一种热烟试验装置的制作方法

本发明涉及火灾科学消防技术领域，特别是涉及一种热烟试验装置。

背景技术：

目前部分建设工程如大型商业综合体、城市地下轨道交通工程、机场航站楼等具有空间结构特殊、防排烟系统设计复杂等特点，为了在此类建筑中顺利开展消防验收活动，我国标准《防排烟系统性能现场验证方法热烟试验法》(ga/t999-2012)中提供了一种现场评价防排烟系统性能的热烟试验方法。如图1所示，试验采用燃烧盘100作为火源，将可视的示踪烟气通过发烟炉300注入热羽流中，用以演示烟气的流动规律，并通过火灾探测设备，联动启动防排烟系统。通过烟气蔓延范围，判断防排烟系统是否能够满足要求。

标准中对燃料、燃烧盘尺寸、发烟材料进行了规定，但在实际应用中尚存在诸多问题。如图1所示，首先对于由燃烧盘100和承水盘200组成的火源系统，标准中为了防止高温对地面造成损坏，将燃烧盘100放置于承水盘200中，并在承水盘200中注入水。由于燃烧盘在承水盘中不能固定，在浮力作用下，会导致燃烧盘在燃烧时浮动，造成火源不稳定，羽流轴线温度数据采集不准确等现象。不同功率的火源是通过组合燃烧盘来实现，当2个以上燃烧盘组合时由于承水盘的存在，导致燃烧盘不能紧密贴合，造成火源呈分散状态无法聚拢，燃烧功率达不到标准要求。同时既有设备不能对燃料质量损失及水分蒸发速率进行实时监测，这种数据采集的缺失限制了全尺寸热烟试验方法应用于火灾科学领域的研究。此外，现行技术的点火方式普遍为人工近距离通过点火棒对燃烧盘组合逐一进行点燃，这种点火方式不仅为现场操作人员的人身安全带来隐患，也不便于准确记录点火时间。对于发烟炉，现有技术中发烟量也无法实时监测，造成在分析烟气浓度时，只能定性分析，无法定量。且根据标准图示所制发烟炉，在实际应用中搬运困难，不具有便携性。

由此可见，上述现有的热烟试验装置在结构、方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种火源稳定性好、火源功率充足、数据采集完善、使用安全性高的热烟试验装置，成为当前业界极需改进的目标。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种可应用在建设工程消防系统验收及火灾科学研究中的热烟试验装置，使其火源稳定性好、火源功率充足、数据采集翔实、使用安全性高，从而克服现有热烟试验装置火源稳定性差、火源功率不足、采集数据缺失和安全性较弱等缺陷。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种热烟试验装置，包括火源系统、发烟系统、测量系统及终端控制系统；

所述火源系统由一个或多个燃烧器组成，每个燃烧器包括燃烧盘、承水盘和重量监测装置；所述燃烧盘置于承水盘中，燃烧盘的部分侧壁与承水盘的部分侧壁贴合并可拆卸装配；重量监测装置安装在承水盘底部；所述燃烧盘还配置有用于监测燃料注入量与消耗量的压力监测装置和用于远程控制点火的电子点火装置；所述重量监测装置、压力监测装置和电子点火装置分别与终端控制系统连接；

所述发烟系统设置在火源系统侧翼，其顶端设置有气体流速传感器，所述气体流速传感器与终端控制系统连接；

所述测量系统设置在火源系统及发烟系统外周，包括若干风速-温度传感器，用来实时采集火源上部及周围的风速和温度参数，并与终端控制系统连接；

所述终端控制系统，与火源系统、发烟系统和测量系统连接，用于实时采集燃烧盘内燃料压力值、火源系统重量值、发烟系统中烟气流量值、火源上部及周围的温度值及风速值，并控制火源系统中的电子点火装置。

作为本发明进一步地改进，所述燃烧盘为矩形燃烧盘，其中相邻的两边设置有下翻凹槽，所述承水盘为矩形承水盘，所述燃烧盘通过下翻凹槽卡入承水盘的侧壁上沿。

进一步地，所述燃烧盘侧壁外侧固定有耐高温水平尺，燃烧盘底部设置有多个可调节高度支脚。

进一步地，所述压力监测装置包括空心钢管及微压传感器，所述空心钢管为曲折钢管，一端连接在燃烧盘底部，另一端连接微压传感器，所述微压传感器安装在承水盘的外侧壁上；所述微压传感器通过带串口服务器的模拟/数字信号转换器连接至终端控制系统；

和/或，所述重量监测装置的主体为耐高温石膏板，耐高温石膏板底面四角配有四个重量传感器；四个重量传感器通过穿过金属空心管的数据线相连，数据线同时通过带串口服务器的模拟/数字信号转换器连接至终端控制系统；所述金属空心管通过管卡固定在耐高温石膏板下方；

和/或，所述电子点火装置为电子脉冲点火装置，电子脉冲点火装置的点火棒伸入火源装置的燃烧盘内。

进一步地，所述发烟系统包括烟箱，烟箱顶部安装有烟囱，烟囱顶端安装有所述气体流速传感器，气体流速传感器通过带串口服务器的模拟/数字信号转换器连接至终端控制系统中；所述烟箱底部设置有脚轮。

进一步地，所述烟箱底部与脚轮之间设置有支架；和/或所述烟箱侧壁设置有防护板。

进一步地，所述烟箱背面上下分别开有两个送料口，烟箱的箱体内部在送料口中间固定钢网，下方送料口底部有铁质托盘。

进一步地，所述测量系统包括立杆、横杆、测量杆、测量杆套环、传感器套环、风速-温度传感器；所述立杆与横杆连接形成立体框架结构，所述测量杆套环为三通，测量杆套环套在横杆上且可沿横杆移动，测量杆安装在两个测量杆套环之间，所述传感器套环套在测量杆上且可沿测量杆移动，风速-温度传感器可拆卸安装在传感器套环内。

进一步地，所述立杆两端固定有带多个圆孔的圆盘，所述横杆为一个两端均有凹槽的钢杆，凹槽上同样设有圆孔，所述横杆的凹槽嵌入立杆的圆盘内，两者通过插销连接。

进一步地，所述风速-温度传感器是由叶轮式风速传感器及热电偶复合制成，风速-温度传感器后部为一空心套筒，将数字模拟信号转换器和电源置入其中；后端留有耐高温接线口，采用石棉包裹的耐高温数据线接入终端控制系统中。

通过采用上述技术方案后，本发明至少具有以下优点：

1、本发明的热烟试验装置通过火源系统、发烟系统、测量系统及终端控制系统的配合，可以实现远距离点火功能，燃烧盘内燃料压力值、火源系统重量值、发烟系统中烟气流量值、火源上部及周围的温度值及风速值等参数的实时监控功能；该热烟试验装置采集数据翔实，在满足工程测量的同时，也满足了学术研究的要求。

2、本发明中火源系统的燃烧盘的部分侧壁与承水盘的部分侧壁贴合并采用可拆卸连接的方式，相比现有技术，在使用过程中不会出现燃烧盘漂浮移动，有效提升了火源的稳定性。另外，使用时，可通过不同数量的燃烧器组合，提供不同火源功率，且由于上述结构的设置，多个燃烧器进行组合时，燃烧盘可以紧密贴合，可以形成聚拢火源，使燃烧过程中火源功率达到技术要求。

3、本发明中燃烧盘的支脚具有高度调节功能，通过固定在燃烧盘侧壁的耐高温水平尺，可以保证燃烧盘水平。该装置可以保证燃烧盘在搬运过程中发生因磕碰形变后仍能使用，同时也能保证在地面不完全平整的情况下使用本火源系统。

4、本发明中的发烟系统配有脚轮，相比现有发烟系统可以便于搬运，具有便携性；发烟系统在烟箱和脚轮之间还设置有支架，具有隔热功能；同时烟箱侧壁设置的防护板，可隔绝热辐射，保护工作人员。

5、本发明中的测量系统支架采用插销连接，可以大大节约安装时间与难度。通过所配测量杆套环及传感器套环可以实时采集火源周围任一方向及尺度的风速及温度数据，极大丰富了数据量。

6、本发明中各个系统都具有快拆功能，方便装置运输及安装。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是现有技术中的热烟试验装置结构示意图；

图2是本发明一实施例的热烟试验装置结构示意图；

图3是本发明一实施例中的火源系统组合示意图；

图4是图3中的a燃烧器结构示意图；

图5是本发明一实施例中的发烟系统结构示意图；

图6是本发明一实施例中的测量系统结构示意图；

图7是本发明一实施例中的数据传输及控制系统结构示意图。

图中：

100-燃烧盘；200-承水盘；300-发烟炉；1-火源系统；2-发烟系统；3-测量系统；4-a燃烧器；5-b燃烧器；6-c燃烧器；7-d燃烧器；8-燃烧盘；9-承水盘；10-耐高温石膏板；11-耐高温石膏板；12-点火棒；13-金属空心管；14-下翻凹槽；15-可调节高度支脚；16-空心钢管；17-重量传感器；18-微压传感器；19-带串口服务器的模拟/数字转换器；20-电子点火装置；21-水平尺；22-气体流速传感器；23-烟囱；24-带串口服务器的模拟/数字转换器；25-烟箱；26-钢板；27-钢架；28-脚轮；29-立杆；30-横杆；31-测量杆；32-立杆连接套管；33-测量杆套环；34-传感器套环；35-风速-温度传感器；36-圆盘；37-底盘；38-终端控制系统；39-控制主机；40-数据存储组件；41-指令输出组件；42-数据采集组件；43-串口服务器。

具体实施方式

某些结构复杂的建设工程在进行消防验收时，需要通过现场热烟试验对工程中设计的防烟系统及排烟系统功能进行检验验证。相关技术标准中给出了检验方法及部分设备的规格尺寸要求，本发明热烟试验装置在满足技术标准要求的前提下，给出一种具有火源性能稳定、火源功率充足、安全性高及采集数据翔实的热烟试验装置。以下结合附图和具体实施例，对本发明作进一步的详细说明。

如图2所示，为本发明实施例的一种热烟试验装置结构意图，包括火源系统1、发烟系统2、测量系统3，另外还配置有终端控制系统。在实际应用过程中，首先应将火源系统1放置在选定的火源位置，将发烟系统2放置于火源系统1旁，再将测量系统3进行组装搭建，最后确认所有工作人员及终端控制系统准备就绪后，再将燃料倒入火源系统1中，开始进行试验。

图3为火源系统组合示意图，图示火源由a燃烧器4、b燃烧器5、c燃烧器6、d燃烧器7组成。其中a燃烧器4与b燃烧器5结构相同，但所安装的设备布局位置对称。c燃烧器6与a燃烧器4结构设备布局位置相同，d燃烧器7与b燃烧器5结构设备布局位置相同。不同的燃烧器与燃料容量进行组合，可以为火源系统提供不同功率的火源，具体组合如表1所示。其中燃料注入量通过终端控制系统实时监控。需要火源系统提供340kw功率的火源时，可以使用任意一个燃烧器。

表1火源功率参数

图4以a燃烧器4为例，说明燃烧器的具体结构。a燃烧器4主体主要由燃烧盘8、承水盘9组成。燃烧盘8采用钢制矩形燃烧盘，燃烧盘8两侧焊接拉手；一侧短边及其相邻的一侧长边，焊有下翻凹槽14；对应地，承水盘9也为钢制矩形承水盘，承水盘9两侧焊接拉手；燃烧盘8置于承水盘9中，并通过下翻凹槽14卡入承水盘9的侧壁上沿。通过采用下翻凹槽卡接的形式，结构简单，拆卸方便。当然，上述方式仅为优选的方式，实际上，只要保证燃烧盘8的部分侧壁与承水盘9的部分侧壁贴合并可拆卸装配即可。

燃烧盘8及承水盘9均用8mm厚钢板制成，并保证盛放其中的液体不泄漏。燃烧盘8及承水盘9的尺寸如表2所示。

表2燃烧盘8及承水盘9规格

另外，燃烧盘8侧壁外侧固定有耐高温水平尺21，燃烧盘8底部通过螺纹方式旋入四个可调节高度支脚15，既可防止燃烧盘底面过热，又能方便调整，通过调节支脚高度并观察水平尺使燃烧盘底面保持水平。另外，该设置可以保证燃烧盘在搬运过程中发生因磕碰形变后仍能使用，同时也能保证在地面不完全平整的情况下使用本火源系统。

为了实现智能化控制，上述a燃烧器4主体还包括重量监测装置，燃烧盘8还配置有用于监测燃料注入量与消耗量的压力监测装置和用于远程控制点火的电子点火装置；重量监测装置、压力监测装置和电子点火装置分别与终端控制系统连接。

配合图4所示，重量监测装置位于承水盘9的底部，主体为耐高温石膏板10，面积与承水盘截面积相同，耐高温石膏板10底面四角配有四个圆形重量传感器17；四个重量传感器17通过数据线相连，数据线穿过金属空心管13(隔热保护)，再同时连接带串口服务器的模拟/数字信号转换器19；如此可将四个重量传感器17的数值实时传送给模拟/数字信号转换器19，再传给与其配套连接的终端控制系统中。重量传感器17通过螺丝固定在耐高温石膏板10下方，金属空心管13通过管卡固定在耐高温石膏板10下方，防止在使用过程中出现掉落现象。重量传感器17选择耐高温型传感器。

配合图3、4所示，压力监测装置包括空心钢管16及微压传感器18，空心钢管16为曲折钢管，一端连接在燃烧盘8底部，另一端连接微压传感器18。微压传感器18安装在承水盘9的外侧壁上，并与带串口服务器的模拟/数字信号转换器19连接，当燃料注入燃烧盘8后，微压传感器18即可采集压力信号，通过模拟/数字信号转换器19，将信号实时传输至终端控制系统中。

配合图3、4所示，电子点火装置20为电子脉冲点火装置，电子脉冲点火装置的点火棒12伸入燃烧盘8内。电子点火装置20接受到终端控制系统命令后即可进行点火。

配合图3、4所示，在保护装置的承水盘9一侧外壁挂装有耐高温石膏板11制成的保护盒，内部通过卡扣方式安装电子点火装置20、模拟/数字信号转换器19、微压传感器18，三种装置均可快速安装和拆卸。耐高温石膏板11顶部开孔，便于电子点火装置20的点火棒12及空心钢管16穿过。

火源系统在使用时，先将重量监测装置放置在地面上，再将承水盘9放置在重量监测装置上方，随后将燃烧盘8放置在承水盘9内固定，并通过调节可调节高度支脚15，使燃烧盘8水平。再将模拟/数字信号转换器19连接终端控制系统，通过终端控制系统观察压力和重量数据正常，并确认上位机可以正常发送点火指令，且电子点火装置20可以正常工作后，火源系统正常安装调试完成。在准备试验时，先将水倒入承水盘9中，再将燃料倒入燃烧盘8中。此时观察上位机的压力显示，达到要求后停止倒入。试验开始时，终端控制系统发送点火命令至电子点火装置20，此时点火棒12产生电火花，燃料被正常点燃。

热烟试验装置中发烟系统2的结构如图5所示，主体为390mm(长)×390mm(宽)×420mm(高)的长方体烟箱25。烟箱上方为棱台，棱台底面为390mm(长)×390mm(宽)顶部为200mm(长)×200mm(宽)，棱台高173mm。均用2mm厚钢板焊接而成，并保证焊接处密封不漏烟。

烟箱25背面上下分别开127mm(高)×320mm(宽)的两个送料口。箱体内部在送料口中间固定钢网，下方送料口底部有铁质托盘。使用过程中，将烟饼点燃后放入上方送料口，在钢网上阴燃发烟，待烟饼燃烧完成后，会掉在下方铁质托盘上。试验完毕后，可通过下方送料口将铁质托盘取出并清理干净。

烟箱25正面两侧侧壁分别挂装1片670mm(高)×400mm(宽)×2mm(厚)的钢板26，作为保护板，用来隔绝热辐射，保护工作人员。

烟箱25顶部焊接一个外径150mm(直径)，壁厚1mm的烟囱23，烟囱顶部装有气体流速传感器22，气体流速传感器22同时连接带串口服务器的模拟/数字信号转换器24。当烟气从烟囱中流出时，气体流速传感器22会将烟气流速实时传送到终端控制系统中。

烟箱25底部为用角钢制成的钢架27，钢架27将烟箱25托起，可以防止高温对地面造成破坏。同时钢架27底部焊接有脚轮28，方便发烟系统移动搬运。

图6为测量系统3结构示意图，为了清晰表示连接结构，只选取部分进行示意，测量系统3可以根据现场条件不断进行扩大。测量系统3由立杆29、横杆30及测量杆31组成。立杆29为外径20mm内径18mm的钢管，底部焊接直径200mm、厚10mm的钢盘底座37，及直径120mm、厚5mm的钢制圆盘36，两者相距150mm。圆盘36上均匀布置8个圆形孔，孔直径为15mm。立杆29另一端为钢制立杆连接套管32，套管内径20mm，外径24mm，高150mm。立杆连接套管32下方为150mm处同样为钢制圆盘。横杆30为钢杆，两端均设有凹槽，凹槽深80mm，宽6mm。凹槽两侧有圆形孔洞，孔洞直径15mm。现场安装时，先将测量杆套环33套入横杆30后，再将横杆凹槽嵌入立杆的圆盘36上，并保证凹槽圆孔与圆盘36上圆孔重合，再将直径为15mm的插销插入即完成横杆30组装。测量杆31安装时，将传感器套环34套入测量杆31上，之后测量杆31安装在已套入横杆30上的测量杆套环33上，测量杆套环33为三通，旋紧测量杆套环33上的旋钮，将测量杆31两端固定。最后将风速-温度传感器35装入传感器套环34上，旋紧传感器套环34上的旋钮，将风速-温度传感器35固定。由于测量杆套环33并未在横杆上固定，因此测量杆31可以沿横杆水平移动。同理，传感器套环34可以在测量杆31上下移动，这样风速-温度传感器35可以测量一个平面上任意一点位置的风速及温度参数，并将参数实时传送到终端控制系统上。由于测量系统结构的特殊性，可以通过不断搭接立杆29、横杆30、测量杆31实现多位置数据采集。

上述风速-温度传感器35是由叶轮式风速传感器及热电偶复合制成，风速-温度传感器35后部为一空心套筒，将数字模拟信号转换器和电源置入其中；后端留有耐高温接线口，采用石棉包裹的耐高温数据线接入终端控制系统中。

图7为热烟试验装置中数据传输及控制系统结构图，终端控制系统38包括控制主机39、数据存储组件40、指令输出组件41、数据采集组件42。其中指令输出组件41连接火源系统1中的电子点火装置20、数据采集组件42连接火源系统1、发烟系统2、测量系统3中各串口服务器43，串口服务器再通过rs485协议连接模拟/数字信号转换器19、24。上述连接均可以通过有线及无线两种方式进行连接，其中有线连接方式为tcp/ip协议，无线连接方式为蓝牙协议。试验时，可以通过终端控制系统38设定各传感器采集时长及间隔，同时将采集到的数据存储到数据存储组件40中。

综上所述，本发明的热烟试验装置对现有技术进行全面改制，对火源系统、发烟系统、测量系统的结构及数据采集进行深度优化，使该系统具有以下优点：

本发明热烟试验装置的火源系统中燃烧盘可以固定在承水盘内，其高度可调节且多个燃烧器进行组合时，燃烧盘可以紧密贴合。相比于现有技术，可以有效避免燃烧盘边燃烧边漂浮，有效提升了火源的稳定性。燃烧器燃烧时，火源平面能保持水平且火焰呈聚拢形态，使燃烧过程中总热释放速率达到技术要求，且可提供不同的火源功率。除此之外，火源系统可以监测重量变化及燃料损失，并实现远程点火，在保证工作人员安全的前提下，丰富了数据量，为科研分析提供了坚实基础。

本发明热烟试验装置发烟系统相比于现有技术，安装了气体流速传感器，能对发烟量进行实时监控。同时由于脚轮的设置，可以方便推动和搬运。

本发明热烟试验装置测量系统主体采用插销工艺，使各组件能快速连接，并可以在空间各个方向进行扩展，以适应各种试验环境及测量数据需求。测量系统采用测量杆套环及传感器套环，特殊的结构设置，可以采集横杆所确认的平面内任一位置的风速及温度数据。

本发明热烟试验装置具有安装方便，测量科学，数据采集丰富等特点，不仅满足消防工程防烟、排烟系统检测需求，还适宜用于火灾科学研究使用。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。