冷气溶胶灭火剂喷射装置的制作方法

专利名称：冷气溶胶灭火剂喷射装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于消防领域，具体说是一种将超细干粉喷射为冷气溶胶灭火剂喷射
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背景技术：
现代城市高层和大型建筑林立，发生在建筑物中的火灾占城市火灾总数的相当比 例。建筑物中火灾产生的高温和大量有毒烟雾难以排出，有毒烟雾是致人伤亡的主要因素， 也使消防人员难以进入灭火。加之高层建筑的“烟 效应”使火势向上层快速扩展，人员攀 登、灭火剂供给受限，扑救高层建筑火灾是世界性难题。不仅如此，大型船舶舱室灭火、隧道 灭火均受同样问题困扰，也是世界性消防难题。现役消防装备中没有适合于快速扑灭室内 火灾的有效手段，灭火中大流量喷射水系灭火剂、泡沫灭火剂，不仅灭火效能低，还造成了 水渍损失和对环境的化学污染。全淹没灭火方式是扑灭有限空间内火灾的快速而便捷的方法，不造成水渍损失和 化学污染，火灾后现场处置工作量小。但是，只有气体灭火剂才可以实现全淹没灭火，现有 的水、泡沫和普通干粉灭火剂均不能运用全淹没的灭火方式。而气体灭火剂的比重小，灭火 效能低，存贮困难，喷射距离近，使得全淹没的灭火方式至今难以大规模运用。近年来微粉碎技术的进步推动了超细干粉灭火剂的发展。平均粒径为5 μ m的聚 磷酸铵超细干粉灭火剂，其灭火效能已达50 60g/m3，比气态1301灭火剂的430 470g/ m3高出7倍，比二氧化碳的670g/m3高出10倍。不仅如此，有很好流动性的聚磷酸铵超细干 粉灭火剂的堆放密度为450kg/m3，是常压下1301灭火剂密度的70倍，是二氧化碳灭火剂密 度的220倍。密度大、流动性好有利于实现大流量喷射。超细干粉灭火剂便于存贮，价格比 气体灭火剂低廉，大量生产供应没有困难。因而，超细干粉灭火剂的发展为灭火方式的变革 带来新机遇。如果能将超细干粉灭火剂喷射为大流量的冷气溶胶灭火剂，则其灭火效能高、 兼有气体灭火剂的全淹没灭火的特点可以得到充分发挥，为突破上述世界性消防难题提供 新途径，为快速扑灭有限空间内的火灾增加新手段。但是，常规的灭火器或消防车无法将超细干粉喷射为冷气溶胶灭火剂。小型悬挂 式超细干粉灭火器采用脉冲喷射法，又难以实现气溶胶灭火剂的大流量持续喷射。

实用新型内容本实用新型的第一个目的在于提供一种实现利用压缩气体将超细干粉喷射为大 流量冷气溶胶灭火剂枪/炮。本实用新型的第二个目的在于提供一种将超细干粉喷射为大流量冷气溶胶灭火 剂的固定式喷射装置。本实用新型的第三个目的在于提供一种将超细干粉喷射为大流量冷气溶胶灭火 剂的机动型消防装置。实现本实用新型目的的技术解决方案为一种冷气溶胶灭火剂喷射装置，该装置为冷气溶胶灭火剂枪，其构成结构如下喷射装置安装在操纵装置的前部，所述的喷射装置 为由收敛段和扩散段组成的喷射通道，喷射通道连接在操纵装置壳体的前部，该操纵装置 的壳体内设置有球型阀门，阀门手柄控制球型阀门的启闭，喷枪手柄安装在壳体上，壳体后 部连接输粉胶管，该输粉胶管在球型阀门开启时与喷射通道相通一种冷气溶胶灭火剂喷射装置，该装置为冷气溶胶灭火剂炮，其构成结构如下喷 射装置安装在操纵装置的前部，所述的喷射装置为由收敛段和扩散段组成的喷射通道，喷 射通道连接在操纵装置上，该操纵装置由水平旋转装置和俯仰旋转装置组成，喷射通道连 接在水平旋转装置上，同时喷射通道、水平旋转装置连接在俯仰旋转装置上，该俯仰旋转装 置与可折叠输粉管道连接，该可折叠输粉管道与喷射通道相通。一种冷气溶胶灭火剂喷射装置，该装置为冷气溶胶灭火剂固定式喷射装置，其构 成结构如下超细干粉灭火剂罐的一端通过自动控制阀门与双螺杆空压机或压缩氮气瓶组 连接，另一端通过自动控制阀门与输粉管道连接，在该输粉管道的终端安装喷射装置，该喷 射装置为由收敛段和扩散段组成的喷射通道。一种冷气溶胶灭火剂喷射装置，该装置为冷气溶胶灭火剂移动式喷射装置，其构 成结构如下由移动装置和安装在移动装置上的双螺杆空压机、超细干粉灭火剂罐、冷气溶 胶灭火剂枪、冷气溶胶灭火剂炮和可折叠输粉管道组成，所述的双螺杆空压机由移动装置 的发动机通过取力器和传动轴带动，超细干粉灭火剂罐的一端与双螺杆空压机连接，另一 端通过可折叠输粉管道与冷气溶胶灭火剂炮连接，另一端还通过输粉胶管与冷气溶胶灭火 剂枪连接，在冷气溶胶灭火剂枪和冷气溶胶灭火剂炮中设置喷射装置，该喷射装置为由收 敛段和扩散段组成的喷射通道。本实用新型与现有技术相比，其显著优点(1)它突破了现役消防车射出的灭火 剂向下坠落的灭火模式，本实用新型机动型及固定式冷气溶胶灭火剂喷射装置射出的冷气 溶胶灭火剂，在有限空间内迅速扩散，无需消防人员进入高温和有毒烟雾的空间内寻找和 处置火源即可以全淹没的方式快速灭火，灭火后不产生水渍损失，现场易于清理。(2)喷射 出的冷气溶胶灭火剂的比重与空气接近，可代替补充气流进入隧道中的燃烧区域，也可随 上升的烟气进入古建筑的顶层空间，快速扑灭其它灭火剂难以射入和扑灭的封闭空间内的 大火，在扑灭高层楼房火灾、无人值守的化学危险品仓库火灾、地下车库火灾、电缆沟火灾、 隧道火灾、古建筑火灾、轮船舱室火灾中发挥重要作用。(3)将超细干粉灭火剂炮安装在可 折叠的输粉管道上，能够对6层以下楼房、古建筑实施灭火作业，也易于将冷气溶胶灭火剂 炮前伸至其它有限空间内，方便了冷气溶胶消防车的作战使用。(4)机动型的或固定式的冷 气溶胶灭火装置不受严寒低温的影响，可在危险化学品仓库、油罐、电缆沟等无人值守的条 件下使用。(5)以空气压缩机作为压缩气源，弃用了干粉消防车上装载的压缩氮气瓶组，利 于减轻消防车的自重，节省安装空间，提高消防车的自我保障能力，车载空压机气源还可作 为应急救援的压缩气源使用。
以下结合附图对本实用新型作进一步详细描述。
图1是本实用新型冷气溶胶灭火剂喷射装置中的冷气溶胶灭火剂枪的结构示意 图。[0016]图2是本实用新型冷气溶胶灭火剂喷射装置中的冷气溶胶灭火剂炮的结构示意图。图3、图4是本实用新型冷气溶胶灭火剂喷射装置中的固定式冷气溶胶灭火装置 的构成示意图。图5是本实用新型冷气溶胶灭火剂喷射装置中的冷气溶胶灭火剂移动式喷射装 置的构成示意图。图中附图标记及其对应的组成部分喷射装置1、冷气溶胶灭火剂喷枪5-1、球型 阀门2、喷枪手柄3、阀门手柄4、冷气溶胶灭火剂炮5、水平旋转装置6、俯仰旋转装置7、汽 车8、取力器9、传动轴10、可折叠输粉管道11、超细干粉灭火剂罐12、双螺杆空压机13、自 动控制阀门14/15、压缩氮气瓶组1具体实施方式
结合图1，本实用新型实现上述的冷气溶胶灭火剂喷射方法的装置，该装置为冷气 溶胶灭火剂枪，其构成结构如下喷射装置1安装在操纵装置的前部，所述的喷射装置1为 由收敛段1-3和扩散段1-2组成的喷射通道，喷射通道连接在操纵装置壳体的前部，该操纵 装置的壳体内设置有球型阀门2，阀门手柄4控制球型阀门2的启闭，喷枪手柄3安装在壳 体上，壳体后部连接输粉胶管，该输粉胶管在球型阀门2开启时与喷射通道相通，构成冷气 溶胶灭火剂枪。结合图2，本实用新型实现上述的冷气溶胶灭火剂喷射方法的装置，该装置为冷气 溶胶灭火剂炮，其构成结构如下喷射装置1安装在操纵装置的前部，所述的喷射装置1为 由收敛段1-3和扩散段1-2组成的喷射通道，喷射通道连接在操纵装置上，该操纵装置由水 平旋转装置6和俯仰旋转装置7组成，喷射通道连接在水平旋转装置6上，同时喷射通道、 水平旋转装置6连接在俯仰旋转装置7上，该俯仰旋转装置7与可折叠输粉管道11连接， 该可折叠输粉管道11与喷射通道相通，构成冷气溶胶灭火剂炮。结合图3和图4，本实用新型实现上述的冷气溶胶灭火剂喷射方法的装置，该装置 为冷气溶胶灭火剂固定式喷射装置，其构成结构如下超细干粉灭火剂罐12的一端通过一 个自动控制阀门17与双螺杆空压机13或压缩氮气瓶组16连接，另一端通过另一个自动控 制阀门14与输粉管道连接，在该输粉管道的终端安装喷射装置1，该喷射装置1为由收敛段 1-3和扩散段1-2组成的喷射通道。所述的双螺杆空压机13或压缩氮气瓶组16，其输出压 力为1. 2 1. 6MPa,空气流量为1 30m7min ；所述的超细干粉灭火剂罐其容积为0. 1 12m3，也可并列安装2 4个超细干粉灭火剂罐。结合图5，本实用新型实现上述的冷气溶胶灭火剂喷射方法的装置，该装置为冷气 溶胶灭火剂移动式喷射装置(或者称为消防车)，其构成结构如下由移动装置8 (如汽车 或轨道车等载车)和安装在移动装置8上的空气压缩机、超细干粉灭火剂罐12、冷气溶胶 灭火剂枪5-1、冷气溶胶灭火剂炮5和可折叠输粉管道11组成，所述的空气压缩机由移动 装置8的发动机通过取力器9和传动轴10带动，超细干粉灭火剂罐12的一端与空气压缩 机连接，另一端通过可折叠输粉管道11与冷气溶胶灭火剂炮5-2连接，另一端还通过输粉 胶管与冷气溶胶灭火剂枪5-1连接，在冷气溶胶灭火剂枪5-1和冷气溶胶灭火剂炮5中设 置喷射装置1，该喷射装置1为由收敛段1-3和扩散段1-2组成的喷射通道。空气压缩机安装在载车上，经传动轴10与动力装置连接，通过管道向超细干粉灭火剂罐12供给压缩气 体；从超细干粉灭火剂罐12输出的由压缩气体和超细干粉灭火剂混合的流体，经输粉管道 进入冷气溶胶灭火剂枪5-1或冷气溶胶灭火剂炮5，而后高速射出。所述的空气压缩机为由 汽车发动机带动的双螺杆式空气压缩机13，其输出压力为1. 4 1. 6MPa,空气流量为12 30m7min。所述的超细干粉灭火剂罐其容积为2 12m3，每车可载1个或2个超细干粉灭 火剂罐。所述的冷气溶胶灭火剂枪5-1，与长度为30 40m的输粉胶管连接，其喷射超细干 粉灭火剂的流量为2 3kg/s，根据需要每车可配置2 4支冷气溶胶灭火剂枪5-1 ；所述 的冷气溶胶灭火剂炮5，安装在可折叠输粉管道上，可折叠输粉管道张开后的高度为12 30m，冷气溶胶灭火剂炮5的喷射管可沿轴线在士60°锥面范围内的任意方向上转动，其喷 射超细干粉灭火剂的流量为5 15kg/s。本实用新型所述的四种装置均是为实现冷气溶胶灭火剂喷射方法而设计的，这四 种装置均有特定技术特征，即喷射装置1，所述的喷射装置1为由收敛段1-3和扩散段1-2 组成的喷射通道。针对超细干粉灭火剂粉粒之间有大量微小空隙，使用压缩气体驱动超细 干粉灭火剂喷射时，一部分压缩气体存贮在超细干粉灭火剂粉体颗粒空隙中的特点，本实 用新型对“气体-超细粉体”混合流体进行高速喷射的喷枪(或炮)的设计方法，该方法在 喷枪(或炮)中设计了一种“收敛_扩散”型通道，来自超细干粉灭火剂罐的“气体-超细 干粉灭火剂”混合流体，流经喷枪(或炮)的通道时首先经过收敛段，混合流体在收敛形通 道中流量不变、流速加快；尔后经喉管进入扩散形通道，此时粉粒间隙中的压缩气体在扩散 形通道中获得快速膨胀，使粉体体积扩大、流动速度进一步加快，当流经扩散形通道出口处 时，压缩气体已膨胀至与大气压力相等，在此过程中超细干粉获得了充分的增速，以很高的 速度和很小的扩散角从喷枪(或炮)的喷口射出，与大气撞击、掺混生成气溶胶灭火剂。本方法所采取的“收敛_扩散”型通道与“拉瓦尔”喷管的不同之处在于，“拉瓦尔” 喷管仅适用于纯净压缩气体喷射，使之产生超音速气流；本方法所采取的“收敛_扩散”型 通道适用于对“气-粉两相流体”的喷射，使其成为小扩散角、高射速射流，其管道截面设计 和计算方法均有不同。经对“气-粉两相流体”喷射性能反复试验证实，当超细干粉灭火剂 存贮罐内的压缩气体压力为1. 2 1. 6MPa，超细干粉灭火剂的蓬松度为0. 45±20g/cm3时， “气体-超细干粉灭火剂”混合流体以大于120m/s的出口速度从喷枪(或炮)的喷口中射 出。射出后的高速混合流体与空气发生撞击，产生湍流，使大量空气掺混进混合射流中，可 在有限空间内形成高灭火浓度的气溶胶灭火剂。在超细干粉灭火剂罐内的压缩气体的压力为1. 2 1. 6MPa，超细干粉灭火剂的蓬 松度为0. 45±20/cm3的条件下，上述喷射装置1的喷射通道结构尺寸比例通过下述公式计算 求得R1 = 0. 74R0R2 = 1. 48R0式中R0 为喷射通道1的进口处截面半径，其截面半径与输粉管道内最小尺寸截面半径 相同；R1 为喷射通道1的喉管1-1处截面半径；R2 为喷射通道1的出口处截面半径；[0033]喷射通道纵向剖面中各段的长度尺寸通过以下公式求得L1 = (2 3) R0L2 = (4 6) R0式中L1 为收敛段1_3(进口截面至喉管1-1)的长度；L2:为扩散段1-2 (喷管出口截面至喉管1-1)的长度。实施例1 图5所示，根据本实用新型制作的冷气溶胶消防车，由汽车8，取力器9、 传动轴10、双螺杆空压机13、超细干粉灭火剂罐12、可折叠输粉管道11、冷气溶胶灭火剂 炮4、冷气溶胶灭火剂枪1组成。由汽车发动机通过取力器9、传动轴10带动双螺杆空压机 13工作，产生出压力为14MPa、流量为24m3/min的压缩气体，输入超细干粉灭火剂罐12中， 驱动超细干粉灭火剂经可折叠输粉管道11、进入冷气溶胶灭火剂炮5中。在超细干粉灭火 剂与压缩气体的流体流经冷气溶胶灭火剂炮5的收敛段时，其压力不变、流速加快，进入扩 散段时，存在于超细干粉灭火剂微粒之间的间隙中的压缩气体迅速膨胀，使流体流速进一 步加快，在扩散段的出口处压缩气体膨胀至其压力与大气压力相等，流体射出的速度大于 120m/s。冷气溶胶灭火剂炮5的喷射流量为15kg/s。以扑灭古建筑火灾为例对实施方式作更进一步说明。冷气溶胶消防车的可折叠输 粉管道11完全张开时，其超细干粉灭火剂炮5的位置可达高度18米，可将超细干粉灭火剂 炮5伸入古建筑内部，或沿水平方向伸至门洞、窗口内进行喷射。冷气溶胶灭火剂炮5上的 水平旋转装置6和俯仰旋转装置7，可操纵冷气溶胶灭火剂炮5在士60°锥面范围内转动。 冷气溶胶灭火剂充满古建筑物内部空间，并随上升气流进入建筑物顶部，迅速扑灭内部大 火。聚磷酸铵超细粉体在木材火的炽热表面可生成玻璃层隔绝氧气，同时吸收热量，使木材 阴燃火熄灭。保持建筑物内冷气溶胶灭火剂的灭火浓度，待温度下降至燃点以下时，已熄灭 的火不会复燃。实施例2 图5所示，本实用新型制作的固定式冷气溶胶灭火装置，由超细干粉灭 火剂罐12、双螺杆空压机13或压缩氮气瓶组16、自动控制阀门14/15、冷气溶胶灭火剂喷 射装置1组成。自动控制阀门15受控感受到火警传感器感的火警时，双螺杆空压机13 (或 氮气瓶组16)启动，自动控制阀门15打开，超细干粉灭火剂罐15内的压力上升到1.2 1. 6MPa时，自动控制阀门14打开，压缩气体驱动超细干粉灭火剂从冷气溶胶灭火剂喷射装 置1高速射出，与空气撞击生成冷气溶胶灭火剂，充满有限空间实现全淹没灭火。冷气溶胶 灭火剂喷射装置1的喷射流量为1 5kg/s，超细干粉灭火剂罐12的容积在0. 1 5m3范 围内，也可并列安装2 3组固定式冷气溶胶灭火装置，由同一组火警传感器控制，或独立 控制。以扑灭凝析油火灾和扑灭高层建筑火灾为例对其实施方式作更进一步说明。凝析油为塔里木油气田井中抽取天然气后留下的淡黄色油液，沸点为70°C，存放在50t罐体内，失火后极难扑灭。用本实用新型的固定式冷气溶胶灭火装置在塔里木油田 进行灭火试验，冷气溶胶灭火剂喷射装置1安装在50t油罐内顶部，超细干粉灭火剂罐12 的容积为0. 05m3，加入超细干粉灭火剂10kg，将压缩氮气瓶16的压缩氮气充入超细干粉灭 火剂罐12，气体压力为1.2MPa，点燃50t凝析油罐内的凝析油，预燃lmi。打开超细干粉灭 火剂罐12上的阀门，经冷气溶胶灭火剂喷射装置1向罐内喷射冷气溶胶灭火剂，凝析油大火迅速熄灭。 高层楼房发生火灾时，炽热燃气向上流动，楼梯、电梯间和各类通风管道产生“烟 囱效应”，上层居室玻璃在向上翻卷的300°C炽热火焰作用下碎裂，室内易燃物品被点燃，使 火灾在约30min内从底层蔓延至顶层。冷气溶胶灭火剂喷射装置的实施方式是，在高层建 筑火灾发生时，对相邻上层房间利用固定式、推车式冷气溶胶灭火剂喷射装置向房间内喷 射冷气溶胶灭火剂，当相邻上层玻璃在火焰高温作用下碎裂时，冷气溶胶灭火剂阻止上层 可燃物着火，可见度很低的冷气溶胶灭火剂也阻止辐射热向室内传播，切断火焰向上蔓延 的通道。同时冷气溶胶消防车将冷气溶胶灭火剂射入下层房间、楼梯间、电梯间和各类通风 管道内，冷气溶胶灭火剂随炽热气流上升，阻止了火灾向上层的 传播，为综合运用各类消防 装备扑灭高层建筑大火创造有利条件。
权利要求一种冷气溶胶灭火剂喷射装置，其特征在于该装置为冷气溶胶灭火剂枪，其构成结构如下喷射装置[1]安装在操纵装置的前部，所述的喷射装置[1]为由收敛段[1-3]和扩散段[1-2]组成的喷射通道，喷射通道连接在操纵装置壳体的前部，该操纵装置的壳体内设置有球型阀门[2]，阀门手柄[4]控制球型阀门[2]的启闭，喷枪手柄[3]安装在壳体上，壳体后部连接输粉胶管，该输粉胶管在球型阀门[2]开启时与喷射通道相通。
2.一种冷气溶胶灭火剂喷射装置，其特征在于该装置为冷气溶胶灭火剂炮，其构成 结构如下喷射装置[1]安装在操纵装置的前部，所述的喷射装置[1]为由收敛段[1-3]和 扩散段[1-2]组成的喷射通道，喷射通道连接在操纵装置上，该操纵装置由水平旋转装置 [6]和俯仰旋转装置[7]组成，喷射通道连接在水平旋转装置[6]上，同时喷射通道、水平 旋转装置[6]连接在俯仰旋转装置[7]上，该俯仰旋转装置[7]与可折叠输粉管道[11]连 接，该可折叠输粉管道[11]与喷射通道相通。
3.一种冷气溶胶灭火剂喷射装置，其特征在于该装置为冷气溶胶灭火剂固定式喷射 装置，其构成结构如下超细干粉灭火剂罐[12]的一端通过自动控制阀门[17]与双螺杆空 压机[13]或压缩氮气瓶组[15]连接，另一端通过自动控制阀门[14]与输粉管道连接，在 该输粉管道的终端安装喷射装置[1]，该喷射装置[1]为由收敛段[1-3]和扩散段[1-2]组 成的喷射通道。
4.一种冷气溶胶灭火剂喷射装置，其特征在于该装置为冷气溶胶灭火剂移动式喷射 装置，其构成结构如下由移动装置[8]和安装在移动装置[8]上的双螺杆空压机[13]、超 细干粉灭火剂罐[12]、冷气溶胶灭火剂枪[5-1]、冷气溶胶灭火剂炮[5]和可折叠输粉管道 [11]组成，所述的双螺杆空压机[13]由移动装置[8]的发动机通过取力器[9]和传动轴 [10]带动，超细干粉灭火剂罐[12]的一端与双螺杆空压机[13]连接，另一端通过可折叠输 粉管道[11]与冷气溶胶灭火剂炮[5-2]连接，另一端还通过输粉胶管与冷气溶胶灭火剂枪 [5-1]连接，在冷气溶胶灭火剂枪[5-1]和冷气溶胶灭火剂炮[5]中设置喷射装置[1]，该 喷射装置[1]为由收敛段[1-3]和扩散段[1-2]组成的喷射通道。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的冷气溶胶灭火剂喷射装置，其特征在于冷气溶胶灭 火剂枪/炮中喷射装置[1]的喷射通道结构尺寸比例通过下述公式计算求得R1 = 0. 74R。 R2 = 1. 48R0 式中R0 为喷射通道[1]的进口处截面半径，其截面半径与输粉管道内最小尺寸截面半径相同；R1 为喷射通道[1]的喉管[1-1]处截面半径；R2 为喷射通道[1]的出口处截面半径；喷射通道纵向剖面中各段的长度尺寸通过以下公式求得L1 = (2 3)R0L2 = (4 6) R0式中L1 为收敛段[1-3]的长度； L2 为扩散段[1-2]的长度。
专利摘要本实用新型公开了一种冷气溶胶灭火剂喷射装置，用压缩气体驱动超细干粉灭火剂喷射，流经喷射通道的收敛段时流量不变、流速加快；进入扩散段后，存在于灭火剂粉粒间的压缩气体在扩散段的通道中快速膨胀，使流体体积扩大、流速进一步加快，在扩散段通道出口处，压缩气体已膨胀至与大气压力相等，流体获得了充分增速，以很高的速度和很小的扩散角从喷射通道的喷口射出，又与大气撞击掺混生成气溶胶灭火剂射流。本实用新型在有限空间内迅速扩散，无需消防人员进入高温和有毒烟雾的空间内寻找和处置火源即可以全淹没的方式快速灭火，灭火后不产生水渍损失，现场易于清理。
文档编号A62C31/00GK201572467SQ200920235848
公开日2010年9月8日 申请日期2009年9月28日 优先权日2009年9月28日
发明者刘军, 姬永兴, 尹志, 王戈, 程继国 申请人:江苏卡威专用汽车制造有限公司