CN106039625A - 一种水系灭火剂及其与消防无人机结合的灭火方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水系灭火剂及其与消防无人机结合的灭火方法，所述水系灭火剂配方为保水剂30‑50％、阻燃剂20‑35％、增稠剂10‑30％及表面活性剂0‑10％。所述水系灭火剂与水以1‑3:99‑97的比例混合形成胶体状灭火剂，可通过消防水罐车运送至高层建筑以及百米以上的超高层建筑火灾现场，通过车载高压泵送(动力源)，地面遥控消防无人机携带高压水炮喷头及压力自持式高空消防液输送管路飞行至着火位置水平向喷射胶体状灭火剂进行灭火，通过各组分协同进行的吸热冷却、冲淡窒息、隔离覆盖作用快速扑灭建筑火灾。此水系灭火剂易于贮存，使用方法简单，并具有灭火效率高、无环境污染等优势。消防无人机针对高层建筑以及百米以上的超高层建筑火灾的应用优势更为明显。

Description

一种水系灭火剂及其与消防无人机结合的灭火方法

技术领域

本发明涉及一种水系灭火剂及其与消防无人机结合的灭火方法，该水系灭火剂可与水混合形成附着力强、粘度高、灭火性能优异的灭火材料，还可与消防无人机配合使用，针对高层建筑以及百米以上的超高层建筑发生火灾进行快速有效的扑救灭火。

背景技术

火灾是当今社会一大灾难，全国几乎每天都有火灾发生，往往造成生命财产的巨大损失。如何迅速扑灭火灾，尽量挽救生命，减少经济损失，一直以来都是民众和政府关注的热点。

水来源广泛、廉价易得，其蒸发吸热可对火灾起到冷却作用，故常用于扑救建筑、森林和堆垛火灾。但水流动性好，易在灭火过程中流失且水附着力很小，不能有效的防护和扑救垂直表面可燃物的火灾。水灭火时不能抑制烟气，水枪射流在火场中会增加几十倍的浓烈毒烟和流向建筑物内部的强大浓烟气流，容易在楼道形成“烟窗”，使人员逃生困难。

水的灭火效率低，容易造成资源浪费，烟气易造成环境污染且危险系数高，为解决此类问题，人们往往在水中添加添加剂制成水系灭火剂以提高水的灭火性能。

如今高分子凝胶水系灭火剂成为研究的一大热点。高吸水性树脂具有极强的吸水性和保水性，其独特的三维空间网络结构将水分牢固的束缚住，使其拥有相当大的热容。公开号为CN102166399A的专利公开了“一种吸水树脂灭火剂的制备方法”。制备的吸水树脂吸水速率为90g/min，吸水倍率为1000g/g。公开号为105061961A的专利公开了“一种耐盐性高吸水性树脂”，提高了高吸水性树脂的稳定性、可靠性及耐盐性。但单一高吸水性树脂作为灭火剂在使用时存在一些缺点。公开号为CN1557516A的专利，公开了“高吸水性树脂吸水凝胶灭火剂及其应用”,介绍了高吸水性树脂凝胶灭火剂的几种使用方法，其中一种方法为将高吸水树脂细粉与大量水混合，用水枪喷向着火处，在15-60秒时间内生成吸水凝胶灭火，但由于高吸水性树脂在较短时间内吸水粘度较小，灭火剂容易流失，无法达到粘附效果，影响其覆盖灭火作用。将高吸水性树脂100目细粉散布可能着火的部位表面，然后喷水至树脂上，使其凝胶化防火和灭火，用此种方法易使灭火剂混合不均匀，防火效果不佳，且程序复杂，缺乏实用性。公开号为CN103483752A的专利公开了“一种用于高分子凝胶灭火剂的高吸水性树脂的制备方法及使用该高吸水性树脂的灭火剂”，该高吸水性树脂在短时间内(3-10min)既能形成凝胶灭火，但树脂吸水后溶胀变大，灭火剂过于浓稠，影响灭火剂使用水枪时的喷射距离，不利于高层建筑防灭火。

目前发生火灾时大多需要出动消防车进行救火，但消防车救火的局限性很大，例如高层建筑以及百米以上的超高层建筑起火，普通的云梯消防车的有效作业高度为30～50m，再高的可达60～70m，现役消防车最大喷射高度56米，最大救援高度101米，其功能与实际要求相差甚远。而高层建筑以及百米以上的超高层建筑一旦发生火灾，有一个显著的特征是“烟囱效应”，这种火灾多是顺着电梯槽或楼道通道蔓延，消防员不能像处理一般建筑火灾那样从外部进行灭火，只能佩戴空气呼吸器进入火场，通过内部强攻扑救大火。但在这些狭窄区域，灭火设备无法有效作业，一旦火灾蔓延到高层楼层，消防员无法携带灭火设备进行扑救，给救援工作带来了很大的困难。

随着科技的发展，无人机技术日趋成熟，无人机以其速度快、操作灵活的特点被广泛应用，并被引入到消防灭火领域。集可靠性、稳定性、兼容性为一体的消防无人机，携带方便、操控简单、实用性强，可以实时监控火灾的情况、勘察火灾现场的地形地貌。但目前无人机的应用主要还是以监控侦查为主，可以自主飞行、长距离遥控、高清晰度画面回传、运输小型物件等，无法真正让消防无人机在灭火过程中起到更大的作用。

一种适用于高层建筑以及百米以上的超高层建筑灭火的水系灭火剂及新型灭火方法亟待解决。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种水系灭火剂及其与消防无人机结合的灭火方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种水系灭火剂，以重量百分比计，该水系灭火剂配方为：保水剂30-50％、阻燃剂20-35％、增稠剂10-30％及表面活性剂0-10％。

所述的水系灭火剂成分中保水剂、阻燃剂、增稠剂及表面活性剂均为粉末状固体，所述保水剂为高分子吸水性树脂，粒度在30-150目，包括合成树脂系、淀粉系和纤维素系三种系列高吸水性树脂中的一种或多种组合。

所述的合成树脂系高吸水性树脂为聚丙烯酸类树脂、聚乙烯醇类树脂或聚丙烯腈类树脂。

所述的淀粉系高吸水性树脂为淀粉接枝丙烯酸盐树脂、淀粉接枝丙烯酰胺树脂或淀粉接枝丙烯腈类树脂。

所述的纤维素系高吸水性树脂为纤维素接枝丙烯酸树脂或纤维素接枝丙烯酰胺树脂。

所述的水系灭火剂中的阻燃剂为聚磷酸铵、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢钠、磷酸氢钠、硼酸锌、碳酸钠、碳酸氢钠中、可膨胀石墨的一种或多种组合。

所述的水系灭火剂中的增稠剂为羧甲基纤维素纳、羟丙基甲基纤维素、黄原胶、瓜尔胶、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、高岭土、膨润土、凹凸棒中的一种或多种组合。

所述的水系灭火剂中的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、聚乙烯吡咯烷酮一种或多种组合。

上述水系灭火剂，添加剂与水的比例为1-3:99-97，优点：通过该比例混合形成胶体状灭火剂，可以增加稳定性，提高灭火效果。

一种水系灭火剂的应用方法，将所述的水系灭火剂与水混合形成胶体状灭火剂，由消防水罐车运送至火灾现场，通过车载高压泵送(动力源)，地面遥控消防无人机携带高压水炮喷头及压力自持式高空消防液输送管路飞行至着火位置水平向喷射胶体状灭火剂进行灭火，并能通过输送救援缆绳等方式实现辅助逃生救援。

一种消防无人机是大载重多旋翼消防无人机，包括无人机舱体、摄像装置、水炮喷头、起落架、机臂、旋翼、涵道圈、安全气囊，所述舱体从上到下有降落伞舱、电控舱、燃料舱，所述电控舱安装有GPS定位装置、雷达避让装置和主控单元，所述燃料舱存放燃料箱，所述降落伞舱设置在舱体顶，所述安全气囊设置在舱体底，所述摄像装置安装在舱体底部中间位置，所述起落架固定在舱体底部，舱体外固定有六个机臂，所述每个机臂外端连接一个旋翼，所述每个旋翼外部安装一个涵道圈。

所述水炮喷头设置在舱体底部与起落架之间，是产生射流的核心部件，灭火剂经过水炮喷头时，将静压能转化为动能，约束加快灭火剂流速，射出一股密实的高流速水柱。消防喷头是由喷头体、喷芯、导流板及若干密封件组成。喷头体是整个水炮喷头的核心部件，沿径向分为连接段、导流段、直径收缩段、喉前缓冲段、锥状喷喉五部分。喷芯通过导流板安装固定于喷头体内部，设置于喷头体轴线上，喷芯整体呈“T”型，由圆柱支撑段和伞状折流板组成。导流板沿喷头轴向的截面形状做成流线型，可作为载体为喷芯提供支撑，同时引导水流，使其速度方向一致，提高水炮射程。

优选：所述无人机舱体、水炮喷头、旋翼、机臂、起落架、涵道圈全部由防火耐高温材料制成。

舱顶有降落伞舱，燃料燃尽时降落伞自动打开，防止无人机快速坠地造成损坏；舱底安装有安全气囊，对舱体进行保护；摄像装置可以实时监控火灾情况、勘察火灾现场的地形地貌、观测到高层建筑内的火势及火源，进行精准灭火。

本发明的有益效果：

1.添加保水剂可增强灭火剂的保水能力，增加水分蒸发时带走的热量。粒度在30-150目的高分子吸水性树脂可吸收水分成凝胶颗粒，提高灭火剂的附着性。

2.添加阻燃剂可通过稀释空气、覆盖保护膜、冷却降温、抑制自由基等作用阻断燃烧。

3.添加增稠剂可增加灭火剂的粘度，减少水分流失造成的资源浪费和效率降低。

4.此灭火剂的选择与用量，各组分之间具有协同作用，相对于单纯的混合使用产生了显著的进步，保水剂具有极强的吸水保水能力，即使受压也不易挤出；增稠剂改善和增加灭火剂的粘稠度，保持凝胶状，并兼有乳化、稳定的作用，可使灭火剂更好的覆盖成膜；表面活性剂的加入可以降低液体表面张力，也具有增溶和乳化的作用；阻燃剂的加入可以更好的吸收热量、稀释空气、抑制链反应、阻止燃烧。

5.该水系灭火剂为粉末状固体，贮存占地少，性能稳定，方便贮存，携带方便。

6.此水系灭火剂无毒无害，可生物降解，灭火后期清理量小，是清洁环保的环境友好型材料。

7.该水系灭火剂与水以1-3:99-97的比例混合形成胶体状灭火剂，可通过消防水罐车运送至高层建筑以及百米以上的超高层建筑火灾现场，通过车载高压泵送(动力源)，地面遥控消防无人机携带高压水炮喷头及压力自持式高空消防液输送管路飞行至着火位置水平向喷射胶体状灭火剂进行灭火。

8.该组分及配比的灭火剂在输送管路中运输时能够减少阻力，有助于提高消防液喷射高度和增大喷射距离，该灭火剂同时具有高粘度及附着性，能在物体表面甚至垂直墙壁成膜覆盖，通过各组分协同进行的吸热冷却、冲淡窒息、隔绝空气，并使水消耗大量热，降低着火点，与消防无人机配合使用，进而快速扑灭高层建筑以及百米以上的超高层建筑火灾。

9.若灭火剂中添加低浓度的吸水树脂，则灭火剂保水量少、保水效果不佳，进而灭火效果差；若灭火剂中添加高浓度的吸水树脂，则使消防液过于浓稠，在输送管路中运输阻力过大，不利于提高消防液喷射高度和增大喷射距离，在本发明组分及配比的条件下，灭火剂灭火效果最佳，并且解决了上述存在的问题。

附图说明

图1是消防无人机的主视结构示意图；

图2是消防无人机的俯视结构示意图；

图3是消防无人机舱体剖视图；

图4是水炮喷头结构示意图。

其中：1、舱体，2、摄像装置，3、水炮喷头，4、起落架，5、安全气囊，6、机臂，7、旋翼，8、涵道圈，9、降落伞舱，10、GPS定位装置，11、雷达避让装置，12、主控单元，13、燃料舱，14、燃料箱，15、喷头体，16、喷芯，17、导流板，18、连接段，19、导流段，20、直径收缩段，21、喉前缓冲段，22、锥状喷喉，23、圆柱支撑段，24、伞状折流板。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

针对高层建筑火灾时，水系灭火剂成分包括保水剂、阻燃剂及增稠剂。其中保水剂为粒度80目的淀粉接枝聚丙烯酸钠，其重量比为40％；阻燃剂为磷酸二氢铵，重量比为30％；增稠剂为凹凸棒，重量比为20％，羧甲基纤维素纳，重量比为10％。

将水系灭火剂与水按照1:99的比例混合，通过消防水罐车运送至火灾现场，快速连接好高压水炮喷头，地面遥控消防无人机携带高压水炮喷头及压力自持式高空消防液输送管路迅速飞行至着火位置，水平向远距离喷射水系灭火剂进行精准灭火。此灭火材料粘度高、附着力好，灭火时间短，效率高，灭火性能优良，使用消防无人机灭火也具有机动灵活、操作方便、实用性强的优点。

一种消防无人机是大载重多旋翼消防无人机，包括无人机舱体1、摄像装置2、水炮喷头3、起落架4、机臂6、旋翼7、涵道圈8、安全气囊5，所述无人机舱体1从上到下有降落伞舱9、电控舱、燃料舱13，所述电控舱安装有GPS定位装置10、雷达避让装置11和主控单元12，所述燃料舱13存放燃料箱14，所述降落伞舱9设置在舱体1顶，所述安全气囊5设置在舱体1底，所述摄像装置2安装在舱体1底部中间位置，所述起落架4固定在舱体1底部，舱体1外固定有六个机臂6，所述每个机臂6外端连接一个旋翼7，所述每个旋翼7外部安装一个涵道圈8。

水炮喷头3设置在舱体1底部与起落架4之间，是产生射流的核心部件，灭火剂经过水炮喷头3时，将静压能转化为动能，约束加快灭火剂流速，射出一股密实的高流速水柱。消防水炮喷头是由喷头体15、喷芯16、导流板17及若干密封件组成。喷头体15是整个水炮喷头的核心部件，沿径向一般可分为连接段18、导流段19、直径收缩段20、喉前缓冲段21、锥状喷喉22五部分。喷芯16通过导流板17安装固定于喷头体15内部，设置于喷头体15轴线上，喷芯16整体呈“T”型，由圆柱支撑段23和伞状折流板24组成。导流板17沿喷头轴向的截面形状做成流线型，可作为载体为喷芯16提供支撑，同时引导水流，使其速度方向一致，提高水炮射程。

实施例2

针对百米以上的超高层建筑火灾，水系灭火剂成分包括保水剂、阻燃剂、增稠剂及表面活性剂。其中保水剂为粒度150目的聚丙烯酸钠树脂，其重量比为40％；阻燃剂为水溶性聚磷酸铵，重量比为20％，碳酸氢钠，重量比为15％；增稠剂为瓜尔胶，重量比为15％，高岭土，重量比为5％；表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮，重量比为5％。

将水系灭火剂与水按照3:97的比例混合，通过消防水罐车运送至火灾现场，快速连接好高压水炮喷头，地面遥控消防无人机携带高压水炮喷头及压力自持式高空消防液输送管路迅速飞行至着火位置，水平向远距离喷射水系灭火剂进行精准灭火。凝胶状灭火剂具有黏着性及不易流动性，吸附着大量水分，可凝聚形成层状结构，在着火物体甚至垂直墙壁上覆盖成膜，有效隔离空气，进而迅速控制火势，灭火效能极佳。使用消防无人机也可以达到其他消防设备无法达到的高度快速高效的进行灭火，灵活性高、机动性好。

上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种水系灭火剂，其特征是：以重量百分比计，该水系灭火剂配方为：保水剂30-50％、阻燃剂20-35％、增稠剂10-30％及表面活性剂0-10％。

2.如权利要求1所述的水系灭火剂，其特征是：所述保水剂、阻燃剂、增稠剂及表面活性剂均为粉末状固体，所述保水剂为高分子吸水性树脂，粒度在30-150目，包括合成树脂系、淀粉系和纤维素系三种系列高吸水性树脂中的一种或多种组合。

3.如权利要求1所述的水系灭火剂，其特征是：所述的合成树脂系为聚丙烯酸类树脂、聚乙烯醇类树脂或聚丙烯腈类树脂；所述的淀粉系高吸水性树脂为淀粉接枝丙烯酸盐树脂、淀粉接枝丙烯酰胺树脂或淀粉接枝丙烯腈类树脂；所述的纤维素系高吸水性树脂为纤维素接枝丙烯酸树脂或纤维素接枝丙烯酰胺树脂。

4.如权利要求1所述的水系灭火剂，其特征是：所述阻燃剂为聚磷酸铵、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢钠、磷酸氢钠、硼酸锌、碳酸钠、碳酸氢钠、可膨胀石墨中的一种或多种组合。

5.如权利要求1所述的水系灭火剂，其特征是：所述增稠剂为羧甲基纤维素纳、羟丙基甲基纤维素、黄原胶、瓜尔胶、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、高岭土、膨润土、凹凸棒中的一种或多种组合。

6.如权利要求1所述的水系灭火剂，其特征是：所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、聚乙烯吡咯烷酮一种或多种组合。

7.如权利要求1所述的水系灭火剂，其特征是：所述添加剂与水的比例为1-3:99-97。

8.权利要求1-7任一所述的水系灭火剂的应用方法，其特征是：将所述的水系灭火剂与水混合形成胶体状灭火剂，由消防水罐车运送至火灾现场，通过车载高压泵提供动力，消防无人机携带高压水炮喷头及压力自持式高空消防液输送管路飞行至着火位置水平向喷射胶体状灭火剂进行灭火。

9.如权利要求8所述的应用方法，其特征是：所述消防无人机是大载重多旋翼消防无人机，包括无人机舱体、摄像装置、水炮喷头、起落架、机臂、旋翼、涵道圈、安全气囊，所述舱体从上到下有降落伞舱、电控舱、燃料舱，所述电控舱安装有GPS定位装置、雷达避让装置和主控单元，所述燃料舱存放燃料箱，所述降落伞舱设置在舱体顶，所述安全气囊设置在舱体底，所述摄像装置安装在舱体底部中间位置，所述起落架固定在舱体底部，舱体外固定有六个机臂，所述每个机臂外端连接一个旋翼，所述每个旋翼外部安装一个涵道圈，所述水炮喷头设置在舱体底部与起落架之间。

10.如权利要求9所述的应用方法，其特征是：所述水炮喷头是由喷头体、喷芯、导流板及若干密封件组成，所述喷头体沿径向分为连接段、导流段、直径收缩段、喉前缓冲段、锥状喷喉五部分，喷芯通过导流板安装固定于喷头体内部，设置于喷头体轴线上，喷芯整体呈“T”型，由圆柱支撑段和伞状折流板组成，导流板沿喷头轴向的截面形状做成流线型。