一種模擬不同燃燒環(huán)境的材料燃燒實(shí)驗(yàn)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種模擬不同燃燒環(huán)境的材料燃燒實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：包括樣品加熱系統(tǒng)、混合箱和壓力控制系統(tǒng)；樣品加熱系統(tǒng)包括石英管和管式爐；石英管內(nèi)放置有石英舟；石英管的尾端通過法蘭密封，法蘭上設(shè)置有進(jìn)氣口，前端連接在混合箱上；混合箱上設(shè)置有氣體采樣口和二次進(jìn)氣口；壓力控制系統(tǒng)用于調(diào)節(jié)混合箱和石英管內(nèi)的壓力。本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置可以控制材料在不同環(huán)境下（溫度、氧濃度、壓力等）進(jìn)行穩(wěn)態(tài)燃燒，通過采樣口引入各類煙氣測(cè)試儀器，從而對(duì)材料在不同環(huán)境下的燃燒過程及其產(chǎn)物進(jìn)行研究，特別是壓力控制系統(tǒng)的存在填補(bǔ)了相關(guān)研究領(lǐng)域的技術(shù)空白，對(duì)于減少和控制高原、高空火災(zāi)事故的發(fā)生具有重要意義。
【專利說明】一種模擬不同燃燒環(huán)境的材料燃燒實(shí)驗(yàn)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種材料燃燒實(shí)驗(yàn)裝置，特別是測(cè)試材料不同壓力下燃燒狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著高分子材料科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，新型聚合物及其復(fù)合材料越來越廣泛應(yīng)用于建筑、電氣、交通、國防等領(lǐng)域。然而大部分高分子材料屬于易燃材料，在空氣中易被點(diǎn)燃并引發(fā)火災(zāi)，不僅造成巨大的物質(zhì)財(cái)產(chǎn)損失，同時(shí)其燃燒產(chǎn)生的有毒煙氣更會(huì)危及人民的生命安全，同時(shí)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)，火災(zāi)中70%-80%的死亡者是由于吸入有毒煙氣中毒窒息而死亡的?；馂?zāi)煙氣毒性危害問題已經(jīng)成為當(dāng)代消防急需解決的重大課題之
O
[0003]在某些特殊環(huán)境下，如高原及高空的低壓、低氧環(huán)境等，材料的燃燒速率、燃燒時(shí)間及燃燒所產(chǎn)生的氣、固相產(chǎn)物等都將發(fā)生改變。大飛機(jī)、載人飛船等場(chǎng)所中材料所處的環(huán)境較惡劣，缺乏外界空氣補(bǔ)給，一旦內(nèi)部發(fā)生著火，會(huì)大量消耗艙內(nèi)空氣，形成低壓缺氧燃燒或陰燃。另外，近年來，我國西部地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，其火災(zāi)安全防治問題逐步凸顯。
[0004]20世紀(jì)70年代到90年代，美國國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究所(National InstituteofStandard and Technology, NIST)、英國國防部和德國標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)等研制了很多針對(duì)材料燃燒性能測(cè)試的裝置，特別是火災(zāi)煙氣毒性測(cè)試的小尺度試驗(yàn)裝置，如NBS煙密度箱、錐形量熱儀、DIN53436管式爐等，上述裝置能夠?qū)Σ牧先紵h(huán)境中的溫度、氧濃度、通風(fēng)情況等進(jìn)行一定的調(diào)控，但是卻均無法調(diào)控大氣壓這一重要的環(huán)境因素，因此，無法模擬低壓、低氧等場(chǎng)景下材料的燃燒過程，從而使得高原及高空等特殊環(huán)境下火災(zāi)防治的研究很少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種模擬不同燃燒環(huán)境的材料燃燒實(shí)驗(yàn)裝置。
[0006]本發(fā)明解決技術(shù)問題，采用如下技術(shù)方案:
[0007]本發(fā)明模擬不同燃燒環(huán)境的材料燃燒實(shí)驗(yàn)裝置，其特點(diǎn)在于:包括樣品加熱系統(tǒng)、混合箱和壓力控制系統(tǒng)；
[0008]所述樣品加熱系統(tǒng)包括石英管和套在石英管外并可沿石英管軸向移動(dòng)的管式爐；所述石英管內(nèi)放置有用于裝載待測(cè)材料的石英舟；所述石英管的兩端在管式爐內(nèi)貫穿形成前端管和尾端管；所述尾端管通過法蘭密封，所述法蘭上設(shè)置有用于向石英管內(nèi)通氣的進(jìn)氣口 ；所述前端管連接在混合箱上并通過高溫密封圈密封；
[0009]所述混合箱上設(shè)置有氣體采樣口和二次進(jìn)氣口 ；
[0010]所述壓力控制系統(tǒng)用于調(diào)節(jié)混合箱和石英管內(nèi)的壓力。
[0011]本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置，其特點(diǎn)也在于:所述樣品加熱系統(tǒng)還包括用于實(shí)現(xiàn)管式爐沿石英管軸向移動(dòng)的管式爐步進(jìn)裝置；所述管式爐步進(jìn)裝置包括底座、豎立在底座上的支架及驅(qū)動(dòng)單元，所述管式爐放置在底座上，并通過支架支撐石英管，所述底座上沿石英管軸向設(shè)置有滑軌，驅(qū)動(dòng)單元控制滑軌帶動(dòng)管式爐移動(dòng)。驅(qū)動(dòng)單元可以控制管式爐進(jìn)行勻速移動(dòng)，從而勻速加熱石英舟內(nèi)的被測(cè)材料。
[0012]所述管式爐加熱區(qū)域的長度不小于石英舟的長度。
[0013]所述氣體采樣口有多個(gè)，并均勻排布在混合箱表面。多個(gè)氣體采樣口按不同位置和角度間隙分布
[0014]混合箱的上設(shè)置有可開啟密封門，在實(shí)驗(yàn)完成后，可以打開可開啟密封門，對(duì)混合箱進(jìn)行清理。
[0015]所述混合箱呈圓柱形。圓柱狀相比其他形狀抗壓性能更好。
[0016]所述混合箱內(nèi)設(shè)置有探測(cè)混合箱內(nèi)煙密度的激光探測(cè)裝置。激光探測(cè)裝置連接電腦，直接在電腦上顯示變化曲線，混合箱內(nèi)每分鐘通入有固定體積的氣體以稀釋煙密度，激光探測(cè)裝置探測(cè)到稀釋后煙密度后，電腦軟件自動(dòng)轉(zhuǎn)換為未稀釋煙密度，并通過電腦顯示。
[0017]所述壓力控制系統(tǒng)包括壓強(qiáng)控制設(shè)備、抽氣管道、維持真空泵和主抽真空泵；
[0018]所述抽氣管道上依次連接有第一自動(dòng)補(bǔ)氣閥、手動(dòng)補(bǔ)氣閥、第三自動(dòng)閥門、第一真空表及第二煙塵過濾器，所述第二煙塵過濾器連接于混合箱；
[0019]位于手動(dòng)補(bǔ)氣閥和第三自動(dòng)閥門之間的抽氣管道上依次通過第一自動(dòng)閥門和第一止回閥連接在主抽真空泵的一端，主抽真空泵的另一端連接在排氣管道；
[0020]位于手動(dòng)補(bǔ)氣閥和第一自動(dòng)閥門之間的抽氣管道依次通過第二自動(dòng)閥門和第二止回閥連接在維持真空泵的一端，維持真空泵的另一端連接在排氣管道；
[0021 ] 在所述混合箱上還連接有第二自動(dòng)補(bǔ)氣閥；
[0022]所述壓強(qiáng)控制設(shè)備分別通過數(shù)據(jù)線控制主抽真空泵、維持真空泵、第一止回閥、第二止回閥、第一自動(dòng)閥門、第二自動(dòng)閥門、第三自動(dòng)閥門、第一自動(dòng)補(bǔ)氣閥、第二自動(dòng)補(bǔ)氣閥及第二真空表的開關(guān)狀態(tài)；
[0023]所述第二真空表經(jīng)電容壓力計(jì)和第一煙塵過濾器連接在混合箱上。
[0024]與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:
[0025]1、本發(fā)明提供了一種模擬不同燃燒環(huán)境的材料燃燒實(shí)驗(yàn)裝置，一次進(jìn)氣管可連接不同氧濃度的氣體，從而提供不同的燃燒氣氛，管式爐可設(shè)置不同的加熱溫度，壓力控制系統(tǒng)能夠調(diào)控不同的大氣壓環(huán)境，因此可以控制材料在不同環(huán)境下(溫度、氧濃度、壓力等)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)燃燒，通過采樣口引入各類煙氣測(cè)試儀器，從而對(duì)材料在不同環(huán)境下的燃燒過程及其產(chǎn)物進(jìn)行研究，特別是壓力控制系統(tǒng)的存在填補(bǔ)了相關(guān)研究領(lǐng)域的技術(shù)空白，對(duì)于減少和控制聞原、聞空火災(zāi)事故的發(fā)生具有重要意義；
[0026]2、本發(fā)明壓力控制系統(tǒng)通過電容壓力器向壓強(qiáng)控制設(shè)備反饋混合箱和石英管內(nèi)的壓力值，壓強(qiáng)控制設(shè)備根據(jù)壓力值開啟或關(guān)閉真空泵和自動(dòng)閥門，使得混合箱和石英管內(nèi)部的壓力可以保持動(dòng)態(tài)平衡；
[0027]3、本發(fā)明管式爐通過勻速移動(dòng)加熱石英舟內(nèi)的樣品，使得樣品能夠出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)燃燒狀態(tài)，由于管式爐具有足夠長的加熱區(qū)域，已進(jìn)入加熱區(qū)域的樣品的燃燒環(huán)境能夠保持一致；
[0028]4、本發(fā)明二次進(jìn)氣口能夠稀釋燃燒產(chǎn)生的有毒煙氣的濃度，使得混合箱內(nèi)的氣體濃度在多數(shù)氣體檢測(cè)儀器測(cè)試范圍內(nèi)，避免了氣體的進(jìn)一步處理；[0029]5、本發(fā)明混合箱上的多個(gè)采樣口，可連接多種煙氣檢測(cè)設(shè)備，減少了多次樣品采集的時(shí)間，提高了工作效率和經(jīng)濟(jì)性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖2為本發(fā)明壓力控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖中標(biāo)號(hào):1管式爐；2石英管；3石英舟；4法蘭；5底座；6滑軌；7驅(qū)動(dòng)單元；8支架；9混合箱；10 二次進(jìn)氣口 ；11高溫密封圈；12氣體采樣口 ；13壓力控制系統(tǒng)；14主抽真空泵；15維持真空泵；16排氣管道；17抽氣管道；18-1第一止回閥；18-2第二止回閥；19_1第一自動(dòng)閥門；19-2第二自動(dòng)閥門；19-3第三自動(dòng)閥門；20-1第一自動(dòng)補(bǔ)氣閥；20_2第二自動(dòng)補(bǔ)氣閥；21手動(dòng)補(bǔ)氣閥；22-1第一真空表；22-2第二真空表；23壓力控制設(shè)備；24電容壓力器；25第一煙塵過濾器；26第二煙塵過濾器。
具體實(shí)施例
[0033]如圖1所示，本實(shí)施例的模擬不同燃燒環(huán)境的材料燃燒實(shí)驗(yàn)裝置包括樣品加熱系統(tǒng)、混合箱9和壓力控制系統(tǒng)13 ；
[0034]樣品加熱系統(tǒng)包括石英管2和套在石英管2外并可沿石英管2軸向移動(dòng)的管式爐I ;石英管2內(nèi)放置有用于裝載待測(cè)材料的石英舟3 ;石英管2的兩端在管式爐內(nèi)貫穿形成前端管和尾端管；尾端管通過法蘭4密封，法蘭4上設(shè)置有用于向石英管內(nèi)通氣的進(jìn)氣口 ；前端管連接在混合箱9上并通過高溫密封圈11密封；
[0035]所述混合箱9上設(shè)置有氣體采樣口 12和二次進(jìn)氣口 10 ；
[0036]所述壓力控制系統(tǒng)用于調(diào)節(jié)混合箱9和石英管2內(nèi)的壓力。
[0037]樣品加熱系統(tǒng)還包括用于實(shí)現(xiàn)管式爐I沿石英管2軸向移動(dòng)的管式爐步進(jìn)裝置；管式爐步進(jìn)裝置包括底座5、豎立在底座5上的支架8及驅(qū)動(dòng)單元7，管式爐放置在底座5上，并通過支架8支撐石英管2，底座5上沿石英管2軸向設(shè)置有滑軌6，驅(qū)動(dòng)單元7控制滑軌6帶動(dòng)管式爐I移動(dòng)。
[0038]驅(qū)動(dòng)單元可以控制管式爐進(jìn)行勻速移動(dòng)，從而勻速加熱石英舟內(nèi)的被測(cè)材料。
[0039]管式爐I加熱區(qū)域的長度不小于石英舟3的長度。
[0040]所述氣體采樣口 12有多個(gè)，并均勻排布在混合箱9表面。多個(gè)氣體采樣口按不同位置和角度間隙分布
[0041]混合箱9的上設(shè)置有可開啟密封門，在實(shí)驗(yàn)完成后，可以打開可開啟密封門，對(duì)混合箱進(jìn)行清理。
[0042]混合箱9呈圓柱形，圓柱狀的相比其他形狀抗壓性能更好。
[0043]混合箱9內(nèi)設(shè)置有探測(cè)混合箱內(nèi)煙密度的激光探測(cè)裝置。激光探測(cè)裝置連接電腦，直接在電腦上顯示變化曲線，混合箱內(nèi)每分鐘通入有固定體積的氣體以稀釋煙密度，激光探測(cè)裝置探測(cè)到稀釋后煙密度后，電腦軟件自動(dòng)轉(zhuǎn)換為未稀釋煙密度，并通過電腦顯示。
[0044]壓力控制系統(tǒng)包括壓強(qiáng)控制設(shè)備23、抽氣管道17、維持真空泵15和主抽真空泵14 ；
[0045]所述抽氣管道17上依次連接有第一自動(dòng)補(bǔ)氣閥20-1、手動(dòng)補(bǔ)氣閥21、第三自動(dòng)閥門19-3、第一真空表22-1及第二煙塵過濾器26，所述第二煙塵過濾器26連接于混合箱9 ；
[0046]位于手動(dòng)補(bǔ)氣閥21和第三自動(dòng)閥門19-3之間的抽氣管道17上依次通過第一自動(dòng)閥門19-1和第一止回閥18-1連接在主抽真空泵14的一端，主抽真空泵14的另一端連接在排氣管道16 ；
[0047]位于手動(dòng)補(bǔ)氣閥21和第一自動(dòng)閥門19-1之間的抽氣管道17依次通過第二自動(dòng)閥門19-2和第二止回閥18-2連接在維持真空泵15的一端，維持真空泵15的另一端連接在排氣管道16 ；
[0048]在所述混合箱9上還連接有第二自動(dòng)補(bǔ)氣閥20-2 ；
[0049]所述壓強(qiáng)控制設(shè)備23分別通過數(shù)據(jù)線控制主抽真空泵14、維持真空泵15、第一止回閥18-1、第二止回閥18-2、第一自動(dòng)閥門19-1、第二自動(dòng)閥門19-2、第三自動(dòng)閥門19_3、第一自動(dòng)補(bǔ)氣閥20-1、第二自動(dòng)補(bǔ)氣閥20-2及第二真空表22-2的開關(guān)狀態(tài)；
[0050]所述第二真空表22-2經(jīng)電容壓力計(jì)24和第一煙塵過濾器25連接在混合箱29上。
[0051]本發(fā)明的工作過程如下:將管式爐I溫度設(shè)定并維持在實(shí)驗(yàn)所需值；將被測(cè)材料均勻置于石英舟3內(nèi)，并將石英舟放置于石英管2中；通過密封法蘭4上的進(jìn)氣口通入氣體，用以模擬材料燃燒的氣氛，混合箱上的二次進(jìn)氣口 10亦通入氣體，用以稀釋材料燃燒所產(chǎn)生的煙氣；開啟壓力控制系統(tǒng)13，并設(shè)置實(shí)驗(yàn)所需大氣壓；通過管式爐步進(jìn)系統(tǒng)勻速移動(dòng)管式爐I從而加熱被測(cè)材料；通過混合箱上的氣體采樣口 12采集并測(cè)試、分析材料燃燒所產(chǎn)生的煙氣。
[0052]壓力控制系統(tǒng)的工作原理為:混合箱9中的空氣經(jīng)主抽真空泵14抽吸后，由排氣管道16排出系統(tǒng)外，從而實(shí)現(xiàn)混合箱9和石英管2內(nèi)的快速降壓；通過止回閥18-1、18-2防止氣體回流；抽氣管道17中的氣流量通過第一自動(dòng)閥門19-1控制，實(shí)現(xiàn)抽氣管道17的切斷或接通；主抽真空泵所在氣路的開關(guān)及流量大小由第二自動(dòng)閥門控制19-2。
[0053]在主抽真空泵14抽氣完畢停機(jī)后，通過維持真空泵15保持補(bǔ)氣量和抽氣量的動(dòng)態(tài)平衡，維持石英管2內(nèi)的低氣壓環(huán)境和真空度值的穩(wěn)定；維持真空泵15所在氣路的開關(guān)及流量大小由第二自動(dòng)閥門19-2控制。
[0054]壓力控制系統(tǒng)中的補(bǔ)氣量通過第一自動(dòng)補(bǔ)氣閥20-1控制；進(jìn)入混合箱內(nèi)空氣中的雜質(zhì)通過過濾器去除；在試驗(yàn)完成后通過第二自動(dòng)補(bǔ)氣閥20-2將外界空氣經(jīng)過濾器25過濾后抽吸進(jìn)混合箱9和石英管2內(nèi)，使混合箱9和石英管2內(nèi)外壓力值達(dá)到平衡。
[0055]電容壓力器24和真空表22-2用來測(cè)量混合箱9內(nèi)的壓力值，并向壓強(qiáng)控制設(shè)備23輸入反饋信號(hào)；壓強(qiáng)控制設(shè)備23用來控制主抽真空泵14、維持真空泵15、止回閥18_1、18-2、自動(dòng)閥門19-1、19-2、抽氣管道17、排氣管道16、自動(dòng)補(bǔ)氣閥20_1、20_2、真空表22_1、22-2的開啟或關(guān)閉。
【權(quán)利要求】
1.一種模擬不同燃燒環(huán)境的材料燃燒實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:包括樣品加熱系統(tǒng)、混合箱(9)和壓力控制系統(tǒng)(13); 所述樣品加熱系統(tǒng)包括石英管(2)和套在石英管(2)外并可沿石英管(2)軸向移動(dòng)的管式爐(I);所述石英管(2)內(nèi)放置有用于裝載待測(cè)材料的石英舟(3);所述石英管(2)的兩端在管式爐內(nèi)貫穿形成前端管和尾端管；所述尾端管通過法蘭(4)密封，所述法蘭(4)上設(shè)置有用于向石英管內(nèi)通氣的進(jìn)氣口 ；所述前端管連接在混合箱(9)上并通過高溫密封圈(11)密封； 所述混合箱(9)上設(shè)置有氣體采樣口(12)和二次進(jìn)氣口(10)； 所述壓力控制系統(tǒng)用于調(diào)節(jié)混合箱(9)和石英管(2)內(nèi)的壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述樣品加熱系統(tǒng)還包括用于實(shí)現(xiàn)管式爐(I)沿石英管(2)軸向移動(dòng)的管式爐步進(jìn)裝置；所述管式爐步進(jìn)裝置包括底座(5)、豎立在底座(5)上的支架(8)及驅(qū)動(dòng)單元(7)，所述管式爐放置在底座(5)上，并通過支架(8 )支撐石英管(2 )，所述底座(5 )上沿石英管(2 )軸向設(shè)置有滑軌(6 )，驅(qū)動(dòng)單元(7 )控制滑軌(6)帶動(dòng)管式爐(I)移動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述管式爐(I)加熱區(qū)域的長度不小于石英舟(3)的長度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的 實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述氣體采樣口(12)有多個(gè)，并均勻排布在混合箱(9)表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:混合箱(9)的上設(shè)置有可開啟密封門。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述混合箱(9)呈圓柱形。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述混合箱(9)內(nèi)設(shè)置有探測(cè)混合箱內(nèi)煙密度的激光探測(cè)裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述壓力控制系統(tǒng)包括壓強(qiáng)控制設(shè)備(23)、抽氣管道(17)、維持真空泵(15)和主抽真空泵(14)； 所述抽氣管道(17)上依次連接有第一自動(dòng)補(bǔ)氣閥(20-1)、手動(dòng)補(bǔ)氣閥(21)、第三自動(dòng)閥門(19-3)、第一真空表(22-1)及第二煙塵過濾器(26)，所述第二煙塵過濾器(26)連接于混合箱(9)； 位于手動(dòng)補(bǔ)氣閥(21)和第三自動(dòng)閥門(19-3)之間的抽氣管道(17)上依次通過第一自動(dòng)閥門(19-1)和第一止回閥(18-1)連接在主抽真空泵(14)的一端，主抽真空泵(14)的另一端連接在排氣管道(16)； 位于手動(dòng)補(bǔ)氣閥(21)和第一自動(dòng)閥門(19-1)之間的抽氣管道(17)依次通過第二自動(dòng)閥門(19-2)和第二止回閥(18-2)連接在維持真空泵(15)的一端，維持真空泵(15)的另一端連接在排氣管道(16); 在所述混合箱(9)上還連接有第二自動(dòng)補(bǔ)氣閥(20-2)； 所述壓強(qiáng)控制設(shè)備(23)分別通過數(shù)據(jù)線控制主抽真空泵(14)、維持真空泵(15)、第一止回閥(18-1 )、第二止回閥(18-2)、第一自動(dòng)閥門(19-1 )、第二自動(dòng)閥門(19-2)、第三自動(dòng)閥門(19-3)、第一自動(dòng)補(bǔ)氣閥(20-1 )、第二自動(dòng)補(bǔ)氣閥(20-2)及第二真空表(22-2)的開關(guān)狀態(tài)；所述第二真空表(22-2)經(jīng)電容壓力計(jì)(24)和第一煙塵過濾器(25)連接在混合箱(29)上。
【文檔編號(hào)】G01N25/00GK103792249SQ201410077053
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年3月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月4日
【發(fā)明者】胡源, 戰(zhàn)婧, 江曙東, 宋磊 申請(qǐng)人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)