本發(fā)明涉及長(zhǎng)大地鐵隧道多運(yùn)動(dòng)體火災(zāi)縮尺寸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，特別涉及一種模塊式地鐵隧道運(yùn)動(dòng)體火災(zāi)縮尺寸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著我國(guó)高鐵地鐵等技術(shù)的日漸成熟，在建及新投入使用的隧道規(guī)模也逐年增加，據(jù)統(tǒng)計(jì)，隧道火災(zāi)頻率約為2次/108·車(chē)·千米，長(zhǎng)大隧道一旦發(fā)生火災(zāi)造成的影響及對(duì)人員隧道結(jié)構(gòu)安全的威脅是巨大的。隨著地鐵隧道的長(zhǎng)大化，火災(zāi)發(fā)生后列車(chē)往往會(huì)被迫減速直至停車(chē)，最后滯留在隧道內(nèi)進(jìn)行緊急疏散，這是由于以下三種情況造成的：1)火災(zāi)發(fā)生時(shí)通常會(huì)切斷行車(chē)系統(tǒng)供電使列車(chē)失去動(dòng)力；2)驅(qū)動(dòng)電機(jī)故障也會(huì)使列車(chē)失去動(dòng)力；3)乘客啟動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)或人為破壞致使列車(chē)迫停。列車(chē)發(fā)生火災(zāi)時(shí)往往處于高速行駛狀態(tài)，從高速行駛到逐漸減速停車(chē)的動(dòng)態(tài)過(guò)程，隧道內(nèi)的活塞風(fēng)會(huì)隨著列車(chē)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化而變化。而活塞風(fēng)會(huì)驅(qū)使隧道內(nèi)煙氣的流向。在列車(chē)停車(chē)前，隧道內(nèi)的煙氣一直處于列車(chē)的后方，當(dāng)列車(chē)制動(dòng)停車(chē)后，車(chē)尾的煙氣在活塞風(fēng)的驅(qū)使下，會(huì)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，蔓延整列列車(chē)。因此有必要研究列車(chē)發(fā)生火災(zāi)后，減速停車(chē)整個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程的塞風(fēng)規(guī)律、火災(zāi)燃燒特性、煙氣蔓延特性、臨界抑制風(fēng)速、熱釋放速率等相關(guān)機(jī)理。

現(xiàn)有的隧道火災(zāi)縮尺寸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)大都只適用于研究地鐵或鐵路隧道列車(chē)停止?fàn)顟B(tài)的火災(zāi)特性研究，不能反映列車(chē)從發(fā)生火災(zāi)到減速停車(chē)的動(dòng)態(tài)過(guò)程。這種實(shí)驗(yàn)裝置一般包括縮尺寸隧道模型，列車(chē)模型，燃燒器，通風(fēng)系統(tǒng)，測(cè)溫系統(tǒng)，風(fēng)速測(cè)試系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等幾部分。

可見(jiàn)，目前的隧道火災(zāi)模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)只能進(jìn)行火源靜止火源火災(zāi)模擬實(shí)驗(yàn)，不能模擬火源運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的火災(zāi)特性。迫切需要建立能夠用于運(yùn)動(dòng)體火災(zāi)燃燒特性和煙氣擴(kuò)散特性的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。而且，如何?；鹪丛谶\(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的安全、穩(wěn)定是一個(gè)亟待解決的實(shí)際問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種模塊式地鐵隧道運(yùn)動(dòng)體火災(zāi)縮尺寸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，克服現(xiàn)有技術(shù)中隧道火災(zāi)模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)只能進(jìn)行火源靜止火源火災(zāi)模擬實(shí)驗(yàn)的問(wèn)題。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種模塊式地鐵隧道運(yùn)動(dòng)體火災(zāi)縮尺寸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括隧道主體，設(shè)置于隧道主體上的壓力測(cè)試系統(tǒng)、溫度測(cè)試系統(tǒng)、煙氣分析系統(tǒng)和活塞風(fēng)速測(cè)試系統(tǒng)，列車(chē)模型以及設(shè)置于列車(chē)模型中的燃燒器，所述隧道主體和列車(chē)模型由多段縮尺寸模型實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)段拼裝組成，列車(chē)模型車(chē)頭和車(chē)尾與分別與列車(chē)模型運(yùn)動(dòng)主動(dòng)系統(tǒng)和列車(chē)模型運(yùn)動(dòng)從動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)鏈條連接，列車(chē)模型底部設(shè)有列車(chē)運(yùn)動(dòng)定位輪，所述列車(chē)運(yùn)動(dòng)定位輪位于軌道內(nèi)。

所述隧道主體包括耐高溫隧道主體標(biāo)準(zhǔn)段、耐高溫火焰觀察窗、傳動(dòng)鏈條托輥支架、傳動(dòng)鏈條托輥，所述標(biāo)準(zhǔn)段之間采用法蘭連接，連接好的隧道主體放置在隧道主體支架上。

所述列車(chē)模型前后分別設(shè)置有車(chē)頭前的鏈條拉緊器和車(chē)尾鏈條拉緊器，鏈條的端頭利用鋼圈與鏈條拉緊器連接。

列車(chē)模型頂部設(shè)置有燃燒器槽位和燃燒器蓋板，位于列車(chē)模型的車(chē)頭，車(chē)尾和車(chē)中位置。

所述燃燒器包括燃燒盤(pán)，燃燒盤(pán)的尺寸與列車(chē)模型的燃燒器槽位的尺寸對(duì)應(yīng)，燃燒盤(pán)內(nèi)分隔成多個(gè)小格。

列車(chē)運(yùn)動(dòng)定位輪焊接在模型列車(chē)的車(chē)底，列車(chē)運(yùn)動(dòng)定位輪位于軌道內(nèi)，軌道呈“C”字型，限定了列車(chē)運(yùn)動(dòng)定位輪只能在軌道槽內(nèi)，軌道采用模塊化設(shè)計(jì)，軌道之間采用分段拼接的方式的連接，軌道前段和后端設(shè)置成“子母扣”的形式，逐段插接，軌道主體與隧道主體之間通過(guò)螺孔固定。

所述列車(chē)模型運(yùn)動(dòng)主動(dòng)系統(tǒng)包括速度控制電機(jī)、齒輪盤(pán)、與隧道主體連接的法蘭盤(pán)，速度控制電機(jī)與齒輪盤(pán)利用聯(lián)軸器連接，速度控制電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器將動(dòng)力傳遞給齒輪盤(pán)，齒輪盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)再帶動(dòng)鏈條運(yùn)動(dòng)，鏈條牽引模型列車(chē)按照指定運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。

所述列車(chē)模型運(yùn)動(dòng)從動(dòng)系統(tǒng)包括齒輪盤(pán)和與隧道主體連接的法蘭盤(pán)，從動(dòng)系統(tǒng)、主動(dòng)系統(tǒng)、鏈條、列車(chē)模型一起形成一個(gè)閉環(huán)連接。

所述隧道耐高溫火焰觀察窗外，設(shè)置有兩至多臺(tái)高清數(shù)碼攝像機(jī)。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提出一種適用于研究長(zhǎng)大地鐵或鐵路隧道非穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)體火災(zāi)燃燒特性、煙氣蔓延特性、臨界抑制風(fēng)速、熱釋放速率等相關(guān)機(jī)理的縮尺寸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。同時(shí)該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有可拼接性，可根據(jù)需要，增加或減少隧道的擦長(zhǎng)度。本發(fā)明的可拼接式的地鐵或鐵路隧道運(yùn)動(dòng)體火災(zāi)縮尺寸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，通過(guò)調(diào)整隧道主體標(biāo)準(zhǔn)段的數(shù)量來(lái)調(diào)節(jié)自身的長(zhǎng)度，從而模擬不同長(zhǎng)度地鐵或鐵路隧道的運(yùn)動(dòng)體火災(zāi)特性、煙氣擴(kuò)散特性及活塞風(fēng)規(guī)律。本發(fā)明為運(yùn)動(dòng)體隧道火災(zāi)的實(shí)驗(yàn)研究提供平臺(tái)支撐，同時(shí)也為地鐵或鐵路隧道防災(zāi)減災(zāi)提供解決方案，具有良好的社會(huì)效益。

附圖說(shuō)明

圖1地鐵隧道運(yùn)動(dòng)體火災(zāi)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖；

圖2隧道主體拼裝示意圖；圖2(a)是隧道主體拼裝示意圖，圖2(b)是隧道截面連接法蘭處斷面圖；

圖3列車(chē)模型圖；

圖4鏈條拉緊器與鏈條連接示意圖；

圖5燃燒盤(pán)側(cè)視圖及俯視圖；圖5(a)是燃燒盤(pán)側(cè)視圖，圖5(b)是燃燒盤(pán)俯視圖；

圖6列車(chē)模型斷面圖及軌道俯視圖；圖6(a)是列車(chē)模型斷面圖，圖6(b)是定位輪與軌道的相對(duì)位置斷面圖，圖6(c)是軌道的俯視圖；

圖7列車(chē)運(yùn)動(dòng)主動(dòng)系統(tǒng)側(cè)視圖；圖7(a)是列車(chē)運(yùn)動(dòng)主動(dòng)系統(tǒng)沿隧道方向的側(cè)視圖，圖7(b)是列車(chē)運(yùn)動(dòng)主動(dòng)系統(tǒng)垂直于隧道方向的側(cè)視圖；

圖8列車(chē)運(yùn)動(dòng)從動(dòng)系統(tǒng)側(cè)視圖；圖8(a)是列車(chē)運(yùn)動(dòng)從動(dòng)系統(tǒng)沿隧道方向的側(cè)視圖，圖8(b)是列車(chē)運(yùn)動(dòng)從動(dòng)系統(tǒng)垂直于隧道方向的側(cè)視圖；

圖9高速攝像機(jī)布置位置圖；

其中：1.隧道主體；2.壓力測(cè)試系統(tǒng)；3.溫度測(cè)試系統(tǒng)；4.煙氣分析系統(tǒng)；5.活塞風(fēng)速測(cè)試系統(tǒng)；6.列車(chē)模型運(yùn)動(dòng)主動(dòng)系統(tǒng)；7.列車(chē)模型運(yùn)動(dòng)從動(dòng)系統(tǒng)；8.鏈條；9.列車(chē)模型；10.傳動(dòng)鏈條拉緊器；11.列車(chē)運(yùn)動(dòng)定位輪；12.鏈條托輥；13.燃燒器；14.速度控制電機(jī)；15.隧道風(fēng)機(jī)；16.行程開(kāi)關(guān)；17.隧道主體支架；18.軌道；19.高清數(shù)碼攝像機(jī)。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示，地鐵隧道運(yùn)動(dòng)體火災(zāi)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括隧道主體1、壓力測(cè)試系統(tǒng)2、溫度測(cè)試系統(tǒng)3、煙氣分析系統(tǒng)4、活塞風(fēng)速測(cè)試系統(tǒng)5、列車(chē)模型運(yùn)動(dòng)主動(dòng)系統(tǒng)6、列車(chē)模型運(yùn)動(dòng)從動(dòng)系統(tǒng)7、鏈條傳動(dòng)系統(tǒng)8、列車(chē)模型9、傳動(dòng)鏈條拉緊器10、列車(chē)運(yùn)動(dòng)定位輪11、鏈條托輥12、燃燒器13、速度控制電機(jī)14、隧道風(fēng)機(jī)15、行程開(kāi)關(guān)16、隧道主體支架17以及軌道18。

如圖2所示，隧道主體1主要由耐高溫隧道主體標(biāo)準(zhǔn)段1-1、耐高溫火焰觀察窗1-2、傳動(dòng)鏈條托輥支架12-1、傳動(dòng)鏈條托輥12-2及隧道主體支架組成。

如圖3所示，實(shí)驗(yàn)列車(chē)模型主要由模型列車(chē)標(biāo)準(zhǔn)段9、鏈條拉緊器10-1，10-2、列車(chē)運(yùn)動(dòng)定位輪11燃燒器槽位13-1、燃燒器蓋板13-2組成。實(shí)驗(yàn)時(shí)可通過(guò)調(diào)節(jié)連接列車(chē)標(biāo)準(zhǔn)段9的個(gè)數(shù)來(lái)調(diào)整列車(chē)的長(zhǎng)度。通過(guò)調(diào)整帶燃燒器槽位13-1的標(biāo)準(zhǔn)段9所處的位置，調(diào)整火災(zāi)發(fā)生的位置，可以布置在列車(chē)的前段、中部或尾部。

如圖4，所示鏈條8的端頭利用鋼圈與鏈條拉緊器10-1、10-2連接，通過(guò)旋轉(zhuǎn)拉緊器，逐漸使鏈條呈緊繃狀態(tài)。

如圖5所示，燃燒盤(pán)的尺寸與列車(chē)模型的燃燒器槽位13-1的尺寸對(duì)應(yīng)。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將燃燒盤(pán)放置于燃燒器槽位13-1中。同時(shí)，燃燒盤(pán)內(nèi)分隔成多個(gè)小格。適用于研究不同強(qiáng)度的火災(zāi)的運(yùn)動(dòng)體火災(zāi)特性及煙氣擴(kuò)散特性。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括壓力測(cè)試系統(tǒng)2、溫度測(cè)試系統(tǒng)3、煙氣分析系統(tǒng)4、活塞風(fēng)速測(cè)試系統(tǒng)5?？梢詫?shí)時(shí)測(cè)量并記錄隧道內(nèi)的壓力、溫度、風(fēng)速及煙氣成分、濃度等參數(shù)。此外，圖像采集系統(tǒng)19布置在隧道耐高溫火焰觀察窗1-2外，包括多臺(tái)高清數(shù)碼攝像機(jī)19-1、19-2、19-3，負(fù)責(zé)采集運(yùn)動(dòng)體火災(zāi)特性的相關(guān)圖像資料。圖9展示了實(shí)驗(yàn)圖像采集系統(tǒng)19與隧道主體1的相對(duì)位置關(guān)系，從圖9中也可以看出，主動(dòng)系統(tǒng)6、從動(dòng)系統(tǒng)7，隧道主體1的連接關(guān)系，各組件之間都是利用法蘭連接。攝像系統(tǒng)19采用分段采集的辦法，每臺(tái)攝像機(jī)負(fù)責(zé)一個(gè)模型隧道標(biāo)準(zhǔn)段的圖像采集工作，相鄰的兩臺(tái)攝像機(jī)的圖像采集會(huì)有小范圍的重疊。圖中虛線表示的是每臺(tái)攝像機(jī)的圖像采集范圍。圖像采集結(jié)束后，利用專(zhuān)業(yè)軟件將各臺(tái)攝像機(jī)19-1、19-2、19-3的圖像拼接成一個(gè)圖像整體。

如圖6所示，列車(chē)運(yùn)動(dòng)定位輪11焊接在列車(chē)模型9的車(chē)底，在隧道斷面中部設(shè)置有定位輪軌道18。列車(chē)模型運(yùn)動(dòng)時(shí)，列車(chē)運(yùn)動(dòng)定位輪11位于軌道18內(nèi)，軌道18起到限定列車(chē)運(yùn)動(dòng)的作用，保證列車(chē)只能直線運(yùn)動(dòng)。軌道18呈“C”字型，限定了列車(chē)運(yùn)動(dòng)定位輪11只能在軌道槽內(nèi)，從而保證高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下列車(chē)不會(huì)傾倒。軌道18也采用模塊化設(shè)計(jì)，軌道之間采用分段拼接的方式的連接，軌道前段和后端設(shè)置成“子母扣”的形式，逐段插接。軌道主體18-1與隧道主體1之間通過(guò)螺孔18-2固定。

如圖7所示，主動(dòng)系統(tǒng)包括速度控制電機(jī)14、齒輪盤(pán)6-1、與隧道主體1連接的法蘭盤(pán)6-2、速度控制電機(jī)14與齒輪盤(pán)6-1利用聯(lián)軸器6-3連接。速度控制電機(jī)14通過(guò)聯(lián)軸器6-3將動(dòng)力傳遞給齒輪盤(pán)6-1，齒輪盤(pán)6-1轉(zhuǎn)動(dòng)再帶動(dòng)鏈條8運(yùn)動(dòng)，鏈條8牽引模型列車(chē)9按照指定運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。得益于模型列車(chē)9的前后都與鏈條8連接，形成一個(gè)閉環(huán)連接。所以鏈條8既可以控制模型列車(chē)9加速運(yùn)動(dòng)，又可以控制列車(chē)模型9減速制動(dòng)。

如圖8所示，從動(dòng)系統(tǒng)包括齒輪盤(pán)7-1和與隧道主體1連接的法蘭盤(pán)7-2。從動(dòng)系統(tǒng)7、主動(dòng)系統(tǒng)6、鏈條8、列車(chē)模型9一起形成一個(gè)閉環(huán)連接，整個(gè)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)模型列車(chē)的加速、減速、勻速控制。

此外，行程開(kāi)關(guān)16被用來(lái)控制列車(chē)運(yùn)動(dòng)的區(qū)間，防止模型列車(chē)超出預(yù)定的運(yùn)動(dòng)區(qū)域，從而保證模型實(shí)驗(yàn)的安全性。

本發(fā)明的工作過(guò)程如下：

1)將高速攝像機(jī)(2～3臺(tái))置于耐高溫火焰觀察窗1-2外側(cè)，攝像機(jī)距離觀察窗約1.5m，攝像機(jī)的位置在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中固定不動(dòng)，然后在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前統(tǒng)一各攝像機(jī)的系統(tǒng)時(shí)間(誤差在±1s內(nèi))，并調(diào)整其處于拍攝狀態(tài)，拍攝過(guò)程由實(shí)驗(yàn)人員操作。

2)檢查各測(cè)試系統(tǒng)(2～5)的工作狀態(tài)。啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并檢查各通道數(shù)據(jù)采集是否正常。經(jīng)確認(rèn)無(wú)問(wèn)題后，開(kāi)始各數(shù)據(jù)采集儀記錄功能。

3)按照熱煙實(shí)驗(yàn)規(guī)范中指定的燃料重量，為燃料稱(chēng)重，并注入到列車(chē)模型的燃燒盤(pán)中。

4)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)15，并根據(jù)速度測(cè)試系統(tǒng)5的測(cè)試數(shù)據(jù)調(diào)整風(fēng)機(jī)15的風(fēng)速，使隧道內(nèi)的機(jī)械通風(fēng)風(fēng)速達(dá)到實(shí)驗(yàn)設(shè)定的風(fēng)速。在無(wú)風(fēng)工況下，風(fēng)機(jī)15應(yīng)關(guān)閉。

5)使用長(zhǎng)柄火把點(diǎn)燃列車(chē)模型中的燃燒盤(pán)。

6)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主動(dòng)系統(tǒng)6中的控制電機(jī)14，通過(guò)鏈條8帶動(dòng)列車(chē)模型9以設(shè)定的速度在隧道內(nèi)運(yùn)行。

7)滅火及稱(chēng)重。上述過(guò)程為實(shí)驗(yàn)的完整過(guò)程，列車(chē)運(yùn)行完行程后，利用燃燒盤(pán)蓋板13-2熄滅燃燒盤(pán)，并稱(chēng)重。

待實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)冷卻至初始狀態(tài)后，準(zhǔn)備下輪實(shí)驗(yàn)，重復(fù)過(guò)程1～7。

盡管上面結(jié)合圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。