一种模块化传送带式地铁隧道运动体火灾缩尺寸实验系统技术领域
本发明涉及长大地铁隧道多运动体火灾缩尺寸实验系统，特别涉及一种模块化传
送带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。而且这种实验系统
的长度通常是固定的，只能反映某一具体长度的隧道发生火灾的情形。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。而且如何将实验系统设计模块化，从而在一个实验系统上模拟研究不同长度的地铁隧
道火灾情形也是一个亟待解决的问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种模块化传送带式地铁隧道运动
体火灾缩尺寸实验系统，克服现有技术中不能保证火源在运动状态下的安全、稳定的问题。
本发明采用的技术方案是：一种模块化传送带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，列车模型被置于传送带上，通过放置于列车模型
前后的列车模型位置固定器保证列车模型与传送带的相对位置始终不变，传送带连接列车
模型运动主动系统和列车模型运动从动系统。
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、外置传送带托辊
支架、外置传送带托辊，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。
列车模型包括带燃烧槽的标准列车模型和不带燃烧槽的标准列车模型，带燃烧槽
的标准列车模型车顶部设置有燃烧器槽位和燃烧器盖板。
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。
所述传送带位于内置传送带托辊上。
所述列车模型运动主动系统包括速度控制电机、传送带涨紧装置、与隧道主体连
接的法兰盘、速度控制电机与传送带涨紧装置利用联轴器连接。
所述列车模型运动从动系统包括传送带涨紧装置和与隧道主体连接的法兰盘，从
动系统、主动系统、传送带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。
所述隧道主体入口处设置有隧道风机，紧邻隧道风机出口设置有送风均流格栅。
本发明的有益效果是：本发明的传送带控制可拼接式的地铁或铁路隧道运动体火
灾缩尺寸实验系统，将传送带系统应用于运动体火灾实验系统。内置于隧道主体内的传送
带按照指定规律带动模型列车运动，保证列车模型的安全平稳运行。同时该实验系统模块
化具有可拼接性，可根据需要，增加或减少隧道以及列车模型的长度，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。本专利具有
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3(a)是列车模型断面图，图3(b)是列车模型侧视图；
图4燃烧盘侧视图及俯视图；图4(a)是燃烧盘侧视图，图4(b)是燃烧盘俯视图；
图5列车模型与传送带结合方式图；
图6列车运动主动系统侧视图；图6(a)是列车运动主动系统沿隧道方向的侧视图，
图6(b)是列车运动主动系统垂直于隧道方向的侧视图；
图7列车运动从动系统侧视图；图7(a)是列车运动从动系统垂直于隧道方向的侧
视图，图7(b)是列车运动从动系统沿隧道方向的侧视图；
图8摄像系统与隧道主体的相对位置关系俯视图；
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.传送带；9.列车模型；
10.列车位置固定器；11.送风均流格栅；12.外置传送带托辊；13.燃烧器；14.速度控制电
机；15.隧道风机；16.内置传送带托辊；17.隧道主体支架；18.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、传送带8、列车模型9、列车位置固定器10、送风均流格栅11、外置传送带托辊12、
燃烧器13、速度控制电机14、隧道风机15、内置传送带托辊16、隧道主体支架17。
如图2所示，隧道主体1有多段缩尺寸模型实验标准段拼装组成，包括耐高温隧道
主体标准段1-1、耐高温火焰观察窗1-2、外置传送带托辊支架12-1、外置传送带托辊12-2。
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17上。
如图3所示，实验列车模型也采用标准段拼接组合的方式连接。有利于研究列车长
度对活塞风的影响，及其对烟气扩散、火灾特性等的影响。列车模型包括带燃烧槽的标准列
车模型9-1和不带燃烧槽的标准列车模型9-2组成。带燃烧槽的标准列车模型9-1车顶部设
置有燃烧器槽位13-1和燃烧器盖板13-2。通过调整带燃烧槽的标准列车模型9-1在整列车
所处的位置，模拟列车不同位置发生火灾时的火灾特性和烟气扩散特性。可以布置在列车
的前段、中部或尾部。
图4分别展示了燃烧盘侧视图和俯视图。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。实验时，通过控制燃烧器内注入燃料的小格数，来控制火灾强度。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。
图5列车模型与传送带结合方式，其中，传送带8位于内置传送带托辊16上，防止传
送带8与隧道主体1摩擦，保证传送带8的使用耐久性。列车模型9被置于传送带上，通过放置
于列车模型9前后的列车模型位置固定器10保证列车模型9与传送带8的相对位置始终不
变。内置传送带托辊16与隧道主体1之间采用螺丝固定。
图6展示了列车运动主动系统的侧视图。主动系统包括速度控制电机14、传送带涨
紧装置6-1、与隧道主体1连接的法兰盘6-2、速度控制电机14与传送带涨紧装置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将动力传递给传送带涨紧装置6-1，传送带涨
紧装置6-1转动再带动传送带8运动，传送带8拖着模型列车9按照指定运动规律进行运动。
得益于模型列车9的前后都设置有位置固定器10，保证列车模型9始终与传送带8的相对位
置不变。所以传送带8既可以控制模型列车9加速运动，又可以控制模型列车9减速制动。
图7展示了列车运动从动系统的侧视图，从动系统包括传送带涨紧装置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、传送带8一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。
图8展示了实验图像采集系统与隧道主体1的相对位置关系，从图8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18
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18-1、18-2、18-3的图像拼接成一个图像整体。
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，通过传送带8带动列车模型9以设
定的速度在隧道内运行。
7)重复实验及调整参数实验。上述过程为实验的完整过程，列车运行完行程后，利
用燃烧器盘盖板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。