CN103405867A - 基于热气球的高空定点持续喷水装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于热气球的高空定点持续喷水装置，包括热气球本体和地面控制组件，所述地面控制组件包括牵引控制机构、供电设备、供水设备、监控设备和主控制器，所述热气球本体通过牵引绳与牵引控制机构相连，所述热气球本体上设有空中定向喷水组件，所述空中定向喷水组件与地面控制组件相连并可由地面控制组件对其进行控制。本发明具有结构简单紧凑、成本低廉、适用范围广、可控性好、灭火效果好等优点。

Description

基于热气球的高空定点持续喷水装置

技术领域

本发明主要涉及到喷水设备领域，特指一种主要适用于消防等领域的高空定点喷水装置。

背景技术

目前，常见的消防高空灭火救援方式主要包括以下几种：

1、人工灭火救援：该救援方法虽然精确度较高，但由于需要救援人员深入火灾现场，危险系数大，造成人员的大量伤亡。尤其是对于位于较高或超高位置处的火灾现场。

2、高空升举装置救援：该方法的具体实施方法有两种：（1）采用云梯消防车灭火；由于受到居高曲臂臂长的限制，灭火高度受到很大的限制；例如，曲臂过长，长臂的轻微晃动会造成作业点的跳动位移过大等等。因此，通过云梯营救伤者的高度一般最多只能达到51米，不到20层楼，即便配合水枪喷射，救火的高度可以只能达到百米左右。（2）采用登高平台灭火；登高平台灭火与云梯消防车类似，只是工作平台稍有差异，也无法满足高楼层消防的需求。而且，消防高度越高，对于车辆底盘的要求就越高，这就对消防车的主体设计提出了更大的要求，实现难度较大，目前国内外还未提出恰当的解决方案。

总之，若采用高空升举装置的泵车则有以下的一系列缺点：高度不够、系统复杂、提升装置的提升高度受限（自重，材料自身的强度和弹性）、系统庞大、笨重、升举装置太复杂、太重导致地面车也很重，牺牲了水的载重量，而且展开时间也较长，机动能力弱。

3、地面喷水车救援：一般方法由于在地面喷水，主要依靠水压来达到灭火高度，救援高度极大的受到限制，而且水到高空时已经分散开，水不集中，力量不足，此外由于人对着火点的情况不明，导致灭火效率低下。目前最先进的方法是采用最新的超级消防车，来实现较高高度的给水，但是所需架设消防竖管，垂直铺设消防水带和依靠楼内固定消防设施送水时间较长，一般100m的楼层铺设消防管道就需要2-3小时，不能满足消防的迅速及时性。而且，我国的楼内消防设施不齐全，很难实现这一技术要求。

4、直升机救援：直升机灭火虽然机动性能好，适用范围比较广，但造价昂贵，载重量有限，无法实现持续给水，送水周期较长，使用成本高。它主要采用大面积无差别地泼洒，效率不高，对周边的影响较大，对高层建筑的楼层内部灭火实用性不强。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、成本低廉、适用范围广、可控性好、灭火效果好的基于热气球的高空定点持续喷水装置。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于热气球的高空定点持续喷水装置，包括热气球本体和地面控制组件，所述地面控制组件包括牵引控制机构、供电设备、供水设备、监控设备和主控制器，所述热气球本体通过牵引绳与牵引控制机构相连，所述热气球本体上设有空中定向喷水组件，所述空中定向喷水组件与地面控制组件相连并可由地面控制组件对其进行控制。

作为本发明的进一步改进：

所述空中定向喷水组件包括水枪喷头、多自由度舵机和摄像单元，所述水枪喷头安装于多自由度舵机上并可随多自由度舵机运动以调整喷水位置；所述摄像单元与地面控制组件相连以将实时火宅现场画面视频信号传送至地面控制组件。

所述地面控制组件包括用来遥控多自由度舵机运动的遥控器。

所述水枪喷头通过水管与地面的供水设备相连通，所述空中定向喷水组件中的各电子设备通过电缆与地面控制组件相连；所述电缆穿设于水管中。

所述空中定向喷水组件安装在热气球本体的吊篮上。

所述牵引控制机构包括三个滑轮部件和用来驱动牵引绳的驱动件。

与现有技术相比，本发明的优点在于： 

1.本发明的基于热气球的高空定点持续喷水装置，结构简单紧凑、成本低廉、适用范围广、可控性好，尤其是可用于核电站机组的冷却与消防、森林消防等特殊领域。本发明仅通过释放热气球，就可实现无人远距离控制，救援人员只需在安全的地面控制台上，从摄像单元中观察现场情况，控制地面水泵供水，利用喷头实现定点持续喷洒，从而解决了直升机救援给水速度慢，灭火效率低等难题。 

2. 本发明的基于热气球的高空定点持续喷水装置，可用于解决目前高楼救火的难题。目前部分楼层过高，城市救援效果不明显。本装置在使用时可做成小型系统，借助周边高层建筑的屋顶水箱、供电，进一步降低热气球的设计负担和载重要求（临近高层建筑之间可以构成一个综合的立体的防火系统），减少了系留线的长度和供水管线的长度，降低了水泵的压力。因此热气球囊体进一步缩小，部署时间更快，更便捷，可长期部署，或直接由直升机部署。

3. 本发明的基于热气球的高空定点持续喷水装置，可用于森林大火的扑救。森林大火给国家带来巨大经济损失，而且救援难度大，消防员的人身安全也受到威胁。本装置中，热气球采用电能加热，可以使电线与缆绳和水管三者结合，优化连接结构，实现高空持续给水。另外热气球到达现场后可以迅速展开,机动性很强，十分适合森林火灾的救援。

附图说明

图1是本发明在应用实例中的结构原理示意图。

图2是本发明中地面控制组件与空中定向喷水组件连接的框架结构示意图。

图3是本发明在具体应用实例中的操作流程示意图。

图例说明：

    1、热气球本体；101、吊篮；2、地面控制组件；201、牵引控制机构；3、空中定向喷水组件；301、水枪喷头；302、多自由度舵机；303、摄像单元；4、牵引绳；5、水管。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1和图2所示，本发明的基于热气球的高空定点持续喷水装置，包括热气球本体1和地面控制组件2，地面控制组件2包括牵引控制机构201、供电设备、供水设备、监控设备、主控制器等等。热气球本体1上设有空中定向喷水组件3，空中定向喷水组件3与地面控制组件2相连并可由地面控制组件2对其进行控制。该空中定向喷水组件3包括水枪喷头301、多自由度舵机302（例如二自由度舵机）和摄像单元303。其中，水枪喷头301安装于多自由度舵机302上，利用多自由度舵机302牵引水枪喷头301进行多自由度转动，实现较大范围的灭火，还可对喷水位置进行精确定位。即，地面控制组件2与多自由度舵机302配合可使水枪喷头301进行旋转以实现精确地灭火。摄像单元303可以采用微型摄像头，用来实时采集火情画面，并传回至地面。地面救援人员根据普通观察或视频信号进行实时监控，调节水枪喷头301的方向，精确地定向灭火。

本实施例中，整个空中定向喷水组件3安装在热气球本体1的吊篮101上，底部通过水管5和电线与地面控制组件2相连。

热气球本体1使用加热气球内部空气的方法提供升力，可以根据需要选择气球型号，例如AX型气球。本实施例中，热气球本体1上的加热装置为固定在气球底口支架上的电热丝和电扇，通过电线连接地面上的电源以对其进行供电。该电源可以是居民用电，也可以利用消防车携带的电源，主要由火灾发生的具体位置所决定。通电后，电扇可快速的将经过电热丝加热的空气吹入热气球内，排出热气球内原有的冷空气实现热气球的上升和停留。为了获得更快的启动速度，启动时还可以进一步用一个快速气体发生装置使气球迅速膨胀，并充满热气。热气球本体制作材料首选耐温性能好的囊体，吊篮101采用密度小，硬度大，耐高温的材料，以便集成空中定向喷水组件3。

本实施例中，空中定向喷水组件3通过水管5与地面供水设备相连通；空中定向喷水组件3中的各电子设备通过电缆与地面控制组件2相连；热气球本体1则通过牵引绳4与地面控制组件2中的牵引控制机构201相连以进行热气球本体1的高度和位置调节。为了减轻热气球本体1的载重，减小热气球本体1的规模，可采用密度较小并且可伸缩的水管5和较细的电线。在较佳实施例中，可以将电线利用绝缘胶皮加密后穿入水管5中，不仅可以方便安装，还能有效解决电线的散热问题。牵引绳4也可选用质量轻，韧度大，变形小的材料。

本实施例中，位于地面的供水设备可以采用高压水泵，尽可能的选取压力较大的高压水泵，以便实现水的高空运输。

地面控制组件2的控制器（例如，PLC），作为信息处理中心，它是整个装置的大脑，用于实现远程控制。它还可以包括一个用来实时调节水枪喷头301方向的遥控器，通过实时监控，救援人员依据画面显示，远程操纵水枪喷头301的转向，实现定点、定向精确灭火。可以理解，还可以利用PLC实现自动控制模式，实现智能灭火；即通过位于高空的摄像单元303传来的实时图片，由PLC对火情现场进行分析，判别着火地点（如采用模式识别的方法），然后通过控制多自由度舵机302的转动，牵引水枪喷头301对着火点进行定位、定向灭火。

本实施例中，牵引控制机构201作为牵引绳4的收放装置，包括三个滑轮部件和用来驱动牵引绳4的驱动件，拟用三点固定法，充分利用三角形的稳定性。其既有保持热气球在空中平稳停留的功能，又可以通过摇动手柄分别调节与其相连的绳索的长度，控制热气球本体1的升降和方向。整个装置的固定位置可针对救援现场灵活选择，以最大限度的加快救援速度为原则。

工作原理：参见图3，当火灾发生时，消防水车开赴现场，迅速启动热气球和搭建救火任务实施平台，展开救火任务。首先接通电源，对热气球本体1内的电热丝和电扇供电，提供热气球上升所需的升力，同时通过高空传回的信息，利用绳索控制热气球本体1的上升速度和上升高度，将热气球本体1停留在需实施灭火工作的位置。摄像单元303将火灾现场实时传给地面控制组件2，指导救援人员的工作。然后，启动供水设备的高压水泵，将地面的水压到相应的高度，通过遥控器操控多自由度舵机302调节喷水方向，实现定点灭火。同时，牵引控制机构201控制牵引绳4的收放也可辅助控制喷水方向。最后，当消防任务完成之后，关闭电源和水源，然后利用绳索将整个热气球本体1拉回地面，回收再利用。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于热气球的高空定点持续喷水装置，其特征在于，包括热气球本体（1）和地面控制组件（2），所述地面控制组件（2）包括牵引控制机构（201）、供电设备、供水设备、监控设备和主控制器，所述热气球本体（1）通过牵引绳（4）与牵引控制机构（201）相连，所述热气球本体（1）上设有空中定向喷水组件（3），所述空中定向喷水组件（3）与地面控制组件（2）相连并可由地面控制组件（2）对其进行控制。

2.根据权利要求1所述的基于热气球的高空定点持续喷水装置，其特征在于，所述空中定向喷水组件（3）包括水枪喷头（301）、多自由度舵机（302）和摄像单元（303），所述水枪喷头（301）安装于多自由度舵机（302）上并可随多自由度舵机（302）运动以调整喷水位置；所述摄像单元（303）与地面控制组件（2）相连以将实时火灾现场画面视频信号传送至地面控制组件（2）。

3.根据权利要求2所述的基于热气球的高空定点持续喷水装置，其特征在于，所述地面控制组件（2）包括用来遥控多自由度舵机（302）运动的遥控器。

4.根据权利要求2所述的基于热气球的高空定点持续喷水装置，其特征在于，所述水枪喷头（301）通过水管（5）与地面的供水设备相连通，所述空中定向喷水组件（3）中的各电子设备通过电缆与地面控制组件（2）相连；所述电缆穿设于水管（5）中。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的基于热气球的高空定点持续喷水装置，其特征在于，所述空中定向喷水组件（3）安装在热气球本体（1）的吊篮（101）上。

6.根据权利要求1～4中任意一项所述的基于热气球的高空定点持续喷水装置，其特征在于，所述牵引控制机构（201）包括三个滑轮部件和用来驱动牵引绳（4）的驱动件。

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