电缆沟火灾模拟及盖板结构稳定性测量系统及方法与流程

1.本发明涉及电缆沟火灾安全技术领域，具体涉及一种电缆沟火灾模拟及盖板结构稳定性测量系统及方法。


背景技术：

2.电缆沟是供电系统建设不可或缺的基础设施。随着时代的发展，在电缆以及电缆沟使用率日益增长的同时，电缆沟自身的火灾安全隐患也不容忽视。电缆沟一旦发生火灾，将十分容易造成巨大的经济损失，甚至人员伤亡。此外，由于电缆沟多为封闭结构，使电缆沟火灾发生时难以察觉、不易控制、恢复时间长，电缆沟火灾一旦发生，将不可避免地造成设备损坏和人员伤亡的严重后果。因此建立电缆沟火灾模拟实验平台，探究电缆沟火灾的燃烧蔓延特性，分析影响电缆沟火灾发展的关键影响参数，从而有针对性的制定灭火防火策略，能够最大程度的降低电缆沟火灾安全隐患。
3.中国专利cn110322769a公开了一种可移动式电力电缆火灾模拟试验平台。该试验平台包括可移动箱体、电缆、火源装置、温度测量装置、灭火装置、气体测量装置以及烟尘气体净化装置，电缆、温度测量装置、火源装置、灭火装置、气体测量装置设置于可移动箱体内，火源装置用于施加火源燃烧电缆，温度测量装置用于监测电缆的温度数据，气体测量装置监测并获取电缆燃烧时产生气体的气体成分数据，烟尘气体净化装置与可移动箱体的顶部相连通。
4.虽然该试验平台可以一定程度上再现电缆火灾发展过程，但该平台仅仅实现了最理想、最基础的电缆火灾情形模拟，对电缆沟内的温湿度、电缆沟盖板的火灾性能及电缆沟内的通风情况并没有做有效的考虑，而这些因素恰恰是影响电缆沟火灾发展的重要影响因素，或是反应电缆沟火灾特性的重要指标。并且，电缆沟盖板是电缆沟的重要部件，其结构稳定性是电缆沟消防设计的重要参数。因此，设计一种电缆沟火灾模拟及盖板结构稳定性测量系统及方法对本领域有重要意义。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本发明提供一种电缆沟火灾模拟及盖板结构稳定性测量系统及方法。
6.本发明采用的技术方案是：
7.一种电缆沟火灾盖板结构稳定性测量系统，包括电缆沟本体、盖板支架、支撑架、电缆载具、燃烧装置、水雾装置及鼓风装置；电缆沟本体包括由底板、前侧板、后侧板及混凝土盖板组成的内腔，内腔横截面的宽度及高度尺寸可调，混凝土盖板的外侧面连接有线性位移传感器，混凝土盖板中设有应变片，混凝土盖板的内侧面均布有热电偶，后侧板内壁固定有加热板；盖板支架设于电缆沟本体内用于支撑混凝土盖板，且盖板支架上设有位置可移动的气溶胶灭火器；支撑架设于电缆沟本体的下方，用于支撑电缆沟本体；电缆载具设于电缆沟本体的内腔中，包括支撑板架和可滑动设置在支撑板架上的若干纵横排列电缆夹
具，电缆夹具用于不同直径电缆的安装固定，相邻两排及相邻两列的电缆夹具的间距可调，支撑板架的底面固定有称重装置；燃烧装置设于电缆载具的下方用于点燃电缆，且其安装位置可调节；水雾装置设于电缆沟本体内腔的两端，用于控制电缆沟本体内腔的湿度；鼓风装置连接于电缆沟本体的一端，用于向电缆沟本体内腔通入新风。
8.进一步地，电缆沟本体还包括底框和立柱，底框焊接在底板的上表面，由两根纵向滑轨和两根横向滑轨连接而成，纵向滑轨和横向滑轨分别设有沿其长度方向的纵向滑槽和横向滑槽，纵向滑槽与横向滑槽相连通，立柱下端通过滑块连接于底框的滑槽中，立柱的侧面设有插槽，前侧板及后侧板两端插装在相应的一对立柱上，前侧板及后侧板均由若干块凹凸结构的单元板依次装配而成。
9.进一步地，盖板支架包括矩形顶框及四个可伸缩支腿，可伸缩支腿的下端支撑于电缆沟本体的底板上，矩形顶框支撑在混凝土盖板的下表面；两端的可伸缩支腿之间分别连接有横向滑轨，两根横向滑轨之间连接有一根纵向滑轨，纵向滑轨上滑动连接有挂钩，挂钩悬挂气溶胶灭火器。
10.进一步地，支撑板架的顶面沿其宽度方向铺设有若干滑轨，滑轨上设有正面开口和侧面开口的滑槽；电缆夹具包括电缆夹、支撑杆及锁紧螺栓，电缆夹的底部连接支撑杆，支撑杆的下端设有与滑槽配合的限位块，限位块上设置通孔，支撑杆限位块位于水平滑轨的滑槽内，锁紧螺栓穿过滑槽的左右侧开口及支撑杆限位块上的通孔连接螺母。
11.进一步地，电缆夹包括下弧形板和上弧形板，下弧形板开口朝上布置，其两端对称设置有周向弧形槽及轴向弧形槽，轴向弧形槽与周向弧形槽连通，轴向弧形槽中连接有穿过周向弧形槽的限位螺栓，上弧形板开口朝下布置，上弧形板的两端分别穿过上弧形板的周向弧形槽后连接有限位块。
12.进一步地，水雾装置包括水雾喷头、供水管及供水系统；水雾喷头分别布置在电缆沟本体的底板的四角位置，水雾喷头的喷口斜向上朝向电缆载具，水雾喷头的底部连接供水管，供水管的一端连接供水系统，供水系统包括水箱及水泵，水泵出口设有流量控制器。
13.利用上述任意一种电缆沟火灾盖板结构稳定性测量系统，研究电缆沟内部温度及湿度对电缆沟火灾盖板结构影响的方法，包括以下步骤：
14.①
按照研究需求，布置电缆根数、间距以及高度，并确定电缆沟内腔尺寸；
15.②
设定电缆沟内的温度及湿度；
16.③
开始记录电子天平、应变片、热电偶以及线性位移传感器的数据；
17.④
通过燃烧装置引燃电缆；
18.⑤
待电缆燃烧完全或顶板塌陷，停止记录；
19.⑥
分析电缆的燃烧速率、盖板的形变量以及盖板的温度场。
20.利用上述任意一种电缆沟火灾盖板结构稳定性测量系统，研究在不同重量荷载情况下电缆沟火灾盖板结构变化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
21.①
按照研究需求，布置电缆根数、间距以及高度，并确定电缆沟内腔尺寸；
22.②
设定电缆沟盖板上的荷载重量；
23.③
开始记录称重装置、应变片、热电偶以及线性位移传感器的数据；
24.④
通过燃烧装置引燃电缆；
25.⑤
待电缆燃烧完全或顶板塌陷，停止记录；
26.⑥
分析电缆的燃烧速率、盖板的形变量以及盖板的温度场。
27.利用上述任意一种电缆沟火灾盖板结构稳定性测量系统，研究不同气溶胶灭火剂位置对电缆沟火灾盖板结构影响的方法，其特征在于，包括以下步骤：
28.①
按照研究需求，布置电缆根数、间距以及高度，并确定电缆沟内腔尺寸；
29.②
在盖板支架上安装气溶胶灭火器；
30.③
开始记录称重装置、应变片、热电偶以及线性位移传感器的数据；
31.④
通过燃烧装置引燃电缆；
32.⑤
待电缆燃烧完全或顶板塌陷，停止记录；
33.⑥
分析电缆的燃烧速率、盖板的形变量以及盖板的温度场。
34.利用上述任意一种电缆沟火灾盖板结构稳定性测量系统，研究纵向通风情况下电缆沟火灾盖板结构变化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
35.①
按照研究需求，布置电缆根数、间距以及高度，并确定电缆沟内腔尺寸；
36.②
打开电缆沟内的鼓风装置，并设置一定的风速；
37.③
开始记录称重装置、应变片、热电偶以及线性位移传感器的数据；
38.④
通过燃烧装置引燃电缆；
39.⑤
待电缆燃烧完全或顶板塌陷，停止记录；
40.⑥
分析电缆的燃烧速率、盖板的形变量以及盖板的温度场。
41.本发明的有益效果：
42.1、本发明可以模拟实际电缆沟的内腔尺寸、盖板尺寸，且高度可调节，因此本发明可进行不同尺寸电缆沟的火灾模拟。
43.2、本发明的电缆沟盖板上设置热电偶、应变片和位移计，可在电缆沟着火时记录整个着火过程中混凝土盖板不同位置的温度、应变量和位移，为后续研究缆沟火灾盖板的耐温性能及结构稳定性提供依据。
44.3、本发明的电缆沟盖板可承受不同荷载，可研究不同荷载条件下电缆燃烧速率及对电缆沟盖板结构稳定性的影响，为电缆沟消防设计提供参考。
45.4、本发明燃烧模块的电缆载具可支撑不同密度布置的电缆，燃烧装置的前后位置可调节，所以可进行不同布置方式电缆的点火，且点火位置可灵活调整，可研究不同电缆点火位置条件下电缆燃烧速率及对电缆沟盖板结构稳定性的影响，为电缆沟消防设计提供参考。
46.5、本发明通过后侧板上的加热板及水雾装置，可研究电缆沟内的初始温度及湿度条件下电缆燃烧速率及对电缆沟盖板结构稳定性的影响，为电缆沟消防设计提供参考。
47.6、本发明通过鼓风装置实现模拟电缆沟内的通风要求，可通过改变鼓风机的参数设置来研究电缆沟内不同通风条件下电缆燃烧速率及对电缆沟盖板结构稳定性的影响，为电缆沟消防设计提供参考。
附图说明
48.图1为本发明的电缆沟火灾盖板温度及结构稳定性测量系统的结构示意图。
49.图2为图1中电缆沟本体及其支撑架的分解结构示意图。
50.图3为图2中前、后侧板的单元板装配结构示意图。
51.图4为图1中盖板的结构示意图。
52.图5为图1中位移计的结构示意图。
53.图6为图1中盖板支架的结构示意图。
54.图7为图1中电缆载具的结构示意图。
55.图8为图7中电缆夹具的放大结构示意图。
56.图9为图1中燃烧装置的结构示意图。
57.图10为图1中水雾装置的结构示意图。
58.图11为图1中鼓风装置的结构示意图。
具体实施方式
59.下面结合具体实例对本发明作进一步说明，以便于对本发明的理解，但并不因此而限制本发明。
60.实施例1
61.参阅图1，本实施例提供一种电缆沟火灾盖板温度及结构稳定性测量系统，主要包括电缆沟本体1、盖板支架2、支撑架3、电缆载具4、燃烧装置5、水雾装置6、鼓风装置7。
62.参阅图2～图4，电缆沟本体1包括钢质底板11、底框12、立柱13、前侧板14、后侧板15和混凝土盖板16。
63.底板11为矩形板，底框12为焊接于底板上的矩形框，由两根纵向滑轨和两根横向滑轨连接而成，纵向滑轨和横向滑轨均有沿其长度方向的滑槽，且纵向和横向的滑槽连通。
64.立柱13有四根，下端通过滑块连接于底框12的滑槽中，使立柱既可沿纵向滑轨移动又可沿横向滑轨移动，前、后侧板分别通过一对立柱安装后，前、后侧板之间的间距可调节，实现电缆沟本体的宽度尺寸可调，调节到位后通过紧定螺钉锁紧。
65.如图3所示，前侧板14及后侧板15均由多块凹凸结构的单元板依次装配而成，从而使得前、后侧板的高度可通过选择不同数量的单元板组装调节，进而实现电缆沟本体的高度尺寸的可调。
66.前侧板14及后侧板15的两端分别与立柱13插接，具体实施时，在立柱上设置插槽，插槽宽度与前、后侧板的厚度适配。通过更换不同长度的单元板，实现电缆沟本体的长度可调。
67.为了模拟不同实验的初始温度，在电缆沟本体的后侧板15上等距固定两块同规格的加热板151。
68.前侧板14采用防火玻璃板，以便于工作人员电缆沟本体内的实时工况。
69.混凝土盖板16的下表面两侧与前侧板14及后侧板15最上侧的单元板插接。具体实施时，在混凝土盖板16的下表面两侧设置插槽，插槽宽度与前、后侧板的厚度适配。
70.优选在混凝土盖板16的上表面设置有两个凹槽，凹槽内可以放置不同重量的重物，从而可以根据实验需要模拟不同的盖板荷载。
71.参阅图4，混凝土盖板16可根据实验需求调整不同的混凝土配比进行制备，在制备浇筑前，在混凝土预制板内部铺设有bx120-3aa的应变片161，应变片161分别位于盖板的四周和中心线位置，用于测试盖板的应变情况。
72.混凝土盖板预制好后，通过耐火胶在其下表面固定k型铠装的热电偶162，以监测
火灾时盖板的实时温度。热电偶162在混凝土盖板16上均匀分布有若干个，如在本实施例中，热电偶162分布有8行16列。
73.参阅图5，混凝土盖板16的两端和中央三个位置设置有三个ltc-m-0600-s的直线位移计163，它们通过钢管支撑架164固定在混凝土盖板16的正上方，用于测试混凝土盖板的位移情况。
74.如图6所示，盖板支架2包括矩形顶框21和其下侧角部的可伸缩支腿22，可伸缩支腿22的下端支撑于电缆沟本体的底板11上，矩形顶框21支撑在混凝土盖板16的下表面。
75.两端的可伸缩支腿22之间分别连接有横向滑轨23，两根横向滑轨23之间连接有一根纵向滑轨24，纵向滑轨24上滑动连接有挂钩25，挂钩25悬挂气溶胶灭火器8，纵向滑轨24与横向滑轨23之间通过滑块滑槽装配，使气溶胶灭火器8可改变纵向和横向位置；具体实施时，可在横向滑轨23上设置横向滑槽，横向滑轨23的两端设置横向滑块，横向滑块与横向滑槽滑动配合。纵向滑轨24上设置纵向滑槽，纵向滑槽滑动连接纵向滑块，挂钩25上端固定在纵向滑块上。
76.支撑架3包括一块平面尺寸与电缆沟本体1的底板11相同的支撑平板31及连接支撑平板31的四根支柱32，支撑架3对电缆沟本体1起稳定的支撑作用。具体实施时，电缆沟本体1的四根立柱13插装在支撑架3的四根支柱32上，四根支柱32由钢管制成。
77.参阅图7，电缆载具4安装于电缆沟本体1内，包括支撑板架、水平滑轨44和电缆夹具46。
78.支撑板架包括上矩形板41、下矩形板42和连接在它们之间的若干支撑板43，水平滑轨44有多根，沿上矩形板41的宽度方向均匀布置，水平滑轨44设置有滑槽，滑槽的上侧和左右侧设置开口；支撑板43穿过电缆沟本体1的底板11连接下矩形板42，下矩形板42的底面固定有称重装置45，本实施例选用工业天平作为称重装置。称重装置45自由支撑在支撑平板31上，用于监测着火后电缆的损失量。
79.如图8所示，电缆夹具46包括电缆夹、支撑杆47及锁紧螺栓48，电缆夹包括下弧形板461和上弧形板462，下弧形板461开口朝上布置，其两端对称设置有宽度与上弧形板462适配的周向弧形槽，及轴向弧形槽。轴向弧形槽与周向弧形槽连通，轴向弧形槽中连接有穿过周向弧形槽的限位螺栓463。上弧形板462开口朝下布置，其中间位置处的宽度大于两端段的宽度，上弧形板462的两端分别穿过上弧形板462的周向弧形槽，连接有限位块4621。
80.使用时将电缆从侧面伸入电缆夹后通过限位螺栓463及螺母使上弧形板462和下弧形板461压紧锁定电缆。下弧形板461的底部固定连接支撑杆47，支撑杆47的下端设有限位块，限位块内设置有通孔。电缆夹具46通过支撑杆47可滑动安装在水平滑轨44上，支撑杆47限位块位于水平滑轨44的滑槽内，锁紧螺栓48穿过滑槽的左右侧开口及支撑杆47限位块上的通孔连接螺母。
81.电缆载具4的上述结构，可根据电缆沟本体的长度设置相应数量的水平滑轨，各水平滑轨上可根据电缆数量及间距安装固定电缆夹具，电缆夹具可适用于不同直径的电缆安装固定。
82.电缆载具4与电缆沟本体1装配时，称重装置45置于电缆沟本体底板上的指定位置。
83.如图9所示，燃烧装置5包括支撑柱51、燃烧器安装槽体52和燃烧器53。
84.支撑柱51有竖直布置的两根，每根支撑柱包括上下套置的下部管和上部管，上部管调节至指定高度后通过径向螺栓锁定。燃烧器安装槽体52连接于两支撑柱51的上端，两支撑柱51之间的间距大于支撑板架的宽度，燃烧器53采用丙烷燃烧器，置于燃烧器安装槽体52中，可沿燃烧器安装槽体调节位置。
85.安装燃烧装置时，支撑柱51的下部管穿过电缆沟本体的底板11后支撑于支撑平板31上，燃烧器安装槽体52的内端穿过电缆沟本体的后侧板15连接进进气管，进气管连接钢瓶。
86.如图10所示，水雾装置6包括水雾喷头61、供水管62、供水系统63。水雾喷头61分别布置在电缆沟本体1的底板11的四角位置，水雾喷头61的喷口斜向上朝向电缆载具4，水雾喷头61的底部连接供水支管，供水支管穿过底板11连接环状供水管62。环状供水管62一端连接供水系统63，供水系统包括水箱、水泵及流量控制器。水雾装置6可模拟电缆沟内的湿度，且通过流量控制器控制水泵的流量可对模拟电缆沟内的湿度进行调整。
87.如图11所示，鼓风装置7包括鼓风机71及其出风口连接的均流箱72，均流箱22包括箱体及其内腔中固定的若干排均流管，箱体的内腔尺寸可调节，箱体与电缆沟本体1对接，通过均流管将新风送入电缆沟本体1内。
88.本系统的整体安装步骤如下：
89.r1：按照需研究的电缆根数、间距以及高度，将其固定在支撑板架的限位螺栓中。将支撑板架下方安装电子天平，实时监测电缆的质量变化；
90.r2：在电缆下方按需固定丙烷燃烧器，丙烷燃烧器通过进气管与气瓶连接，共同用做引燃电缆的火源；
91.r3：确定电缆沟内腔尺寸，包括电缆沟的宽度和高度；
92.r4：在电缆沟后侧板安装加热板，在底板上安装水雾装置，共同用于改变电缆沟内的环境温度及环境湿度；
93.r5：在电缆沟上侧放置已铺设应变片的混凝土盖板，同时在混凝土盖板下方布置热电偶测点，上方设置位移计；
94.r6：根据需研究的情况在混凝土盖板上放置若干重物，以研究不同荷载对电缆沟盖板的影响；
95.r7：在盖板支架上安装可移动位置的气溶胶灭火器，用于研究气溶胶灭火器不同位置在电缆沟火灾时的响应情况；
96.r8：在混凝土盖板的两端和中央三个位置安装位移计，用于测量电缆沟顶板的形变情况；
97.r9：在电缆沟一侧安装鼓风装置，用于研究不同纵向通风情况下对电缆沟顶板结构的影响。
98.需要说明的是，如仅需研究其中某部分功能，则不需启动全部组件，或者可以研究电缆沟盖板受到耦合因素的影响效果。以下为主要四种功能的算法，当然也可根据实际需求改变功能：
99.实施例2
100.用实施例1所述的电缆沟火灾盖板温度及结构稳定性测量系统，研究电缆沟内部温度及湿度对电缆沟火灾盖板结构影响的方法，包括以下步骤：
101.①
按照研究需求，布置电缆根数、间距以及高度，并确定电缆沟内腔尺寸；
102.②
设定电缆沟内的温度及湿度；
103.③
开始记录电子天平、应变片、热电偶以及位移计的数据；
104.④
通过丙烷燃烧器引燃电缆；
105.⑤
待电缆燃烧完全或顶板塌陷，停止记录；
106.⑥
分析电缆的燃烧速率、盖板的形变量以及盖板的温度场，为电缆沟消防设计提供参考。
107.实施例3
108.用实施例1所述的电缆沟火灾盖板温度及结构稳定性测量系统，研究不同重量荷载情况下，电缆沟火灾盖板结构变化的方法，包括以下步骤：
109.①
按照研究需求，布置电缆根数、间距以及高度，并确定电缆沟内腔尺寸；
110.②
设定电缆沟盖板上的荷载重量；
111.③
开始记录电子天平、应变片、热电偶以及位移计的数据；
112.④
通过丙烷燃烧器引燃电缆；
113.⑤
待电缆燃烧完全或顶板塌陷，停止记录；
114.⑥
分析电缆的燃烧速率、盖板的形变量以及盖板的温度场，为电缆沟消防设计提供参考。
115.实施例4
116.用实施例1所述的电缆沟火灾盖板温度及结构稳定性测量系统，研究不同气溶胶灭火剂位置对电缆沟火灾盖板结构影响的方法，包括以下步骤：
117.①
按照研究需求，布置电缆根数、间距以及高度，并确定电缆沟内腔尺寸；
118.②
在盖板支架上的某些位置安装气溶胶灭火器；
119.③
开始记录电子天平、应变片、热电偶以及位移计的数据；
120.④
通过丙烷燃烧器引燃电缆；
121.⑤
待电缆燃烧完全或顶板塌陷，停止记录；
122.⑥
分析电缆的燃烧速率、盖板的形变量以及盖板的温度场，为电缆沟消防设计提供参考。
123.实施例5
124.用实施例1所述的电缆沟火灾盖板温度及结构稳定性测量系统，研究纵向通风情况下电缆沟火灾盖板结构变化的方法，包括以下步骤：
125.①
按照研究需求，布置电缆根数、间距以及高度，并确定电缆沟内腔尺寸；
126.②
打开电缆沟内的鼓风装置，并设置一定的风速；
127.③
开始记录电子天平、应变片、热电偶以及位移计的数据；
128.④
通过丙烷燃烧器引燃电缆；
129.⑤
待电缆燃烧完全或顶板塌陷，停止记录；
130.⑥
分析电缆的燃烧速率、盖板的形变量以及盖板的温度场，为电缆沟消防设计提供参考。
131.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在
本发明的保护范围内。