CN106075775A - 一种手投式灭火弹 - Google Patents

Abstract

本发明涉及灭火弹领域，公开了一种手投式灭火弹。该手投式灭火弹包括依次连接的拉火管、引信及弹体，其整体外形为手榴弹形状，其中，拉火管为一管状结构，管内壁涂有氯酸钾及木炭，拉火管内设有拉火球和拉火线，拉火线一端与拉火球连接，另一端由拉火管内部引出至拉火管外；引信是由撒有黑火药的天然棉纤维制备而成导火索；弹体外壳由爆炸易破碎的纸板制成，其包括同轴心设置的产气药包和灭火剂包，产气药包内中设有黑火药，灭火剂包内中设有干粉灭火剂。该手投式灭火弹灭火效果高，制备方法简单，使用过程安全，利于工业生产。

Description

一种手投式灭火弹

技术领域

本发明涉及灭火弹领域，特别涉及一种手投式灭火弹。

背景技术

随着社会经济的飞速发展，人们的生活水平不断提高，生活也变得越来越丰富多彩，各式各样的电器、各种各样的化工产品等不断地充斥人们的生活之中，这在丰富人们的生活的同时，也产生了大量火灾危险源，进而引发了大量火灾事故，造成了重大人员伤亡和财产损失。尽管各种各样的灭火器被广泛地应用到消防灭火中，但这些灭火器大多都略显笨重，甚至有一些搬运不方便，这样容易错失灭火先机，很多情况下只能够任其自生自灭，以至于造成重大的损失。

目前，火灾的应急救援措施与生产生活日益丰富多彩的现状严重失衡，而且消防器材的发展现状与生产生活中的火灾的特点也不适应。现有灭火弹能够有效地远距离控制或扑灭火灾，因为灭火弹是在火场内部完成引爆、实现灭火剂抛撒的，大大提高了灭火剂的弥散范围，使其能够有效地覆盖火焰，对火势的控制有较明显的效果，但是现有灭火弹爆炸时烟雾很大，爆炸产气量少，导致灭火剂的抛撒效果不好，从而直接导致灭火剂的灭火效果不好，而且现有灭火弹的外壳及内部设有金属等硬质部件，在爆破时会产生硬质飞溅碎片，会对人构成潜在击伤威胁。鉴于此，我们亟需一种灭火效率高、反应速度快、安全系数高并且机动性能好的新型灭火设备，快速、便捷、有效地控制或扑灭火灾事故，并有效地改变目前针对生产生活中的火灾上没有良好的应对措施这一尴尬局面。

发明内容

为了解决现有技术中的灭火弹灭火效果不好、灭火过程中硬质部件容易对人构成潜在击伤威胁等问题，本发明提供了一种手投式灭火弹。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种手投式灭火弹，包括依次连接的拉火管、引信及弹体，其整体外形为手榴弹形状，其中，拉火管为一管状结构，管内壁涂有氯酸钾及木炭，拉火管内设有拉火球和拉火线，拉火线一端与拉火球连接，另一端由拉火管内部引出至拉火管外；引信是由撒有黑火药的天然棉纤维制备而成导火索；弹体外壳由爆炸易破碎的纸板制成，其包括同轴心设置的产气药包和灭火剂包，产气药包内中设有黑火药，灭火剂包内中设有干粉灭火剂。

其中，拉火管内壁涂有的氯酸钾及木炭的质量比为85:10；引信的用药量为1.5-2g，引信成分中硝酸钾、麻秆炭及硫磺的质量比为4:1:2；产气药包中黑火药成分的质量配比为硝酸钾77％，硫磺7.7％，木炭15.3％，产气黑火药与干粉灭火剂的比药量为2％。

本发明拉火管的设计采用类似火柴擦燃的原理，在拉火管的内壁涂有厚度为0.1mm的涂层，其成分为：氯酸钾85％和木炭粉10％，其余为粘贴剂。拉火线拉动涂有红磷的拉火球时，红磷与拉火管内壁的氯酸钾产生摩擦，会发生氧化反应产生火焰，进而引燃引信。

本发明提供的引信及产气药包中的黑火药成分虽然基本一样，但是黑火药中三种成分的比例不同，而正是由于三种成分比例的不同，导致产生的效果和作用也不同。引信中黑火药的成分硝酸钾：麻秆炭：硫磺的质量比为4:1:2，这种配比能使引信快速连续燃烧，从而起导火索的作用。而产气药包中黑火药的成分的质量配比为硝酸钾77％，木炭15.3％，硫磺7.7％，这种配比能使产气药包中黑火药比引信中的反应要快得多，且瞬时产生大量的气体，从而产生较大的爆破力，对灭火剂产生强力的抛撒效果，采用本配方的黑火药能够产生更大量的气体和更强的爆破效果，其灭火效果更佳，并且产气黑火药与干粉灭火剂的比药量为2％时，灭火剂的云团形成比较好，浓度比较高，灭火效果比较明显。

本发明提供的灭火弹是纸质组装的，其外壳及内部没有金属等制作的硬质部件，因此，在爆破时不会产生硬质飞溅碎片，不会对人构成潜在击伤威胁。

本发明提供的拉火管为硬纸板制成的管状结构。

为了使弹体和引信以及拉火管链接处更好地链接，本发明提供的灭火弹外壳靠近引信端端面开设孔洞，在孔洞处粘有固定件，作为优选，固定件包括圆柱形固定管以及圆形粘贴固定片，圆形粘贴固定片在所述孔洞处将圆柱形固定管与弹体外壳粘贴为一体，并且圆柱形固定管将引信与拉火管包裹在固定管内，将拉线隐藏在固定件内。当使用灭火弹灭火的时候，拉出内部的拉火管拉线，接着拉动拉火管，就可以引燃引信，将灭火弹投向火场；固定管具有和拉火管紧密贴合在一起的内劲，这样既起到了固定拉火管的作用，又起到了防止灭火剂从孔洞处渗漏出来的作用，并且还可以进一步加固灭火弹弹体的强度，使其不易变形。

本发明提供了一种手投式灭火弹，该灭火弹与现有灭火弹相比，存在以下优点：(1)产气药包中的黑火药采用的配比能够产生更大量的气体，对灭火剂的抛撒效果更加有效，其灭火效果更佳，并且产气黑火药与干粉灭火剂的比药量为2％时，灭火剂的云团形成比较好，浓度比较高，灭火效果比较明显；(2)而本发明提供的灭火弹是纸质组装的，灭火弹在爆炸后不会构成潜在击伤威胁；(3)本发明提供的灭火弹虽然是纸质组装的，但是因固定件的设置，加固了灭火弹弹体的强度，使其不易变形，同时起到了固定拉火管的作用，又能防止灭火剂从孔洞处渗漏；(4)本发明提供的灭火弹能够使使用者远离火源，从而避免接触到火焰，这样就有效地保护了使用者的安全，避免伤害事故的发生。总之，由以上技术方案可知，本发明所述制备的手投式灭火弹灭火效果高，制备方法简单，使用过程安全，利于工业生产。

附图说明

图1为本发明提供的手投式灭火弹的结构示意图；

图2为本发明提供的固定件的结构示意图；

图3为实施例4中灭火半径随比药量的变化关系图；

图4为实施例4中灭火半径随时间的变化关系图。

具体实施方式

本发明公开了一种手投式灭火弹，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明当中。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

实施例1

一种手投式灭火弹，包括依次连接的拉火管1、引信2及弹体3，其整体外形为手榴弹形状，其中，拉火管1为硬纸板制成的管状结构，管内壁12涂有氯酸钾及木炭，拉火管内设有拉火球11和拉火线13，拉火线一端与拉火球连接，另一端由拉火管内部引出至拉火管外；引信2是由撒有黑火药的天然棉纤维制备而成导火索；弹体3外壳由爆炸易破碎的纸板制成，其包括同轴心设置的产气药包31和灭火剂包32，产气药包31内中设有黑火药，灭火剂包32内中设有干粉灭火剂；弹体3外壳靠近引信端端面开设孔洞33，在孔洞33处粘有固定件4，所述固定件4包括圆柱形固定管41以及圆形粘贴固定片42，圆形粘贴固定片42在所述孔洞33处将圆柱形固定管41与弹体3外壳粘贴为一体，并且圆柱形固定管41将引信与拉火管包裹在固定管内。

其中，拉火管内壁涂有的氯酸钾及木炭的质量比为85:10，引信的用药量为1.5-2g，其中硝酸钾、麻秆炭和硫磺的质量比为4:1:2，产气药包中黑火药的成分的质量配比为硝酸钾77％，硫磺7.7％，木炭15.3％，产气黑火药与干粉灭火剂的比药量为2％。

实施例2引信的延时实验

手投式灭火弹中引信能够将弹体中的产气药包引爆，并且还起到了一定的延时的作用，为了准确地把握引信的延时时间，对引信进行了测试实验。引信延时时间的实验装置由三个部分组成：自制的引信、铁架台、计时系统。为了便于观测，将自制的引信用棉线悬挂在铁架台上，自制引信统一长度为8厘米，在其上标出长度为5厘米的一段区域，作为实验数据记录区域，实验记录的数据如表1所示。

表1引信延时实验数据

一般手榴弹的延时时间在6s以内，结合表1中所得的数据，最合适的引信用药量是在1.5～2g之间，这样，引信延时时间就会确定在6s左右，使得手投式灭火弹的爆破时间既不会太长，也不会太短。因此，引信制作时，其用药量要控制在1.5-2g之间。

实施例3灭火剂抛撒过程计算分析

根据FAE研究的结果可知，影响灭火剂爆轰云团效果的因素主要由中心装药控制，为此必须建立灭火剂抛撒半径理论计算模型。根据爆炸作用力与气动力相对大小，可以将灭火剂的爆炸抛撒过程分为3个阶段：近区加速阶段、中远区加速阶段和湍流阶段。

对抛撒过程分析可以得出，灭火剂近区加速阶段结束时的云雾半径和灭火剂分散的速度是两个重要的参数，直接影响灭火剂分散的最终半径。灭火剂加速阶段结束时的分散半径与中心装药的结构与种类、灭火剂的装填质量、中心管和壳体材料等有关。其影响因素可以表示为：

f(r_i,r_p,r_e,ρ_w,D,ρ,h,σ) (1)

式(1)中：r_i为近区加速阶段结束时灭火剂分散半径；r_p为中心管内径；re为中心装药半径；ρ_w为中心装药密度；D为中心装药爆速；ρ为灭火剂密度；h为壳体高度；σ为壳体和中心管材料的屈服强度。

在减速运动过程中，灭火剂颗粒主要承受惯性力、空气阻力、广义浮力F₄、重力G、和附加作用力F₄的作用。由于只考虑灭火剂在水平径向方向上的运动，将颗粒作为一级近似，认为粒子的尺寸是相同的，粒子与粒子之间不考虑作用力，可将颗粒的运动简化为单一球形颗粒一维运动，建立颗粒受力平衡方程：

F₁+F₂+F₃+G－F₄＝0 (2)

减速阶段的水平向位移x作为自变量得出方程：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{du}}_p}{dx}\frac{dx}{dt}=u_p\\ \frac{{\mathrm{du}}_p}{dx}=-\frac{u_p}{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{\υ}}}\\ {\mathrm{\τ}}_{\mathrm{\υ}}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_p{d}_p^2}{18\mathrm{\μ}}\end{array}\right.---\left(3\right)$

式(3)中t为颗粒运动的时间；u_p为颗粒速度；ρ_p为颗粒密度；μ为动力粘性系数；d_p为颗粒直径。

当x＝0时,u_p(0)＝u_p0，方程得

$x={\mathrm{\τ}}_{\mathrm{\υ}}(u_{\mathrm{\ρ}0}-u_p)=u_{p0}{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{\υ}}\left|1-\exp \right|-\frac{t}{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{\υ}}}\left|\right|---\left(4\right)$

x即为减速阶段τ_υ情况下灭火剂颗粒抛撒距离。

根据上面两个阶段的推导，可推算出灭火剂颗粒的抛撒半径为两个阶段抛撒的距离之和。由理论公式推导可得出爆轰气体产生物膨胀半径约为装药半径的38倍，中心装药半径为0.8×10^-2m，所以爆轰气体加速阶段飞散的最大半径为0.3m，即灭火剂在加速阶段被抛撒的理论半径为0.3m。在6×10^-4s时刻灭火剂即达到理论半径值，根据方程推算，该时刻灭火剂颗粒的速度约为360m/s，超细ABC干粉颗粒的密度为1.98×10^-5Pa·s。当加速阶段结束时，公式中u_p的值为0，可以解得灭火剂颗粒在惯性力及其空气阻力等综合影响因素作用下扩张距离为3.9m，因此可以得出在中心装药作用下，灭火剂被抛撒的距离理论值为加速阶段和减速阶段的距离之和，其值为4.2m。

实施例4比药量与灭火效果关系分析

通过灭火弹抛撒云图特征和灭火效果的图片分析，可以得出灭火剂抛撒云图半径、浓度随时间的变化关系效果的关系，如表2和表3所示。

表2灭火剂抛撒实验结果

表3灭火半径随时间的变化关系

由表2和表3的数据结合图3和图4可知，当比药量在2％左右时，灭火剂云团形成比较好、浓度比较高，灭火效果比较明显；随着比药量的增加，中心装药量增大，灭火弹爆轰膨胀力不断增加，使灭火剂飞散速度逐渐增加，云团停留时间短、不稳定、浓度下降，明火熄灭后暗火复燃，灭火效果不明显；当比药量＜2％时，弹体中炸药包不能完全爆开，灭火剂使用率低，灭火效果差。

考虑到灭火效果及飞散半径，从表2和表3以及图3和图4中可以得到，灭火半径随时间的变化逐渐趋于稳定，灭火剂的最佳比药量应该确定在2％左右，这为灭火弹的结构优化改进提供了理论依据。

实施例5灭火能力的实验

灭火能力实验装置由三部分组成：手投式灭火弹、火盆、观测系统。手投式灭火弹的弹体材料是爆炸易破碎的纸板，形状为长方体。采用静爆的方式，将拉开拉线的手投式灭火弹投向点燃的火盆中，检验不同的燃料燃烧中灭火弹的灭火能力。观测系统由摄像机和秒表组成。本实验选取生活中常见的可燃物来进行实验，汽油、柴油、木柴和布料。其中，汽油和柴油燃烧发生的火灾为A类火灾，木柴和布料燃烧发生的火灾为B类火灾。实验结果见以下表4：

表4灭火能力的实验数据

表4数据显示，一号实验中燃料为汽油，但并没有扑灭火源，可能是由于所用的灭火弹体积设计较小，火盆中盛放了过多的汽油，而灭火弹爆破后抛撒出去的超细干粉不能够有效地覆盖扑灭汽油火场。

二号实验中燃料为柴油，在一号实验的基础上减少了柴油的用量，成功地扑灭了火场。三号实验是在火盆中放置了木柴，在木柴着火最旺盛的时候，将灭火弹投入到了火场中，并成功地扑灭了火盆中的火焰。四号实验同三号实验相似，火盆中放置的是一些旧衣服布料，在布料火势最大的时候将灭火弹投入了火场中，并成功地扑灭了火场，但燃烧成炭的木柴和布料也被灭火弹爆炸抛射出火盆。

通过实验所得的数据，看到灭火弹的爆炸时间都在六秒以上，说明引信起到了一定了延时作用，能够从容地将灭火弹投掷出去。

综合以上四组实验的数据，手投式灭火弹有较强的灭火能力。但同时也不难发现，手投式灭火弹在扑灭液体火灾的时候，有一定的局限性，在液体可燃物着火时，手投式灭火弹爆破抛撒灭火剂，可能会被浸没在可燃物中，这时可燃物就会一起被抛撒开来，虽然一定程度上起到了灭火的效果，但可能会出现再次燃烧的现象。

类似木柴之类的固体可燃物，也会产生被手投式灭火弹爆炸抛射出去的现象，但固体可燃物抛射出去后离开了火场，没有了大量的热量积聚，就很容易被抛射的超细干粉灭火剂控制扑灭。综上所述，实验结果表明本设计的手投式灭火弹能够有效地扑灭A类火灾，并对B类火灾有一定的灭火作用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，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的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种手投式灭火弹，其特征在于：包括依次连接的拉火管、引信及弹体，其整体外形为手榴弹形状，其中，拉火管为一管状结构，管内壁涂有氯酸钾及木炭，拉火管内设有拉火球和拉火线，拉火线一端与拉火球连接，另一端由拉火管内部引出至拉火管外；引信是由撒有黑火药的天然棉纤维制备而成导火索；弹体外壳由爆炸易破碎的纸板制成，其包括同轴心设置的产气药包和灭火剂包，产气药包内中设有黑火药，灭火剂包内中设有干粉灭火剂；

其中，拉火管内壁涂有的氯酸钾及木炭的质量比为85:10，引信的用药量为1.5-2g，其所用药硝酸钾、麻秆炭和硫磺的质量比为4:1:2，产气药包中黑火药的成分质量配比为硝酸钾77％，硫磺7.7％，木炭15.3％，产气药包中的黑火药与灭火剂包中的干粉灭火剂的比药量为2％。

2.如权利要求1所述的手投式灭火弹，其特征在于：所述管状结构的拉火管是由硬纸板制成的。

3.如权利要求1所述的手投式灭火弹，其特征在于：所述弹体外壳靠近引信端端面开设孔洞，在孔洞处粘有固定件。

4.如权利要求3所述的手投式灭火弹，其特征在于：所述固定件包括圆柱形固定管以及圆形粘贴固定片，圆形粘贴固定片在所述孔洞处将圆柱形固定管与弹体外壳粘贴为一体，并且圆柱形固定管将引信与拉火管包裹在固定管内。