用于火场环境中消防服抗热力冲击性能检测的装置的制作方法

本实用新型涉及一种消防服防护性能测试装置，具体是一种用于火场环境中消防服抗热力冲击性能检测的装置。
背景技术：
：火场环境瞬息万变，作为奋战在第一线的战士，消防员的人身安全问题亟待解决。消防服作为保证人员安全最基本的一道屏障，其防护性能的好坏至关重要。火场环境中存在着复杂的多物理场作用过程，高温环境下气体体积逐渐膨胀，温度场与压力场相互耦合，共生共在。当轰然现象发生时，温度猛增，气体体积迅速膨胀，将会在瞬间造成猛烈的热力冲击。因此，消防服不仅要有良好的热防护性能，还要保证在火场恶劣的环境下有较好的抗热力冲击性能。目前，公开号为cn102621184a的中国发明专利公开了一种消防服热防护性能检测用热流仪，用人工玻璃晶体制作皮肤模拟器，并将热电偶的测量端粘结于皮肤模拟器的表面，接入转换器中，最终可以得到皮肤烧伤破坏程度的量化值，且可以模拟测试人体真实皮肤温度并以此测试皮肤烧伤度所需时间的流程，但它只是提供了一个测试消防服热防护性能试验过程中所用的热流仪。公告号为cn201749095u的中国实用新型专利公开了一种消防服热防护性能检测仪器，热源在下、试样在上模拟火场热环境，通过热通量传感器检测试样的热通量，根据达到二度烧伤所需时间来判断试样的优劣。公开号为cn110609058a的中国发明专利公开了一种测试人体运动下消防服热防护性能的仪器，在总支架上设置试验推车轨道、热源模拟器、织物试样架、空气层模拟器、数据采集系统等设施，通过模拟火场中人体运动情况，采集数据测评消防服的防护性能，偏向于模拟人体运动状态来测定消防人员工作状态时消防服的热防护性能。公开号为cn104048990a的中国发明专利公开了一种消防服装备高压高温热蒸汽防护性能测试装置，提供了热源模拟器、蒸汽喷嘴、蒸汽发生源等设备来模拟高温并且有热蒸汽存在的环境，侧重于以高温为基础，结合热蒸汽环境综合考虑消防服和皮肤的受热情况，测量消防服防护高温高压热蒸汽的性能。上述专利提供了测试消防服热防护性能的装备和仪器，也进行了运动状态下皮肤达到二级与三级烧伤所需的时间、高温热蒸汽状态下热量计达到一定温度所需的时间来进行消防服热防护性能的测试，都有一定的针对性，但并未全面的考虑火场环境复杂的存在状态。在消防服的实际使用过程中，会不可避免地遭受温度场、压力场、组分场(即有毒有害气体)等许多环境因素的影响，在火灾环境中有温度场就一定会有压力场的存在，二者不可分割，上述专利及现有技术只考虑温度场作用下的消防服是片面的，从而导致消防服的性能测试结果与实际使用时的性能效果偏差较大。因此如何能在考虑温度场、压力场、组分场复合影响下进行消防服抗热冲击性能的综合测试，是本行业的研究方向。技术实现要素：针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供一种用于火场环境中消防服抗热力冲击性能检测的装置，能在考虑温度场、压力场、组分场复合影响下进行消防服抗热冲击性能的综合测试，根据测试结果对其性能进行评价，该评价能有效反映消防服实际使用的效果。为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种用于火场环境中消防服抗热力冲击性能检测的装置，包括试验箱体、火场环境模拟系统、消防服固定装置、内环境模拟系统和数据显示系统，试验箱体上开设放置口和通风孔，放置口和通风孔处均装有密封门；所述火场环境模拟系统包括热源模拟板、气体罐、第一气体输送管道和第二气体输送管道，热源模拟板固定在试验箱体内部的底板上，热源模拟板上设有多个红外石英灯管，气体罐设置在试验箱体外部，第一气体输送管道一端与气体罐连接、另一端伸入试验箱体内，第二气体输送管道处于试验箱体内，第二气体输送管道一端与第一气体输送管道另一端连接，第二气体输送管道与第一气体输送管道连接处装有第一喷嘴，第二气体输送管道另一端装有第二喷嘴；第一气体输送管道上装有控制阀门；所述气体罐内装有一氧化碳和二氧化碳混合气体；所述消防服固定装置包括十字架试样固定板和四个数据采集装置ⅰ，十字架试样固定板处于试验箱体内、且固定在第一喷嘴和第二喷嘴上方，消防服试样放置在十字架试样固定板上并被其夹持固定、且十字架试样固定板将消防服试样下表面划分成四个区域，四个数据采集装置ⅰ分别装在四个区域中心；所述内环境模拟系统包括模拟皮肤层、两个伸缩调节器、四个数据采集装置ⅱ和循环水冷装置，模拟皮肤层处于消防服试样上方，模拟皮肤层和消防服试样之间形成空气层，四个数据采集装置ⅱ装在模拟皮肤层下表面，所述每个数据采集装置ⅰ和数据采集装置ⅱ均由温度传感器、二氧化碳气体浓度检测器和一氧化碳气体浓度检测器组成；两个伸缩调节器设置在空气层内、且分别固定在试验箱体两侧内壁，伸缩调节器的伸缩端与模拟皮肤层下表面固定连接，用于调节空气层厚度；所述模拟皮肤层下表面设有多个弹簧、且各个弹簧的一端与模拟皮肤层下表面固定连接，弹簧的另一端与消防服试样上表面接触；每个弹簧上均设有振弦式压力传感器，用于实时监测弹簧的压力值；循环水冷装置固定在试验箱体顶部，循环水冷装置通过管路与模拟皮肤层内的循环水管连通，用于调节模拟皮肤的温度；模拟皮肤层内部装有t型热电偶，用于检测模拟皮肤层的实时温度；所述数据显示系统包括数据收集器和计算机，数据收集器通过数据线分别与各个数据采集装置ⅰ、数据采集装置ⅱ和振弦式压力传感器连接，计算机通过数据线与数据收集器连接，用于显示数据收集器反馈的数据。进一步，所述控制阀门为具有流速计的调控阀门。进一步，所述气体罐内一氧化碳气体与二氧化碳气体以每摩尔1：14的比例混合。与现有技术相比，本实用新型采用热辐射、火风压以及一氧化碳和二氧化碳气体相结合方式，较为真实的模拟火灾现场环境，具有如下优点：1、本实用新型将热辐射、火风压以及有毒有害气体因素相结合，更为全面的模拟了火场的真实环境；将消防服试样处于该环境中，使其在温度场、压力场和组分场多场耦合作用下进行测试，通过实时监测温度差、压力差、透气量三个指标的变化情况，综合分析后评价消防服的抗热力冲击性能，而不仅仅是单一的根据温度的变化测试消防服热防护性能。2、本实用新型通过形成空气层从而对比消防服内外环境的变化，同时分别监测火场环境和空气层环境中的温度、压力、气体浓度的变化情况，进而获得温度差、压力差、透气量三个指标的值，采用灰色分析法综合分析消防服的抗热力冲击性能。3、由于火场环境的非稳态变化，温度、压力、气体浓度都是随着时间的推移而变化，因此综合温度差、压力差、透气量随时间的变化率评判消防服的抗热力冲击性能，这种方式能够比较准确的反映在一定时间内消防服的疲劳损伤情况，为消防服在火场的实际使用效果提供数据支撑。附图说明图1是本实用新型中装置的结构示意图；图2是本实用新型中消防服试样及十字架试样固定板的示意图。图中：1、循环水冷装置，2、模拟皮肤层，3、伸缩调节器，4、消防服试样，5、数据采集装置ⅰ，6、控制阀门，7、气体罐，8、弹簧，9、十字架试样固定板，10、第一气体输送管道，11、第二气体输送管道，12、热源模拟板，13、红外石英灯管，14、试验箱体，15、数据收集器，16、计算机。具体实施方式下面将对本实用新型作进一步说明。如图1和图2所示，一种用于火场环境中消防服抗热力冲击性能检测的装置，包括试验箱体14、火场环境模拟系统、消防服固定装置、内环境模拟系统和数据显示系统，试验箱体14上开设放置口和通风孔，放置口和通风孔处均装有密封门；所述火场环境模拟系统包括热源模拟板12、气体罐7、第一气体输送管道10和第二气体输送管道11，热源模拟板12固定在试验箱体14内部的底板上，热源模拟板12上设有多个红外石英灯管13，气体罐7设置在试验箱体14外部，第一气体输送管道10一端与气体罐7连接、另一端伸入试验箱体14内，第二气体输送管道11处于试验箱体14内，第二气体输送管道11一端与第一气体输送管道10另一端连接，第二气体输送管道11与第一气体输送管道10连接处装有第一喷嘴，第二气体输送管道11另一端装有第二喷嘴；第一气体输送管道10上装有控制阀门6；所述气体罐7内装有一氧化碳和二氧化碳混合气体；所述消防服固定装置包括十字架试样固定板9和四个数据采集装置ⅰ5，十字架试样固定板9处于试验箱体14内、且固定在第一喷嘴和第二喷嘴上方，消防服试样4放置在十字架试样固定板9上并被其夹持固定、且十字架试样固定板9将消防服试样4下表面划分成a、b、c和d四个区域，四个数据采集装置ⅰ5分别装在四个区域中心；所述内环境模拟系统包括模拟皮肤层2、两个伸缩调节器3、四个数据采集装置ⅱ和循环水冷装置1，模拟皮肤层2处于消防服试样4上方，模拟皮肤层2和消防服试样4之间形成空气层，四个数据采集装置ⅱ装在模拟皮肤层2下表面，所述每个数据采集装置ⅰ5和数据采集装置ⅱ均由温度传感器、二氧化碳气体浓度检测器和一氧化碳气体浓度检测器组成；两个伸缩调节器3设置在空气层内、且分别固定在试验箱体14两侧内壁，伸缩调节器3的伸缩端与模拟皮肤层2下表面固定连接，用于调节空气层厚度；所述模拟皮肤层2下表面设有多个弹簧8、且各个弹簧8的一端与模拟皮肤层2下表面固定连接，弹簧8的另一端与消防服试样4上表面接触；每个弹簧8上均设有振弦式压力传感器，用于实时监测弹簧8的压力值；循环水冷装置1固定在试验箱体14顶部，循环水冷装置1通过管路与模拟皮肤层2内的循环水管连通，用于调节模拟皮肤2的温度；模拟皮肤层2内部装有t型热电偶，用于检测模拟皮肤层的实时温度；所述数据显示系统包括数据收集器15和计算机16，数据收集器15通过数据线分别与各个数据采集装置ⅰ5、数据采集装置ⅱ和振弦式压力传感器连接，计算机16通过数据线与数据收集器15连接，用于显示数据收集器15反馈的数据。上述模拟皮肤层2、热源模拟板12、伸缩调节器3、循环水冷装置1、数据收集器15和计算机16均为现有装置。进一步，所述控制阀门6为具有流速计的调控阀门。进一步，所述气体罐7内一氧化碳气体与二氧化碳气体以每摩尔1：14的比例混合。本实用新型具体的工作步骤为：a、选择材质为nomexⅲa的消防服和材质为国产芳纶的消防服，分别均制作多个消防服试样4，每个尺寸为(300±2)mm×(300±2)mm，其中nomexⅲa材质制作的为a试样，国产芳纶材质制作的为b试样；a试样和b试样测试前均需进行调湿处理：在温度(20±2)℃，相对湿度(65±4)％的恒温恒湿箱中24h，拿出后3min内进行测试；b、打开放置口处的密封门，选择其中一个a试样水平固定在十字架试样板9上，并将消防服的外层正对热源模拟板12，然后关闭放置口处的密封门；c、打开通风口处的密封门以及控制阀门6，此时气体罐7内的一氧化碳和二氧化碳混合气体经过第一气体输送管道10和第二气体输送管道11，从第一喷嘴和第二喷嘴进入试验箱体14内部，使试验箱体14内的空气从通风孔排出，持续一段时间保证试验箱体14内部为一氧化碳和二氧化碳混合气体氛围后，调小通风孔的开度，通过控制阀门6处的流速计调节气体罐进气速度进而控制火场模拟环境中的气体压力场；d、设定所需的辐射热量，开启热源模拟板12使其辐射热量达到设定值，同时打开循环水冷装置1，通过t型热电偶实时监测模拟皮肤层2的温度值，从而对循环水冷装置1的循环速度进行控制，使模拟皮肤层2的温度保持在37.5±1℃的范围内；e、设定模拟试验为30分钟，开启数据收集器15，数据收集器15从开始试验每分钟记录一次各个数据采集装置ⅰ5和数据采集装置ⅱ反馈的温度值、一氧化碳浓度值和二氧化碳浓度值，同时记录各个振弦式压力传感器反馈的压力值的检测数据，直至完成一次试验，数据收集器将每次采集的数据反馈给计算机，试验完成后等待试验箱体14冷却，待其温度降至30℃以下时再选择一个a试样，并重复步骤b至e再完成一次试验，如此进行多次试验；b试样采用和a试样相同的试验流程；f、计算机16收集并计算a试样和b试样每次试验所得消防服试样4上下表面的温度差和气体浓度差的数据，并根据气体浓度的变化差值，得出每次消防服试样4的透气量，同时计算得出每次试验中振弦式压力传感器反馈的最大压力值和最小压力值的差值；然后计算机16对多次数据进行平均处理分别得出a试样和b试样的平均温度差平均压力差和平均透气量三个指标，并对三个指标数据进行标准化处理，确定各个指标的权重，最后计算出最终得分，根据综合评分确定消防服抗热力冲击性能的情况；具体评价过程为：本次试验共有两个评价对象，每个评价对象有三个指标，具体见下表。指标上下浮动限值a试样b试样温度差(℃)45.56～65.4561.1552.13压力差(pa)40.8～54.743.7840.25透气量(ml/(cm2·s))97.5～189.4107.38116.311)最优指标集y0＝(65.4540.8189.4)；2)原始矩阵3)均值化方法进行无量纲化处理4)确定评价矩阵①两级最小差②两级最大差得出评价矩阵5)确定权重矩阵w1＝(abc)，a+b+c＝16)平均值计算评价结果灰色关联度矩阵a1＝(0.978a+1.065b+0.406c0.695a+1.167b+0.438c)g、对多次试验所得的温度差、压力差、透气量的数据进行处理得出三个指标随时间的变化率kδp、kδt和kδm，对这三个指标数据进行步骤f中的计算过程，得出变化率评价结果为a2＝(0.264d+0.546e+0.348f0.316d+0.648e+0.298f)h、对平均值及变化率赋予权重(gh)，g+h＝1则综合评判结果上述a、b、c、d、e、f、g和h均表示不同的权重值，由a+b+c＝1，e+f+g＝1，g+h＝1，根据综合评判结果能得出a试样的抗热力冲击性能优于b试样。当前第1页12