一种用于研究环境风条件下保温材料火蔓延的实验装置

摘要

本发明涉及一种用于研究环境风条件下保温材料火蔓延的实验装置，与现有技术相比解决了尚无实验装置能够研究环境风条件下保温材料火蔓延的缺陷。本发明的样品支架上安装有垂直运动组件，垂直运动组件上安装有支撑平台，支撑平台上设有转动轴支座，转动轴支座的数量为2个，样品转动轴安装在转动轴支座上且与转动轴支座构成转动配合，陶瓷纤维板固定安装在样品转动轴上，支撑平台上固定安装有涡轮蜗杆减速机A，涡轮蜗杆减速机A的输出轴与样品转动轴水平相接，涡轮蜗杆减速机A的输入轴上安装有转把A。本发明能够在多角度环境风条件下研究保温材料的火蔓延，并且能够控制风速的大小、风的方向、样品材料的摆放角度。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑材料防火性能研究技术领域，具体来说是一种用于研究环境风条件下保温材料火蔓延的实验装置。

背景技术

随着我国经济的迅速发展和城镇化速度的日益加快，我国建筑行业发展迅猛，响应我国日益增高的建筑节能要求，有机外墙保温材料被广泛应用于建筑外墙，其经济效益和保温性能均得到了一致认可。然而，由于有机保温材料自身结构决定了其防火性能差，极易燃烧，并且一旦着火会产生大量热量促进火势迅速蔓延，且燃烧过程中会产生大量有毒、有害烟气。由于缺乏相应的防火法规和相关火灾风险的评估，大量可燃、易燃的有机外墙保温材料被用于大型公共建筑和高层建筑，导致近年来火灾事故时有发生。建筑物暴露于外界环境中，发生火灾时受环境风的影响较大，环境风的存在为火场中的可燃物提供了大量氧气，往往导致火势迅速增大，火蔓延速度加快，使得人员逃生的可能性大大下降，严重威胁着人们的生命和财产安全。研究环境风条件下保温材料以及其在燃烧过程中的火蔓延行为具有很强的现实意义。

针对外墙保温材料的燃烧特性及火灾场景的复杂性，对于研究外墙外保温系统的火灾危险性难以考虑真实的环境条件，国内外已有一些研究人员在实验室内开展不同条件下火蔓延的实验研究。专利申请号200820215325.1（授权公告号 CN 201307109Y）提到了温湿度、氧浓度、辐射强度等不同条件下的火蔓延研究，专利申请号201320457285.2（授权公告号 CN203455252 U）涉及辐射条件下保温材料火蔓延实验装置。但是，目前关于环境风条件下火蔓延研究非常少，且尚无关于环境风条件火蔓延研究的实验装置，如何开发出一种可以研究环境风条件下不同工况保温材料火蔓延行为的实验装置已经成为急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中尚无实验装置能够研究环境风条件下保温材料火蔓延的缺陷，提供一种用于研究环境风条件下保温材料火蔓延的实验装置来解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种用于研究环境风条件下保温材料火蔓延的实验装置，包括主体支架和样品支架，主体支架与样品支架两者呈镜像对应，所述的主体支架上安装有环境风倾斜组件，环境风倾斜组件上安装有环境风生成管，环境风生成管内的一端安装有风机，环境风生成管内的另一端安装有若干个整流管道，风机的气流方向与整流管道相对应；

所述的样品支架上安装有垂直运动组件，垂直运动组件上安装有支撑平台，支撑平台上设有转动轴支座，转动轴支座的数量为2个，样品转动轴安装在转动轴支座上且与转动轴支座构成转动配合，陶瓷纤维板固定安装在样品转动轴上，支撑平台上固定安装有涡轮蜗杆减速机A，涡轮蜗杆减速机A的输出轴与样品转动轴水平相接，涡轮蜗杆减速机A的输入轴上安装有转把A。

所述的垂直运动组件包括螺旋升降机，样品支架上设有支架平台，螺旋升降机固定安装在支架平台上，螺旋升降机的丝杆垂直安装在支撑平台上，螺旋升降机的蜗杆上安装有摇动手柄。

所述的环境风倾斜组件包括固定安装在主体支架上的滚动轴安装座，滚动轴安装座的数量为2个，滚动轴安装在滚动轴安装座上且与滚动轴安装座构成转动配合，滚动轴上固定安装有管道支架，环境风生成管固定安装在管道支架上，涡轮蜗杆减速机B的输出轴与滚动轴水平相接，涡轮蜗杆减速机B的输入轴上安装有转把B。

还包括固定安装在涡轮蜗杆减速机B上的变频器，风机的电源线接在变频器上。

还包括半圆角度刻度盘，半圆角度刻度盘通过固定块安装在主体支架上，半圆角度刻度盘与滚动轴相垂直，滚动轴上安装有指针，指针与半圆角度刻度盘垂直对应且当环境风生成管与地面平行时，指针指向半圆角度刻度盘的0度。

所述的主体支架底部安装有滚轮，滚轮的数量为4个；所述的样品支架的底部安装有滑轮，滑轮的数量为4个。

所述的环境风生成管的直径为60cm，环境风生成管的长度为150cm，风机的直径为60cm，风机的长度为50cm，整流管道的长度为100cm。

有益效果

本发明的一种用于研究环境风条件下保温材料火蔓延的实验装置，与现有技术相比能够在多角度环境风条件下研究保温材料的火蔓延，并且能够控制风速的大小、风的方向、样品材料的摆放角度，不仅可研究同一风向，样品摆放角度对材料火蔓延的影响；还可研究固定样品摆放角度，风向对材料火蔓延的影响；也可研究风速对材料火蔓延行为的影响，为实际环境中外墙外保温材料火蔓延行为的研究提供了基础实验平台。

通过环境风倾斜组件和环境风生成管的设计可以模拟风环境，并且可根据实验需要来调节变换风的速度、风的角度。该实验装置能够同步测量不同环境工况条件下样品燃烧过程中其表面温度的变化，并且可以从正面、侧面全程记录其火蔓延行为。本发明可以研究风速、风向、样品角度等多参数控制的火蔓延行为，进而分析不同因素对火蔓延行为的影响机制，为实际环境风条件下外墙保温材料火蔓延的理论研究提供基础。本发明还可以用于研究其他固体可燃物在环境风作用下的火蔓延行为。

附图说明                      

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中主体支架和环境风生成管的结构正视图；

图3为本发明中陶瓷纤维板为90度时的结构后视图；

图4为本发明中管道支架的结构示意图；

图5为本发明中热电偶布置位置示意图；

图6为本发明中涡轮蜗杆减速机的运动原理图；

图7为本发明中螺旋升降机的运动原理图；

其中，1-主体支架、2-样品支架、3-涡轮蜗杆减速机B、4-半圆角度刻度盘、5-涡轮蜗杆减速机A、6-角度显示器、7-指针、8-滚动轴、9-风机、10-管道支架、11-转把B、12-变频器、13-整流管道、14-陶瓷纤维板、15-样品转动轴、16-转把A、17-螺旋升降机、18-摇动手柄、19-热电偶、20-滚轮、21-滑轮、31-环境风生成管、32-支撑平台、33-转动轴支座、34-支架平台、35-滚动轴安装座、37-固定块、51-减速机蜗轮、52-减速机蜗杆、171-丝杆、172-蜗轮、173-蜗杆。

具体实施方式

为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

如图1所示，本发明所述的一种用于研究环境风条件下保温材料火蔓延的实验装置，包括主体支架1和样品支架2，主体支架1与样品支架2两者呈镜像对应。为方便主体支架1和样品支架2的移动，主体支架1底部可以安装4个滚轮20；同样的样品支架2的底部也可以安装4个滑轮21。主体支架1上安装有环境风倾斜组件，环境风倾斜组件用于实现环境风的风向调整，环境风倾斜组件上安装有环境风生成管31。环境风生成管31内的一端安装有风机9，风机9的直径与环境风生成管31的直径相同。风机9所制造的气流是不规则的、螺旋形，而日常生活中的风环境是均匀、规则的，因此风机9所产生的风向和气流需要经过若干个整流管道13整流后，形成若干个规则流动。环境风生成管31内的另一端安装有若干个整流管道13，整流管道13与环境风生成管31方向相同，多个整流管道13相互依靠布满环境风生成管31的另一端。其中，环境风生成管31的直径为60cm，环境风生成管31的长度为150cm，风机9的直径为60cm，风机9的长度为50cm，整流管道13的长度为100cm。即整个环境风生成管31的内部被风机9和环境风生成管31所占据，风机9的气流方向与整流管道13相对应，从风机9所产生的气流通过整流管道13吹出环境风生成管31。

如图1和图3所示，样品支架2上安装有垂直运动组件，垂直运动组件上安装有支撑平台32，垂直运动组件用于实现支撑平台32的上升和下降。支撑平台32上设有转动轴支座33，转动轴支座33的数量为2个，转动轴支座33用于固定样品转动轴15，可以设计与支撑平台32一体化结构。样品转动轴15安装在转动轴支座33上且与转动轴支座33构成转动配合，样品转动轴15与转动轴支座33构成转动配合的方式可以使用现有技术的多种方式，如样品转动轴15通过轴承安装在转动轴支座33上等。陶瓷纤维板14固定安装在样品转动轴15上，通过样品转动轴15的转动，可以带动陶瓷纤维板14的翻转。支撑平台32上固定安装有涡轮蜗杆减速机A5，涡轮蜗杆减速机A5的输出轴与样品转动轴15水平相接，涡轮蜗杆减速机A5的输入轴上安装有转把A16。如图6所示，通过转动转把A16，带动涡轮蜗杆减速机A5的减速机蜗轮51运动，由于减速机蜗轮51和减速机蜗杆52两者是啮合的，则带动减速机蜗杆52转动，从而带动样品转动轴15的转动，实现陶瓷纤维板14的角度翻转。

样品支架2上设有支架平台34，支架平台34用于安装垂直运动组件。在进行保温材料火蔓延研究时，环境风生成管31的倾斜角度和陶瓷纤维板14（安装样品的样品架）需要相互配合调节，才能达到实验效果。环境风生成管31的高度虽不会发生变化，但是风机9发生转动时，存在风的空间位置会发生一定变化，为了使测试样品（保温材料）始终处于环境风中，则需要调整陶瓷纤维板14竖直方向的高度。垂直运动组件的螺旋升降机17固定安装在支架平台34上，如图7所示，螺旋升降机17的丝杆171垂直安装在支撑平台32上，丝杆171上下运动带动支撑平台32的上下运动。螺旋升降机17的蜗杆173上安装有摇动手柄18，螺旋升降机17的蜗杆173与蜗轮172相啮合，通过摇动手柄18带动蜗杆173旋转，带动丝杆171上下运动，实现支架平台34的上升、下降，从而实现陶瓷纤维板14的上升和下降。

如图1和图2所示，环境风倾斜组件包括固定安装在主体支架1上的滚动轴安装座35，滚动轴安装座35与转动轴支座33同理，滚动轴安装座35的数量为2个，用于安装滚动轴8。滚动轴8安装在滚动轴安装座35上且与滚动轴安装座35构成转动配合，同样滚动轴8与滚动轴安装座35转动配合可以使用现有技术的多种方式。滚动轴8上固定安装有管道支架10，管道支架10的结构如图4所示，用于固定环境风生成管31，环境风生成管31固定安装在管道支架10上。涡轮蜗杆减速机B3的输出轴与滚动轴8水平相接，涡轮蜗杆减速机B3的输入轴上安装有转把B11，同理，通过转把B11的旋转，带动滚动轴8的旋转运动，带动管道支架10的倾斜，实现环境风生成管31的角度倾斜。

为了控制风机9的风速大小，还可以在涡轮蜗杆减速机B3上固定安装变频器12，风机9的电源线接在变频器12上，通过改变变频器12的频率来控制。为了方便实验需要，当环境风生成管31倾斜时，可以准确掌握其倾斜角度，还可以包括半圆角度刻度盘4。半圆角度刻度盘4为带有角度值刻度的度量装置，半圆角度刻度盘4通过固定块37安装在主体支架1上。半圆角度刻度盘4与滚动轴8相垂直，滚动轴8上安装有指针7，指针7与半圆角度刻度盘4垂直对应。当滚动轴8上的环境风生成管31与地面平行时，指针7位于半圆角度刻度盘4的0度；当环境风生成管31倾斜调整时，指针7随着滚动轴8一并调整，即在半圆角度刻度盘4上显示出相应的度数。同理，也可以在样品转动轴15上也安装角度显示器6，显示样品转动轴15的旋转度数。

在实际使用中，如图5所示，首先标定环境风生成管31与样品表面之间的距离，并将选定的距离作为实验的初始参数，并确定该距离参数下风速与频率之间的对应关系。实验开始之前，将保温材料固定在陶瓷纤维板14上，多个热电偶9布置保温材料样品表面需要测量表面温度的位置。在此热电偶9可以为24个，分布为6*4矩阵，每行间隔5 cm测量样品表面温度。根据实验需求，通过涡轮蜗杆减速机B3调整风机角度，涡轮蜗杆减速机A5调整样品角度，螺旋升降机17调节样品高度。将两台DV放置在拍摄位置并处于拍摄状态，用线性点火源将实验样品点燃；根据研究需要调节风机频率，当样品材料燃烧相对稳定后打开风机9并开始实验测量。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。