CN102123766A - 具有水路的消防设备 - Google Patents

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唐纳德·E·索尤琳
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Abstract

一种形成消防水炮的方法包括形成呈水炮主体的非线性水路形状的芯部，在芯部上面使用复合材料，然后使复合材料硬化从而形成消防水炮主体。

Description

具有水路的消防设备
技术领域
本发明总的涉及具有水路的消防设备，更特别地涉及消防水炮。
背景技术
消防设备，例如消防水炮，常常用在存在大的水源和大规模火灾可能性的工业或海上环境中。尽管在过去大流量的水炮局限于固定的安装点，但更多的新式样的消防车正在使用较大流量的水炮。
典型地，通过用被焊接且弯曲的金属管制造水路或用铸造且被机械加工的金属主体来构造水炮。水炮由铝、黄铜或钢构造。由于需要水路，所以最后获得的最终产品体积非常大、沉重且制造昂贵。在安装到传统的消防车时，这些水炮的重量和尺寸产生了问题。这些约束使得在平台或云梯消防车上使用这些水炮极端困难。
除了大流量水炮之外，通过将金属体积成形和精加工成提供合适水路的形状来生产当前在市场上的传统水炮，并且当前在市场上的传统水炮典型地包括用于垂直和水平旋转的装置。然而，象大流量水炮的情况一样，当前的制造方法局限于用金属形成水炮，并且相似地在能生产体积形状和处理大体积几何形状以便精加工(例如机械加工)的机械上需要大的资本投资，所述机械典型地包括铸造模型和型芯盒，或用于弯曲管的心轴。
因此，需要一种会减小体积、重量和制造成本的用于水炮的改进设计，特别地需要一种其重量可能限制其应用的大流量水炮的改进设计。
发明内容
因而，本发明提供了一种利用非传统技术的具有水路的水炮及其他消防设备，其具有降低的重量和制造成本。
在本发明的一个形式中，形成消防水炮的方法包括形成呈水炮水路形状的芯部，和在芯部上面使用复合材料。一旦使用复合材料，就使复合材料硬化从而形成消防水炮主体。在消防水炮主体至少部分地硬化后，然后可以移除芯部。
在一个方面中，芯部由蜡、盐、快速成型粉、沙、可膨胀囊状物、或有一点刚性但低摩擦的材料形成。例如，当芯部由可膨胀囊状物形成时，可以在移除可膨胀囊状物之前使囊状物缩小。当芯部由有一点刚性但低摩擦的材料制造时，例如特氟隆(TEFLON)，可以通过给低摩擦材料提供结构完整性的外层来增强材料。例如，合适的外层可以包括利用聚合物包覆的玻璃填充尼龙层，或玻璃纤维层。在这个应用中，芯部可以被保留在原处。
在其他方面中，通过使芯部暴露于高温，例如通过在加热室中加热芯部，使芯部硬化。
在其他的方面中，复合材料包括织物。例如，可以通过将芯部卷绕在织物中来使用织物。
根据其他的方面，例如通过模制或机械加工形成插入件，并且插入件位于芯部上或芯部中。此外，插入件可以形成有至少一个凹入部以使得当复合材料被用在芯部上面时，复合材料能延伸到凹入部中，从而使复合材料机械地结合到插入件。
另外，插入件可以结合到芯部。例如，可以通过插入件和芯部之间的摩擦配合或压配合来结合插入件。
在其他方面中，芯部可以包括凹入部，插入件位于凹入部中从而使插入件位于芯部上或芯部中。
根据其他的方面，可以将复合材料喷射到芯部和任何插入件上面。
另外，可以将一个或多个增强件加入到复合材料中或复合材料上。例如，可以在硬化过程之前或期间使一个或多个增强件位于复合材料中或复合材料上。合适的增强件可以包括金属带或板。
根据本发明另一个形式，消防水炮包括水炮主体，水炮主体具有形成水路的主体壁和形成主体壁的至少一部分的复合材料。水炮还包括用于形成接头或水路部件的插入件，其机械地结合到由复合材料形成的主体壁的部分。
在一个方面中，复合材料包括聚合物材料，如增强聚合物。
合适的增强聚合物包括玻璃增强聚合物基复合材料等等。
在其他方面中，插入件可以包括用于形成回转接头的轴承滚道或在水炮中形成血管状水路的血管部，或有螺纹的联接器。
因而，本发明提供了一种具有水路的水炮或其他消防设备，其可以由复合材料形成，同时将模制的或机械加工的部件，如插入件，并入到形成水炮或设备的主体中。这些插入件可以由模制的聚合物或金属形成，且还可以对水炮或设备提供增强。因此，本发明的水炮或消防设备的重量降低，同时还进一步以降低的制造成本提供了之前的基于金属的水炮的能力。
因此，本发明的方法可以用来生产非金属的水炮主体，并进一步用于生产可以加入到非金属水炮主体中的金属或非金属水炮部件。因此，本发明降低了用于生产水炮及其部件的加工和制造成本。
另外，通过利用插入件或形成有合适几何形状的芯部，可以将内部的血管状的几何形状加入到水炮主体中。另外，如果使用插入件，则插入件又可以被用作承载元件以增加成品的强度。如上所述，其他元件也可以包含在零件设计中以增加机械强度。
结合附图研究下面的说明书，本发明的这些和其他目标、优点、目的和特征将变得更明显。
附图说明
图1是用于形成芯部的模子的分解透视图，芯部用来形成本发明的消防设备的主体；
图2是由图1的模制装置形成的芯部的透视图；
图3A和3B是插入件的透视图，插入件可以设置在和位于芯部上，且形成消防设备主体的材料可以用在插入件周围；
图4A是表示将插入件安装到芯部上的分解透视图；
图4B是与图4A相似的图，示出了安装到芯部上的插入件；
图5是被复合材料覆盖从而形成消防设备主体的芯部和插入件的透视图；和
图6是图5的消防设备主体的类似的图，其中芯部被移除，剩下结合有插入件的设备主体。
具体实施方式
参考图1，附图标记10总的表示用于形成芯部12的模子装置，芯部12用来形成本发明的消防设备。如将在下面更充分描述的，芯部可以具有加入其上或其中的一个或多个插入件，插入件例如通过模制、铸造或通过其他成形方法单独形成，然后与芯部一起被复合材料覆盖，然后复合材料与一个或多个插入件结合以形成消防设备的主体。以这种方式，本发明的消防设备由具有一个或多个插入件的复合材料形成，插入件例如提供了接头或水路部件。
如图1中最好地看到的，模子装置10包括两个半模14和16，每个半模都具有空腔18，空腔18构形成最终由芯部12形成的消防设备的水路的一半的形状。在所示的实施例中，空腔18具有带半弓形横截面的大体上蜿蜒的形状。当两个半模接合或闭合时，空腔延伸或具有延伸到模子装置一侧的通道或口，然后通过该通道或口给空腔填充材料，例如进入空腔的流体材料。合适的芯部材料可以包括液态蜡、盐、快速成型粉或沙。作为选择，如果芯部能缩小以使得可以在处理之后移除具有不合适的拉手的零件，如典型的水炮主体，则可以使用非牺牲的芯部。例如，可以用可膨胀囊状物形成芯部。
一旦允许芯部固化，例如，之后将模子打开，则将模子从空腔移除。如图2中最好地看到的，一旦被移除，芯部12就将具有所需水路的形状。在移除芯部之后，芯部就可以用来形成水炮的主体。
为了形成水炮主体，将聚合物或复合材料用于芯部以产生所需的水炮主体形状。例如，可以例如利用喷枪通过喷射沉积工艺来使用聚合物或复合材料。作为选择，可以通过用嵌入有复合材料的复合织物卷绕芯部12来形成水炮主体。在所有情况下，当材料至少部分地硬化时，就可以移除芯部。
可选地，可以在硬化之前例如借助于辊子用手将形成水炮主体的材料压紧到芯部上。为了使水炮主体硬化，可以让零件硬化预定的最小时间或可以例如在加热室或自动包层中再次将零件暴露于高温一个预定时间。如上所述，一旦芯部硬化或至少部分地硬化，就可以从水炮主体移除芯部。可以通过加热或破坏，或在芯部由可膨胀囊状物形成的情况下通过缩小，来移除芯部。
当由织物形成时，可以通过将复合织物置于芯部上用手将织物用在芯部上。另一个例子包括绕线或将带有聚合物基体的纤维或纱线置于芯部上。例如，可以将绕线或纤维卷绕或置于芯部上。再且，然后允许绕线或纤维或纱线中的聚合物基体硬化或通过将其暴露于高温使其硬化。
作为选择，芯部可以由有一点刚性但低摩擦的材料制成，例如特氟隆(TEFLON)。在这个应用中，芯部可以进一步包括增强层，例如外层，其给低摩擦材料提供结构完整性。例如，合适的增强层或外层可以包括玻璃填充尼龙层、由聚合物形成的包覆层、或一个或多个玻璃纤维层。在这个应用中，芯部可以在形成水炮主体时留在原处以变成水炮主体的整体部分，其中低摩擦材料提供具有降低的摩擦力的内部水路。
参考图3A和3B，可以将一个或多个插入件20和22加入到水炮主体中。例如，参考图4A、4B和5，可以在使用聚合物或复合材料之前使插入件位于芯部上。例如，芯部可以形成有定位结构，例如凹入部或肋，相应的插入件可以安装在凹入部或肋之中或之上。作为选择或另外，可以利用插入件和芯部之间的摩擦或压配合安装插入件。一旦聚合物或复合材料位于芯部周围或芯部中，就将聚合物或复合材料使用在芯部上面和(多个)插入件上面。可选地，插入件可以相似地形成有允许聚合物或复合材料延伸或流入到插入件中的结构以使得聚合物或复合材料可以在形成水炮主体的聚合物或复合材料和相应的插入件之间形成机械联锁。在一个或多个插入件和芯部上使用聚合物或复合材料，并使得聚合物或复合材料硬化之后，聚合物或复合材料和插入件就成一整体，如图6中所示。再且，可以在聚合物或复合材料至少部分地硬化之后移除芯部。
在所示的实施例中，插入件20和22包括环形主体或套环，每个环形主体或套环都具有形成在其中的一个或多个凹槽，凹槽可以用来形成用于回转接头或用于接收O形环密封件的滚道。以这种方式，插入件可以形成用于水炮主体的接头的部件。
插入件20、22可以由金属材料形成或可以由另一种或相似的聚合物或复合材料模制。当由非金属材料形成时，除了任何机械联锁之外或代替任何机械联锁，由于相应的聚合物之间的化学反应，形成水炮主体的聚合物或复合材料可以最终与相应的插入件融合。除了提供用于水炮的一个或多个接头的部件之外，插入件可以呈水路部件的形式，例如管嘴联接器或血管或入口或出口体。例如，如本领域技术人员将懂得的，可以通过机械加工或通过注模法形成金属或非金属插入件。
另外，可以形成芯部12以提供用于接收环，如金属环，的容纳部，可以通过在聚合物复合材料沉积工艺之前简单地使金属环在芯部上滑动将环安装在芯部周围。因而除了形成接头或水路部件之外，可以提供插入件以对水炮主体壁提供增强。例如，除了将插入件安装在芯部上之外，可以在沉积之后但在硬化之前将插入件安装到水炮主体壁以使得插入件可以并入主体壁中。例如，合适的插入件可以包括金属带或板或销，其例如由比实际的主体壁强度更高的材料形成或与水炮主体壁的强度相似的材料形成，但其具有增大的厚度以增大水炮主体壁上特定位置处的横截面。例如，合适的插入件可以包括在水炮主体的关键区域外径周围的金属或非金属带。在聚合物复合材料的外径周围的金属带或非金属带的使用可以与在沉积工艺之前预先用于芯部的、设置在水炮主体壁内径上的金属或非金属插入件联合。此外，然后可以例如利用设置在内部或外部插入件中的螺栓或螺杆将外部插入件夹紧在内部插入件周围。以这种方式，单独地或一起地，一个或多个带可以对水炮主体的关键区域提供增强。此外，带可以用来在聚合物或复合材料和位于水炮主体壁内径上的插入件之间提供更强的结合。应该懂得，在此想到的任何其他插入件都能用双头螺栓、夹具或其他紧固件在水炮主体周围和/或对设置在水炮主体内侧或外侧上的另一个插入件提供可选的夹紧或紧固功能。
另外，可以使用预加应力的插入件。例如，当形成芯部时，可以使插入件位于空腔中并且当插入件位于空腔中时，由于形成芯部的材料变硬，插入件被压紧和保持在其受压状态中。然后，一旦聚合物或复合材料被用于芯部并且芯部被移除，形成水炮主体壁的聚合物或复合材料就将插入件保持在其受压状态或预加应力的状态中。
因此，本发明的方法可以用来形成水炮主体30，在水炮主体30中，水炮主体壁的至少一部分由聚合物或复合材料形成。另外，一个或多个插入件可以与由聚合物或复合材料形成的主体壁部分结合。在所示的实施例中，整个主体壁32都由聚合物或复合材料形成，并且还包括至少两个插入件，其中一个插入件例如设置在出口端34，第二个插入件设置在水炮主体30的入口端36。此外，如前所述，插入件20和22可以构形成提供用于水炮主体30的回转接头的部件，为此可以分别包括一个或多个带槽的凹入部或狭槽20a、20b、22a、22b用于分别接收球轴承和/或O形环密封件。此外，如前所述，水炮主体30可以加入额外的插入件，例如形成水炮主体30的水路30a中的血管部的插入件38。可选地，如关于形成水炮主体的方法所描述的，水炮主体30可以加入插入件，例如呈板或环形环形式的插入件40，其可以设置在水炮主体的高应力位置处，并且还可以例如设置在对应于一内径的外径处，其中形成回转接头部件的插入件位于该内径处，以增强回转接头处的水炮主体。
因而，本发明提供了一种消防水炮和一种用于制造消防水炮的方法，其可以显著降低水炮的成本和重量，同时仍然提供与对应的金属水炮相同或相似的能力。如上所述，本发明提供了适合于水炮部件的非金属零件的几何形状，所述水炮部件包括水炮水路部件。
尽管已经示出和/或描述了本发明的几种形式，但相关领域的技术人员将会懂得其他变化和变型。因而，应该懂得，图中所示的和在上面描述的实施例仅仅是为了说明性的目的，而不是用来限制本发明的范围，本发明的范围由下面如在包括其等价学说的专利法的原则下解释的权利要求限定。
本发明的实施例被限定如下，其中要求了专有权或权限：

Claims (26)

1.一种形成消防水炮的方法，所述水炮具有带非线性水路的水炮主体，该方法包括：
形成呈所述非线性水路的形状的芯部；
在所述芯部上面使用复合材料；和
使所述复合材料硬化从而形成所述消防水炮主体。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述形成包括由蜡、盐、快速成型粉、沙、可膨胀囊状物、或有一点刚性的低摩擦材料形成芯部，所述有一点刚性的低摩擦材料由更刚性的外层增强。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述形成包括由可膨胀囊状物形成芯部。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述移除包括使所述可膨胀囊状物缩小。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述硬化包括将所述芯部暴露于高温。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述将所述芯部暴露于高温包括在加热室中加热所述芯部。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述在所述芯部上面使用复合材料包括使用织物。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述使用织物包括将所述芯部卷绕在织物中。
9.如权利要求1所述的方法，还包括形成插入件，并使所述插入件位于所述芯部上或所述芯部中。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述形成插入件包括形成具有至少一个凹入部的插入件，和所述使用复合材料包括使所述复合材料延伸到所述凹入部中从而使所述复合材料机械地结合到所述插入件。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述使用复合材料包括在所述插入件上面使用所述复合材料。
12.如权利要求9所述的方法，其中所述形成插入件包括模制所述插入件，例如通过注模法。
13.如权利要求9所述的方法，还包括将所述插入件结合到所述芯部。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述结合包括在所述插入件和所述芯部之间形成摩擦配合或压配合。
15.如权利要求9所述的方法，其中所述定位包括在所述芯部中形成凹入部并将所述插入件置于所述凹入部中从而使所述插入件位于所述芯部上或所述芯部中。
16.如权利要求1所述的方法，其中所述使用复合材料包括将所述复合材料喷射到所述芯部上面。
17.如权利要求1所述的方法，还包括在所述复合材料的至少一部分中或周围提供增强件。
18.如权利要求1所述的方法，还包括在所述复合材料上对所述芯部施加压力。
19.如权利要求1所述的方法，还包括在所述消防水炮主体至少部分地硬化之后移除所述芯部。
20.一种消防水炮，包括：
水炮主体，所述水炮主体具有主体壁和形成所述主体壁的至少一部分的复合材料，所述主体壁形成水路；和
形成接头或水路部件的插入件，所述插入件机械地结合到由所述复合材料形成的所述主体壁的所述部分。
21.如权利要求20所述的水炮，其中所述复合材料包括聚合物材料。
22.如权利要求21所述的水炮，其中所述复合材料包括增强聚合物。
23.如权利要求21所述的水炮，其中所述增强聚合物包括破璃增强聚合物基复合材料。
24.如权利要求20所述的水炮，其中所述插入件包括用于形成回转接头的轴承滚道。
25.如权利要求20所述的水炮，其中所述插入件包括血管部，所述血管部在所述水炮中形成血管状的水路。
26.如权利要求20所述的水炮，其中所述插入件包括有螺纹的联接器。
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