一种模块式地铁隧道运动体火灾缩尺寸实验系统的制作方法

本发明涉及长大地铁隧道多运动体火灾缩尺寸实验系统，特别涉及一种模块式地铁隧道运动体火灾缩尺寸实验系统。

背景技术：

近年来，随着我国高铁地铁等技术的日渐成熟，在建及新投入使用的隧道规模也逐年增加，据统计，隧道火灾频率约为2次/108·车·千米，长大隧道一旦发生火灾造成的影响及对人员隧道结构安全的威胁是巨大的。随着地铁隧道的长大化，火灾发生后列车往往会被迫减速直至停车，最后滞留在隧道内进行紧急疏散，这是由于以下三种情况造成的：1)火灾发生时通常会切断行车系统供电使列车失去动力；2)驱动电机故障也会使列车失去动力；3)乘客启动紧急制动系统或人为破坏致使列车迫停。列车发生火灾时往往处于高速行驶状态，从高速行驶到逐渐减速停车的动态过程，隧道内的活塞风会随着列车运动状态的变化而变化。而活塞风会驱使隧道内烟气的流向。在列车停车前，隧道内的烟气一直处于列车的后方，当列车制动停车后，车尾的烟气在活塞风的驱使下，会继续运动，蔓延整列列车。因此有必要研究列车发生火灾后，减速停车整个动态过程的塞风规律、火灾燃烧特性、烟气蔓延特性、临界抑制风速、热释放速率等相关机理。

现有的隧道火灾缩尺寸实验系统大都只适用于研究地铁或铁路隧道列车停止状态的火灾特性研究，不能反映列车从发生火灾到减速停车的动态过程。这种实验装置一般包括缩尺寸隧道模型，列车模型，燃烧器，通风系统，测温系统，风速测试系统及数据采集系统等几部分。

可见，目前的隧道火灾模拟实验系统只能进行火源静止火源火灾模拟实验，不能模拟火源运动状态下的火灾特性。迫切需要建立能够用于运动体火灾燃烧特性和烟气扩散特性的实验系统。而且，如何保火源在运动状态下的安全、稳定是一个亟待解决的实际问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种模块式地铁隧道运动体火灾缩尺寸实验系统，克服现有技术中隧道火灾模拟实验系统只能进行火源静止火源火灾模拟实验的问题。

本发明采用的技术方案是：一种模块式地铁隧道运动体火灾缩尺寸实验系统，包括隧道主体，设置于隧道主体上的压力测试系统、温度测试系统、烟气分析系统和活塞风速测试系统，列车模型以及设置于列车模型中的燃烧器，所述隧道主体和列车模型由多段缩尺寸模型实验标准段拼装组成，列车模型车头和车尾与分别与列车模型运动主动系统和列车模型运动从动系统通过链条连接，列车模型底部设有列车运动定位轮，所述列车运动定位轮位于轨道内。

所述隧道主体包括耐高温隧道主体标准段、耐高温火焰观察窗、传动链条托辊支架、传动链条托辊，所述标准段之间采用法兰连接，连接好的隧道主体放置在隧道主体支架上。

所述列车模型前后分别设置有车头前的链条拉紧器和车尾链条拉紧器，链条的端头利用钢圈与链条拉紧器连接。

列车模型顶部设置有燃烧器槽位和燃烧器盖板，位于列车模型的车头，车尾和车中位置。

所述燃烧器包括燃烧盘，燃烧盘的尺寸与列车模型的燃烧器槽位的尺寸对应，燃烧盘内分隔成多个小格。

列车运动定位轮焊接在模型列车的车底，列车运动定位轮位于轨道内，轨道呈“C”字型，限定了列车运动定位轮只能在轨道槽内，轨道采用模块化设计，轨道之间采用分段拼接的方式的连接，轨道前段和后端设置成“子母扣”的形式，逐段插接，轨道主体与隧道主体之间通过螺孔固定。

所述列车模型运动主动系统包括速度控制电机、齿轮盘、与隧道主体连接的法兰盘，速度控制电机与齿轮盘利用联轴器连接，速度控制电机通过联轴器将动力传递给齿轮盘，齿轮盘转动再带动链条运动，链条牵引模型列车按照指定运动规律进行运动。

所述列车模型运动从动系统包括齿轮盘和与隧道主体连接的法兰盘，从动系统、主动系统、链条、列车模型一起形成一个闭环连接。

所述隧道耐高温火焰观察窗外，设置有两至多台高清数码摄像机。

本发明的有益效果是：本发明提出一种适用于研究长大地铁或铁路隧道非稳态运动体火灾燃烧特性、烟气蔓延特性、临界抑制风速、热释放速率等相关机理的缩尺寸实验系统。同时该实验系统具有可拼接性，可根据需要，增加或减少隧道的擦长度。本发明的可拼接式的地铁或铁路隧道运动体火灾缩尺寸实验系统，通过调整隧道主体标准段的数量来调节自身的长度，从而模拟不同长度地铁或铁路隧道的运动体火灾特性、烟气扩散特性及活塞风规律。本发明为运动体隧道火灾的实验研究提供平台支撑，同时也为地铁或铁路隧道防灾减灾提供解决方案，具有良好的社会效益。

附图说明

图1地铁隧道运动体火灾实验系统图；

图2隧道主体拼装示意图；图2(a)是隧道主体拼装示意图，图2(b)是隧道截面连接法兰处断面图；

图3列车模型图；

图4链条拉紧器与链条连接示意图；

图5燃烧盘侧视图及俯视图；图5(a)是燃烧盘侧视图，图5(b)是燃烧盘俯视图；

图6列车模型断面图及轨道俯视图；图6(a)是列车模型断面图，图6(b)是定位轮与轨道的相对位置断面图，图6(c)是轨道的俯视图；

图7列车运动主动系统侧视图；图7(a)是列车运动主动系统沿隧道方向的侧视图，图7(b)是列车运动主动系统垂直于隧道方向的侧视图；

图8列车运动从动系统侧视图；图8(a)是列车运动从动系统沿隧道方向的侧视图，图8(b)是列车运动从动系统垂直于隧道方向的侧视图；

图9高速摄像机布置位置图；

其中：1.隧道主体；2.压力测试系统；3.温度测试系统；4.烟气分析系统；5.活塞风速测试系统；6.列车模型运动主动系统；7.列车模型运动从动系统；8.链条；9.列车模型；10.传动链条拉紧器；11.列车运动定位轮；12.链条托辊；13.燃烧器；14.速度控制电机；15.隧道风机；16.行程开关；17.隧道主体支架；18.轨道；19.高清数码摄像机。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，地铁隧道运动体火灾实验系统包括隧道主体1、压力测试系统2、温度测试系统3、烟气分析系统4、活塞风速测试系统5、列车模型运动主动系统6、列车模型运动从动系统7、链条传动系统8、列车模型9、传动链条拉紧器10、列车运动定位轮11、链条托辊12、燃烧器13、速度控制电机14、隧道风机15、行程开关16、隧道主体支架17以及轨道18。

如图2所示，隧道主体1主要由耐高温隧道主体标准段1-1、耐高温火焰观察窗1-2、传动链条托辊支架12-1、传动链条托辊12-2及隧道主体支架组成。

如图3所示，实验列车模型主要由模型列车标准段9、链条拉紧器10-1，10-2、列车运动定位轮11燃烧器槽位13-1、燃烧器盖板13-2组成。实验时可通过调节连接列车标准段9的个数来调整列车的长度。通过调整带燃烧器槽位13-1的标准段9所处的位置，调整火灾发生的位置，可以布置在列车的前段、中部或尾部。

如图4，所示链条8的端头利用钢圈与链条拉紧器10-1、10-2连接，通过旋转拉紧器，逐渐使链条呈紧绷状态。

如图5所示，燃烧盘的尺寸与列车模型的燃烧器槽位13-1的尺寸对应。实验时，将燃烧盘放置于燃烧器槽位13-1中。同时，燃烧盘内分隔成多个小格。适用于研究不同强度的火灾的运动体火灾特性及烟气扩散特性。

数据采集系统包括压力测试系统2、温度测试系统3、烟气分析系统4、活塞风速测试系统5。可以实时测量并记录隧道内的压力、温度、风速及烟气成分、浓度等参数。此外，图像采集系统19布置在隧道耐高温火焰观察窗1-2外，包括多台高清数码摄像机19-1、19-2、19-3，负责采集运动体火灾特性的相关图像资料。图9展示了实验图像采集系统19与隧道主体1的相对位置关系，从图9中也可以看出，主动系统6、从动系统7，隧道主体1的连接关系，各组件之间都是利用法兰连接。摄像系统19采用分段采集的办法，每台摄像机负责一个模型隧道标准段的图像采集工作，相邻的两台摄像机的图像采集会有小范围的重叠。图中虚线表示的是每台摄像机的图像采集范围。图像采集结束后，利用专业软件将各台摄像机19-1、19-2、19-3的图像拼接成一个图像整体。

如图6所示，列车运动定位轮11焊接在列车模型9的车底，在隧道断面中部设置有定位轮轨道18。列车模型运动时，列车运动定位轮11位于轨道18内，轨道18起到限定列车运动的作用，保证列车只能直线运动。轨道18呈“C”字型，限定了列车运动定位轮11只能在轨道槽内，从而保证高速运动状态下列车不会倾倒。轨道18也采用模块化设计，轨道之间采用分段拼接的方式的连接，轨道前段和后端设置成“子母扣”的形式，逐段插接。轨道主体18-1与隧道主体1之间通过螺孔18-2固定。

如图7所示，主动系统包括速度控制电机14、齿轮盘6-1、与隧道主体1连接的法兰盘6-2、速度控制电机14与齿轮盘6-1利用联轴器6-3连接。速度控制电机14通过联轴器6-3将动力传递给齿轮盘6-1，齿轮盘6-1转动再带动链条8运动，链条8牵引模型列车9按照指定运动规律进行运动。得益于模型列车9的前后都与链条8连接，形成一个闭环连接。所以链条8既可以控制模型列车9加速运动，又可以控制列车模型9减速制动。

如图8所示，从动系统包括齿轮盘7-1和与隧道主体1连接的法兰盘7-2。从动系统7、主动系统6、链条8、列车模型9一起形成一个闭环连接，整个运动系统可实现对模型列车的加速、减速、匀速控制。

此外，行程开关16被用来控制列车运动的区间，防止模型列车超出预定的运动区域，从而保证模型实验的安全性。

本发明的工作过程如下：

1)将高速摄像机(2～3台)置于耐高温火焰观察窗1-2外侧，摄像机距离观察窗约1.5m，摄像机的位置在整个实验中固定不动，然后在实验开始前统一各摄像机的系统时间(误差在±1s内)，并调整其处于拍摄状态，拍摄过程由实验人员操作。

2)检查各测试系统(2～5)的工作状态。启动数据采集系统，并检查各通道数据采集是否正常。经确认无问题后，开始各数据采集仪记录功能。

3)按照热烟实验规范中指定的燃料重量，为燃料称重，并注入到列车模型的燃烧盘中。

4)启动风机15，并根据速度测试系统5的测试数据调整风机15的风速，使隧道内的机械通风风速达到实验设定的风速。在无风工况下，风机15应关闭。

5)使用长柄火把点燃列车模型中的燃烧盘。

6)启动驱动系统的主动系统6中的控制电机14，通过链条8带动列车模型9以设定的速度在隧道内运行。

7)灭火及称重。上述过程为实验的完整过程，列车运行完行程后，利用燃烧盘盖板13-2熄灭燃烧盘，并称重。

待实验系统冷却至初始状态后，准备下轮实验，重复过程1～7。

尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。