一种手提式灭火器遇明火自启动装置的实现

作者:未知

  摘 要:为了解决常见的手提式灭火器遇明火不能自动启动灭火这一问题,本文通过设计合理的结构,利用不同的材料特性,实现了手提式灭火器遇明火在机械力的作用下自启动。具体方法是利用可燃刚性材料与不燃的弹性材料配合,通过设计可燃保险装置、可燃支撑块以及弹片、卡扣等不同的结构,构建有向内收缩趋势的处于平衡力状态的预应力构造装置,通过不燃的固定卡扣将压把与提把和预应力构造装置的收缩部件固定,当明火发生时,处于平衡向内收缩的预应力装置中的可燃材料烧毁,使装置稳定的平衡力受到破坏,不燃的弹性材料的部件对灭火器产生向提把与压把内侧压缩的启动力,进而启动手提式灭火器灭火。研究结果表明,通过合理的设计可燃刚性材料与不燃的弹性材料的结构型式,当明火发生时,可以实现对传统手提式灭火器在改动最小情况下的纯机械力驱动的自启动,将火灾危害控制在最小程度。本文设计的遇明火自启动装置可以实现传统手提式灭火器在改动最小的情况下,在火灾发生时自动灭火,降低人民生命和财产的损失。
  关键词:消防;手提式灭火器;遇明火自启动装置
  1 概述
  众所周知,常见的手提式灭火器一般都是手动的,手提式灭火器的罐体内填充用于灭火的化学制剂。使用的时候,首先拔出手提式灭火器上的保险装置,然后对准着火点,按下活动压把,整体过程完全依赖于人工。但若是火灾发生于无人场所,即使火势蔓延到传统的手提式灭火器附近,传统的手提灭火器也不会启动。
  通过检索国内相关文献,可以看到,许多学者都认识到了自动灭火的重要性,尝试发明各种自动灭火系统和自动控制灭火装置,由于火灾发生时会产生大量的热和浓烟,所以大部分专家都以这两个要素作为判断火灾的因素,综合对比分析,与本研究相近的对手提式灭火器改进并进行自动灭火的相关研究主要有如下几类:(1)燃烧控制机械类;(2)温度控制类;(3)电控制类。
  对于手提式灭火器通过燃烧控制机械类启动的研究相对于其他研究较少,通过检索文献发现有的利用化纤绳拉住弹簧和手柄,当发生火情时,化纤绳遇火而断,弹簧立即拉下手柄,灭火器实现自动灭火。[1]也有的利用可熔性拉绳的两端分别与拉板的一端和牵拉管的底端部连接,拉力弹簧的两端分别与喷粉开启手柄和筒体连接,通过初始火焰的高温将可熔性拉绳熔断,实现自动灭火。[2]但是化纤绳及可熔性拉绳容易发生机械磨损折断,出现误判;另外这些装置占用的空间远大于现有的手提式灭火器的空间,装配起来不方便。
  对于温度控制机械类启动的研究相对于燃烧控制机械类启动的研究略多一些,有的利用焊锡环高温熔化的特点,以15kg的铅球重力作为启动力,当灭火器附近火灾发生时,高温会使焊锡环迅速熔化,铅球会坠落下来,并且通过铁链拉动把手,启动灭火器灭火。[3]但是启动铅球过重,操作起来困难,对于重力铅球装置受到振动等影响时使得铅球脱位,可靠性较差。也有的是在压把和提手间的凹槽内装有一感温泡,在压把及提手的尾端挂有拉簧,当感温泡遇高温自碎后,达到自动灭火。[4]还有的是由Ni(镍)-Ti(钛)或Cu(铜)-Zn(锌)-Al(铝)记忆合金制成弹簧,并安装在灭火器两手把之间,当现场温度达到设定值时,弹簧收缩使灭火器两手把向中心靠拢的力把灭火器的阀门打开,灭火物质就从灭火器喷出达到灭火作用。[5]有学者将形状记忆合金弹簧套在压杆的上端,当外部温度达到形状记忆合金弹簧的设定形变温度时,可以达到自动灭火的作用。[6]这类温度控制机械类自动灭火器的特点是装置体积较小,但主要针对特定的灭火器,不适用于一般的手提式灭火器,另外高温即可诱发灭火器启动,在某些场合,例如汽车发动机舱内,长期维持高温状态却并未发生火情,若使用该专利灭火器,则会发生火灾误判事件,既浪费了灭火器,又造成火灾发生时无灭火器可用。
  通过检索自动灭火相关研究文献可以知道,电控制类自动灭火方法是研究最多的,有的在水基灭火器上设计安装有对火灾的自动探测、报警系统,自动执行灭火的装置,当达到着火点时火灾检测装置通信工作,电气导通,电动推杆向下移动的作用力下按压灭火器的压板,灭火器进行喷射。[7]也有的将驱动装置与火灾检测装置通信连接,当火灾检测装置检测到火灾发生时,发送信号给驱动装置,驱动装置启动带动两个手柄靠近,使灭火器的阀门打开,液态的二氧化碳便喷出变成气态,起到扑灭火源的作用。[8]这类电控制类自动灭火的特点在于:电设备一般可靠性差,容易出现卡死或电力不足等现象;同时成本高,需要经常维护。
  由于上述问题的存在,对于现有的手提式灭火器的优化改造仍需要更可靠和简易的方法。本研究通过设计合理的结构,利用不同的材料特性,实现手提式灭火器遇明火在机械力的作用下自启动。尝试设计体积小、对手提式灭火器改动少、纯机械力启动的、更有效果、实用的自动灭火装置,以期实现常用手提式灭火器的自动灭火功能。
  2 研究过程
  2.1 手提式灭火器简化分析
  手提式灭火器的具体性能和结构要求见中华人民共和国国家标准GB4351.1-2005,图1展示的是常见的手提式灭火器提把及压把附近的局部示意图,各部位的名称见图1,为了便于分析本研究过程,将图1中的提把及压把附近的局部示意图简化,具体简化情况见图2。
  手提式滅火器的具体性能和结构要求见中华人民共和国国家标准GB4351.1-2005,图1展示的是常见的手提式灭火器提把及压把附近的局部示意图,各部位的名称见图1,为了便于分析本研究过程,将图1中的提把及压把附近的局部示意图简化,具体简化情况见图2。
  通过常见的手提式灭火器提把及压把附近的局部简化示意图(图2)可以看到在图1中隐于提把与压把之间的刺穿柱,它的作用是当压把受力向下运动时压把会向下按压刺穿柱,使刺穿柱穿破手提式灭火器罐体内的保护化学物质的保护膜,罐体内填充用于灭火的化学制剂才会由灭火器的喷嘴喷出,平时手提式灭火器提把和压把受保险装置限制,不能上下移动。   2.2 可燃保险装置的设计
  启动手提式灭火器首先必须解脱保险装置,那么如何才能在手提式灭火器遇到明火时不让保险装置限制压把与提把的闭合呢?为了给灭火器在出现明火时启动创造条件,本研究设计了一款由可燃物质构成的保险装置,形状与现有的手提式灭火器的保险装置类似,主要由引燃索、保险销、保险栓以及灭火器拉环等部件组成(保险装置各部位具体关系见图3);所不同的是常见的手提式灭火器的保险装置是钢铁等不燃的金属构成,本研究中的这些部件全部是由可燃材料构成。
  本研究设计的由可燃物质构成的保险装置中的引燃索是常见的手提式灭火器的保险装置中没有的,将引燃索布置于易燃点附近,若遇明火引燃索会被点燃,从而会带着热量速迅的把整个由可燃物质构成的保险装置点燃烧毁,从而使装配有可燃物质构成的保险装置的手提式灭火器在出现明火的第一时间进行启动灭火。
  2.3 收缩弹簧提供启动力法
  由手提式灭火器启动过程知道,去除掉手提式灭火器的保险装置后还需要对压把和提把提供一个向内侧的收缩压力,才能启动手提式灭火器。为此本研究设计了在压把和提把之间提供动力的收缩弹簧,在研究过程中发现弹簧弹性要求在拉伸10mm时,拉力不小于100N,在拉伸40mm时,拉力不小于400N,最大拉伸长度不小于80mm,可以满足手提式灭火器的启动要求。
  在研究过程中发现当弹簧弹力较大时可燃物质构成的保险装置中的保险栓不能满足抗剪要求,本研究在提把与压把之间设计了一个提供向外侧扩张的结构,使得弹簧收缩力与向外侧的弹性扩张力平衡,构成了一个稳定的弹性预应力模块,在正常的状态下,这个稳定的弹性预应力模块呈三角形状。
  本研究设计的遇明火自启动装置与手提式灭火器位置关系示意图见图4,可以看出本研究设计的手提式灭火器遇明火自启动装置主要布置于压把与提把之间,相对来说结构简单、小巧,基本不多占用现有的常规手提式灭火器工作空间,除了将常见的手提式灭火器不燃的保险装置换成本研究的可燃保险装置外,没有任何改动。通过不燃的不锈钢材料(自启动装置中的固定卡扣、固定支架)与不燃的弹性材料弹性钢片(自启动装置中的弹性外扩模块)与可燃支架组合,形成一个向内收缩与向外扩张处于平衡力的一个状态,本研究设计的遇明火自启动装置启动前示意图见图5。
  当明火烧毁可燃保险装置与可燃支架后向内收缩与向外扩张处于平衡力的状态被打破,弹簧收缩力成为一个主要动力,按押手提式灭火器的压把与提把向内收缩,通过测算弹簧收缩力远大于手提式灭火器所需的启动力,所以当出现明火时手提式灭火器在弹簧收缩力的作用下启动灭火,本研究设计的遇明火自启动装置启动后示意图见图6。
  本论文提供的手提式灭火器遇明火自启动装置的优点是对传统手提式灭火器改动最小,纯机械力驱动的自启动。配备了本文提供的自启动装置的灭火器,可以实现无人值守的密闭空间自动灭火,也可以实现手提式灭火器成为自动灭火弹,当火灾发生情况不容许灭火人员靠近灭火时,可以将配备有本装置的手提式灭火器投掷入火场中进行自动灭火。
  本论文表明,利用可燃刚性材料与不燃的弹性材料及不燃的刚性材料配合,是可以实现结构简单、小巧、纯机械力作为启动力的手提式灭火器遇明火自启动装置。
  参考文献:
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  [5]万成绪,李映雪,耿文学,等.灭火器用记忆合金弹簧收缩式感溫驱动装置:中国,922441286[U].1992-12-18.
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  [8]吴海星,张科,周晓宇,等.一种灭火器的自动开启机构:中国,2016112162580[P].2016-12-26.
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