一種泡沫滅火訓(xùn)練裝置及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種消防訓(xùn)練設(shè)備，尤其設(shè)及一種泡沫滅火訓(xùn)練裝置及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 泡沫滅火是撲救油類火災(zāi)最有效的滅火手段。泡沫的重要特征是其密度小于一般 的油類，當(dāng)泡沫滅油火時，泡沫能浮于燃油上方，從而達(dá)到對覆蓋燃料表面、隔絕氧氣并實 現(xiàn)滅火的目的。因其在撲救油火時的優(yōu)異性能，泡沫滅火系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于機場、港口、油 庫等場所的火災(zāi)撲救中，國內(nèi)外服務(wù)于上述場所的消防隊伍都會經(jīng)常開展泡沫滅火訓(xùn)練來 提高實戰(zhàn)水平。
[0003] 泡沫在蔓延過程中的損失主要由泡沫的析液和蒸發(fā)導(dǎo)致。Persson(1994)等人的 研究發(fā)現(xiàn)，泡沫析液主要改變泡沫的密度而對泡沫的厚度影響很小，外部福射源主要影響 泡沫的厚度，福射導(dǎo)致的泡沫厚度的變化與外加福射的強度有關(guān)，并且熱福射導(dǎo)致的泡沫 損失和泡沫蔓延過程基本上是相互獨立的?；谏鲜隼碚摚蒞通過分別對泡沫蔓延過程 和熱福射導(dǎo)致的泡沫損失進(jìn)行計算，疊加計算得到泡沫的滅火效果。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中的相關(guān)裝備因為沒有針對泡沫滅火特點進(jìn)行設(shè)計難W滿足泡沫滅火 訓(xùn)練的特殊需求。如消防訓(xùn)練演習(xí)裝置巧請?zhí)?CN03824411.X)、消防滅火訓(xùn)練機（【申請?zhí)枴?CN201110168665.X)、飛機實體火災(zāi)消防訓(xùn)練模擬器（申請?zhí)?CN201410211895.3)等為了實 現(xiàn)滅火訓(xùn)練的安全、可控、清潔和高效，都采用固定流量的氣體燃料燃燒模擬火災(zāi)。在運種 情況下即使泡沫覆蓋火源，氣體燃料仍然能夠穿過泡沫層，導(dǎo)致泡沫滅火劑對火災(zāi)幾乎沒 有影響。運些火災(zāi)訓(xùn)練裝置無法模擬泡沫滅火劑撲滅火災(zāi)的動態(tài)過程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種滅火訓(xùn)練在安全、可控、場景模擬真實的泡沫滅火訓(xùn)練 裝置及控制方法。
[0006] 本發(fā)明的目的是通過W下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0007] 本發(fā)明的泡沫滅火訓(xùn)練裝置，包括漏斗狀的泡沫收集容器，所述泡沫收集容器的 下部設(shè)有導(dǎo)流槽，所述導(dǎo)流槽的側(cè)壁設(shè)有超聲波速度探測器，所述泡沫收集容器的上部設(shè) 有保護格柵，所述泡沫收集容器的中部設(shè)有常駐點火器，所述常駐點火器的周圍設(shè)有主燃 燒器，所述主燃燒器的上部設(shè)有燃燒器擋板，所述主燃燒器通過管路和流量控制器與主燃 料入口連接，所述常駐點火器通過管路與預(yù)混燃料入口連接。
[000引本發(fā)明的上述的泡沫滅火訓(xùn)練裝置的控制方法，包括：
[0009]獲取所述超聲波速度探測器的泡沫流量測量信號和燃燒器流量控制裝置的燃料 供應(yīng)流量數(shù)據(jù)，通過禪合滅火劑與油池火相互作用效果的火源控制程序，主動控制火源功 率，將泡沫收集測量裝置測量到的泡沫流量參數(shù)輸入到火源控制程序中，通過控制程序中 自建的運算方法，計算得到燃燒器的目標(biāo)熱釋放速率，控制程序向燃燒器流量控制裝置發(fā) 出流量調(diào)節(jié)信號，燃燒器流量控制裝置實時調(diào)節(jié)燃料供應(yīng)流量，改變火源功率。
[0010] 由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可W看出，本發(fā)明實施例提供的泡沫滅火訓(xùn)練裝置 及控制方法，可W確定泡沫滅火過程中火源功率的理論變化規(guī)律，從而主動控制燃料供應(yīng) 流量，動態(tài)模擬滅火過程，使得滅火訓(xùn)練在安全、可控的基礎(chǔ)上實現(xiàn)更加真實的場景模擬。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本發(fā)明實施例提供的泡沫滅火訓(xùn)練裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2為本發(fā)明實施例提供的泡沫滅火訓(xùn)練裝置的俯視圖；
[OOK]圖3為本發(fā)明實施例提供的泡沫滅火訓(xùn)練裝置的側(cè)視圖；
[0014] 圖4為本發(fā)明實施例中火源控制程序控制邏輯圖；
[0015] 圖5為本發(fā)明實施例中滅火成功情況下火源熱釋放速率圖；
[0016] 圖6為本發(fā)明實施例中滅火失敗情況下火源熱釋放速率圖。
[0017] 圖中；
[0018] 1為泡沫收集容器，2為導(dǎo)流槽，3為超聲波速度探測器，4為主燃燒器，5為燃燒器擋 板，6為常駐點火器，7為流量控制器，8為主燃料入口，9為預(yù)混燃料入口，10為保護格柵。
【具體實施方式】
[0019] 下面將對本發(fā)明實施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0020] 本發(fā)明的泡沫滅火訓(xùn)練裝置，其較佳的【具體實施方式】是：
[0021] 包括漏斗狀的泡沫收集容器，所述泡沫收集容器的下部設(shè)有導(dǎo)流槽，所述導(dǎo)流槽 的側(cè)壁設(shè)有超聲波速度探測器，所述泡沫收集容器的上部設(shè)有保護格柵，所述泡沫收集容 器的中部設(shè)有常駐點火器，所述常駐點火器的周圍設(shè)有主燃燒器，所述主燃燒器的上部設(shè) 有燃燒器擋板，所述主燃燒器通過管路和流量控制器與主燃料入口連接，所述常駐點火器 通過管路與預(yù)混燃料入口連接。
[0022] 本發(fā)明的上述的泡沫滅火訓(xùn)練裝置的控制方法，其較佳的【具體實施方式】是：
[002；3]包括；
[0024] 獲取所述超聲波速度探測器的泡沫流量測量信號和燃燒器流量控制裝置的燃料 供應(yīng)流量數(shù)據(jù)，通過禪合滅火劑與油池火相互作用效果的火源控制程序，主動控制火源功 率，將泡沫收集測量裝置測量到的泡沫流量參數(shù)輸入到火源控制程序中，通過控制程序中 自建的運算方法，計算得到燃燒器的目標(biāo)熱釋放速率，控制程序向燃燒器流量控制裝置發(fā) 出流量調(diào)節(jié)信號，燃燒器流量控制裝置實時調(diào)節(jié)燃料供應(yīng)流量，改變火源功率。
[0025] 在進(jìn)行滅火訓(xùn)練時，只有有效作用于火源的泡沫才能夠進(jìn)入所述的泡沫收集容器 后匯入導(dǎo)流槽，通過所述的超聲波速度測量器測量導(dǎo)流槽中泡沫的運動速度，采用公式
[0026] ^foam ~ ' ^f oam
[0027] 計算泡沫流量，式中：As為導(dǎo)流槽的截面積，VfDam為超聲波速度測量器測得的泡沫 運動速度。
[0028] 所述火源控制程序?qū)邮盏降呐菽髁繙y量信號進(jìn)行判斷，當(dāng)檢測到滅火劑持續(xù) 作用時，火源的燃料供應(yīng)流量按泡沫滅火模型減小，之后需判斷流量是否減小到零，如已減 小到零，則認(rèn)為滅火成功，火源被撲滅;如未減小到零，則返回繼續(xù)判斷是否繼續(xù)檢測到滅 火劑作用；
[0029] 當(dāng)檢測到滅火劑未持續(xù)作用時，判斷流量是否已恢復(fù)設(shè)計值，如燃料供應(yīng)流量低 于設(shè)計值，則按滅火劑損失模型增大燃料供應(yīng)流量，運相當(dāng)于滅火后的復(fù)燃過程;如燃料供 應(yīng)流量已達(dá)到設(shè)計值，則保持該流量，說明之前噴射的滅火劑已完成失去作用，上述兩種情 況下，都需要繼續(xù)返回循環(huán)判斷是否再次檢測到滅火劑的作用。
[0030] 所述火源控制程序在計算模擬的火災(zāi)流量時，假設(shè)泡沫按軸對稱蔓延，由泡沫在 燃料表面的蔓延和損失理論模型計算實際模擬的火源功率，再折算輸出的氣體燃料流量控 制信號，所模擬的火源功率由假想的油類液體燃料著火模型，按公式
[0031 ]每fire 二化fuel ' Afuel .么Hc
[003^ 進(jìn)行計算，式中：rft/為單位面積的質(zhì)量損失速率，由公式％UW =他;? (1 - fWD)計 算，其為等效直徑O二#^，Afuei為燃料燃燒的表面積，A出為液體燃料的燃燒熱；
[0033] 模擬中假想的液體燃料實際燃燒的表面積Afuel,通過所模擬的燃油總面積AtDtal減 去被泡沫覆蓋的燃料面積AfDam得到，由公式
[0034] Afuel = Atotal-Afoam 計算；
[0035] 軸對稱蔓延的泡沫覆蓋的區(qū)域呈圓形，通過半徑進(jìn)行計算，其中AfDam =地foam2。上 述假想的泡沫蔓延過程中未考慮外部福射對泡沫損失的影響，因此需要額外計算泡沫福射 的影響；
[0036] 在泡沫連續(xù)作用的情況下，泡沫蔓延與熱福射同時作用。當(dāng)泡沫持續(xù)作用時，泡沫 覆蓋半徑需要修正為下式：
[0038]當(dāng)泡沫在to時刻停止作用的情況下，僅有熱福射的損失作用，運時泡沫覆蓋半徑 需要修正為下式；
[0040] 上面兩個公式中，RfDam和ho分別由軸對稱的泡沫蔓延理論得到，分布采用W下公式 計算：
[0043] 其中泡沫初始厚度11〇和前鋒位置1?主要為泡沫流量1^泡沫摩擦力參數(shù)0和時間決 定，泡沫摩擦力參數(shù)e主要由泡沫的基本物性決定，隨不同泡沫組分的變化而變化，s(t)為 泡沫由于熱福射降低的厚度，通過泡沫福射損失理論可W得到其與福射強度有如下關(guān)系：
[0044] (5(0 二（a ? e叫'.+ b) ? t
[0045] 其中a,b和a都為常數(shù)，由泡沫的基本物性決定，對不同的泡沫，通過實驗測量得 到。
[0046] 通過上述計算方法，可W確定泡沫滅火過程中火源功率的理論變化規(guī)律，從而主 動控制燃料供應(yīng)流量，動態(tài)模擬滅火過程，使得滅火訓(xùn)練在安全、可控的基礎(chǔ)上實現(xiàn)更加真 實的場景模擬。
[0047] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0048] (1)采用氣體燃料模擬火源，燃料清潔、環(huán)保，燃燒后不殘留燃燒產(chǎn)物。通過流量的 控制，可W隨時關(guān)閉和開啟火源，保證訓(xùn)練過程的安全、可控。燃料的供應(yīng)連續(xù)，可W保證長 時間的訓(xùn)練。
[0049] (2)準(zhǔn)確探測有效作用到火源位置的滅火劑的流量，通過超聲波的泡沫速度探測 器測量泡沫流量，探測到的流量不僅可W用于滅火操作訓(xùn)練的評價指標(biāo)，而且為火源燃料 供應(yīng)流量的控制提供輸入?yún)?shù)。
[0050] (3)采用主動的燃料流量控制程序，禪合控制泡沫滅火劑作用后的燃料供應(yīng)流量， 能夠更加真實的模擬泡沫滅火場景。
[0051 ] 具體實施例：
[0052] 如圖1至圖6所示，泡沫滅火訓(xùn)練裝置中泡沫收集測量裝置和燃燒器流量控制裝置 集成設(shè)計，泡沫收集容器1尺寸與燃燒火源大小一致，位于火源的下方，當(dāng)有效的泡沫滅火 劑被噴射到火源時，泡沫滅火劑進(jìn)入泡沫收集容器1，通過泡沫收集容器1的收縮形結(jié)構(gòu)將 泡沫匯入導(dǎo)流槽2中，在導(dǎo)流槽2兩側(cè)中間位置安裝超聲波速度探測器3，超聲波速度探測器