本發(fā)明涉及長大地鐵單隧道多運動體火災縮尺寸實驗系統(tǒng)，特別涉及一種單隧道鏈條牽引多運動體火災縮尺寸實驗系統(tǒng)。

背景技術：

隨著我國高鐵地鐵等技術的日漸成熟，在建及新投入使用的隧道規(guī)模也逐年增加，據(jù)統(tǒng)計，隧道發(fā)生火災頻率約為2次/108·車·千米，長大隧道一旦發(fā)生火災對人員的安全和隧道結構的安全威脅是巨大的。近年來，地鐵隧道迎來了建設的高峰期，在建及新投入使用的隧道規(guī)模呈現(xiàn)逐年增加的趨勢，據(jù)預計到2020年，全國地鐵總里程將達到6000公里，投資達到4萬億。在線路運行高峰時段，通常地鐵運行間隔約2分鐘，按照地鐵列車設計時速100km/h計算，前后兩列車的追蹤距離為3.3km，所以目前已經(jīng)投入使用的重慶地鐵1號線中梁山隧道(全長4.33km)、正在建設中的青島—海陽城際(藍色硅谷段)嶗山地鐵隧道(全長4.58km)、及正在規(guī)劃中的青島地鐵1號線過海隧道(全長6.2km)，隧道內(nèi)均會同時存在同方向行駛的兩列車。隨著地鐵隧道的長大化，火災發(fā)生后起火列車往往會被迫減速直至停車，列車滯留在隧道內(nèi)進行緊急疏散?；馂耐ǔＳ捎谝韵氯N情況造成的：1)火災發(fā)生時通常會切斷行車系統(tǒng)供電使列車失去動力；2)驅(qū)動電機故障也會使列車失去動力；3)乘客啟動緊急制動系統(tǒng)或人為破壞致使列車迫停。

在長大地鐵隧道運行高峰期，單隧道內(nèi)會同時存在同方向高速行駛的兩列車，這時隧道內(nèi)列車如果發(fā)生火災有如圖10四種情況。

以前車尾部發(fā)生火災事故為例，前車發(fā)生火災繼續(xù)向前行駛時，會在列車尾部形成一個高溫的煙氣區(qū)；在前車失去動力后被迫停車的過程中，高溫的煙氣會隨著活塞風繼續(xù)向前流動，淹沒整列車，并會繼續(xù)向前流動一段距離。前車著火后，后車也必須被迫停在隧道內(nèi)進行疏散，后車會根據(jù)區(qū)間信號或線路調(diào)度的指示遲于前車停車，后車行車產(chǎn)生的活塞風必然會對發(fā)生火災前車的煙氣流動產(chǎn)生影響。同理，后車發(fā)生火災，前車的運動狀態(tài)必然會對后車的煙氣流動產(chǎn)生影響。因此有必要研究列車發(fā)生火災后，起火列車減速停車以及非起火列車的運動狀態(tài)下整個動態(tài)過程的活塞風規(guī)律、火災燃燒特性、煙氣蔓延特性、臨界抑制風速、熱釋放速率等相關機理。

現(xiàn)有的隧道火災縮尺寸實驗系統(tǒng)大都只適用于研究公路隧道，或者研究地鐵、鐵路隧道列車靜止狀態(tài)時的火災特性研究，不能反映如今越來越多的長大地鐵隧道多列車同時在隧道中運行時候的起火情況。而且這種實驗系統(tǒng)的長度通常是固定的，只能反映某一具體長度的隧道發(fā)生火災的情形。這種實驗裝置一般包括縮尺寸隧道模型，列車模型，燃燒器，通風系統(tǒng)，測溫系統(tǒng)，風速測試系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等幾部分。而隨著隧道的逐漸長大化，運動的列車起火情況急需研究，尤其當多列車同時運行在同一隧道當中，某一列車從發(fā)生火災到減速停車以及非起火列車運動情況對煙氣的動態(tài)影響過程目前幾乎沒有相關研究。可見，迫切需要建立能夠用于長大地鐵隧道的多運動體火災燃燒特性和煙氣擴散特性的實驗系統(tǒng)，且如何保證火源在運動狀態(tài)下的安全、穩(wěn)定是亟待解決的實際問題。而且如何將實驗系統(tǒng)設計模塊化，從而在一個實驗系統(tǒng)上模擬研究不同長度的地鐵隧道火災情形也是一個亟待解決的問題。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提供一種單隧道鏈條牽引多運動體火災縮尺寸實驗系統(tǒng)，克服現(xiàn)有技術中實驗系統(tǒng)不能模擬長大地鐵隧道多列車同時在隧道中運行時候的起火情況的問題。

本發(fā)明采用的技術方案是：一種單隧道鏈條牽引多運動體火災縮尺寸實驗系統(tǒng)，包括隧道主體，設置于隧道主體上的壓力測試系統(tǒng)、溫度測試系統(tǒng)、煙氣分析系統(tǒng)和活塞風速測試系統(tǒng)，列車模型以及設置于列車模型中的燃燒器，所述隧道主體和列車模型由多段縮尺寸模型實驗標準段拼裝組成，列車模型為兩至多個，每個列車模型車頭和車尾分別與各自的列車模型運動主動系統(tǒng)和列車模型運動從動系統(tǒng)通過鏈條連接，列車模型底部設有列車運動定位輪，所述列車運動定位輪位于軌道內(nèi)。

所述隧道主體包括耐高溫隧道主體標準段、耐高溫火焰觀察窗、傳動鏈條托輥支架、傳動鏈條托輥，所述的隧道標準段之間采用法蘭連接，在隧道端頭安裝法蘭盤，法蘭盤之間用螺栓緊固在一起。連接好的隧道主體放置在隧道主體支架上。

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

列車模型頂部設置有燃燒器槽位和燃燒器蓋板，燃燒器可以放置于列車模型的車頭，車尾或車中位置。

所述燃燒器包括燃燒盤，燃燒盤的尺寸與列車模型的燃燒器槽位的尺寸對應，燃燒盤內(nèi)分隔成多個小格。

列車運動定位輪焊接在模型列車的車底，列車運動定位輪位于軌道內(nèi)，軌道呈“c”字型，限定了列車運動定位輪只能在軌道槽內(nèi)，軌道采用模塊化設計，軌道之間采用分段拼接的方式連接，軌道前段和后段設置成“子母扣”的形式，逐段插接，軌道主體與隧道主體之間通過螺孔固定。

所述列車模型運動主動系統(tǒng)包括速度控制電機、齒輪盤、與隧道主體連接的法蘭盤，速度控制電機與齒輪盤利用聯(lián)軸器連接，速度控制電機通過聯(lián)軸器將動力傳遞給齒輪盤，齒輪盤轉動再帶動鏈條運動，鏈條牽引模型列車按照指定運動規(guī)律進行運動。

所述列車模型運動從動系統(tǒng)包括齒輪盤、固定齒輪盤的齒輪支架、便于鏈條穿過隧道底部的鏈條通過孔、放置于隧道內(nèi)部用于連接鏈條的齒輪漲緊裝置和固定齒輪漲緊裝置的支架；鏈條連接列車模型與齒輪漲緊裝置，并通過隧道底部的鏈條通過孔下垂，連接從動系統(tǒng)齒輪盤；通過鏈條將主動系統(tǒng)、從動系統(tǒng)、列車模型連接成一個閉環(huán)運動系統(tǒng)。

所述隧道耐高溫火焰觀察窗外，設置有兩至多臺高清數(shù)碼攝像機。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提出一種新的地鐵或鐵路單隧道非穩(wěn)態(tài)多運動體火災縮尺寸實驗系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過調(diào)整隧道主體標準段的數(shù)量來調(diào)節(jié)自身的長度，通過調(diào)整列車主體標準段的數(shù)量來調(diào)節(jié)列車長度，從而模擬不同長度地鐵或鐵路隧道、不同列車長度的多運動體火災特性、煙氣擴散特性及活塞風耦合規(guī)律。通過改變?nèi)紵P的位置，研究車頭、車中、車尾的起火情況以及前一列車或是后一列車的起火情況。實驗系統(tǒng)適用于多列車同時運行，并設置有獨立的穩(wěn)定系統(tǒng)來保證運動體火源的安全平穩(wěn)運行。本發(fā)明為單隧道多運動體火災的實驗研究提供平臺支撐，同時也為地鐵或鐵路隧道防災減災提供解決方案，具有良好的社會效益。

附圖說明

圖1地鐵隧道多運動體火災實驗系統(tǒng)圖；

圖2隧道主體拼裝示意圖；圖2(a)為隧道主體主視圖，(b)為隧道主體側視圖；

圖3列車模型圖；

圖4鏈條拉緊器與鏈條連接示意圖；

圖5燃燒盤側視圖及俯視圖；圖5(a)是燃燒盤側視圖，圖5(b)是燃燒盤俯視圖；

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

圖7列車運動主動系統(tǒng)側視圖；圖7(a)是列車運動主動系統(tǒng)沿隧道方向的側視圖，圖7(b)是列車運動主動系統(tǒng)垂直于隧道方向的側視圖；

圖8列車運動從動系統(tǒng)側視圖；

圖9高速攝像機布置位置圖；

圖10單隧道內(nèi)同方向行駛的兩列車發(fā)生火災四種情況；

其中：1.隧道主體；2.壓力測試系統(tǒng)；3.溫度測試系統(tǒng)；4.煙氣分析系統(tǒng)；5.活塞風速測試系統(tǒng)；6.列車模型運動主動系統(tǒng)；7.列車模型運動從動系統(tǒng)；8.鏈條；9.列車模型；10.傳動鏈條拉緊器；11.列車運動定位輪；12.鏈條托輥；13.燃燒器；14.速度控制電機；15.隧道風機；16.行程開關；17.隧道主體支架；18.軌道；19.鏈條漲緊裝置；20.高清數(shù)碼攝像機。

具體實施方式

以下結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。

如圖1所示，地鐵隧道多運動體火災實驗系統(tǒng)包括隧道主體1、壓力測試系統(tǒng)2、溫度測試系統(tǒng)3、煙氣分析系統(tǒng)4、活塞風速測試系統(tǒng)5、列車模型運動主動系統(tǒng)6、列車模型運動從動系統(tǒng)7、鏈條8、列車模型9、傳動鏈條拉緊器10、列車運動定位輪11、鏈條托輥12、燃燒器13、速度控制電機14、隧道風機15、行程開關16、隧道主體支架17、鏈條漲緊裝置19。列車模型可以為二至多個，分別有各自的鏈條驅(qū)動系統(tǒng)，本實施例為兩個。

如圖2所示，隧道主體由多段縮尺寸模型實驗標準段拼裝組成，包括耐高溫隧道主體標準段1-1、耐高溫火焰觀察窗1-2、傳動鏈條托輥支架12-1、傳動鏈條托輥12-2。隧道標準段之間采用法蘭連接，圖2放大部分為法蘭連接示意圖，在隧道端頭安裝法蘭盤，法蘭盤之間用螺栓緊固在一起。連接好的隧道主體放置在隧道主體支架17上。

如圖3所示，實驗列車模型也采用標準段拼接組合的方式連接。有利于研究列車長度對活塞風的影響，及其對煙氣擴散、火災特性等的影響。列車模型包括車頭前的鏈條拉緊器10-1和車尾鏈條拉緊器10-2、列車底部運動定位輪11。鏈條8的端頭利用鋼圈與鏈條拉緊器10連接，通過旋轉拉緊器，逐漸使鏈條呈緊繃狀態(tài)，如圖4所示。運動定位輪11的作用是限定模型列車在軌道內(nèi)行駛，防止列車傾倒。列車頂部設置有燃燒器槽位13-1和燃燒器蓋板13-2。燃燒器可以放置在模型列車的車頭，車尾和車中位置，適用于研究列車不同位置發(fā)生火災時的煙氣擴散特性。

圖5分別展示了燃燒盤側視圖和俯視圖。燃燒盤的尺寸與列車模型的燃燒器槽位13-1的尺寸對應。實驗時，將燃燒盤放置于燃燒器槽位13-1中。同時，燃燒盤內(nèi)分隔成多個小格。適用于研究不同強度的火災的運動體火災特性及煙氣擴散特性。

圖6(a)為列車模型斷面圖，(b)為軌道與定位輪位置關系圖，(c)為軌道俯視圖。其中，定位輪11焊接在模型列車9的車底，在隧道斷面中部設置有定位輪軌道18。列車模型運動時，定位輪11位于軌道18內(nèi)，軌道18起到限定列車運動的作用，保證列車只能直線運動。軌道18呈“c”字型，限定了定位輪11只能在軌道槽內(nèi)，從而保證高速運動狀態(tài)下列車不會傾倒。軌道18也采用模塊化設計，軌道之間采用分段拼接的方式的連接，軌道前段和后段設置成“子母扣”的形式，逐段插接。軌道主體18-1與隧道主體1之間通過螺孔18-2固定。

圖7展示了列車運動主動系統(tǒng)的圖,(a)為主動系統(tǒng)側視圖，(b)為主動系統(tǒng)主視圖。主動系統(tǒng)包括速度控制電機14、齒輪盤6-1、與隧道主體1連接的法蘭盤6-2、速度控制電機14與齒輪盤6-1利用聯(lián)軸器6-3連接。速度控制電機14通過聯(lián)軸器6-3將動力傳遞給齒輪盤6-1，齒輪盤6-1轉動再帶動鏈條8運動，鏈條8牽引列車模型9按照指定運動規(guī)律進行運動。得益于列車模型9的前后都與鏈條8連接，形成一個閉環(huán)連接。所以鏈條8既可以控制列車模型9加速運動，又可以控制列車模型9減速制動。隧道內(nèi)另一模型列車的控制方式與此相同。

圖8展示了列車運動從系統(tǒng)的側視圖，從動系統(tǒng)包括齒輪盤7-1和固定齒輪盤的齒輪支架7-2，便于鏈條穿過隧道底部的鏈條通過孔7-3、放置于隧道內(nèi)部用于連接鏈條的齒輪漲緊裝置19-1和固定齒輪漲緊裝置的支架19-2。鏈條8連接列車模型9與齒輪漲緊裝置19-1，并通過隧道底部的鏈條通過孔7-3下垂，連接從動系統(tǒng)齒輪盤7-1。兩列列車模型的主動系統(tǒng)6分別放置在隧道左右兩端，從動系統(tǒng)7均放置在隧道中部，通過鏈條8將主動系統(tǒng)6、從動系統(tǒng)7、列車模型9連接成一個閉環(huán)運動系統(tǒng)，整個運動系統(tǒng)可實現(xiàn)對模型列車的加速、減速、勻速控制。

圖9展示了實驗圖像采集系統(tǒng)與隧道主體1的相對位置關系，從圖9中也可以看出，主動系統(tǒng)6、從動系統(tǒng)7，隧道主體1的連接關系，各組件之間都是利用法蘭連接。攝像系統(tǒng)數(shù)碼相機20采用分段采集的辦法，每臺攝像機負責一個模型隧道標準段的圖像采集工作，相鄰的兩臺攝像機的圖像采集會有小范圍的重疊。圖中虛線表示的是每臺攝像機的圖像采集范圍。圖像采集結束后，利用專業(yè)軟件將各臺數(shù)碼攝像機20的圖像拼接成一個圖像整體。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括壓力測試系統(tǒng)2、溫度測試系統(tǒng)3、煙氣分析系統(tǒng)4、活塞風速測試系統(tǒng)5?？梢詫崟r測量并記錄隧道內(nèi)的壓力、溫度、風速及煙氣成分、濃度等參數(shù)。此外，圖像采集系統(tǒng)20布置在隧道耐高溫火焰觀察窗1-2外，包括多臺高清數(shù)碼攝像機20，負責采集運動體火災特性的相關圖像資料。

列車模型的驅(qū)動系統(tǒng)主要包括主動系統(tǒng)6及從動系統(tǒng)7兩部分。通過鏈條控制列車的加速、勻速及制動。列車模型的定位輪11被置于軌道18內(nèi)，保證列車模型的直線運動。在列車高速運行工況下，保證列車不傾倒。此外，行程開關16被用來控制列車運動的區(qū)間，防止模型列車超出預定的運動區(qū)域，從而保證模型實驗的安全性。

本發(fā)明的工作過程如下：

1)將高速攝像機(2～3臺)置于耐高溫火焰觀察窗1-2外側，攝像機距離觀察窗約1.5m，攝像機的位置在整個實驗中固定不動，然后在實驗開始前統(tǒng)一各攝像機的系統(tǒng)時間(誤差在±1s內(nèi))，并調(diào)整其處于拍攝狀態(tài)，拍攝過程由實驗人員操作。

2)檢查各測試系統(tǒng)(2～5)的工作狀態(tài)。啟動數(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)確認無問題后，開始各數(shù)據(jù)采集儀記錄功能。

3)按照熱煙實驗規(guī)范中指定的燃料重量，為燃料稱重，并注入到列車模型的燃燒盤中。

4)啟動風機15，并根據(jù)速度測試系統(tǒng)5的測試數(shù)據(jù)調(diào)整風機15的風速，使隧道內(nèi)的機械通風風速達到實驗設定的風速。在無風工況下，風機15應關閉。

5)使用長柄火把點燃列車模型中的燃燒盤。

6)啟動驅(qū)動系統(tǒng)的主動系統(tǒng)6中的控制電機14，通過鏈條8帶動列車模型9以設定的速度在隧道內(nèi)運行。

7)運行一段時間后先制動起火列車，非起火列車繼續(xù)運動一段時間后，制動非起火列車。

8)滅火及稱重。上述過程為實驗的完整過程，列車運行完行程后，利用燃燒盤蓋板13-2熄滅燃燒盤，并稱重。

待實驗系統(tǒng)冷卻至初始狀態(tài)后，準備下輪實驗，重復過程1～8。

盡管上面結合圖對本發(fā)明進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發(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)明的保護之內(nèi)。