一種手提式滅火器遇明火自啟動裝置的實現
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摘 要：為了解決常見的手提式滅火器遇明火不能自動啟動滅火這一問題，本文通過設計合理的結構，利用不同的材料特性，實現了手提式滅火器遇明火在機械力的作用下自啟動。具體方法是利用可燃剛性材料與不燃的彈性材料配合，通過設計可燃保險裝置、可燃支撐塊以及彈片、卡扣等不同的結構，構建有向內收縮趨勢的處于平衡力狀態的預應力構造裝置，通過不燃的固定卡扣將壓把與提把和預應力構造裝置的收縮部件固定，當明火發生時，處于平衡向內收縮的預應力裝置中的可燃材料燒毀，使裝置穩定的平衡力受到破壞，不燃的彈性材料的部件對滅火器產生向提把與壓把內側壓縮的啟動力，進而啟動手提式滅火器滅火。研究結果表明，通過合理的設計可燃剛性材料與不燃的彈性材料的結構型式，當明火發生時，可以實現對傳統手提式滅火器在改動最小情況下的純機械力驅動的自啟動，將火災危害控制在最小程度。本文設計的遇明火自啟動裝置可以實現傳統手提式滅火器在改動最小的情況下，在火災發生時自動滅火，降低人民生命和財產的損失。
關鍵詞：消防;手提式滅火器;遇明火自啟動裝置
1 概述
眾所周知，常見的手提式滅火器一般都是手動的，手提式滅火器的罐體內填充用于滅火的化學制劑。使用的時候，首先拔出手提式滅火器上的保險裝置，然后對準著火點，按下活動壓把，整體過程完全依賴于人工。但若是火災發生于無人場所，即使火勢蔓延到傳統的手提式滅火器附近，傳統的手提滅火器也不會啟動。
通過檢索國內相關文獻，可以看到，許多學者都認識到了自動滅火的重要性，嘗試發明各種自動滅火系統和自動控制滅火裝置，由于火災發生時會產生大量的熱和濃煙，所以大部分專家都以這兩個要素作為判斷火災的因素，綜合對比分析，與本研究相近的對手提式滅火器改進并進行自動滅火的相關研究主要有如下幾類：（1）燃燒控制機械類;（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械類啟動的研究相對于其他研究較少，通過檢索文獻發現有的利用化纖繩拉住彈簧和手柄，當發生火情時，化纖繩遇火而斷，彈簧立即拉下手柄，滅火器實現自動滅火。[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，實現自動滅火。[2]但是化纖繩及可熔性拉繩容易發生機械磨損折斷，出現誤判;另外這些裝置占用的空間遠大于現有的手提式滅火器的空間，裝配起來不方便。
對于溫度控制機械類啟動的研究相對于燃燒控制機械類啟動的研究略多一些，有的利用焊錫環高溫熔化的特點，以15kg的鉛球重力作為啟動力，當滅火器附近火災發生時，高溫會使焊錫環迅速熔化，鉛球會墜落下來，并且通過鐵鏈拉動把手，啟動滅火器滅火。[3]但是啟動鉛球過重，操作起來困難，對于重力鉛球裝置受到振動等影響時使得鉛球脫位，可靠性較差。也有的是在壓把和提手間的凹槽內裝有一感溫泡，在壓把及提手的尾端掛有拉簧，當感溫泡遇高溫自碎后，達到自動滅火。[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，當現場溫度達到設定值時，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，滅火物質就從滅火器噴出達到滅火作用。[5]有學者將形狀記憶合金彈簧套在壓桿的上端，當外部溫度達到形狀記憶合金彈簧的設定形變溫度時，可以達到自動滅火的作用。[6]這類溫度控制機械類自動滅火器的特點是裝置體積較小，但主要針對特定的滅火器，不適用于一般的手提式滅火器，另外高溫即可誘發滅火器啟動，在某些場合，例如汽車發動機艙內，長期維持高溫狀態卻并未發生火情，若使用該專利滅火器，則會發生火災誤判事件，既浪費了滅火器，又造成火災發生時無滅火器可用。
通過檢索自動滅火相關研究文獻可以知道，電控制類自動滅火方法是研究最多的，有的在水基滅火器上設計安裝有對火災的自動探測、報警系統，自動執行滅火的裝置，當達到著火點時火災檢測裝置通信工作，電氣導通，電動推桿向下移動的作用力下按壓滅火器的壓板，滅火器進行噴射。[7]也有的將驅動裝置與火災檢測裝置通信連接，當火災檢測裝置檢測到火災發生時，發送信號給驅動裝置，驅動裝置啟動帶動兩個手柄靠近，使滅火器的閥門打開，液態的二氧化碳便噴出變成氣態，起到撲滅火源的作用。[8]這類電控制類自動滅火的特點在于：電設備一般可靠性差，容易出現卡死或電力不足等現象;同時成本高，需要經常維護。
由于上述問題的存在，對于現有的手提式滅火器的優化改造仍需要更可靠和簡易的方法。本研究通過設計合理的結構，利用不同的材料特性，實現手提式滅火器遇明火在機械力的作用下自啟動。嘗試設計體積小、對手提式滅火器改動少、純機械力啟動的、更有效果、實用的自動滅火裝置，以期實現常用手提式滅火器的自動滅火功能。
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構要求見中華人民共和國國家標準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構要求見中華人民共和國國家標準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，它的作用是當壓把受力向下運動時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的保護化學物質的保護膜，罐體內填充用于滅火的化學制劑才會由滅火器的噴嘴噴出，平時手提式滅火器提把和壓把受保險裝置限制，不能上下移動。 2.2 可燃保險裝置的設計
啟動手提式滅火器首先必須解脫保險裝置，那么如何才能在手提式滅火器遇到明火時不讓保險裝置限制壓把與提把的閉合呢？為了給滅火器在出現明火時啟動創造條件，本研究設計了一款由可燃物質構成的保險裝置，形狀與現有的手提式滅火器的保險裝置類似，主要由引燃索、保險銷、保險栓以及滅火器拉環等部件組成（保險裝置各部位具體關系見圖3）;所不同的是常見的手提式滅火器的保險裝置是鋼鐵等不燃的金屬構成，本研究中的這些部件全部是由可燃材料構成。
本研究設計的由可燃物質構成的保險裝置中的引燃索是常見的手提式滅火器的保險裝置中沒有的，將引燃索布置于易燃點附近，若遇明火引燃索會被點燃，從而會帶著熱量速迅的把整個由可燃物質構成的保險裝置點燃燒毀，從而使裝配有可燃物質構成的保險裝置的手提式滅火器在出現明火的第一時間進行啟動滅火。
2.3 收縮彈簧提供啟動力法
由手提式滅火器啟動過程知道，去除掉手提式滅火器的保險裝置后還需要對壓把和提把提供一個向內側的收縮壓力，才能啟動手提式滅火器。為此本研究設計了在壓把和提把之間提供動力的收縮彈簧，在研究過程中發現彈簧彈性要求在拉伸10mm時，拉力不小于100N，在拉伸40mm時，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要求。
在研究過程中發現當彈簧彈力較大時可燃物質構成的保險裝置中的保險栓不能滿足抗剪要求，本研究在提把與壓把之間設計了一個提供向外側擴張的結構，使得彈簧收縮力與向外側的彈性擴張力平衡，構成了一個穩定的彈性預應力模塊，在正常的狀態下，這個穩定的彈性預應力模塊呈三角形狀。
本研究設計的遇明火自啟動裝置與手提式滅火器位置關系示意圖見圖4，可以看出本研究設計的手提式滅火器遇明火自啟動裝置主要布置于壓把與提把之間，相對來說結構簡單、小巧，基本不多占用現有的常規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裝置換成本研究的可燃保險裝置外，沒有任何改動。通過不燃的不銹鋼材料（自啟動裝置中的固定卡扣、固定支架）與不燃的彈性材料彈性鋼片（自啟動裝置中的彈性外擴模塊）與可燃支架組合，形成一個向內收縮與向外擴張處于平衡力的一個狀態，本研究設計的遇明火自啟動裝置啟動前示意圖見圖5。
當明火燒毀可燃保險裝置與可燃支架后向內收縮與向外擴張處于平衡力的狀態被打破，彈簧收縮力成為一個主要動力，按押手提式滅火器的壓把與提把向內收縮，通過測算彈簧收縮力遠大于手提式滅火器所需的啟動力，所以當出現明火時手提式滅火器在彈簧收縮力的作用下啟動滅火，本研究設計的遇明火自啟動裝置啟動后示意圖見圖6。
本論文提供的手提式滅火器遇明火自啟動裝置的優點是對傳統手提式滅火器改動最小，純機械力驅動的自啟動。配備了本文提供的自啟動裝置的滅火器，可以實現無人值守的密閉空間自動滅火，也可以實現手提式滅火器成為自動滅火彈，當火災發生情況不容許滅火人員靠近滅火時，可以將配備有本裝置的手提式滅火器投擲入火場中進行自動滅火。
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，是可以實現結構簡單、小巧、純機械力作為啟動力的手提式滅火器遇明火自啟動裝置。
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