一种线型热烟装置及试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种线型热烟装置及试验方法，包括火源模拟系统、烟气生成系统、输气管；火源模拟系统生成火源，烟气生成系统生成烟气，输气管将各工作部件连接在一起，调整火源模拟系统中燃料与助燃剂的配比，改变火源燃烧的状态，调整烟气的流率以满足试验对烟气流率的要求，从而模拟出实际燃烧过程的三阶段：燃料控制阶段、过渡阶段、氧气控制阶段。试验方法包括火灾场景设定，控制系数的确定，计算对应燃料、助燃剂流率，调整火源模拟系统，使二者配比达到试验要求，计算烟气流率，并通过烟气生成系统，使烟气流率达到试验要求。本发明专利技术的优点是：能够实现对火源燃烧三阶段(燃料控制阶段、过渡阶段和氧气控制阶段)的全面模拟。

A linear hot smoke device and its test method

The invention discloses a linear hot smoke device and test method, including a fire source simulation system, a smoke generation system and a gas pipeline; a fire source simulation system generates a fire source, a smoke generation system generates a smoke, a gas pipeline connects various working parts, adjusts the proportion of fuel and combustion aids in the fire source simulation system, and changes the fire source. Combustion state, flue gas flow rate adjustment to meet the experimental requirements of flue gas flow rate, thus simulating the actual combustion process of three stages: fuel control stage, transition stage, oxygen control stage. The test methods include setting fire scene, determining control coefficient, calculating the corresponding fuel and combustion-supporting agent flow rate, adjusting the fire source simulation system, so that the ratio of the two can meet the test requirements, calculating the smoke rate, and through the smoke generation system, the smoke rate can reach the test requirements. The invention has the advantages that the full simulation of the three stages of fire source combustion (fuel control stage, transition stage and oxygen control stage) can be realized.

【技术实现步骤摘要】
一种线型热烟装置及试验方法
本专利技术涉及电气火灾领域，具体涉及一种线型热烟装置及试验方法。
技术介绍
电缆沟、电缆隧道以及电气竖井等电力场所，其火灾风险随着投入运行年限的增加逐渐累积，一旦因绝缘老化、过载、接触不良、外力破坏等问题发生火灾，轻则导致设备损坏，重则烧毁变配电设备造成大面积停电，严重影响电网安全和社会正常供电。近年来，我国电气火灾在社会火灾中已占30％左右，相关火灾所造成的损失非常严重，社会负面影响极大。因而开展电力场所火灾模拟试验，研究电力场所火灾危险性和火灾发展规律相当迫切。电力场所火灾模拟研究的一种重要手段是进行热烟测试试验，目前热烟测试试验主要是基于澳大利亚热烟测试标准AS4391-1999，该模拟火源采用95％的工业甲醇作为燃料，利用矩形油盘外使用水浴保证火源功率稳定。该装置明显存在以下缺点：(1)液态燃料甲醇池火的功率由甲醇质量和油池面积决定，无法实现火源功率的连续调节，也无法实现火源燃烧过程三阶段(燃料控制阶段、过渡阶段和氧气控制阶段)的控制。(2)配套发烟炉将烟饼燃烧产生烟气经过管道导入火羽流中，烟气的释放速率无法控制，因而无法与模拟火灾场景、火灾规模相匹配，这严重影响模拟试验中对试验场景顶棚烟气温度等参数的测量准确性，同时发烟炉笨重，移动不便。公开号为CN101474467A的专利技术专利采用液化石油气作为燃料，利用燃料控制器出口压力代表火源功率，能够实现燃料控制阶段火源功率的连续调节。但燃烧进入过渡阶段和氧气控制阶段时，燃料无法充分燃烧，必须考虑燃料的转化率来计算火源功率，因而该模拟火源无法模拟燃烧过程的过渡阶段和氧气控制阶段，只适用于建筑大空间等空气供应在燃烧过程始终充足的场景；同时该专利配套使用的发烟机构利用发烟托盘上散装的烟饼或烟幕弹模拟烟气仍无法控制烟气的释放速率。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：现有技术中无法全面模拟火源燃烧过程三阶段(燃料控制阶段、过渡阶段和氧气控制阶段)的问题。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种线型热烟装置，包括火源模拟系统、烟气生成系统、输气管。所述火源模拟系统包括燃料供应单元、助燃剂供应单元、流量控制单元、火源生成单元；燃料供应单元通过输气管与其对应的流量控制单元连接，助燃剂供应单元通过输气管与其对应的流量控制单元连接，从两个流量控制单元引出的两道气路通过三通汇合在一起之后与火源生成单元连通。所述火源生成单元包括供气管、气体整流段、火源出口，所述供气管设置在火源生成单元的下部，气体整流段设置在火源生成单元的中部，火源出口设置在火源生成单元的上部。供气管与输气管连通，供气管上设置有气口，气口朝向火源出口。所述气体整流段包括一级整流层、二级整流层、三级整流层，一级整流层位于气体整流段的下层，一级整流层中填充有大粒径石英砂，二级整流层位于气体整流段的中层，二级整流层为锰钢合金筛网，三级整流层位于气体整流段的上层，三级整流层中填充有小粒径石英砂。所述烟气生成系统包括烟气生成单元、进气流量控制单元、烟羽流量控制单元、烟气释放单元、压力平衡阀、尾气处理水池，从助燃剂供应单元引出的输气管连接至进气流量控制单元的入口，进气流量控制单元的出口通向烟气生成单元，烟气生成单元通过输气管连接至烟羽流量控制单元的入口，烟羽流量控制单元的出口通过输气管与烟气释放单元连通。所述烟气生成单元包括发烟箱、烟饼、点火装置，所述烟饼、点火装置均置于发烟箱中，且烟饼与点火装置接触，来自进气流量控制单元的输气管伸入烟饼中。所述烟气生成单元通过输气管与尾气处理水池连通，压力平衡阀安装在烟气生成单元与尾气处理水池之间的输气管上。优化的，所述火源模拟系统还包括减压单元，减压单元安装在燃料供应单元与流量控制单元或助燃剂供应单元与流量控制单元之间的输气管上。优化的，所述火源模拟系统还包括压力测量单元，压力测量单元安装在燃料供应单元与流量控制单元或助燃剂供应单元与流量控制单元之间的输气管上。优化的，所述火源模拟系统还包括稳压阀，稳压阀安装在燃料供应单元与流量控制单元或助燃剂供应单元与流量控制单元之间的输气管上。优化的，所述火源模拟系统还包括稳流阀，稳流阀安装在燃料供应单元与流量控制单元或助燃剂供应单元与流量控制单元之间的输气管上。优化的，所述火源模拟系统还包括气阻，气阻安装在燃料供应单元与流量控制单元或助燃剂供应单元与流量控制单元之间的输气管上。优化的，所述火源生成单元中还设置有石英砂固定网，小粒径石英砂及大粒径石英砂均封装于石英砂固定网中。优化的，所述烟气生成单元还包括烟气成分探测仪，烟气成分探测仪置于发烟箱中。优化的，所述烟气释放单元与火源生成单元并排放置。本专利技术还公开一种应用于上述一种线型热烟装置的试验方法，包括以下步骤：A、所采用的燃料为丙烷，助燃剂为压缩空气，根据要模拟的场景确定模拟火源的热释放速率根据控制阶段的不同确定α的数值，α为模拟不同火灾阶段的控制系数，当模拟燃料控制向氧气控制转变阶段时α＝1，模拟燃料控制阶段时α＜1，模拟氧气控制阶段时α>1，然后根据以下公式(1)计算出丙烷气体的质量流率或丙烷气体的质量流率与空气质量流率之间的关系；其中，为模拟火源的热释放速率；α为模拟不同火灾阶段的控制系数；为消耗单位质量丙烷气体所产生的热量；为单位质量一氧化碳转化为二氧化碳所消耗的热量；和分别为丙烷气体和空气质量流率；Mair和MCO分别为空气和一氧化碳的摩尔质量；B、将步骤A中的计算结果与以下公式(2)结合，计算出丙烷气体的质量流率及空气质量流率的值；其中，和分别为丙烷气体和空气的质量流率；α为模拟不同火灾阶段的控制系数，当模拟燃料控制向氧气控制转变阶段时α＝1，模拟燃料控制阶段时α＜1，模拟氧气控制阶段时α>1；和ηair分别为丙烷气体和空气的化学计量数；和ρair分别为常温常压下丙烷气体和空气的密度；C、根据步骤B中计算的丙烷气体的质量流率及空气质量流率的值，设定丙烷及压缩空气流率：打开燃料供应单元、助燃剂供应单元，并通过调整流量控制单元，使燃料供应单元、助燃剂供应单元对应的流量控制单元的示数分别达到步骤B中计算的丙烷气体的质量流率及空气质量流率的值；D、待燃料供应单元、助燃剂供应单元对应的流量控制单元的示数稳定后，利用外置火源对火源生成单元点火；E、根据试验要求，设定烟气生成系统的空气质量流率，进而通过调整进气流量控制单元使进气流量控制单元的示数达到设定值；F、待进气流量控制单元的示数稳定后，烟气生成单元开始工作，并产生烟气；G、根据以下公式(3)计算出烟气羽流出口流率H、根据步骤G中计算的烟气羽流出口流率通过调整烟羽流量控制单元使烟羽流量控制单元的示数达到步骤G中计算的烟气羽流出口流率I、待火源生成单元的火焰稳定后，将烟气释放单元与火源生成单元并排放置，试验开始；J、试验结束后，首先关闭燃料供应单元，当火源熄灭后再关闭助燃剂供应单元，最后关闭烟羽流量控制单元。本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术设计的气体预混系统能够控制燃料和空气的配比，利用碳转化率方法计算模拟火源的热释放速率，进而模拟出不同燃烧阶段的火源，且烟气出口流率可进行调节，实现了对火源燃烧三阶段(燃料控制阶段、过渡阶段和氧气控制阶段)的全面模拟，以实现与实际本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种线型热烟装置，其特征在于：包括火源模拟系统、烟气生成系统、输气管(31)；所述火源模拟系统包括燃料供应单元(11)、助燃剂供应单元(12)、流量控制单元(15)、火源生成单元(16)；燃料供应单元(11)通过输气管(31)与其对应的流量控制单元(15)连接，助燃剂供应单元(12)通过输气管(31)与其对应的流量控制单元(15)连接，从两个流量控制单元(15)引出的两道气路通过三通(32)汇合在一起之后与火源生成单元(16)连通；所述火源生成单元(16)包括供气管(161)、气体整流段(162)、火源出口(163)，所述供气管(161)设置在火源生成单元(16)的下部，气体整流段(162)设置在火源生成单元(16)的中部，火源出口(163)设置在火源生成单元(16)的上部；供气管(161)与输气管(31)连通，供气管(161)上设置有气口(1611)，气口(1611)朝向火源出口(163)；所述气体整流段(162)包括一级整流层、二级整流层、三级整流层，一级整流层位于气体整流段(162)的下层，一级整流层中填充有大粒径石英砂(1623)，二级整流层位于气体整流段(162)的中层，二级整流层为锰钢合金筛网(1621)，三级整流层位于气体整流段(162)的上层，三级整流层中填充有小粒径石英砂(1622)；所述烟气生成系统包括烟气生成单元(21)、进气流量控制单元(22)、烟羽流量控制单元(23)、烟气释放单元(24)、压力平衡阀(25)、尾气处理水池(26)，从助燃剂供应单元(12)引出的输气管(31)连接至进气流量控制单元(22)的入口，进气流量控制单元(22)的出口通向烟气生成单元(21)，烟气生成单元(21)通过输气管(31)连接至烟羽流量控制单元(23)的入口，烟羽流量控制单元(23)的出口通过输气管(31)与烟气释放单元(24)连通；所述烟气生成单元(21)包括发烟箱(211)、烟饼(212)、点火装置(213)，所述烟饼(212)、点火装置(213)均置于发烟箱(211)中，且烟饼(212)与点火装置(213)接触，来自进气流量控制单元(22)的输气管(31)伸入烟饼(212)中；所述烟气生成单元(21)通过输气管(31)与尾气处理水池(26)连通，压力平衡阀(25)安装在烟气生成单元(21)与尾气处理水池(26)之间的输气管(31)上。...

【技术特征摘要】
1.一种线型热烟装置，其特征在于：包括火源模拟系统、烟气生成系统、输气管(31)；所述火源模拟系统包括燃料供应单元(11)、助燃剂供应单元(12)、流量控制单元(15)、火源生成单元(16)；燃料供应单元(11)通过输气管(31)与其对应的流量控制单元(15)连接，助燃剂供应单元(12)通过输气管(31)与其对应的流量控制单元(15)连接，从两个流量控制单元(15)引出的两道气路通过三通(32)汇合在一起之后与火源生成单元(16)连通；所述火源生成单元(16)包括供气管(161)、气体整流段(162)、火源出口(163)，所述供气管(161)设置在火源生成单元(16)的下部，气体整流段(162)设置在火源生成单元(16)的中部，火源出口(163)设置在火源生成单元(16)的上部；供气管(161)与输气管(31)连通，供气管(161)上设置有气口(1611)，气口(1611)朝向火源出口(163)；所述气体整流段(162)包括一级整流层、二级整流层、三级整流层，一级整流层位于气体整流段(162)的下层，一级整流层中填充有大粒径石英砂(1623)，二级整流层位于气体整流段(162)的中层，二级整流层为锰钢合金筛网(1621)，三级整流层位于气体整流段(162)的上层，三级整流层中填充有小粒径石英砂(1622)；所述烟气生成系统包括烟气生成单元(21)、进气流量控制单元(22)、烟羽流量控制单元(23)、烟气释放单元(24)、压力平衡阀(25)、尾气处理水池(26)，从助燃剂供应单元(12)引出的输气管(31)连接至进气流量控制单元(22)的入口，进气流量控制单元(22)的出口通向烟气生成单元(21)，烟气生成单元(21)通过输气管(31)连接至烟羽流量控制单元(23)的入口，烟羽流量控制单元(23)的出口通过输气管(31)与烟气释放单元(24)连通；所述烟气生成单元(21)包括发烟箱(211)、烟饼(212)、点火装置(213)，所述烟饼(212)、点火装置(213)均置于发烟箱(211)中，且烟饼(212)与点火装置(213)接触，来自进气流量控制单元(22)的输气管(31)伸入烟饼(212)中；所述烟气生成单元(21)通过输气管(31)与尾气处理水池(26)连通，压力平衡阀(25)安装在烟气生成单元(21)与尾气处理水池(26)之间的输气管(31)上。2.根据权利要求1所述的一种线型热烟装置，其特征在于：所述火源模拟系统还包括减压单元(13)，减压单元(13)安装在燃料供应单元(11)与流量控制单元(15)或助燃剂供应单元(12)与流量控制单元(15)之间的输气管(31)上。3.根据权利要求1所述的一种线型热烟装置，其特征在于：所述火源模拟系统还包括压力测量单元(14)，压力测量单元(14)安装在燃料供应单元(11)与流量控制单元(15)或助燃剂供应单元(12)与流量控制单元(15)之间的输气管(31)上。4.根据权利要求1所述的一种线型热烟装置，其特征在于：所述火源模拟系统还包括稳压阀(17)，稳压阀(17)安装在燃料供应单元(11)与流量控制单元(15)或助燃剂供应单元(12)与流量控制单元(15)之间的输气管(31)上。5.根据权利要求1所述的一种线型热烟装置，其特征在于：所述火源模拟系统还包括稳流阀(18)，稳流阀(18)安装在燃料供应单元(11)与流量控制单元(15)或助燃...

【专利技术属性】
技术研发人员：张佳庆，尚峰举，范明豪，严波，季坤，周章斌，韩光，孙韬，李森林，张博思，
申请(专利权)人：国网安徽省电力有限公司电力科学研究院，国家电网公司，国网安徽省电力有限公司合肥供电公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34