專利名稱：一種地鐵站火災(zāi)實驗?zāi)M裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于火災(zāi)安全技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種地鐵站火災(zāi)實驗?zāi)M裝置，其用于對地鐵站火災(zāi)時煙氣的流動情況和煙氣控制系統(tǒng)進行模擬測試。
背景技術(shù)：
近年來越來越多的地鐵交通系統(tǒng)及其火災(zāi)安全問題引起人們的廣泛關(guān)注。我國北京、上海、廣州、深圳等大型城市目前都有多條線路投入運行，并正在繼續(xù)建設(shè)，杭州、重慶、沈陽、成都、合肥、哈爾濱等城市近些年來也均啟動了城市軌道交通建設(shè)項目。在地鐵交通系統(tǒng)的火災(zāi)問題中，地鐵站火災(zāi)及其煙氣控制、火災(zāi)探測及撲救都成為人們關(guān)心的焦點，因為地鐵站內(nèi)發(fā)生火災(zāi)后，人員在受限空間內(nèi)都會受到燃燒及燃燒產(chǎn)生的煙氣帶來的危害。 因此，研究地鐵站內(nèi)煙氣流動規(guī)律，發(fā)展其煙氣控制系統(tǒng)和探測與撲救系統(tǒng)對于保證地鐵交通系統(tǒng)的總體火災(zāi)安全很有必要。對于地鐵站內(nèi)煙氣流動規(guī)律，國內(nèi)外已有一些研究人員開展不同形式的實驗研究，他們分別根據(jù)特定地鐵系統(tǒng)的特點和某些預(yù)定的目的，開展了不同尺度的實驗研究。2003年大邱地鐵火災(zāi)后，韓國在地鐵火災(zāi)研究方面進行了大量的投入，其中必不可少的包括小尺寸實驗臺的建設(shè)。韓國建筑技術(shù)協(xié)會的Kim等人建立了 1:20的地鐵隧道模型來研究由列車運行造成的活塞風(fēng)。該實驗臺由一個39m長的通道、一個3m長、0. 225m高的列車模型及列車傳送裝置組成，通過控制電機轉(zhuǎn)速可使列車以不同速度運行，并可測量不同速度下長通道內(nèi)的壓力變化。仁川大學(xué)的Rie等人建立了一個1:40的模型實驗臺，主要用于研究地鐵站內(nèi)的機械排煙模式，但其選擇的相似比例過小，實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性有待商榷。美國國家消防協(xié)會的研究表明模擬尺寸模型中各方向上的尺度不小于0. 3m才能保證流動達到充分發(fā)展的湍流流動，確保流動的相似性。而當(dāng)今多數(shù)研究由于條件限制，模型尺度過小，無法精確的展開研究。隨著國內(nèi)地鐵建設(shè)的飛速發(fā)展，地鐵火災(zāi)防治已成為當(dāng)前研究的熱點問題，天津大學(xué)的那艷玲將鹽水模擬實驗引入地鐵站火災(zāi)研究中，采用1:50的相似比例，建造了尺寸為I. 8mX0. 4mX0. 17m、雙層帶自動扶梯結(jié)構(gòu)的小尺寸地鐵站鹽水模擬實驗臺。那艷玲在模擬尺寸實驗中考慮了排煙問題，模擬了列車起火和站臺起火兩種情況，比較分析了 CFD模擬與鹽水實驗得出的煙氣層無量綱高度、無量綱溫度和無量綱時間。但由于鹽水實驗忽略了壁面?zhèn)鳠岬挠绊?，所以鹽水實驗的煙氣層高度比CFD模擬值低，溫度比模擬值高。由于全尺寸火災(zāi)實驗需要調(diào)動大量的人力物力，經(jīng)濟耗費大，條件難以控制，且影響地鐵運營，因此全尺寸地鐵站實驗不易開展。而開展?jié)M足相似性理論的小尺寸實驗研究以揭示地鐵站內(nèi)火災(zāi)的煙氣流動規(guī)律，是一種較好的選擇。同時，小尺寸實驗具有易操控性、良好的可再現(xiàn)性以及測量結(jié)果的可信度高等優(yōu)點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種小尺寸地鐵站火災(zāi)實驗臺，能夠在實驗室模擬地鐵站火災(zāi)燃燒情況，研究地鐵站火災(zāi)時的煙氣流動規(guī)律，發(fā)展合適的煙氣控制系統(tǒng)。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種地鐵站火災(zāi)實驗?zāi)M裝置，包括實驗臺主體、通風(fēng)系統(tǒng)以及配套測控系統(tǒng)；所述實驗臺主體，包括與實際地鐵站斷面尺寸成一定比例的單一地鐵站構(gòu)造，實驗臺框架采用角鋼搭建，實驗臺主體頂棚和底板由防火板(石膏)構(gòu)成，防火板與角鋼之間作密封處理；地鐵站豎向一側(cè)由防火板構(gòu)成，另一側(cè)由鋼化玻璃構(gòu)成，方便觀察地鐵站內(nèi)部實驗過程和現(xiàn)象；實驗臺內(nèi)部橫向中間設(shè)置了軌道，方便模擬火源位置的移動；實驗臺端部是采用防火玻璃制成的雙開式推拉門，可以在實驗中改變通風(fēng)口大小和觀察煙氣流動；所述通風(fēng)系統(tǒng)，包括實驗臺主體頂部設(shè)置排煙(送風(fēng))管道，管道與風(fēng) 機相連；風(fēng)機的轉(zhuǎn)速通過變頻控制器實現(xiàn)控制，排煙口風(fēng)速與風(fēng)機頻率之間存在線性關(guān)系；管道內(nèi)設(shè)置自動控制閥，可控制管道開閉；所述配套測控系統(tǒng)，包括煙氣溫度測量系統(tǒng)、煙氣成分量系統(tǒng)、風(fēng)速測量系統(tǒng)、煙氣流場顯示系統(tǒng)；煙氣溫度測量系統(tǒng)包括三串豎向熱電偶、一串橫向熱電偶、10個可根據(jù)實驗需求任意調(diào)整位置的鎧裝熱電偶及與其電信號連接的數(shù)據(jù)處理裝置；煙氣成分測量系統(tǒng)包括布置于實驗臺內(nèi)的電化學(xué)氣體成分測量探點及與其電信號連接的數(shù)據(jù)處理裝置；風(fēng)速測量系統(tǒng)包括布置于實驗臺內(nèi)部的高溫風(fēng)速探點陣列及與其電信號連接的數(shù)據(jù)處理裝置；煙氣流場顯示系統(tǒng)包括布置于實驗臺右側(cè)開口的激光片光源及對煙氣流場進行記錄的攝像機。上述實驗?zāi)M裝置的實驗燃料可置于實驗臺內(nèi)底板任一位置。上述實驗?zāi)M裝置的在實際地鐵站的結(jié)構(gòu)下做了必要的簡化，主要省略了地鐵站頂部的設(shè)備空間并將地鐵站豎向界面簡化為矩形。上述實驗?zāi)M裝置的模擬火源可采用甲醇油池火，利用陰燃的香炷產(chǎn)生的煙氣模擬火災(zāi)煙氣，香炷與甲醇油盤保持一定距離，不致被引燃，實驗時，先點燃香炷使其發(fā)生陰燃，然后點燃甲醇，甲醇燃燒時卷吸空氣，產(chǎn)生的浮力作用驅(qū)使香炷陰燃煙氣在實驗臺內(nèi)流動，即可較為清晰地模擬火災(zāi)煙氣在地鐵站內(nèi)的蔓延情況。上述實驗?zāi)M裝置的模擬火源也可采用液化石油氣、正庚烷或者木垛等標(biāo)準(zhǔn)燃料模擬實際可燃物。本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果為(I)、本發(fā)明在安全性和環(huán)境友好方面，采用甲醇油池火作為火源，燃燒充分完全，產(chǎn)物清潔；同時，利用陰燃的香炷產(chǎn)生的煙氣模擬火災(zāi)煙氣，環(huán)境友好，無污染，對人體無不良刺激；(2)、本發(fā)明在煙氣運動模擬實驗效果方面，實驗臺可以完整的模擬真實地鐵站內(nèi)可燃物燃燒產(chǎn)生煙氣的流動狀態(tài)，并能通過鋼化玻璃清晰地監(jiān)測到實驗過程和現(xiàn)象；(3)、本發(fā)明在實驗測量系統(tǒng)方面，先進完備的測溫系統(tǒng)、成分測量系統(tǒng)、速度測量系統(tǒng)和煙氣流場顯示系統(tǒng)等可以對煙氣流動參數(shù)和煙控效果進行全方位的觀測和研究；(4)、本發(fā)明在實驗成本方面，本小尺寸實驗臺相比大尺寸的實驗臺耗費少，可重復(fù)性強，操作方便，同時與計算機模擬方法相比準(zhǔn)確性高；(5)、本發(fā)明在實驗操作方面，本小尺寸實驗臺操作方便，通風(fēng)系統(tǒng)使用靈活，實驗臺左右兩側(cè)開口的大小可任意調(diào)節(jié)。
因此，本實驗裝置是專門對地鐵站火災(zāi)時熱釋放速率、煙氣運動、火災(zāi)探測及撲救等進行全面系統(tǒng)研究的小尺寸實驗臺。在前人實驗基礎(chǔ)上克服了全尺寸實驗代價高昂和數(shù)值模擬工具不夠精確的特點，又保證了實驗的可重復(fù)性，對于開展實驗室科學(xué)研究和實際地鐵站煙氣控制、排煙效果、探測與撲救系統(tǒng)模擬測試都有很大的應(yīng)用價值和重要的指導(dǎo)意義。


圖I為本發(fā)明所述地鐵站火災(zāi)實驗臺一種實施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明所述地鐵站火災(zāi)實驗臺一種實施例的A-A剖面示意圖；圖3為實驗臺一次實驗測點布置平面圖。圖中標(biāo)號1_風(fēng)機；2_通風(fēng)管道；3-自動控制閥；4_左端開口 ；5_實驗臺主體；
6-燃料及火源；7_右端開口 ；8_站廳層；9_豎向溫度探點串；10-橫向溫度探點串；11_煙氣成分探點串；12-攝像機；13-激光片光源；14-煙氣速度探點串；15-煙氣。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖，通過實施例對本發(fā)明作進一步地說明。參見圖1，地鐵站火災(zāi)實驗臺主體5包括由防火板構(gòu)成的一側(cè)壁、頂棚、底板，和由玻璃構(gòu)成另一側(cè)壁，頂棚上方設(shè)置可自由開閉通風(fēng)管道2，實驗臺主體5內(nèi)設(shè)燃料及火源
6,實驗臺主體5左端和右端開口的大小可調(diào)。實驗臺主體5長7. 5m,內(nèi)部高度為0. 6m,寬度I. 5m，實驗臺主體5與站廳層8在需要時可設(shè)置樓梯口連接。實驗臺主體5使用角鋼作為支撐骨架。參見圖2，燃料及火源6兩側(cè)布置可移動的豎向溫度探點串9，煙氣成分探點串11和煙氣速度探點串14。激光片光源13用來顯示煙氣流場，攝像機12記錄實驗過程和現(xiàn)象。實驗臺主體5頂棚下方設(shè)置橫向溫度探點串10。參見圖3，燃料及火源6布置在地鐵站實驗臺內(nèi)縱向中心線上，點燃燃料后，車站內(nèi)產(chǎn)生高溫火災(zāi)煙氣15。實驗中通過激光片光源13可清楚的觀察到煙氣15在地鐵站實驗臺內(nèi)的流動狀況并用攝像機12清晰地記錄。通過豎向溫度探點串9和橫向溫度探點串10測量站內(nèi)煙氣15的溫度場，通過煙氣速度探點串14記錄煙氣速度，通過煙氣成分探點串11記錄煙氣中的一氧化碳等成分的濃度。本發(fā)明未詳細(xì)闡述的部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種地鐵站火災(zāi)實驗?zāi)M裝置，其特征在于包括實驗臺主體(5)、通風(fēng)系統(tǒng)以及配套測控系統(tǒng)； 所述實驗臺主體(5)，包括與實際地鐵站斷面尺寸成一定比例的單一地鐵站構(gòu)造，實驗臺框架采用角鋼搭建，實驗臺主體頂棚和底板由防火板構(gòu)成，防火板與角鋼之間作密封處理；地鐵站豎向一側(cè)由防火板構(gòu)成，另一側(cè)由鋼化玻璃構(gòu)成，方便觀察地鐵站內(nèi)部實驗過程和現(xiàn)象；實驗臺內(nèi)部橫向中間設(shè)置了軌道，方便模擬火源位置的移動；實驗臺端部是采用防火玻璃制成的雙開式推拉門，可以在實驗中改變通風(fēng)口大小和觀察煙氣流動； 所述通風(fēng)系統(tǒng)，包括實驗臺主體頂部設(shè)置通風(fēng)管道(2 )，通風(fēng)管道(2 )與風(fēng)機(I)相連；風(fēng)機(I)的轉(zhuǎn)速通過變頻控制器實現(xiàn)控制，排煙口風(fēng)速與風(fēng)機頻率之間存在線性關(guān)系；通風(fēng)管道(2)內(nèi)設(shè)置自動控制閥(3)，可控制通風(fēng)管道(2)開閉； 所述配套測控系統(tǒng)，包括煙氣溫度測量系統(tǒng)、煙氣成分量系統(tǒng)、風(fēng)速測量系統(tǒng)、煙氣流場顯示系統(tǒng)；該煙氣溫度測量系統(tǒng)包括三串豎向熱電偶、一串橫向熱電偶、10個可根據(jù)實驗需求任意調(diào)整位置的鎧裝熱電偶及與其電信號連接的數(shù)據(jù)處理裝置；該煙氣成分測量系 統(tǒng)包括布置于實驗臺內(nèi)的電化學(xué)氣體成分測量探點及與其電信號連接的數(shù)據(jù)處理裝置；該風(fēng)速測量系統(tǒng)包括布置于實驗臺內(nèi)部的高溫風(fēng)速探點陣列及與其電信號連接的數(shù)據(jù)處理裝置；該煙氣流場顯示系統(tǒng)包括布置于實驗臺右側(cè)開口的激光片光源及對煙氣流場進行記錄的攝像機。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的地鐵站火災(zāi)實驗?zāi)M裝置，其特征在于所述的防火板為石膏板。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的地鐵站火災(zāi)實驗?zāi)M裝置，其特征在于實驗燃料可置于實驗?zāi)M裝置內(nèi)上述底板任一位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的地鐵站火災(zāi)實驗?zāi)M裝置，其特征在于該實驗?zāi)M裝置在實際地鐵站的結(jié)構(gòu)下省略了地鐵站頂部的設(shè)備空間并將地鐵站豎向界面簡化為矩形。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的地鐵站火災(zāi)實驗?zāi)M裝置，其特征在于該實驗?zāi)M裝置的模擬火源可采用甲醇油池火，并利用陰燃的香炷產(chǎn)生的煙氣模擬火災(zāi)煙氣，香炷與甲醇油盤保持一定距離，不致被引燃，實驗時，先點燃香炷使其發(fā)生陰燃，然后點燃甲醇，甲醇燃燒時卷吸空氣，產(chǎn)生的浮力作用驅(qū)使香炷陰燃煙氣在實驗臺內(nèi)流動，即可較為清晰地模擬火災(zāi)煙氣在地鐵站內(nèi)的曼延情況。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的地鐵站火災(zāi)實驗?zāi)M裝置，其特征在于該實驗?zāi)M裝置的模擬火源也可采用液化石油氣、正庚烷或者木垛等標(biāo)準(zhǔn)燃料模擬實際可燃物。
全文摘要
本發(fā)明提供一種地鐵站火災(zāi)實驗?zāi)M裝置，包括實驗臺主體、通風(fēng)系統(tǒng)以及配套測控系統(tǒng)；該模擬裝置是專門對地鐵站火災(zāi)時熱釋放速率、煙氣運動、火災(zāi)探測及撲救等進行全面系統(tǒng)研究的小尺寸實驗臺，在前人實驗基礎(chǔ)上克服了全尺寸實驗代價高昂和數(shù)值模擬工具不夠精確的特點，又保證了實驗的可重復(fù)性，對于開展實驗室科學(xué)研究和實際地鐵站煙氣控制、排煙效果、探測與撲救系統(tǒng)模擬測試都有很大的應(yīng)用價值和重要的指導(dǎo)意義。
文檔編號G09B9/00GK102750848SQ20121018913
公開日2012年10月24日 申請日期2012年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月8日
發(fā)明者張英, 李元洲, 王浩波, 紀(jì)杰, 鐘委, 霍然 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)