防撞防盜新型室外消火栓設計方案

王斌 山東省泰安市消防支隊

防撞防盜新型室外消火栓設計方案

王斌 山東省泰安市消防支隊

通過對室外消火栓的結構進行分析，指出目前消火栓結構上存在的缺陷，提出了一種防撞防盜新型室外消火栓設計方案，解決了普通地上消火栓易受撞擊破壞，零部件易被盜而留下防火隱患問題。

防撞防盜；新型消火栓；設計方案

一、研究背景

消火栓是消防滅火中的固定消防器材，是迅速撲滅大火的有力保障。消火栓的種類很多，大體分為室內消火栓和室外消火栓。

室外消火栓又叫消防水龍，是指設置在市政管網和建筑物外消防給水管網的一種消防設施，其作用是供消防車（或其他移動滅火設備）從市政給水管網或室外消防給水管網取水或直接接出水帶、水槍實施滅火。其在大型火災救護中發揮著重要的作用，高效的給供水，將大大縮短撲滅大火的時間，減少火災造成的損失，避免消防人員的傷亡。

室外消火栓一般分為地上消火栓和地下消火栓，地上消火栓由本體、進水彎管、閥塞、出水口、排水口等組成，一般設立在車輛人流較多的建筑物和道路旁，閥體的大部分露出地面。具有目標明顯、易于尋找、出水操作方便等特點。但因車輛停靠、倒車或施工，造成折斷的現象時有發生。目前社會上使用的消火栓結構原理見圖1：沿關閉方向轉動手柄，手柄不能軸向移動，其下端的絲桿螺母機構即可帶動與其相連的閥瓣上下運動，從而打開或關閉閥門。這種消火栓機構的缺陷是很明顯的,由于鎖緊機構位于上閥體且閥瓣關閉方向與水流方向相反，當消火栓由于意外原因被撞斷后，自來水不可避免地會大量向外涌流，造成火栓被撞斷后，整個閥芯機構連同上閥體都會被水沖走，整個消火栓將報廢，修復十分困難。

圖1 傳統式室外消火栓閥門構造原理圖

例子1、揚州鳳凰西街和鳳凰菜場兩處消火栓被撞。

2007年春節至今，揚州市區的消火栓頻頻被撞，流失的自來水就有2000多噸。鳳凰西街和鳳凰菜場兩處消火栓被撞情節較為嚴重。特別是鳳凰西街上被汽車撞歪了的消火栓，嘩嘩的往外冒水，整個街道上演了水漫金山的一幕。自來水公司也及時派人趕到現場進行搶修，但前后兩個多小時，已經有200多噸的水白白浪費了。

例子2、云南昆明市北市區北辰大道消火栓被撞斷流百多噸。

2007年11月15日晚上9點左右，在昆明市北市區北辰大道附近，一輛小型貨車不慎撞斷了人行道上的消火栓，導致自來水白白流淌了一個多小時。十多分鐘后，流失的自來水也達到100多噸。

此外消火栓被盜的現象也非常嚴重，社會上存在不法分子，偷盜消火栓的金屬部分，廢棄的消火栓矗立在道路兩旁，在這種情況下，一旦發生火災，將使移動滅火設備無法迅速得到水源補給，推遲滅火時間，造成巨大的財產損失和人員傷亡。

因此，急需設計一種防撞防盜的新型消火栓，保證消火栓在撞裂之后能夠不噴水，方便維修人員更換，維護費用較低，同時防止消火栓零部件被盜。

二 方案設計

（一）防撞設計

1、閥門增設自動密封裝置

當消火栓被汽車撞擊之后，往往因為閥門被撞裂而導致噴水，新型消火栓閥門內設有自動密封裝置，閥門有上下兩個閥瓣，上閥瓣關閉方向與水流方向相反，下閥瓣關閉方向與水流方向一致。當消火栓受到撞擊后上閥瓣的限制作用消失，水流推動下閥瓣自動關閉閥門，保證水流不會噴出。

圖2 新型消火栓閥門原理構造圖

2、增加易碎防護圈

圖3 易碎防護圈示意圖

該裝置設立在閥門之上，通過螺紋和彈簧卡槽連接栓體和栓身，在消火栓的密封閥和主體立柱的外圓柱面上設有兩個或兩個以上的加強筋，防撞圈的受力強度小于栓體和栓身的受力強度，保證受到撞擊后閥門和栓體保持完整。這樣在消火栓受到撞擊之后，因為力學傳導原理，使易碎的防護圈首先斷裂，使上體脫落而不被破壞，閥門不受影響。維修時，維修人員壓住彈簧珠，通過轉動防護圈手臂，即可卸換新的防護圈，使消火栓可以重新投入使用。這種模塊化設計使維修更加方便快捷，同時大幅減少維修費用。

3、栓體增加反光膜

該材料采用高速公路上的反光板材料，是一層和照片紙差不多厚的反光膜，對光的反射率比普通油漆高許多倍，可見度高達幾百米甚至數千米，能夠將汽車前燈的大部分光線按原路反射回去,在夜間，汽車的夜燈打到消火栓上之后，產生強烈反光，提醒駕駛員，防止消火栓被撞。

這種反光膜材料，近幾年發展迅速，現在價格已經大幅度下降，從最初的每平方米680元逐步降到目前的每平方米180元，成本很低，所以完全可以應用到新型的消火栓的設計當中。

圖4 防撞消火栓結構原理圖

參數計算

設計防撞環壁厚的計算

（見圖2)，若外力作用在B處時，則截面D為危險截面，因為該處所受的彎矩最大.若要保證被撞斷裂時，斷裂點位于C處，則該截面所受的應力應為最大，即σC >σD,D截面的壁厚為δD，該處閥體內徑為dD；力點B與C截面及D截面的距離分別為m及(m+n),作用于B處的力為F.則

C截面所受的彎曲應力為：

D截面所受的彎曲應力為：

整理(1)、(2)兩式，并注意到消火栓閥體為薄壁件：

設計出的各參數必須滿足（3）式，值得注意的是，在實際設計壁厚時，δ c應不小于7mm，若計算的結果不能滿足（3）式.則應采取措施，增加加強筋，以提高上下栓體的抗彎強度，以保證受到撞擊后上下栓體保持完整。

（二）防盜措施

在可調研范圍內發現，消火栓遭破壞的部位集中在三處：銅制出水口、大頂蓋及側蓋。

新型消火栓采用物理性質與銅相類似、但價格更低的玻璃鋼材料。現在玻璃鋼的價格為每公斤20～40元，低于每公斤60元的銅的價格，而且玻璃鋼還具有耐高溫，耐老化，耐腐蝕，強度高，質輕不變形，耐摩擦的優點。玻璃鋼構件的回收再制作工藝比較復雜，沒有回收價值，可避免被偷盜。

三、結束語

本文介紹的新型消火栓設計方案，利用了模塊化設計思路，在傳統消火栓中加入了自動密封閥，防撞環，反光膜等技術，使消火栓具備了防撞、防盜的功能，解決了消火栓易損壞及被撞后大量噴水的難題。并且可以直接利用目前大量使用的消火栓直接改裝生產，維修簡單，結構合理，使用方便，成本低廉，完全可以廣泛運用到地上消火栓的生產中。

[1]楊太國,溪正玉.室外消火栓撞斷自鎖機構設計.安徽機電學院學報.2002年9月,第17卷第3期

[2]徐灝.機械設計手冊[C].北京：機械工業出版.1998.

[3]李華.機械制造技術[M].北京：機械工業出版社.2000.

[4]張學魁, 景絨.建筑滅火設施.陜西: 旅游出版社 .2000.

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.15.067

王斌，山東省泰安市公安消防支隊肥城大隊。