一种可重复使用的非爆炸型灭火弹及灭火系统

1.本发明涉及应急技术研究技术领域，具体涉及一种可重复使用的非爆炸型灭火弹及灭火系统。


背景技术：

2.森林灭火弹作为一种新兴的灭火手段，因其安全、高效等优势逐渐被世界各国所接受，成为目前一种主流的森林灭火装备。
3.起火种类不同，灭火方式、手段也不同。现有灭火方式可分为接触式灭火与非接触式灭火，如：直接使用灭火器进入火场属于接触式灭火，而通过远距离投射将灭火装置投入火场灭火属于非接触式。目前，森林灭火弹大多采用军用炮弹技术释放灭火剂，即在弹体内填充火药，发射至火场后引爆，向火场内抛洒灭火剂进行灭火。此种灭火弹在爆炸后会形成球形粉云，受火场气流影响，灭火剂无法完全抛洒至火源处，导致灭火弹灭火效率不高，同时弹体为一次性的消耗品，无法满足目前国家提出的环保、经济原则。
4.而灭火弹的发射方式目前主要有依托军用迫击炮投掷方式和依托航空器的空中抛投方式两种。投掷方式的有效投掷距离较小，无法应对森林火灾火场蔓延速度快的特点，无法保障安全性。空中抛投方式受限于经费、体制等因素，无法形成有效体系；同时，目前灭火弹大多采用自爆式，虽然具有一定的灭火效果，但是在弹体的内部采用爆管方式爆破，即弹体内设置火焰雷管和爆管，利用火焰爆管引爆爆管里面的炸药或黑火药，从而将弹体炸开，并将灭火剂布撒到着火处而实现灭火，炸药或黑火药具有很强的爆炸冲击力，从而该灭火弹具有爆炸冲击波和灭火剂的双重灭火功效。但在具有强大爆破能力的同时，也具有很大的潜在危险性，危险系数高。
5.鉴于干粉灭火弹和泡沫灭火弹本身缺乏阻燃能力，已灭火的可燃物还会再次被引燃。因此，如何选择灭火弹的灭火剂及保证喷洒均匀就成了解决问题的关键。目前常用的干粉灭火剂受火场气流影响，往往喷洒不匀，无法有效覆盖火源的问题，而胶体泡沫灭火剂因水不溶物沉淀的问题，难以生成足够多的胶态物质和生成泡沫所需的气体，因而灭火能力不佳。


技术实现要素：

6.为解决上述技术问题，本发明提出一种可重复使用的非爆炸型灭火弹及灭火系统。
7.本发明的技术方案是这样实现的：本发明的第一个方面提供了一种可重复使用的非爆炸型灭火弹，包括弹体、弹头及撞针，所述弹体内设置有用于存放灭火介质的储气室及设置在弹体圆周壁内的环形流体腔，所述环形流体腔通过第一通道与储气室连通，所述撞针自弹头的前端插入至储气室内将第一通道封堵，且撞针设置成向弹体内位移时将第一通道开启；所述弹头内设置有用于将储气室与环形流体腔连通的第二通道，第二通道内设置
有用于控制第二通道开启/关闭的电磁阀，且弹头内设置有与电磁阀电连接的充电计时器，充电计时器用于控制电磁阀动作将第二通道开启；所述储气室的尾端设置有弹簧体及柱塞，弹簧体用于在第一通道或/和第二通道开启后为灭火介质从储气室经过环形流体腔后排出提供压力。
8.进一步地，所述弹头的前端与撞针的前端之间设置有缓冲层，用于在撞针向后位移时保护弹头。
9.进一步地，所述弹头内设置有与储气室连通的第三通道，第三通道内设置有安全阀，且安全阀的输出管线与环形流体腔连通。
10.进一步地，所述弹体设置成带隔热层的套筒状结构，且弹体上均匀设置有与环形流体腔连通的喷射口。
11.进一步地，所述灭火介质为高压液态co2或超临界态co2或液氮。
12.进一步地，当灭火介质为液氮时，所述弹头内设置有用于注入液氮的单向阀。
13.本发明的第二个方面提供了一种应用上述可重复使用的非爆炸型灭火弹的灭火系统，包括：用于发射所述可重复使用的非爆炸型灭火弹的发射系统；用于控制所述可重复使用的非爆炸型灭火弹精准发射的控制系统；设置在运载工具上的用于对所述可重复使用的非爆炸型灭火弹进行储存及上弹的储运装置。
14.进一步地，所述发射系统包括设置在运载工具上可在水平面360
°
旋转与定位的底盘、一端与底盘上的铰链连接的带液压杆的组合发射架、安装在带液压杆的组合发射架上表面两侧呈对称分布的c型导轨、可位移的设置在两个c型导轨之间的半圆形轮式助能构件、设置在两个c型导轨前端的限位器及设置在半圆形轮式助能构件尾端的挡板、设置在运载工具上的发电机、储能电源及集能器，其中，液压杆的底端连接在底盘上的铰链上，其顶端连接在带液压杆的组合发射架底部的铰链上。
15.进一步地，所述控制系统包括工控机、靶标定位仪、测位仪、发射架角度控制仪及能量输出控制器，其中，所述工控机与靶标定位仪、测位仪、发射架角度控制仪、能量输出控制器及充电计时器电连接。
16.进一步地，所述储运装置包括固定在运载工具上的弹药箱和机械臂；且当灭火介质为液氮时，所述储运装置还包括固定在运载工具上的液氮储存罐和液氮注入泵；其中：所述机械臂的输入端与控制系统电连接，机械臂可在弹药箱与带液压杆的组合发射架间运动，用于弹药装填。
17.本发明具有如下有益效果：1、本发明提供的可重复使用的非爆炸型灭火弹可以实现弹体的重复利用，与传统非重复利用灭火弹技术相比，由于本系统实现了弹体每次使用后回收二次充填使用，大大降低了设备使用成本及降低对环境的破坏。
18.2、本发明提供的可重复使用的非爆炸型灭火弹采用非爆炸方式灭火，与传统雷管引爆灭火弹技术相比，由于本系统不需要利用火药引爆，其储存、转用、发射安全性更高，适用环境和使用范围更广，使用更为便捷。
19.3、本发明提供的可重复使用的非爆炸型灭火弹采用撞针和倒计时双开关模式，与
传统灭火弹技术相比，其释放成功率更高。
20.4、本发明提供的可重复使用的非爆炸型灭火弹采用侧壁喷射口设计，与传统灭火弹技术相比，由于本系统通过喷射口对喷出的高压液态co2或超临界态co2或液氮进行定位和能量集中，可使高压液态co2或超临界态co2或液氮喷出更远距离，增加了单体灭火范围，从而进一步提高灭火效能。
21.5、本发明提供的灭火系统采用了电磁弹射发射原理技术和靶向定位技术，与传统灭火弹发射技术相比，本发明提供的电磁弹射方式具有远离火场、射程自由可调，不受山体、河流等环境限制等特点，从而实现安全、可靠、精准投射。
22.6、本发明提供的灭火系统采用高压液态co2或超临界态co2或液氮，与传统干粉、化学合成或化学反应产生的co2灭火弹相比，本发明提供的灭火系统中，一方面实现了co2不助燃和高比重隔离o2的灭火效果，另一方面，高压液态co2或超临界态co2或液氮泄压喷射过程中，需要吸收大量热，可有效降低弹体周围环境温度，在保护弹体的同时，提高了灭火效果，可有效防止二次复燃。
附图说明
23.图1是本发明灭火介质采用高压液态co2或超临界态co2时的灭火系统的示意图；图2是本发明灭火介质采用高压液态co2或超临界态co2时的可重复使用的非爆炸型灭火弹的示意图；图3是本发明灭火介质采用高压液态co2或超临界态co2时的可重复使用的非爆炸型灭火弹的弹头的俯视图；图4是本发明灭火介质采用液氮时的灭火系统的示意图；图5是本发明灭火介质采用液氮时的可重复使用的非爆炸型灭火弹的示意图；图6是本发明灭火介质采用液氮时的可重复使用的非爆炸型灭火弹的弹头的俯视图；图7是本发明灭火系统的c型导轨的示意图；图8是本发明灭火系统的半圆形轮式助能构件的剖面图。
实施方式
24.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.请参阅2、图3、图5和图6所示，本发明的第一个方面提供的可重复使用的非爆炸型灭火弹1，包括弹体1-7、弹头及撞针1-12。
26.弹体1-7内设置有用于存放灭火介质的储气室1-1，弹体1-7的圆周壁内设置有环形流体腔1-6，环形流体腔1-6通过第一通道与储气室1-1连通，撞针1-12自弹头的前端插入至储气室1-1内将第一通道封堵，且撞针1-12设置成向弹体1-7内位移时将第一通道开启。
27.此时，当该重复使用的非爆炸型灭火弹1的撞针1-12在撞击到火灾区域的地面或建筑物并向弹体1-7内位移时，通过将第一通道开启，使得储气室1-1内的灭火介质经过环
形流体腔1-6之后排出，达到灭火功能。
28.弹头内设置有用于将储气室1-1与环形流体腔1-6连通的第二通道，第二通道内设置有用于控制第一通道开启/关闭的电磁阀1-11，且弹头内设置有与电磁阀1-11电连接的充电计时器1-10，充电计时器1-10用于控制电磁阀1-11动作将第二通道开启。
29.此时，电磁阀1-11在初始状态下将第二通道关闭，而在该重复使用的非爆炸型灭火弹1被发射至火灾区域之后，可通过充电计时器1-10为电磁阀1-11的动作提供信号，使得电磁阀1-11动作并将第二通道开启，此时，储气室1-1内的灭火介质会从第二通道经过环形流体腔1-6并排出达到灭火功能。
30.以此，利用充电计时器1-10、电磁阀1-11及第二通道配合撞针1-12及第一通道，使得该重复使用的非爆炸型灭火弹1具有两种启动灭火的方式，尤其是在发射之后，若撞针1-12的撞击未能有效触发灭火时，充电计时器1-10及电磁阀1-11能够作为一种弥补的手段确保灭火动能的实现。
31.其中，储气室1-1的尾端设置有弹簧体1-2及柱塞1-3，弹簧体1-2用于在第一通道或/和第二通道开启后为灭火介质从储气室1-1经过环形流体腔1-6后排出提供压力。具体而言，弹簧体1-2的一端连接在储气室1-1的尾端面上，弹簧体1-2的另一端连接在柱塞1-3的尾端面上。柱塞1-3的侧面与储气室1-1的侧壁面接触，通过双密封圈动密封连接。
32.在该可重复使用的非爆炸型灭火弹1释放灭火介质过程中，当压力低于阀值（0.2mpa）时，弹簧体1-2推动柱塞1-3向前运动，促使储气室1-1内的灭火介质高效、快速、全部释放。此外，在本发明实施例中，弹头包括外罩1-13、带螺纹的顶盖1-4和顶盖套筒1-5，弹体1-7设置成带隔热层的套筒状结构，且弹体1-7上均匀设置有与环形流体腔1-6连通的喷射口1-9。
33.顶盖1-4与弹体1-7的对应于储气室1-1部分的前端螺纹密封连接，第一通道为顶盖1-4的圆形处开设的十字形通孔，十字形通孔沿弹体1-7轴线方向的孔腔的顶端螺纹连接顶盖套筒1-5，该孔腔的底端与储气室1-1连通。撞针1-12的尾端穿过顶盖套筒1-5后与十字形通孔的沿弹体1-7轴线方向的孔腔连接，撞针1-12与顶盖套筒内壁通过密封圈实现动密封连接。撞针1-12的前端位于外罩1-13的外部，且撞针1-12前端与弹头的前端之间设置有缓冲层1-14，缓冲层1-14用于撞针1-12顶端与外罩1-13实现接触连接，且在撞针1-12运动过程中，缓冲层1-14起到缓冲作用，防止撞针1-12与外罩1-13直接碰撞造成损坏，以达到重复使用的效果。
34.具体而言，在该可重复使用的非爆炸型灭火弹1被弹射到目标位置时，撞针1-12先接触目标并形成撞击动能，推动撞针1-12向储气室1-1方向运动，进而打开其与顶盖1-4间的连接十字形通孔，使得储气室1-1内的灭火介质与环形流体腔1-6连通，吸热的同时释放灭火介质，达到灭火的功能。
35.外罩1-13与弹体1-7之间螺纹连接，环形流体腔1-6形成于弹体1-7内壁与储气室1-1外壁之间。且弹体1-7外壁的尾端设置有三角尾翼1-8。具体而言，弹体1-7的表面设置有螺扣，三角尾翼1-8通过螺扣螺纹连接被安装在弹体1-7上。三角尾翼1-8用于保持该可重复使用的非爆炸型灭火弹1在弹射之后运动过程中的稳定性，并保障该可重复使用的非爆炸型灭火弹1到达目标地之后，由撞针1-12先接触目标以形成撞击动能。喷射口1-9的外侧端贯穿弹体1-7外壁，使得喷射口1-9连通外界与环形流体腔1-6。
36.此时，灭火介质释放时先通过第一通道或/和第二通道进入环形流体腔1-6，再经过喷射口1-9定向喷出，达到定向快速灭火的功效，弹体1-7的外壁面间设置隔热涂层，主要用于防止该可重复使用的非爆炸型灭火弹1在高速运动过程中外壁与空气摩擦产生的高温影响储气室1-1内的灭火介质的储存。
37.其中，弹头内设置有与储气室1-1连通的第三通道，第三通道内设置有安全阀1-15，且安全阀1-15的输出管线与环形流体腔1-6连通。
38.具体而言，第二通道为设置在弹头内的t形通孔，第二通道包括第一端、第二端和第三端，第一端连通储气室1-1、第二端连通环形流体腔1-6、第三端连接电磁阀1-11。此时，电磁阀1-11的开关口与第二通道的第三端密封连接，电磁阀1-11的针口通过针阀运动可穿过或退出第二通道内的三端连接处，进而实现对储气室1-1内灭火介质的封闭与释放。第三通道为设置在弹头内的通孔，第三通道的第一端与储气室1-1连通，第二端连接安全阀1-15的输入端，且安全阀1-15的输出端通过管线与环形流体腔1-6连通。
39.请再次参阅图2和图3所示，在本发明的其中一个实施例中，灭火介质为高压液态co2或超临界态co2。
40.请再次参阅图5和图6所示，在本发明的另一个实施例中，灭火介质为液氮。
41.此时，弹头内设置有用于注入液氮的单向阀1-16。具体而言，在本实施例中，第三通道的第二端通过三通管连接安全阀1-15的输入端，三通管的另一端通过管线密封连接单向阀1-16。
42.请参阅图1、图4、图7和图8所示，本发明的第二个方面提供了一种灭火系统，可用于发射上述的可重复使用的非爆炸型灭火弹1，该灭火系统主要包括发射系统、控制系统、储运装置及运载工具5。
43.发射系统用于发射该可重复使用的非爆炸型灭火弹1，其主要包括设置在运载工具5上可在水平面360
°
旋转的底盘2-1、一端与底盘2-1上的铰链连接的带液压杆的组合发射架2-2、安装在带液压杆的组合发射架2-2上表面两侧呈对称分布的c型导轨2-6、可位移的设置在两个c型导轨2-6之间的半圆形轮式助能构件2-7、设置在两个c型导轨2-6前端的限位器2-8及设置在半圆形轮式助能构件2-7尾端的挡板2-9、设置在运载工具5上的发电机2-4、储能电源2-3及集能器2-5，其中，液压杆的底端连接在底盘2-1上的铰链上，其顶端连接在带液压杆的组合发射架2-2底部的铰链上。
44.其中，半圆形轮式助能构件2-7为全钢制导电材质，两端分别设置有滚轮，滚轮分别穿过c型导轨2-6并在c型导轨2-6的凹槽内滚动。半圆形轮式助能构件2-7中部凹型半圆构型，半圆构型的底部设置有可容纳三角尾翼1-8的下凸型空间。
45.挡板2-9与半圆形轮式助能构件2-7螺纹连接。c型导轨2-6的外侧设有绝缘涂层，且c型导轨2-6通过螺纹固定在带液压杆的组合发射架2-2上。限位器2-8通过螺纹固定在c型导轨2-6上。c型导轨2-6的底端通过导线与集能器2-5电连接。储能电源2-3与发电机2-4的输出端电连接，其用于日常储能和使用状态下的系统供能，集能器2-5用于收集和提高从储能电源2-3中获得的能量密度。
46.在组装时，先将c型导轨2-6固定在带液压杆的组合发射架2-2上，将半圆形轮式助能构件2-7的两端的滚轮分别沿c型导轨2-6的顶端进入c型导轨2-6的凹槽内，然后将限位器2-8固定在c型导轨2-6的前端，用于阻拦半圆形轮式助能构件2-7脱离带液压杆的组合发
射架2-2。
47.控制系统用于控制可重复使用的非爆炸型灭火弹1精准发射，控制系统包括工控机3-1、靶标定位仪3-2、测位仪3-3、发射架角度控制仪3-4及能量输出控制器3-5，其中，工控机3-1与靶标定位仪3-2、测位仪3-3、发射架角度控制仪3-4、能量输出控制器3-5及充电计时器1-10电连接。能量输出控制器3-5将储能电源2-3的输出端与集能器2-5电连接，通过能量输出控制器以实现不同发射能量的调节，进而控制和调节该可重复使用的非爆炸型灭火弹1的射程。
48.靶标定位仪3-2用于采集目标靶点的三维坐标，并将坐标实时传输至工控机3-1，用于对目标靶位的确定；工控机3-1利用坐标位置计算出该可重复使用的非爆炸型灭火弹1的弹道，根据需要的可重复使用的非爆炸型灭火弹1类型确定出所需的发射角度、飞行时间、弹射能量等参数，然后，工控机3-1分别对底盘2-1、带液压杆的组合发射架2-2发出坐标指令，通过发射架角度控制仪3-4精确控制带液压杆的组合发射架2-2定位目标，向充电计时器1-10发出飞行时间指令，确定倒计时时差，该时差为飞行时间与延时之和，确保该可重复使用的非爆炸型灭火弹1进入火场后开启；同时，工控机3-1通过能量输出控制器3-5使得集能器2-5内储集所需要的能量，而后，工控机3-1对集能器2-5下达释放指令，电流从其中一个c型导轨2-6的一端输入，经半圆形轮式助能构件2-7后从另一个c型导轨2-6流出，进而将电能转化成半圆形轮式助能构件2-7的动能，带着该可重复使用的非爆炸型灭火弹1运动到c型导轨2-6的前端时，由于限位器2-8的作用，半圆形轮式助能构件2-7被截停在带液压杆的组合发射架2-2上，可重复使用的非爆炸型灭火弹1在惯性作用下脱离带液压杆的组合发射架2-2向目标靶位飞去。
49.测位仪3-3用于采集可重复使用的非爆炸型灭火弹1的落点位置，并将参数传输给工控机3-1，工控机3-1将落点参数与靶点位置对比，进而确定修正参数，消除风速、风压、湿度等气象条件对弹道偏差的影响。
50.储运装置包括固定在运载工具5上的弹药箱4-1和机械臂4-2。机械臂4-2的输入端与控制系统电连接，机械臂4-2可在弹药箱4-1与带液压杆的组合发射架2-2间运动，用于弹药装填。
51.其中，当灭火介质为液氮时，储运装置还包括固定在运载工具5上的液氮储存罐4-3和液氮注入泵4-4；液氮储存罐4-3的底部开孔，通过保温管线与液氮注入泵4-4密封连接，液氮注入泵4-4通过保温管线与液氮注入单向阀1-16快接密封连接。
52.本发明的灭火系统的工作过程是：接到火灾报警后，运载工具5将灭火系统运输至目标位置附近3~20公里位置，并提供平坦开阔位置的发射环境；通过靶标定位仪3-2确定目标坐标，并将坐标上传至工控机3-1。根据灾情状况，工控机3-1确定灭火弹1液氮注入量并启动液氮泵向灭火弹1内注入液氮。注入完成后，工控机3-1对机械臂4-2发布指令，装填相关弹药。同时，工控机3-1利用靶标定位仪3-2传输的数据和灭火弹1重量等参数确定发射角度、飞行时间、弹射能量等参数，进而控制带液压杆的组合发射架2-2至指定方向与角度；工控机3-1对计时器发出飞行时间指令确定倒计时时差，该时差为飞行时间与延时之和，确保灭火弹1在进入火场后开启；工控机3-1通过能量输出控制器3-5使集能器2-5内储集所需要的能量。而后，工控机3-1对集能器2-5下达发射指令，c型导轨2-6、半圆形轮式助能构件2-7将集能器2-5释放的电能转化成灭
火弹1动能，进而促使灭火弹1向目标靶位飞去；在此过程中，测位仪开始工作并监测灭火弹1落点坐标，并将参数传输给工控机3-1，工控机3-1将落点参数与靶点位置对比，进而确定修正参数，消除风速、风压、湿度等气象条件对弹道偏差影响；根据灾情变化，通过靶标定位仪3-2不断调整发射参数，直至完成灭火任务。灭火任务完成后，带液压杆的组合发射架2-2归位，新型可重复使用的非爆炸定向能快速灭火系统由运载工具5运输回基地。
53.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。