机20。

所述燃烧箱体为封闭式压力舱体19。

所述烟气分析仪2与所述计算机1连接。

在本发明中燃烧箱可以实现对固体材料式样燃烧的测试；通过封闭式的舱室结构隔绝与外界环境的交换，实现对固体材料对变压环境的需要；通过气压调节阀对气压进行调节，实现压力舱内环境压力的控制；n2/o2稳压机构可以实现对外部供应的n2和o2的压力稳定调节；气流流速控制机构可以实现对外部供应n2和o2的气体流速的稳定调节；气体均布装置可以实现对供应气体在燃烧室内的均匀分布的调节；通过将红外卤素灯作为外部辐射热源，热辐射功率可以通过调节外部供电来实现；计时控制机构在材料点火燃烧后自动启动进行时间计数，记录材料的最长燃烧时间；通风排气机构可以通过控制开关，实现舱体与外部环境的气体交换；电子点火器可以通过控制终端进行电子打火，实现对测试材料的点燃。

试样夹具通过不锈钢支撑夹具实现对自支撑性材料(如电缆等)和对非自支撑性材料(如织物等)等进行加持固定，保证在燃烧时不影响火焰的蔓延传播；

烟气分析仪通布置在密封舱体的顶部的烟气探头，实现对燃烧烟气的实时测量，烟气分析仪器中有多种烟气探头，可以实现对燃烧烟气中的多种气体的成分和含量的分析；

高清摄像机通过密封玻璃外窗实现对舱体内式样燃烧场景的实时拍摄；

通过烟气数据线将燃烧箱体内部的烟气探头探测的烟气成分数据的进行实时输出。

通过可调式o2钢瓶16和可调式n2钢瓶17实现对密封舱体内的气体供应。

利用本发明测试装置进行测试时的具体操作如下：

①开机时待室温至21～23℃左右；

②取处理好的标准试样至少15根，分别在试样的任意一端50mm出划线，将另一端夹持在燃烧柱内试样夹具中；

③不同形式、不同厚度的试样其测试结果不可进行比较；

表1

④根据经验或试样在空气中点燃的情况，估计开始的氧浓度。如试样在空气中迅速燃烧则将氧浓度调整为18％左右；在空气中缓慢燃烧或时断时续，则将氧浓度调整为21％左右；在空气中离开火源即灭，则将氧浓度调整为至少25％左右。

⑤重新打开氮气和氧气钢瓶稳压阀，仪器压力指示值为0.15±0.01mpa并同时调节流量值，使氮气和氧气混合流量为10l±0.5l/min，此时数显窗口显示的数值即为当前氧浓度值。若提高氧浓度则需增大氧流量，减少氮流量，反之亦然，并始终保持压力0.15mpa和总流量10l/min不变。

⑥氧浓度确定后稳定30s，然后用点火器(火焰长度15mm-20mm)点燃试样顶端，点火时间根据材料着火快慢决定，最长不超过30s，移出点火器，并立即计时。当需要外部辐射热源时，在移出点火器后，应立即打开红外卤素灯6进行工作。在整个实验过程中，实验平台的门应处于关闭状态。

⑦当点火器及红外卤素灯(若需要)开始工作后，立即打开烟气分析仪和高清摄像机工作。

⑧试样燃烧3min或50mm长所需的最低氧浓度为氧指数。试验结束后关闭电源、气源并清理残留物。

本发明的控制机构18的操作步骤如下：

①根据设备上所贴标示，正确插上电源(ac220v)，接上氮气及氧气钢瓶，打开控制面板上的“电源”开关。

②逆时针旋开仪器中心位置的传感器盖子，等待读数达到稳定，调节“满度”旋钮使得读数显示“20.9”，完成后将传感器盖上旋紧。开启已知浓度氮气钢瓶17并调节减压阀，压力为0.25～0.4mpa；顺时针调节仪器面板右下角“稳压阀”，仪器压力表显示值为0.15±0.01mpa，逆时针调节右边压力表上方的“流量”旋钮，流量指示值为10l±0.5l/min，加入氮气浓度为99.999％时数显表显示为“00.0”，如显示“00.1”则说明氮气浓度不足，氮气瓶中含有一定的氧气，但不影响试验结果，逆时针关闭稳压阀。开启氧气钢瓶16总阀并调节减压阀，压力为0.25～0.4mpa，顺时针调节仪器面板上的稳压阀，仪器压力表显示值为0.15±0.01mpa，逆时针调节右边压力表上方的“流量”旋钮，流量指示值为10l±0.5l/min，逆时针关闭稳压阀。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。