CN109646837B - 一种记忆合金约束延期空爆灭火球 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种记忆合金约束延期空爆灭火球，属于消防特种设备技术领域。包括灭火剂存贮装置、抛射装置、分散装置、保险装置、上壳体、下壳体、强力双面粘和锁定销。灭火剂存贮装置用以提供灭火所需物质，抛射装置用以推动灭火剂存贮装置和分散装置，分散装置用以将灭火剂存贮装置在空中分散，保险装置用以锁定灭火球，防止意外触发，并在保险解除后，为抛射装置提供电能，上壳体和下壳体外形构成圆形，为灭火球提供强度保护，锁定销保证平时安全。本发明整体结构具有不倒翁特性，在火场环境下，能使得灭火剂贮存装置在空中弥散，具有较好的灭火效果。
Description
技术领域
本发明公开了一种记忆合金约束延期空爆灭火球，属于消防特种设备技术领域。
背景技术
随着我国经济的发展，各种高层建筑不断涌现，现代化的建筑规模大、标准高、人员密集、设备众多。但高楼火灾事故也随之上升。目前的消防灭火装备能力与高层建筑的发展严重失衡。消防灭火装备的机动性差，加之周边环境影响等诸多因素，已经成为制约高楼火灾有效扑救的致命缺陷。
目前，对于灭火设备性能的优劣评价，主要考虑其平时的安全性和使用时的灭火效果。
目前市面上研制的灭火装置都是在地面作用，受地形等因素限制，灭火效果不佳，无法实现大范围的灭火；且灭火装置多是用火药绳引燃，火药绳的燃烧时间散布范围大，容易出现灭火装置未达到火场中，在火场外围即作用的情况。
尤其是对于住宅来说，随着居住条件提高，屋内的装修越来越高档，各种家具家电充斥着屋内各个角落，屋内一旦着火，极难扑灭，并且住宅通常发生火灾时，火势都是向上运动，而一般的灭火装置扔进建筑物后，只能扑灭地面的火焰，而难以有效扑灭地面以上或墙壁以及天花板上的火源，因此其应用受到限制，且灭火效果一般。
发明内容
本发明为解决现有技术的缺陷和不足，提供了一种记忆合金约束延期空爆灭火球，具有两级安全保险，不容易意外作用，可保证平时安全，且灭火装置可在空中作用，使得灭火效能得到充分发挥，尤其适用于复杂的室内环境。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种记忆合金约束延期空爆灭火球，其特征在于，包括灭火剂存贮装置、抛射装置、分散装置、保险装置、上壳体、下壳体、强力双面粘和锁定销；
所述灭火剂存贮装置用以提供灭火所需物质，包括超细干粉和基于3D打印技术制作的内部镂空的腔室，腔室材料为塑料材料，采用超细干粉作为灭火剂，是因为其灭火效率是水系列灭火剂的40倍以上，是普通干粉灭火剂的6～10倍，可以在最短的时间内达到最大的灭火效果，采用基于3D打印技术制作的内部镂空的腔室，且腔室材料为塑料材料，是因为3D打印技术是材料堆叠的方式制作零件，内部可以中空，如果用传统的机械加工方式，则需要加工腔室的腔体和腔盖，还要加工螺纹或螺钉孔，实现腔体和腔盖的连接，而利用3D打印技术制作一个内部镂空的腔室就可以等效传统的腔体和腔盖，腔室3D打印完成后，只需开一个小孔，方便往腔室内部注入超细干粉即可，腔室材料选用塑料材料，便于分散装置爆炸后将超细干粉和腔室炸开，有利于超细干粉分散。
所述抛射装置主要由抛射药盒、电雷管、接电柱和抛射体构成，抛射药盒主要由双醋粒11、硝基软片和盒体构成，双醋粒11装入盒体内，硝基软片覆盖双醋粒11，接电柱为两个铍青铜圆柱体结构，选用铍青铜是因为其具有良好的导电性和变形延展性，两个接电柱分别连接到电雷管的引线上，接电柱接电后，为电雷管提供电能，电雷管作用后，引爆抛射药盒，抛射药盒为置于抛射装置上的灭火剂存贮装置和分散装置提供动能；
所述分散装置包括两个延期电雷管、黑火药、药盒和推板，推板的形状为“几”形，如此设置，最大限度的利用空间，提高灭火剂贮存装置的质量，材料为孔隙率60％～70％的泡沫铝，分散装置起到缓冲防护作用，防止抛射装置作用时，冲击力冲击灭火剂存贮装置，造成灭火剂存贮装置的损坏，这是因为泡沫铝具有质轻、高比刚度、良好的高阻尼减震性能及冲击能量吸收率，其阻尼性能为金属铝的5～10倍，例如孔隙率为84％的泡沫铝发生50％变形时，可吸收2.5MJ/cm3以上的能量。推板上安装两个延期电雷管，延期电雷管的延期时间为0.28秒～0.32秒，黑火药装入药盒内，置于两个延期电雷管和推板上，并处于灭火剂存贮装置的中部，为灭火剂存贮装置提供分散的动能；
所述保险装置由记忆合金环、滑块、推簧、压电陶瓷片、两个接线柱和腔体构成，记忆合金环为TiNiCuNb记忆合金，其化学式为Ti45Ni31.5Cu13.5Nb10，记忆合金环的形状为圆环，且具有受热内径变大的特性，记忆合金环置于滑块的一端，滑块为塑料材料，滑块与记忆合金环连接的一端为圆柱体，滑块的圆柱体直径大于保险状态的记忆合金环的内径，当记忆合金环受热使其内径增大后，滑块的圆柱体直径小于变形后的记忆合金环的内径，滑块的另一端为矩形块形状，矩形块的端部具有凹槽，凹槽内容纳推簧，推簧处于压缩状态，压电陶瓷片置于滑块的圆柱体和矩形块的连接处，用胶进行粘接固定，且压电陶瓷片的两个端面分别引出一根导线到接线柱上，滑块的下端还具有一个小凹槽，滑块距离腔体的上端具有间隙，两个接线柱相互分开，且固定并凸出于滑块上，腔体的底部还具有一个通孔，之所以选择记忆合金环化学式为Ti45Ni31.5Cu13.5Nb10的TiNiCuNb记忆合金材料，是因为其克服了传统形状记忆合金的响应滞后性，并且是一种具有良好加工塑性的形状记忆合金。
所述上壳体和下壳体通过粘接或者焊接的方式连接在一起，上壳体和下壳体的外形构成圆形，且下壳体的底部不具有圆弧，为光滑的平面，下壳体的底部具有凹槽，凹槽内放置强力双面粘，如此设置，使得灭火球在滚动时，利用强力双面粘的粘性，可使下壳体的底部快速与地面接触，使灭火球快速稳定下来，下壳体的底部中间部位具有一个螺纹孔，上壳体和下壳体为灭火球提供强度保护；
所述锁定销置于下壳体的底部，上端深入到滑块内，用以锁定滑块在保险状态，且锁定销的下端凸出下壳体的底部。
进一步的，灭火球的重心位于下端，处于保险装置的内部，上壳体和下壳体具有不倒翁特性，使得灭火剂存贮装置在灭火球运动稳定后处于正上方。
进一步的，所述接电柱固定于腔体上，在所述滑块运动到位后，两个接线柱与两个接电柱接触。
进一步的，所述推簧的压缩量为40％～50％，且推簧的行程大于滑块从初始状态到运动到位的距离。
进一步的，所述抛射药盒中的双醋粒11的质量m1与由灭火剂存贮装置和分散装置构成的质量m2的关系为m1＝(0.003～0.008)m2，且双醋粒11的质量m1大于4克。如此设置，是根据试验数据，在此质量比范围内，既不浪费双醋粒11，又能确保抛射药盒中的双醋粒11能可靠将灭火剂存贮装置和分散装置推到高空，升空高度在3.5米～5米，升空速度在8米/秒～10米/秒，而一般高层住宅楼房的层高在2.8米，如此设置，根据延期电雷管的延期时间，可保证灭火剂存贮装置在2米～2.6米高空作用，在此高空范围内，灭火效果最好。
进一步的，所述分散装置中的黑火药的质量m3与灭火剂存贮装置的质量m4的关系为0.006m4≤m3≤0.009m4，如此设置，是根据试验数据，在此质量关系范围内，黑火药爆炸后，其爆炸动能能可靠将灭火剂存贮装置在空中进行分散，超过此范围，即使增加黑火药的用量，黑火药的爆炸动能将灭火剂存贮装置在空中分散的效果并没有增加，因此在此范围内的黑火药的用量效果最佳。
进一步的，所述上壳体和下壳体的连接强度低于灭火剂存贮装置的腔室的强度，如此设置，当抛射装置作用后，能可靠将上壳体从下壳体上脱落，从而进一步可靠推动灭火剂存贮装置和分散装置向高空运动。
本发明的工作原理如下：
平时，保险装置上的滑块被记忆合金环和锁定销限位在原始状态，此时的推簧处于压缩状态，压电陶瓷片也没有产生电量，此时灭火球处于安全状态，即使记忆合金环意外作用，锁定销也会锁定滑块，防止滑块运动到位。
当某处建筑物发生火灾时，将本灭火球拧下锁定销，解除锁定保险，然后从外面(如窗户或门)扔进发生火灾的建筑物内，由于本灭火球的上壳体和下壳体构成圆形结构，本灭火球在扔进建筑物后，会沿着地面滚动，由于本灭火球的下壳体底部为平面，且含有强力双面粘，上壳体的顶部为圆弧，且整个灭火球的结构具有不倒翁的特性，因此灭火球可迅速稳定，其最终稳定后，整个灭火球的灭火剂存贮装置处于上方，保险装置处于下方。
记忆合金环感受到外部火场温度后，由于其具有受热内径变大的特性，记忆合金环内径变大到大于滑块一端的圆柱体直径时，解除对滑块的约束，此时处于压缩状态的推簧推动滑块运动到位，滑块上的压电陶瓷片撞击腔体一端，压电陶瓷片的压电效应产生电能，由于滑块设计具有到位后的限位功能，滑块运动到位后，在滑块上的接线柱与分散装置上的接电柱可靠接触，接电柱接电后，电雷管被引爆，继而电雷管引爆抛射药盒中的双醋粒11，双醋粒11作用后，一方面产生动能，推动抛射装置上的分散装置和灭火剂存贮装置向上运动，另一方面，双醋粒11起爆两个延期电雷管，由于上壳体和下壳体的连接强度较弱，分散装置和灭火剂存贮装置向上运动时，推开上壳体，当分散装置、灭火剂存贮装置向上运动时，延期电雷管同时作用，达到延期时间后，延期电雷管引燃黑火药，黑火药爆炸，为灭火剂存贮装置提供分散动能，灭火剂存贮装置中的超细干粉在空中分散，达到灭火效果。
本发明的有益效果如下：
a)具有两级保险装置，可保证平时的安全性，防止意外作用，且保险装置选用与温度相关的记忆合金，只有在火场环境，保险装置才会可靠解除保险，同时还具有锁定销，平时锁定滑块，即使记忆合金环意外作用，滑块也不会运动；
b)整个结构具有不倒翁的特性，且下壳体底部具有强力双面粘，能保证灭火球快速稳定，并且在运动稳定后，灭火剂存贮装置处于正上方，从而使得灭火装置可靠的实现抛射运动；
c)设置抛射装置，使得灭火球具有抛射动能，能将灭火剂存贮装置抛射到空中作用，从而使得灭火球的效能得到最大程度的发挥；
d)具有分散装置，可使灭火剂存贮装置在最有效的一定高空中灭火；
e)本发明操作简单，直接扔到火场环境，即可实现自动灭火功能，且灭火效果较好。
附图说明
图1为本发明一种记忆合金约束延期空爆灭火球的结构组成示意图；
图2为本发明抛射装置的结构组成示意图；
图3为本发明分散装置的结构组成示意图；
图4为本发明保险装置的结构组成示意图。
图中各数字代表的含义如下：
图1中：1—灭火剂贮存装置、2—抛射装置、3—分散装置、4—保险装置、5—上壳体、6—下壳体、7—强力双面粘、8—锁定销；
图2中：2-1—抛射药盒、2-2—电雷管、2-3—接电柱、2-4—抛射体；
图3中：3-1—延期电雷管、3-2—黑火药、3-3—药盒、3-4—推板；
图4中：4-1—记忆合金环、4-2—滑块、4-3—推簧、4-4—压电陶瓷片、4-5—接线柱、4-6—腔体。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施例，对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
一种记忆合金约束延期空爆灭火球的具体实施例，如图1所示，包括灭火剂存贮装置1、抛射装置2、分散装置3、保险装置4、上壳体5、下壳体6、强力双面粘7和锁定销8；
所述灭火剂存贮装置1用以提供灭火所需的物质，包括超细干粉1-1和基于3D打印技术制作的内部镂空的腔室1-2，腔室1-2材料为ABS塑料材料；
所述抛射装置2如图2所示，主要由抛射药盒2-1、电雷管2-2、接电柱2-3和抛射体2-4构成，抛射药盒2-1主要由双醋粒11、硝基软片和盒体构成，双醋粒11装入盒体内，硝基软片覆盖双醋粒11，双醋粒11的质量m1与由灭火剂存贮装置1和分散装置3构成的质量m2的关系为m1＝(0.003～0.008)m2，且双醋粒11的质量m1大于4克，本实施例选取的双醋粒11的质量m1为4.5克，灭火剂存贮装置1和分散装置3构成的质量m2为1.4千克；
接电柱2-3为两个铍青铜圆柱体结构，分别连接到电雷管2-2的引线上，接电柱2-3固定于腔体4-6上，在所述滑块4-2运动到位后，两个接线柱4-5与两个接电柱2-3可靠接触，接电柱2-3接电后，为电雷管2-2提供电能，电雷管2-2作用后，引爆抛射药盒2-1，抛射药盒2-1为置于抛射装置2上的灭火剂存贮装置1和分散装置3提供动能；
所述分散装置3如图3所示，包括两个延期电雷管3-1、黑火药3-2、药盒3-3和推板3-4，推板3-4的形状为“几”形，材料为孔隙率60％～70％的泡沫铝，分散装置3起到缓冲防护作用，防止抛射装置2作用时，冲击力冲击灭火剂存贮装置1，造成灭火剂存贮装置1的损坏，推板3-4上安装两个延期电雷管3-1，延期电雷管3-1的延期时间为0.28秒～0.32秒，黑火药3-2装入药盒3-3内，黑火药3-2的质量m3与灭火剂存贮装置1的质量m4的关系为0.006m4≤m3≤0.009m4，本实施例优选黑火药2-4的质量m3为8克，灭火剂存贮装置1的质量m4为1.25千克，黑火药3-2和药盒3-3置于两个延期电雷管3-1和推板3-4上，并处于灭火剂存贮装置1的中部，为灭火剂存贮装置1提供分散的动能；
所述保险装置4如图4所示，由记忆合金环4-1、滑块4-2、推簧4-3、压电陶瓷片4-4、两个接线柱4-5和腔体4-6构成，记忆合金环4-1为TiNiCuNb记忆合金，其化学式为Ti45Ni31.5Cu13.5Nb10，记忆合金环4-1的形状为圆环，且具有受热内径变大的特性，记忆合金环4-1置于滑块4-2的一端，滑块4-2为塑料材料，滑块4-2与记忆合金环4-1连接的一端为圆柱体，滑块4-2的圆柱体直径大于保险状态的记忆合金环4-1的内径，当记忆合金环4-1受热使其内径增大后，滑块4-2的圆柱体直径小于变形后的记忆合金环4-1的内径，滑块4-2的另一端为矩形块形状，矩形块的端部具有凹槽，凹槽内容纳推簧4-3，推簧4-3处于压缩状态，压缩量为40％～50％，且推簧4-3的行程大于滑块4-2从初始状态到运动到位的距离，压电陶瓷片4-4置于滑块4-2的圆柱体和矩形块的连接处，用胶进行粘接固定，且压电陶瓷片4-4的两个端面分别引出一根导线到接线柱4-5上，滑块4-2的下端还具有一个小凹槽，滑块4-2距离腔体4-6的上端具有间隙，两个接线柱4-5相互分开，且固定并凸出于滑块4-2上，腔体4-6的底部还具有一个通孔；
所述上壳体5和下壳体6通过粘接或者焊接的方式连接在一起，上壳体5和下壳体6的外形构成圆形，且下壳体6的底部不具有圆弧，为光滑的平面，下壳体6的底部具有凹槽，凹槽内放置强力双面粘7，下壳体6的底部中间部位具有一个螺纹孔，上壳体5和下壳体6为灭火球提供强度保护，上壳体5和下壳体6的连接强度低于灭火剂存贮装置1的腔室1-2的强度。
所述锁定销8置于下壳体6的底部，上端深入到滑块4-2内，用以锁定滑块4-2在保险状态，且锁定销8的下端凸出下壳体6的底部。
更优的，所述灭火球的重心位于下端，处于保险装置4的内部，上壳体5和下壳体6具有不倒翁特性，使得灭火剂存贮装置1处于正上方。
本实施例的灭火球的总重为1.8千克，试验效果表明，将本实施例投入火场内，8秒钟后，听到抛射装置2中抛射药盒2-1作用的爆炸声，表明保险装置4可靠解除保险并运动到位，约0.3秒钟，再次听到爆炸声，表明分散装置3作用，黑火药3-2引爆灭火剂贮存装置1，现场查看灭火效果，本实施例能将28m3空间内的火源有效扑灭，尤其是屋顶天花板部分通常难以扑灭的地方也被有效扑灭。
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 (5)
1.一种记忆合金约束延期空爆灭火球，其特征在于，包括灭火剂存贮装置(1)、抛射装置(2)、分散装置(3)、保险装置(4)、上壳体(5)、下壳体(6)、强力双面粘(7)和锁定销(8)；
所述灭火剂存贮装置(1)用以提供灭火所需物质，包括超细干粉(1-1)和基于3D打印技术制作的内部镂空的腔室(1-2)，腔室(1-2)的材料为塑料；
所述抛射装置(2)主要由抛射药盒(2-1)、电雷管(2-2)、接电柱(2-3)和抛射体(2-4)构成，抛射药盒(2-1)主要由双醋粒11、硝基软片和盒体构成，双醋粒11装入盒体内，硝基软片覆盖双醋粒11，接电柱(2-3)为两个铍青铜圆柱体结构，分别连接到电雷管(2-2)的引线上，接电柱(2-3)接电后，为电雷管(2-2)提供电能，电雷管(2-2)作用后，引爆抛射药盒(2-1)，抛射药盒(2-1)为置于抛射装置(2)上的灭火剂存贮装置(1)和分散装置(3)提供动能；
所述分散装置(3)包括两个延期电雷管(3-1)、黑火药(3-2)、药盒(3-3)和推板(3-4)，推板(3-4)的形状为“几”形，材料为孔隙率60％～70％的泡沫铝，分散装置(3)起到缓冲防护作用，防止抛射装置(2)作用时，冲击力冲击灭火剂存贮装置(1)，造成灭火剂存贮装置(1)的损坏，推板(3-4)上安装两个延期电雷管(3-1)，延期电雷管(3-1)的延期时间为0.28秒～0.32秒，黑火药(3-2)装入药盒(3-3)内，置于两个延期电雷管(3-1)和推板(3-4)上，并处于灭火剂存贮装置(1)的中部，为灭火剂存贮装置(1)提供分散的动能；
所述保险装置(4)由记忆合金环(4-1)、滑块(4-2)、推簧(4-3)、压电陶瓷片(4-4)、两个接线柱(4-5)和腔体(4-6)构成，记忆合金环(4-1)为TiNiCuNb记忆合金，其化学式为Ti45Ni31.5Cu13.5Nb10，记忆合金环(4-1)的形状为圆环，且具有受热内径变大的特性，记忆合金环(4-1)置于滑块(4-2)的一端，滑块(4-2)为塑料材料，滑块(4-2)与记忆合金环(4-1)连接的一端为圆柱体，滑块(4-2)的圆柱体直径大于保险状态的记忆合金环(4-1)的内径，当记忆合金环(4-1)受热使其内径增大后，滑块(4-2)的圆柱体直径小于变形后的记忆合金环(4-1)的内径，滑块(4-2)的另一端为矩形块形状，矩形块的端部具有凹槽，凹槽内容纳推簧(4-3)，推簧(4-3)处于压缩状态，压电陶瓷片(4-4)置于滑块(4-2)的圆柱体和矩形块的连接处，用胶进行粘接固定，且压电陶瓷片(4-4)的两个端面分别引出一根导线到接线柱(4-5)上，滑块(4-2)的下端还具有一个小凹槽，滑块(4-2)距离腔体(4-6)的上端具有间隙，两个接线柱(4-5)相互分开，且固定并凸出于滑块(4-2)上，腔体(4-6)的底部还具有一个通孔；
所述上壳体(5)和下壳体(6)通过粘接或者焊接的方式连接在一起，上壳体(5)和下壳体(6)的外形构成圆形，且下壳体(6)的底部不具有圆弧，为光滑的平面，下壳体(6)的底部具有凹槽，凹槽内放置强力双面粘(7)，下壳体(6)的底部中间部位具有一个螺纹孔，上壳体(5)和下壳体(6)为灭火球提供强度保护；
所述锁定销(8)置于下壳体(6)的底部，上端深入到滑块(4-2)内，用以锁定滑块(4-2)在保险状态，且锁定销(8)的下端凸出下壳体(6)的底部；
所述灭火球的重心位于下端，处于保险装置(4)的内部，上壳体(5)和下壳体(6)具有不倒翁特性，使得灭火剂存贮装置(1)运动稳定后处于正上方；
所述接电柱(2-3)固定于腔体(4-6)上，在所述滑块(4-2)运动到位后，两个接线柱(4-5)与两个接电柱(2-3)接触。
2.根据权利要求1所述的一种记忆合金约束延期空爆灭火球，其特征在于，所述推簧(4-3)的压缩量为40％～50％，且推簧(4-3)的行程大于滑块(4-2)从初始状态到运动到位的距离。
3.根据权利要求1所述的一种记忆合金约束延期空爆灭火球，其特征在于，所述抛射药盒(2-1)中的双醋粒11的质量m1与由灭火剂存贮装置(1)和分散装置(3)构成的质量m2的关系为m1＝(0.003～0.008)m2，且双醋粒11的质量m1大于4克。
4.根据权利要求1所述的一种记忆合金约束延期空爆灭火球，其特征在于，所述分散装置(3)中黑火药(3-2)的质量m3与灭火剂存贮装置(1)的质量m4的关系为0.006m4≤m3≤0.009m4。
5.根据权利要求1所述的一种记忆合金约束延期空爆灭火球，其特征在于，所述上壳体(5)和下壳体(6)的连接强度低于灭火剂存贮装置(1)的腔室(1-2)的强度。
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