一種手提式滅火器遇明火自啟動(dòng)裝置的實(shí)現(xiàn)

遲家寧

摘 要：為了解決常見的手提式滅火器遇明火不能自動(dòng)啟動(dòng)滅火這一問題，本文通過設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)，利用不同的材料特性，實(shí)現(xiàn)了手提式滅火器遇明火在機(jī)械力的作用下自啟動(dòng)。具體方法是利用可燃剛性材料與不燃的彈性材料配合，通過設(shè)計(jì)可燃保險(xiǎn)裝置、可燃支撐塊以及彈片、卡扣等不同的結(jié)構(gòu)，構(gòu)建有向內(nèi)收縮趨勢的處于平衡力狀態(tài)的預(yù)應(yīng)力構(gòu)造裝置，通過不燃的固定卡扣將壓把與提把和預(yù)應(yīng)力構(gòu)造裝置的收縮部件固定，當(dāng)明火發(fā)生時(shí)，處于平衡向內(nèi)收縮的預(yù)應(yīng)力裝置中的可燃材料燒毀，使裝置穩(wěn)定的平衡力受到破壞，不燃的彈性材料的部件對滅火器產(chǎn)生向提把與壓把內(nèi)側(cè)壓縮的啟動(dòng)力，進(jìn)而啟動(dòng)手提式滅火器滅火。研究結(jié)果表明，通過合理的設(shè)計(jì)可燃剛性材料與不燃的彈性材料的結(jié)構(gòu)型式，當(dāng)明火發(fā)生時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)對傳統(tǒng)手提式滅火器在改動(dòng)最小情況下的純機(jī)械力驅(qū)動(dòng)的自啟動(dòng)，將火災(zāi)危害控制在最小程度。本文設(shè)計(jì)的遇明火自啟動(dòng)裝置可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)手提式滅火器在改動(dòng)最小的情況下，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)自動(dòng)滅火，降低人民生命和財(cái)產(chǎn)的損失。

關(guān)鍵詞：消防;手提式滅火器;遇明火自啟動(dòng)裝置

1 概述

眾所周知，常見的手提式滅火器一般都是手動(dòng)的，手提式滅火器的罐體內(nèi)填充用于滅火的化學(xué)制劑。使用的時(shí)候，首先拔出手提式滅火器上的保險(xiǎn)裝置，然后對準(zhǔn)著火點(diǎn)，按下活動(dòng)壓把，整體過程完全依賴于人工。但若是火災(zāi)發(fā)生于無人場所，即使火勢蔓延到傳統(tǒng)的手提式滅火器附近，傳統(tǒng)的手提滅火器也不會啟動(dòng)。

通過檢索國內(nèi)相關(guān)文獻(xiàn)，可以看到，許多學(xué)者都認(rèn)識到了自動(dòng)滅火的重要性，嘗試發(fā)明各種自動(dòng)滅火系統(tǒng)和自動(dòng)控制滅火裝置，由于火災(zāi)發(fā)生時(shí)會產(chǎn)生大量的熱和濃煙，所以大部分專家都以這兩個(gè)要素作為判斷火災(zāi)的因素，綜合對比分析，與本研究相近的對手提式滅火器改進(jìn)并進(jìn)行自動(dòng)滅火的相關(guān)研究主要有如下幾類：（1）燃燒控制機(jī)械類;（2）溫度控制類;（3）電控制類。

對于手提式滅火器通過燃燒控制機(jī)械類啟動(dòng)的研究相對于其他研究較少，通過檢索文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)有的利用化纖繩拉住彈簧和手柄，當(dāng)發(fā)生火情時(shí)，化纖繩遇火而斷，彈簧立即拉下手柄，滅火器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)滅火。[1]也有的利用可熔性拉繩的兩端分別與拉板的一端和牽拉管的底端部連接，拉力彈簧的兩端分別與噴粉開啟手柄和筒體連接，通過初始火焰的高溫將可熔性拉繩熔斷，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)滅火。[2]但是化纖繩及可熔性拉繩容易發(fā)生機(jī)械磨損折斷，出現(xiàn)誤判;另外這些裝置占用的空間遠(yuǎn)大于現(xiàn)有的手提式滅火器的空間，裝配起來不方便。

對于溫度控制機(jī)械類啟動(dòng)的研究相對于燃燒控制機(jī)械類啟動(dòng)的研究略多一些，有的利用焊錫環(huán)高溫熔化的特點(diǎn)，以15kg的鉛球重力作為啟動(dòng)力，當(dāng)滅火器附近火災(zāi)發(fā)生時(shí)，高溫會使焊錫環(huán)迅速熔化，鉛球會墜落下來，并且通過鐵鏈拉動(dòng)把手，啟動(dòng)滅火器滅火。[3]但是啟動(dòng)鉛球過重，操作起來困難，對于重力鉛球裝置受到振動(dòng)等影響時(shí)使得鉛球脫位，可靠性較差。也有的是在壓把和提手間的凹槽內(nèi)裝有一感溫泡，在壓把及提手的尾端掛有拉簧，當(dāng)感溫泡遇高溫自碎后，達(dá)到自動(dòng)滅火。[4]還有的是由Ni（鎳）-Ti（鈦）或Cu（銅）-Zn（鋅）-Al（鋁）記憶合金制成彈簧，并安裝在滅火器兩手把之間，當(dāng)現(xiàn)場溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，彈簧收縮使滅火器兩手把向中心靠攏的力把滅火器的閥門打開，滅火物質(zhì)就從滅火器噴出達(dá)到滅火作用。[5]有學(xué)者將形狀記憶合金彈簧套在壓桿的上端，當(dāng)外部溫度達(dá)到形狀記憶合金彈簧的設(shè)定形變溫度時(shí)，可以達(dá)到自動(dòng)滅火的作用。[6]這類溫度控制機(jī)械類自動(dòng)滅火器的特點(diǎn)是裝置體積較小，但主要針對特定的滅火器，不適用于一般的手提式滅火器，另外高溫即可誘發(fā)滅火器啟動(dòng)，在某些場合，例如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)，長期維持高溫狀態(tài)卻并未發(fā)生火情，若使用該專利滅火器，則會發(fā)生火災(zāi)誤判事件，既浪費(fèi)了滅火器，又造成火災(zāi)發(fā)生時(shí)無滅火器可用。

通過檢索自動(dòng)滅火相關(guān)研究文獻(xiàn)可以知道，電控制類自動(dòng)滅火方法是研究最多的，有的在水基滅火器上設(shè)計(jì)安裝有對火災(zāi)的自動(dòng)探測、報(bào)警系統(tǒng)，自動(dòng)執(zhí)行滅火的裝置，當(dāng)達(dá)到著火點(diǎn)時(shí)火災(zāi)檢測裝置通信工作，電氣導(dǎo)通，電動(dòng)推桿向下移動(dòng)的作用力下按壓滅火器的壓板，滅火器進(jìn)行噴射。[7]也有的將驅(qū)動(dòng)裝置與火災(zāi)檢測裝置通信連接，當(dāng)火災(zāi)檢測裝置檢測到火災(zāi)發(fā)生時(shí)，發(fā)送信號給驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)裝置啟動(dòng)帶動(dòng)兩個(gè)手柄靠近，使滅火器的閥門打開，液態(tài)的二氧化碳便噴出變成氣態(tài)，起到撲滅火源的作用。[8]這類電控制類自動(dòng)滅火的特點(diǎn)在于：電設(shè)備一般可靠性差，容易出現(xiàn)卡死或電力不足等現(xiàn)象;同時(shí)成本高，需要經(jīng)常維護(hù)。

由于上述問題的存在，對于現(xiàn)有的手提式滅火器的優(yōu)化改造仍需要更可靠和簡易的方法。本研究通過設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)，利用不同的材料特性，實(shí)現(xiàn)手提式滅火器遇明火在機(jī)械力的作用下自啟動(dòng)。嘗試設(shè)計(jì)體積小、對手提式滅火器改動(dòng)少、純機(jī)械力啟動(dòng)的、更有效果、實(shí)用的自動(dòng)滅火裝置，以期實(shí)現(xiàn)常用手提式滅火器的自動(dòng)滅火功能。

2 研究過程

2.1 手提式滅火器簡化分析

手提式滅火器的具體性能和結(jié)構(gòu)要求見中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB4351.1-2005，圖1展示的是常見的手提式滅火器提把及壓把附近的局部示意圖，各部位的名稱見圖1，為了便于分析本研究過程，將圖1中的提把及壓把附近的局部示意圖簡化，具體簡化情況見圖2。

手提式滅火器的具體性能和結(jié)構(gòu)要求見中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB4351.1-2005，圖1展示的是常見的手提式滅火器提把及壓把附近的局部示意圖，各部位的名稱見圖1，為了便于分析本研究過程，將圖1中的提把及壓把附近的局部示意圖簡化，具體簡化情況見圖2。

通過常見的手提式滅火器提把及壓把附近的局部簡化示意圖（圖2）可以看到在圖1中隱于提把與壓把之間的刺穿柱，它的作用是當(dāng)壓把受力向下運(yùn)動(dòng)時(shí)壓把會向下按壓刺穿柱，使刺穿柱穿破手提式滅火器罐體內(nèi)的保護(hù)化學(xué)物質(zhì)的保護(hù)膜，罐體內(nèi)填充用于滅火的化學(xué)制劑才會由滅火器的噴嘴噴出，平時(shí)手提式滅火器提把和壓把受保險(xiǎn)裝置限制，不能上下移動(dòng)。

2.2 可燃保險(xiǎn)裝置的設(shè)計(jì)

啟動(dòng)手提式滅火器首先必須解脫保險(xiǎn)裝置，那么如何才能在手提式滅火器遇到明火時(shí)不讓保險(xiǎn)裝置限制壓把與提把的閉合呢？為了給滅火器在出現(xiàn)明火時(shí)啟動(dòng)創(chuàng)造條件，本研究設(shè)計(jì)了一款由可燃物質(zhì)構(gòu)成的保險(xiǎn)裝置，形狀與現(xiàn)有的手提式滅火器的保險(xiǎn)裝置類似，主要由引燃索、保險(xiǎn)銷、保險(xiǎn)栓以及滅火器拉環(huán)等部件組成（保險(xiǎn)裝置各部位具體關(guān)系見圖3）;所不同的是常見的手提式滅火器的保險(xiǎn)裝置是鋼鐵等不燃的金屬構(gòu)成，本研究中的這些部件全部是由可燃材料構(gòu)成。

本研究設(shè)計(jì)的由可燃物質(zhì)構(gòu)成的保險(xiǎn)裝置中的引燃索是常見的手提式滅火器的保險(xiǎn)裝置中沒有的，將引燃索布置于易燃點(diǎn)附近，若遇明火引燃索會被點(diǎn)燃，從而會帶著熱量速迅的把整個(gè)由可燃物質(zhì)構(gòu)成的保險(xiǎn)裝置點(diǎn)燃燒毀，從而使裝配有可燃物質(zhì)構(gòu)成的保險(xiǎn)裝置的手提式滅火器在出現(xiàn)明火的第一時(shí)間進(jìn)行啟動(dòng)滅火。

2.3 收縮彈簧提供啟動(dòng)力法

由手提式滅火器啟動(dòng)過程知道，去除掉手提式滅火器的保險(xiǎn)裝置后還需要對壓把和提把提供一個(gè)向內(nèi)側(cè)的收縮壓力，才能啟動(dòng)手提式滅火器。為此本研究設(shè)計(jì)了在壓把和提把之間提供動(dòng)力的收縮彈簧，在研究過程中發(fā)現(xiàn)彈簧彈性要求在拉伸10mm時(shí)，拉力不小于100N，在拉伸40mm時(shí)，拉力不小于400N，最大拉伸長度不小于80mm，可以滿足手提式滅火器的啟動(dòng)要求。

在研究過程中發(fā)現(xiàn)當(dāng)彈簧彈力較大時(shí)可燃物質(zhì)構(gòu)成的保險(xiǎn)裝置中的保險(xiǎn)栓不能滿足抗剪要求，本研究在提把與壓把之間設(shè)計(jì)了一個(gè)提供向外側(cè)擴(kuò)張的結(jié)構(gòu)，使得彈簧收縮力與向外側(cè)的彈性擴(kuò)張力平衡，構(gòu)成了一個(gè)穩(wěn)定的彈性預(yù)應(yīng)力模塊，在正常的狀態(tài)下，這個(gè)穩(wěn)定的彈性預(yù)應(yīng)力模塊呈三角形狀。

本研究設(shè)計(jì)的遇明火自啟動(dòng)裝置與手提式滅火器位置關(guān)系示意圖見圖4，可以看出本研究設(shè)計(jì)的手提式滅火器遇明火自啟動(dòng)裝置主要布置于壓把與提把之間，相對來說結(jié)構(gòu)簡單、小巧，基本不多占用現(xiàn)有的常規(guī)手提式滅火器工作空間，除了將常見的手提式滅火器不燃的保險(xiǎn)裝置換成本研究的可燃保險(xiǎn)裝置外，沒有任何改動(dòng)。通過不燃的不銹鋼材料（自啟動(dòng)裝置中的固定卡扣、固定支架）與不燃的彈性材料彈性鋼片（自啟動(dòng)裝置中的彈性外擴(kuò)模塊）與可燃支架組合，形成一個(gè)向內(nèi)收縮與向外擴(kuò)張?zhí)幱谄胶饬Φ囊粋€(gè)狀態(tài)，本研究設(shè)計(jì)的遇明火自啟動(dòng)裝置啟動(dòng)前示意圖見圖5。

當(dāng)明火燒毀可燃保險(xiǎn)裝置與可燃支架后向內(nèi)收縮與向外擴(kuò)張?zhí)幱谄胶饬Φ臓顟B(tài)被打破，彈簧收縮力成為一個(gè)主要?jiǎng)恿Γ囱菏痔崾綔缁鹌鞯膲喊雅c提把向內(nèi)收縮，通過測算彈簧收縮力遠(yuǎn)大于手提式滅火器所需的啟動(dòng)力，所以當(dāng)出現(xiàn)明火時(shí)手提式滅火器在彈簧收縮力的作用下啟動(dòng)滅火，本研究設(shè)計(jì)的遇明火自啟動(dòng)裝置啟動(dòng)后示意圖見圖6。

本論文提供的手提式滅火器遇明火自啟動(dòng)裝置的優(yōu)點(diǎn)是對傳統(tǒng)手提式滅火器改動(dòng)最小，純機(jī)械力驅(qū)動(dòng)的自啟動(dòng)。配備了本文提供的自啟動(dòng)裝置的滅火器，可以實(shí)現(xiàn)無人值守的密閉空間自動(dòng)滅火，也可以實(shí)現(xiàn)手提式滅火器成為自動(dòng)滅火彈，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生情況不容許滅火人員靠近滅火時(shí)，可以將配備有本裝置的手提式滅火器投擲入火場中進(jìn)行自動(dòng)滅火。

本論文表明，利用可燃剛性材料與不燃的彈性材料及不燃的剛性材料配合，是可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡單、小巧、純機(jī)械力作為啟動(dòng)力的手提式滅火器遇明火自啟動(dòng)裝置。

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