一种航空模拟灭火与阻燃试验装置及试验方法与流程

1.本发明涉及属于输电线路山火防治技术领域，具体涉及一种航空模拟灭火与阻燃试验装置及试验方法。


背景技术：

2.近年来，受持续干旱天气以及输电线路附近居民生产生活的影响，输电线路走廊内山火事故频发，严重威胁了电网的安全稳定运行。
3.采用直升机灭火可以不受地面道路堵塞等外部条件限制，能快速到达火场进行灭火。但是输电线路山火现场环境复杂，航空灭火的灭火水剂依靠飞行员的经验，但是现场风速、火场烟羽流速度以及火场温度等因素对灭火水剂的精准度存在较大的影响，低精准度灭火浪费了大量的灭火水剂。同时，输电线路山火现场温度高，灭火水剂在下落过程中蒸发量达到60％-80％，因此开展输电线路山火航空灭火评估，必须要测量高空喷洒灭火水剂时的蒸发量。高空喷洒灭火水剂时，灭火水剂受环境风、喷洒高度、喷洒速度等多因素影响，这些因素决定了灭火水剂的覆盖宽度、覆盖长度、覆盖区域灭火水剂的深度及分布均匀性等决定着灭火效果的关键参数。目前，尚未有支撑获得上述关键参数的试验装置，从而直升机高空喷洒灭火效果差。
4.对于大型火灾，当现场灭火人员力量不足，难以一次性将山火扑灭时，需要将山火灾害分而治之，采取先将火灾的某一个蔓延方向的火焰前锋喷洒灭火水剂，提高喷洒区域的阻燃性能。当火焰蔓延至喷洒了灭火水剂区域时，山火的强度会下降至未喷洒灭火水剂的几十分之一，这对于扑救山火灾害形成十分有利的作用。同时，由于灭火水剂在直接喷洒火场时，由于火场温度高，灭火水剂蒸发量大，利用率低至20％。当灭火水剂喷洒至未燃烧区域时，利用率可以达到近100％。然而，对于灭火水剂的喷洒量的确定尚未有数据支撑，盲目喷洒灭火水剂阻燃，当灭火水剂喷洒剂量少，则效果差，不能有效防火；灭火剂喷洒量大，则浪费高，资源利用率下降。
5.通过在直升机上搭载灭火装置开展试验，可以获得上述参数。但是试验采集的参数数量多、时间长，需要近地测量与飞行、试验条件苛刻，采用直升机搭载喷洒装置需要长期占用直升机，试验成本高、安全风险大。
6.该航空模拟灭火与阻燃试验装置需要解决以下问题：
7.(1)获得不同条件下(如改变航空灭火装置的环境参数、喷洒参数与飞行姿态参数)输电线路山火航空喷洒的试验效果；
8.(2)采集灭火水剂在地面的分布状况，根据采集的分布状况，计算灭火水剂的深度分布，判断高效灭火区域、有效灭火区域和无效灭火区域；
9.(3)喷洒不同配比、不同配方的灭火水剂在可燃物上后，开展山火强度测量，对比高空喷洒灭火水剂的阻燃性能。
10.若要解决上述问题，需要开发一种航空模拟灭火与阻燃试验装置。该装置可以模拟输电线路山火灭火直升机的灭火和飞行姿态，开展各类航空灭火与阻燃试验，获得最佳
灭火与阻燃参数，为航空灭火装置的开发与设计提供数据基础。


技术实现要素：

11.本发明目的在于提供一种航空模拟灭火与阻燃试验装置及试验方法，从而解决上述问题。
12.为实现上述目的，本发明首先公开了一种航空模拟灭火与阻燃试验装置，包括电源及控制系统和与所述电源及控制系统连接的高空喷洒系统、姿态调整系统、山火模拟系统、测量系统以及辅助系统，所述高空喷洒系统安装在所述姿态调整系统上，所述山火模拟系统设置在所述高空喷洒系统的下方，所述辅助系统与所述高空喷洒系统连接，所述测量系统与所述高空喷洒系统、姿态调整系统和山火模拟系统连接。
13.进一步的，所述高空喷洒系统包括水箱、灭火水枪和水泵，所述水泵和灭火水枪分别设置在所述水箱内外，所述灭火水枪和水泵通过输水管路连接。
14.进一步的，所述姿态调整系统包括基座、升降部分和传送部分，所述高空喷洒系统安装在所述传送部分上，所述传送部分安装在所述升降部分上，所述升降部分安装在所述基座上。
15.进一步的，所述升降部分包括可伸缩液压钢管、高度传感器和液压装置，所述液压装置和所述可伸缩液压钢管连接，所述可伸缩液压钢管的伸缩端通过铰链连接形成用于传送部分安装的升降架，所述高度传感器设置为测量所述升降架的伸缩高度。
16.进一步的，所述传送部分包括水箱支撑杆、电机、转盘、传送带、缓冲弹簧、轴承和滑轮，所述水箱支撑杆固接在所述升降部分上，所述轴承固接在所述水箱上且与所述水箱支撑杆滑接，所述传送带的两端分别连接转盘，该传送带的中部与所述水箱连接，所述转盘与所述电机传动连接以驱动所述水箱往复运动，所述缓冲弹簧设置在所述水箱的侧面。
17.进一步的，所述山火模拟系统包括试验台和用于铺盖在试验台上以熄灭火焰的氧气隔离盖，所述试验台设置有多个燃料容器和储液容器，所述燃料容器和储液容器在长度或宽度方向交替间隔排列。
18.进一步的，所述辅助系统包括地面水囊、给水泵、补水水枪和消防水带，所述地面水囊通过所述消防水带与消防栓连接，所述给水泵的一端通过所述消防水带与所述地面水囊连接，另一端通过所述消防水带与所述补水水枪连接；所述测量系统包括用于模拟风力的轴流风机、用于测量模拟山火的红外成像仪和热流辐射计、用于测量水箱滑动速度的速度传感器、用于测量水箱内液位的水箱液位计以及安装在基座下方的称重传感器。
19.然后本发明公开了一种航空模拟灭火与阻燃试验方法，包括上述任一所述的航空模拟灭火与阻燃试验装置，包括如下步骤：
20.1)在地面水囊内按照一定比例混合好灭火水剂，给水泵将水箱充满该比例的灭火水剂；
21.2)启动轴流风机至一定档位，测量并记录距离基座最近的侧壁处风速与风向；
22.3)点燃山火模拟系统内布置的尺寸的矩形面积可燃物，待模拟山火燃烧稳定后，测量并记录灭火前模拟山火的火焰强度；
23.4)启动水箱的阀门，水箱开始高空喷洒灭火剂；
24.5)迅速启动电机至一定转速，带动水箱相对应的滑动速度前进；
25.6)当水箱达到对端时关闭启动端的电机，启动到达端的电机，带动水箱相对应的滑动速度往启动端前进；
26.7)观察水箱阀门出口，当水箱的阀门流量为0时，关闭水箱的阀门和电机；
27.8)观察模拟山火的状态，当模拟山火没有明火时，关闭水箱的阀门和电机；
28.9)记录水箱的移动轨迹、喷洒时间以及模拟山火在各时间段的强度；
29.10)改变灭火剂配方、灭火剂配比、轴流风机产生的风速大小、水箱滑动速度，重复步骤1)-9)，获得在不同条件下的高空喷洒效率。
30.然后本发明公开了一种航空模拟灭火与阻燃试验方法，包括上述任一所述的航空模拟灭火与阻燃试验装置，包括如下步骤：
31.1)在地面水囊内按照一定比例混合好灭火水剂，给水泵将水箱充满该比例的灭火水剂；
32.2)启动轴流风机至一定档位，测量并记录距离基座最近的侧壁处风速与风向；
33.3)将燃料容器内放置一定量的酒精或汽油，点火预燃，测量并记录气体火焰强度；
34.4)启动电机至一定转速，带动水箱相对应的滑动速度前进；
35.5)迅速启动水箱的阀门，水箱开始高空喷洒灭火剂；
36.6)当水箱达到对端时关闭启动端电机；
37.7)记录每一个储液容器内的灭火水剂重量，换算到灭火水剂的体积和单位面积内灭火水剂深度；
38.8)改变灭火剂配方、灭火剂配比、轴流风机产生的风速大小、水箱滑动速度，重复步骤1)-7)，获得在山火高温条件下的灭火水剂的蒸发量。
39.然后本发明公开了一种航空模拟灭火与阻燃试验方法，包括上述任一所述的航空模拟灭火与阻燃试验装置，包括如下步骤：
40.1)在试验台上按照标准要求摆放木垛；
41.2)在地面水囊内按照一定比例混合好灭火水剂，给水泵将水箱充满该比例的灭火水剂；
42.3)启动电机至一定转速，带动水箱相对应的滑动速度前进；
43.4)迅速启动水箱的阀门，水箱开始高空喷洒灭火剂；
44.5)当水箱达到对端时关闭启动端的电机；
45.6)在木垛下方摆放汽油引燃，记录木垛点燃至燃尽过程中的模拟山火强度；
46.7)改变灭火剂配方、灭火剂配比、水箱滑动速度，重复步骤1)-6)，获得在不同条件下喷洒灭火水剂的对可燃物的阻燃效果。
47.与现有技术相比，本发明的优点在于：
48.本发明能可靠模拟改变航空灭火装置的环境参数、喷洒参数与飞行姿态对灭火水剂喷洒效果的影响，可获得灭火水剂的深度分布；可模拟高空喷洒不同配比、不同配方的灭火水剂在可燃物上后，对比获得高空喷洒灭火水剂的阻燃性能，为指导现场山火直升机高空喷洒灭火提供理论指导和依据。
49.下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
50.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
51.图1为本发明实施例公开的航空模拟灭火与阻燃试验装置的结构示意图。
52.图例说明：
53.1、试验台；2、基座；3、红外成像仪；4、铰链；5、速度传感器；6、传动带；7、灭火水枪；8、缓冲弹簧；9、水箱；10、水泵；11、水箱液位计；12、轴承；13、水箱支撑杆；14、高度传感器；15、滑轮；16、电机；17、可伸缩液压钢管；18、补水水枪；19、转盘；20、热流辐射计；21、轴流风机；22、消防水带；23、地面水囊；24、给水泵；25、储液容器；26、燃料容器；27、称重传感器；28、安装架。
具体实施方式
54.以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
55.如图1所示，本发明实施例公开了一种航空模拟灭火与阻燃试验装置，包括电源及控制系统和与电源及控制系统连接的高空喷洒系统、姿态调整系统、山火模拟系统、测量系统以及辅助系统，高空喷洒系统安装在姿态调整系统上，山火模拟系统设置在高空喷洒系统的下方，辅助系统与高空喷洒系统连接，测量系统与高空喷洒系统、姿态调整系统和山火模拟系统连接。其中，电源及控制系统中的电源采用市售电源盘，满足功率要求即可；而电源及控制系统中的控制系统采用普通的继电器开断，满足阀门开闭、水泵10启停、液压杆升降；采用市售变频器atv600控制电机16转速以控制水箱9的速度。
56.在本实施例中，高空喷洒系统包括安装在安装架28上的水箱9、灭火水枪7和水泵10，安装架28通过多杆之间的铰链4铰接成框架结构，水泵10和灭火水枪7分别设置在水箱9内外，灭火水枪7和水泵10通过输水管路连接。其中，水箱9采用市售simplex310-002，载液容量达1.2吨，内置输水管道、阀门；当采用灭火水枪7喷洒试验时，水泵10选用dqz400l，流量240-320l/min。
57.在本实施例中，姿态调整系统包括基座2、升降部分和传送部分，高空喷洒系统安装在传送部分上，通过传送部分驱动高空喷洒系统左右移动，传送部分安装在升降部分上，从而控制高空喷洒系统的喷洒高度，升降部分安装在基座上。
58.在本实施例中，为了实现水箱9的升降功能，升降部分包括可伸缩液压钢管17、高度传感器14和液压装置，高度传感器14采用采用市售sm-m型拉绳位移传感器，获得位移差即高度差，液压装置和可伸缩液压钢管17连接，从而驱动可伸缩液压钢管17上下位移，可伸缩液压钢管17的伸缩端通过铰链4连接用于传送部分安装的升降架28，高度传感器14设置为测量升降架28的伸缩高度。
59.在本实施例中，传送部分包括水箱支撑杆13、电机16、转盘19、传送带6、缓冲弹簧8、轴承12和滑轮15，、转盘19和电机16左右设置两组，水箱支撑杆13固接在升降部分上，轴承12固接在水箱9上且与水箱支撑杆13滑接，传送带6的两端分别连接转盘19，该传送带6的中部与水箱9连接，转盘19与电机16传动连接以驱动水箱9往复运动，缓冲弹簧8设置在水箱9的侧面，从而减轻水箱9运动到端部的碰撞损坏，防止当启动端的电机16动作时，到达端的
电机16关闭，通过传送带6拉动水箱向启动端运动；而当到达端的电机16动作时，启动端的电机16关闭，通过传送带6拉动水箱向到达端运动。
60.在本实施例中，山火模拟系统包括试验台1和用于铺盖在试验台1上以熄灭火焰的氧气隔离盖，其中，氧气隔离盖可以选用一块可以覆盖试验台底面的防火毯即可，主要作用是铺盖在上面熄灭火焰。用于减少喷洒完毕后因燃料继续燃烧导致灭火水剂快速蒸发，从而影响灭火水剂的测量厚度。试验台1设置有多个燃料容器26和储液容器25，燃料容器26和储液容器25在长度或宽度方向交替间隔排列，储液容器25采用市售普通玻璃杯，储液容器高度不超过10cm，直径不低于20cm，避免因水量过高导致容器倾翻。
61.在本实施例中，辅助系统包括地面水囊23、给水泵24、补水水枪18和消防水带22，地面水囊23通过消防水带22与消防栓连接，给水泵24的一端通过消防水带22与地面水囊23连接，另一端通过消防水带22与补水水枪18连接；测量系统包括用于模拟风力的轴流风机21、用于测量模拟山火的红外成像仪3和热流辐射计20、用于测量水箱9滑动速度的速度传感器5、用于测量水箱9内液位的水箱液位计11以及安装在基座2下方的称重传感器27。其中，水箱液位计11采用市售gy-6906液位计，测量精度不低于
±
5mm；秒表采用市售普通秒表，时间精度不低于0.5s；速度传感器5采用市售1921测速仪，测速范围应包括16-150公里/小时区间；红外热成像仪3采用市售lb-109红外热成像仪；山火强度采用市售热流辐射计20的型号为mr-5，量程：0-10kw/m2；称重传感器27采用市售ics-(100-2000)l型号。
62.通过测量系统可以测量：(1)高空喷洒系统的水箱水量、喷洒流量、喷洒时间等状态参数；(2)高空喷洒系统姿态调整系统高度、前进速度、倾斜角度、俯仰角度等状态参数；(3)山火模拟系统的温度、羽流速度、火场面积、有效喷洒面积、喷洒灭火水剂深度、重量等参数。
63.其中，储液容器25位于地面，用于盛装灭火水剂流经火场后到达地面的灭火水剂，利用称重传感器27测量喷洒前后的重量差除以储液容器25的开口面积计算得到灭火水剂的厚度；水箱液位计11安装于水箱9内部，用于测量水箱9内灭火水剂的高度，并根据水箱9内灭火水剂的高度获得水箱内剩余灭火水剂的量s2；地面测量人员利用秒表测量喷洒灭火水剂的时间t；利用水箱9满载时的灭火水剂计量s0减去水箱9内剩余灭火水剂的量s2获得t时间内流出的灭火剂量。高度传感器14获得安装架28升高高度δh；利用升高高度δh与安装架28宽度l之比获得水箱的倾斜角。地面测量人员利用红外热成像仪3测量火场的平均温度，利用热流辐射计20实时测量火场的强度。
64.然后本发明公开了一种航空模拟灭火与阻燃试验方法，包括上述任一的航空模拟灭火与阻燃试验装置，包括如下步骤：
65.1)在地面水囊23内按照一定比例混合好灭火水剂，给水泵24将水箱充满该比例的灭火水剂；
66.2)启动轴流风机21至一定档位，测量并记录距离基座2最近的侧壁处风速与风向；
67.3)点燃山火模拟系统内布置的尺寸的矩形面积可燃物，待模拟山火燃烧稳定后，测量并记录灭火前模拟山火的火焰强度；
68.4)启动水箱9的阀门，水箱9开始高空喷洒灭火剂；
69.5)迅速启动电机16至一定转速，带动水箱9相对应的滑动速度前进；
70.6)当水箱9达到对端时关闭启动端电机16，启动到达端电机16，带动水箱9相对应
的滑动速度往启动端前进；
71.7)观察水箱9的阀门出口，当水箱9的阀门流量为0时，关闭水箱9的阀门和电机16；
72.8)观察模拟山火的状态，当模拟山火没有明火时，关闭水箱9的阀门和电机16；
73.9)记录水箱9的移动轨迹、喷洒时间以及模拟山火在各时间段的强度；
74.10)改变灭火剂配方、灭火剂配比、轴流风机21产生的风速大小、水箱9滑动速度，重复步骤1)-9)，获得在不同条件下的高空喷洒效率。
75.然后本发明公开了一种航空模拟灭火与阻燃试验方法，包括上述任一的航空模拟灭火与阻燃试验装置，包括如下步骤：
76.1)在地面水囊23内按照一定比例混合好灭火水剂，给水泵24将水箱9充满该比例的灭火水剂；
77.2)启动轴流风机21至一定档位，测量并记录距离基座2最近的侧壁处风速与风向；
78.3)将燃料容器26内放置一定量的酒精或汽油，点火预燃，通常预燃2分钟，测量并记录气体火焰强度；
79.4)启动电机16至一定转速，带动水箱9相对应的滑动速度前进；
80.5)迅速启动水箱9的阀门，水箱9开始高空喷洒灭火剂；
81.6)当水箱9达到对端时关闭启动端的电机16；
82.7)记录每一个储液容器25内的灭火水剂重量，换算到灭火水剂的体积和单位面积内灭火水剂深度；
83.8)改变灭火剂配方、灭火剂配比、轴流风机21产生的风速大小、水箱9滑动速度，重复步骤1)-7)，获得在山火高温条件下的灭火水剂的蒸发量。
84.然后本发明公开了一种航空模拟灭火与阻燃试验方法，包括上述任一的航空模拟灭火与阻燃试验装置，包括如下步骤：
85.1)在试验台1上按照标准要求摆放木垛；
86.2)在地面水囊23内按照一定比例混合好灭火水剂，给水泵24将水箱9充满该比例的灭火水剂；
87.3)启动电机16至一定转速，带动水箱9相对应的滑动速度前进；
88.4)迅速启动水箱9的阀门，水箱9开始高空喷洒灭火剂；
89.5)当水箱9达到对端时关闭启动端的电机16；
90.6)在木垛下方摆放汽油引燃，记录木垛点燃至燃尽过程中的模拟山火强度；
91.7)改变灭火剂配方、灭火剂配比、水箱9滑动速度，重复步骤1)-6)，获得在不同条件下喷洒灭火水剂的对可燃物的阻燃效果。
92.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。