課程設(shè)計：手提式泡沫滅火器(15L).doc

中北大學(xué)課 程 設(shè) 計 說 明 書學(xué)生姓名:任合保學(xué) 號：1104024137學(xué) 院:化工與環(huán)境學(xué)院專 業(yè):安全工程題 目:手提式泡沫滅火器設(shè)計（15L）指導(dǎo)教師： 李小東 職稱: 副教授 2015 年 1 月 22 日目錄1.課程設(shè)計目的42.課程設(shè)計內(nèi)容及要求42.1泡沫滅火器的定義及分類42.2泡沫滅火器的工作原理42.3泡沫滅火器的滅火對象52.4手提式泡沫滅火器的結(jié)構(gòu)52.5手提式泡沫滅火器的使用52.6手提式沫滅火器的基本參數(shù)62.7手提式泡沫滅火劑的基本參數(shù)72.7.1發(fā)泡倍數(shù)(N)72.7.2顆粒細(xì)度(X1)72.7.3水不溶物含量(X2)82.7.4水分含量(X3)82.8手提式泡沫滅火器的技術(shù)要求82.8.1 內(nèi)劑82.8.2外劑82.8.3機(jī)械強(qiáng)度92.8.4結(jié)構(gòu)92.8.5材料92.8.6制造工藝92.8.7外觀質(zhì)量103.課程設(shè)計工作任務(wù)及工作量103.1滅火器材料設(shè)計103.2滅火器的強(qiáng)度設(shè)計103.2.1振動試驗113.2.2沖擊試驗113.2.3水壓試驗113.2.4爆破試驗123.3滅火器結(jié)構(gòu)設(shè)計123.3.1設(shè)計壓力p123.3.2設(shè)計溫度T123.3.3滅火器圓筒殼體厚度t123.3.4滅火器的圓筒筒身高度h133.3.5滅火器的封頭133.3.6滅火器的瓶膽143.3.7滅火器的噴嘴1434滅火器藥劑及基本參數(shù)設(shè)計144.總結(jié)15參考文獻(xiàn)151.課程設(shè)計目的 人們在生活、工作、學(xué)習(xí)、娛樂的過程中，安全工作仍不能放松，尤其是對火災(zāi)的防控，因此各種場所中都會配備適量的滅火器，其中泡沫滅火器由于結(jié)構(gòu)簡單、操作靈活、使用方便，具有滅火速度快、效率高，可連續(xù)或間歇噴射等優(yōu)點，應(yīng)用比較廣。泡沫滅火器又分為手提式、舟車式和推車式，本次課程設(shè)計主要針對手提式泡沫滅火器。通過設(shè)計，進(jìn)一步學(xué)習(xí)防火、滅火的基本理論知識，掌握各類滅火器的工作原理、規(guī)格、用途、效能以及使用方法。2.課程設(shè)計內(nèi)容及要求2.1泡沫滅火器的定義及分類 泡沫滅火器是通過圓筒內(nèi)酸性溶液與堿性溶液混合后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，噴射出泡沫，覆蓋在燃燒物表面上，從而隔絕空氣而達(dá)到滅火效果的小型器械1。常用的化學(xué)泡沫滅火器有手提式、舟車式及推車式三種。 滅火器的型號編制方法應(yīng)按CN 1182消防產(chǎn)品型號編制方法的規(guī)定。 標(biāo)記示例：2.2泡沫滅火器的工作原理泡沫滅火器的器筒內(nèi)盛裝碳酸氫鈉與泡沫液混合的水溶液，瓶膽內(nèi)盛裝硫酸鋁水溶液，平時兩者是隔離的，使用時將滅火器顛倒過來，兩種溶液混合后立即發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w和濃厚的泡沫，機(jī)筒內(nèi)的泡沫受到二氧化碳?xì)怏w的壓力而噴射出來，當(dāng)它噴到燃燒物體的表面上，便象絨氈一樣地遮蓋在上面，隔絕空氣，使燃燒物得不到氧氣而燃燒停止2?；瘜W(xué)反應(yīng)為：6NaHCO3 +Al2(SO4)3 3Na2SO4 + 2Al(OH)3 + 6CO2 從泡沫滅火器中噴出的泡沫具有冷卻作用、窒息作用、隔離作用。冷卻作用是由于燃燒物表面溫度很高，當(dāng)泡沫噴射到燃燒物質(zhì)表面時，泡沫中含有的水分氣化并吸熱使得燃燒物質(zhì)表面溫度得以降低；窒息作用是噴出的泡沫覆蓋住了燃燒物質(zhì)表面，泡沫隔離了空氣，使得燃燒物質(zhì)得不到氧氣而窒息：隔離作用是由于泡沫的覆蓋作用使得燃燒物質(zhì)與火源隔離開來，進(jìn)而達(dá)到滅火的作用。2.3泡沫滅火器的滅火對象 它適用于撲救油類等非水溶性液體的火災(zāi)和木材、纖維、橡膠等固體火災(zāi)?？捎糜趽錅鏏類和B類火災(zāi)，但不能撲滅水溶性液體火災(zāi)（如酒精）火災(zāi)，因為這類液體會吸收泡沫中的水分，破壞泡沫。不能撲救D類火災(zāi)，因為水能與輕金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，加速燃燒。也不能用于撲救E類火災(zāi)，因為水能導(dǎo)電;3。2.4手提式泡沫滅火器的結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)主要由筒身、瓶膽、筒蓋、噴嘴、泡沫藥劑組成。 筒身的主體用薄鋼板滾壓成圓筒焊接而成的。上下封頭是由薄鋼板沖壓成型與圓筒焊接而成。筒身的作用一方面是用來盛裝一號藥劑，另一方面就是用來承受滅火器內(nèi)部藥劑化學(xué)反應(yīng)的壓力。 瓶膽一般是用聚乙烯塑料或玻璃材料制作，用來盛裝二號藥劑。 筒蓋是由鋼板沖壓成型或用鑄鐵澆筑和工程塑料制作，筒身與筒蓋用螺栓連接，筒蓋和螺栓起到承載內(nèi)部壓力的作用。 噴嘴是用金屬或尼絨材料制作而成，噴嘴的作用很明顯，它的截面積大小對于滅火器噴射時間、噴射距離、滅火性能影響很大4。 泡沫藥劑主要有三部分，碳酸氫鈉（一號藥劑）、硫酸鋁（二號藥劑）和發(fā)泡劑，主要作用是通過碳酸氫鈉溶液和硫酸鋁溶液的發(fā)泡反應(yīng)產(chǎn)生的泡沫來覆蓋燃燒介質(zhì)進(jìn)而滅火的。 2.5手提式泡沫滅火器的使用圖2.5 手提式泡沫滅火器結(jié)構(gòu)1筒身；2筒蓋；3噴嘴；4瓶膽；5瓶膽蓋；6螺母使用泡沫滅火器時可以手提筒體上部的提環(huán)，迅速奔赴火場。但是如果滅火器過分傾斜，使用時橫拿或顛倒，會使兩種藥劑混合而提前噴出，所以使用的時候需要特別注意。當(dāng)距離著火點10米左右，即可將筒體顛倒過來，一只手緊握提環(huán)，另一只手扶住筒體的底圈，將射流對準(zhǔn)燃燒物。在撲救可燃液體火災(zāi)時，如果已經(jīng)呈流淌狀燃燒，應(yīng)該將泡沫由遠(yuǎn)而近噴射，使泡沫完全覆蓋在燃燒液面上；如果在容器內(nèi)燃燒，應(yīng)將泡沫射向容器的內(nèi)壁，使泡沫沿著內(nèi)壁流淌，逐步覆蓋著火液面。切忌直接對準(zhǔn)液面噴射，以免由于射流的沖擊，反而將燃燒的液體沖散或沖出容器，擴(kuò)大燃燒范圍。在撲救固體物質(zhì)火災(zāi)時，應(yīng)將射流對準(zhǔn)燃燒最猛烈處。滅火時隨著有效噴射距離的縮短，使用者應(yīng)逐漸向燃燒區(qū)靠近，并始終將，泡沫噴在燃燒物上，直到撲滅。使用時，滅火器應(yīng)始終保持倒置狀態(tài)，否則會中斷噴射5。2.6手提式沫滅火器的基本參數(shù) 常見的泡沫滅火器規(guī)格有6L、9L兩種，它們的基本參數(shù)按照表2.6所示規(guī)定。表2.6手提式泡沫滅火器的基本參數(shù)規(guī) 格項 目MP6MP9滅火劑灌裝量酸性劑硫酸鋁（g）6001090010清水（ml）100050100050堿性劑碳酸氫鈉（g）4301065010清水（ml）45001007500100有效噴射時間（s）4060有效噴射距離（m）68噴射滯后時間（m）55噴剩余率（%）1010 滅火器的使用溫度范圍應(yīng)符合GB 435184手提式滅火器通用技術(shù)條件中第331款的規(guī)定。本標(biāo)準(zhǔn)推薦使用溫度范圍為455。 在使用溫度范圍內(nèi)，滅火器的噴射性能應(yīng)符合GB 435184中第332款的規(guī)定。 滅火器的滅火性能應(yīng)符合GB 435184中第34條的規(guī)定。 滅火器的總重量不得大于20公斤7。2.7手提式泡沫滅火劑的基本參數(shù)2.7.1發(fā)泡倍數(shù)(N) 2.7.1式中，N 為發(fā)泡倍數(shù)； V1為泡沫體積（ml）； V2為內(nèi)劑溶液的體積(ml)； V3為外劑溶液的體積(ml)；取兩次測試的平均值作為實驗結(jié)果。2.7.2顆粒細(xì)度(X1)取適量泡沫粉，置于10目標(biāo)準(zhǔn)篩中進(jìn)行篩選，然后稱量剩余物，按下式計算： 2.7.2式中：G試樣重量（g）； G1篩余物重量（g）；2.7.3水不溶物含量(X2)取適量的泡沫粉，按規(guī)定進(jìn)行溶解、過濾，將濾渣進(jìn)行干燥，按下式計算 2.7.3式中：G試樣重量（g）； G2干燥后坩堝與濾渣的重量（g）； G3坩堝的重量（g）；2.7.4水分含量(X3)取適量泡沫粉試樣，按規(guī)定進(jìn)行烘干，然后按下式計算： 2.7.4式中：G試樣重量（g）； G4干燥后試樣的重量（g）8；2.8手提式泡沫滅火器的技術(shù)要求2.8.1 內(nèi)劑：外觀：白色或微帶灰色粒狀顆粒細(xì)度：篩孔徑 2.0mm，篩余物不大于 5.0（m/m） 水不溶物含量：不大于 0.6（V/V） 2.8.2外劑：外觀：均勻粉狀顆粒細(xì)度：篩孔徑 2.0mm，篩余物不大于 5.0（m/m） 水不溶物含量：不大于 0.6（V/V） 水分含量：不大于 2.0（m/m）發(fā)泡倍數(shù)：不小于 8泡沫消失率：不大于 25%（V/V）反應(yīng)液的p值：68滅火性能：不小于 6B泡沫封閉時間：不小于 5min82.8.3機(jī)械強(qiáng)度滅火器筒體的最小壁厚的設(shè)計應(yīng)符合GB 435184中第361款的規(guī)定。其中設(shè)計壓力為滅火器在60時內(nèi)部滅火劑完全反應(yīng)的平衡壓力。滅火器的筒體、受內(nèi)壓的器頭及筒體與器頭的連接零件的水壓強(qiáng)度應(yīng)符合GB 435184中第362款的規(guī)定。滅火器的爆破強(qiáng)度應(yīng)符合GB 435184中第363款的規(guī)定。滅火器的抗振動性能應(yīng)符合GB 435184中第364和365款的規(guī)定。滅火器的抗沖擊性能應(yīng)符合GB 435184中第366款的規(guī)定。2.8.4結(jié)構(gòu)滅火器筒體與器頭的連接應(yīng)可靠，使用時不得滲漏。其連接結(jié)構(gòu)應(yīng)采用下列其中之一。aM852螺紋連接，連接長度不小于16毫米。b在105毫米圓周線上均布3只M8螺栓連接。舟車型滅火器的內(nèi)藥瓶蓋應(yīng)密閉，在顛簸下不得滲出滅火劑，而且瓶蓋的啟閉操作應(yīng)靈活可靠。滅火器的卸壓結(jié)構(gòu)應(yīng)符合GB 435184中第3102款的規(guī)定。滅火器應(yīng)設(shè)有過濾裝置，其要求應(yīng)符合GB 435184中第3106款的規(guī)定。2.8.5材料滅火器鋼制筒體的材料應(yīng)用鎮(zhèn)靜鋼制造，其化學(xué)成分和機(jī)械性能應(yīng)符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。 滅火器的器頭材料應(yīng)為鎮(zhèn)靜鋼或其他金屬材料制造，其化學(xué)成分和機(jī)械性能應(yīng)符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。接觸滅火劑的橡膠、塑料件應(yīng)由耐酸、耐堿的材料制造。其要求應(yīng)符合GB 435184中第392款的規(guī)定。采用的滅火劑應(yīng)符合有關(guān)化學(xué)泡沫滅火器用滅火劑標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。2.8.6制造工藝滅火器的焊縫應(yīng)均勻，不得有裂紋、燒穿、咬邊及未焊透等缺陷。受壓零件的焊縫探傷檢查應(yīng)按GB 332382鋼焊縫射線照相及底片等級分類法執(zhí)行，其質(zhì)量應(yīng)符合3級要求。金屬零件的加工未注公差尺寸的公差等級應(yīng)符合GB 180479公差與配合未注公差尺寸的極限偏差中IT 14級的規(guī)定。非金屬零件加工未注公差尺寸的公差等級應(yīng)符合GB 180479中IT 16級的規(guī)定。零件的螺紋公差應(yīng)符合GB 19781普通螺紋公差與配合中內(nèi)螺紋7H級，外螺紋8g級的規(guī)定。鈑金、沖壓零件表面應(yīng)無重皮、皺紋及明顯的機(jī)械損傷等缺陷。噴嘴孔應(yīng)光滑，無毛刺、凹坑等影響噴射性能的缺陷。滅火器內(nèi)外部表面等應(yīng)進(jìn)行防腐蝕處理，其要求應(yīng)符合GB 435184中第37條的規(guī)定。2.8.7外觀質(zhì)量滅火器的油漆件應(yīng)漆膜色澤均勻，無龜裂，無明顯流痕、氣泡、劃痕、碰傷等缺陷。電鍍件表面應(yīng)無氣泡、明顯劃痕、碰傷等缺陷。貼花應(yīng)端正、平服，不缺邊少字，無明顯皺褶、氣泡等缺陷，且經(jīng)外部腐蝕試驗后，應(yīng)不脫落9。3.課程設(shè)計工作任務(wù)及工作量3.1滅火器材料設(shè)計滅火器鋼制筒體的材料應(yīng)用鎮(zhèn)靜鋼制造，其化學(xué)成分和機(jī)械性能應(yīng)符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。手提式泡沫滅火器作為壓力容器，材料選擇應(yīng)符合GB150鋼制壓力容器的規(guī)定。該設(shè)計器具筒體材料采用20R，加工工藝為熱軋或正火，這種材料的相關(guān)性能及參數(shù)滿足要求。滅火器的器頭材料應(yīng)為鎮(zhèn)靜鋼或其他金屬材料制造，其化學(xué)成分和機(jī)械性能應(yīng)符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。器頭也采用20R作為加工材料，使用工藝為熱軋或正火。 接觸滅火劑的橡膠、塑料件應(yīng)由耐酸、耐堿的材料制造。其要求應(yīng)符合GB 435184中第392款的規(guī)定。3.2滅火器的強(qiáng)度設(shè)計在使用滅火器撲救火災(zāi)或在滅火演習(xí)中，有時出現(xiàn)滅火器頂蓋、筒底飛出或筒身破裂等，造成傷人事故。這是因為滅火器沒有合適的強(qiáng)度，在撞擊、超量裝藥或制造不合格等情況下造成的。因此，為使滅火器能安全工作，滅火器應(yīng)有一個合格的強(qiáng)度。對泡沫滅火器進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計，應(yīng)該使其材料強(qiáng)度滿足滅火器的相關(guān)要求，滅火器的抗振動性能、抗沖擊性能、水壓強(qiáng)度、爆破強(qiáng)度則需要進(jìn)行相關(guān)試驗來保證。3.2.1振動試驗 將滅火器以直立工作狀態(tài)固定在振動臺的夾具中，對帶有專用固定架的滅火器，應(yīng)將滅火器裝在專用固定架中，然后再將固定架夾緊在振動臺夾具中。依次改變振動臺的振動方向，使滅火器按空間三個垂直軸線方向進(jìn)行振動。每個方向的振動試驗按下列參數(shù)連續(xù)進(jìn)行：a）頻率：40Hz；b）振幅：1.0mm；c）時間：2.0h。 經(jīng)振動試驗后的滅火器應(yīng)按GB4351-97中6.1.1進(jìn)行噴射試驗。測出噴射時間、噴射滯后時間和噴射剩余率。3.2.2沖擊試驗將滅火器放置在其規(guī)定的最低使用溫度（偏差為）環(huán)境中保持24h以上。試驗應(yīng)在最低使用溫度環(huán)境中進(jìn)行。對于貯氣瓶滅火器，應(yīng)把貯氣瓶打開，間歇噴射裝置關(guān)閉，使滅火器處于帶壓狀態(tài)下進(jìn)行沖擊試驗。在滅火器器頭的垂直上方掛裝一個圓柱形的平底鋼錘，直徑為75mm，重量為kg，鋼錘底部距離滅火器器頭頂端的高度按下列公式計算： H=M/20 3.1.3式中：H鋼錘底部距滅火器器頭頂端的高度，m； M滅火器總重量數(shù)，kg。當(dāng)計算值小于0.3m時，H值取0.3m。先將滅火器直立放置，鋼錘自由落下沖擊滅火器的器頭部分。然后再將滅火器水平放置，器頭枕墊在鋼塊上，鋼錘自由落下沖擊滅火器的器頭部分。試驗結(jié)果應(yīng)符合GB4351-97中5.8.2的要求。試驗后將滅火器內(nèi)滅火劑清除，然后按GB4351-97中6.8.1進(jìn)行水壓試驗，試驗結(jié)果應(yīng)符合GB4351-97中5.8.2的要求。3.2.3水壓試驗 將滅火器（或貯氣瓶）安裝在試驗臺上，試驗臺結(jié)構(gòu)應(yīng)保證滅火器筒體不受外力。試驗采用水作加壓介質(zhì)，水溫應(yīng)不低于5。試驗用壓力指示儀精度應(yīng)不低于1.5級。滅火器筒體與器頭可分別進(jìn)行試驗，但它們之間的連接零件與連接部位也應(yīng)經(jīng)受水壓試驗。試驗時先升壓至最大工作壓力，然后卸壓，反復(fù)進(jìn)行數(shù)次，以排除水中氣體；然后緩慢、均勻升壓至規(guī)定的壓力，在此壓力下持續(xù)時間應(yīng)不少于1min并仔細(xì)觀察。試驗結(jié)果應(yīng)符合GB4351-97中5.10.1.1或5.10.2.1的規(guī)定。3.2.4爆破試驗 將經(jīng)水壓試驗合格的滅火器（或貯氣瓶）安裝在試驗臺上，試驗臺應(yīng)有安全防護(hù)設(shè)施。試驗水溫應(yīng)不低于5，試驗用壓力指示儀精度應(yīng)不低于1.5級。試驗時先升壓至最大工作壓力，然后卸壓，反復(fù)進(jìn)行數(shù)次，以排除水中氣體；然后以緩慢均勻速率升壓，直以滅火器（或貯氣瓶）破裂。如果未達(dá)到規(guī)定的爆破壓力前器頭密封件處發(fā)生泄漏，則可將滅火器筒體與器頭分別進(jìn)行試驗，但筒體與器間的連接零件也應(yīng)經(jīng)爆破試驗。爆破試驗結(jié)果應(yīng)符合GB4351-97中5.10.1.2或5.10.2.3的規(guī)定8。3.3滅火器結(jié)構(gòu)設(shè)計3.3.1設(shè)計壓力p：根據(jù)GB4351-97中5.10.1.1和5.10.1.2中的規(guī)定， 3.3.2 3.3.3其中，PB為最小爆破壓力； PE為試驗壓力； PMS為最大工作壓力；選取最小爆破壓力PB為5.5MPa,解得相應(yīng)的試驗壓力PE為2.8MPa，最大工作壓力PMS為1.5MPa。最小爆破壓力即為設(shè)計壓力，所以設(shè)計壓力p=5.5MPa。3.3.2設(shè)計溫度T：由于手提式泡沫滅火器的推薦溫度范圍為：4 55，可得此滅火器的設(shè)計溫度為55。3.3.3滅火器圓筒殼體厚度t 3.3.1式中，p為設(shè)計壓力 （MPa）；為焊縫系數(shù)； 為許用應(yīng)力 (MPa)； 為圓筒內(nèi)徑 (mm)；（1）確定相關(guān)參數(shù)：焊縫系數(shù)：根據(jù)GB150鋼制壓力容器中的規(guī)定，對于手提式泡沫滅火器采用單面焊、局部無損檢測的圓筒的焊縫系數(shù)取0.8。壁厚附加量C：C1 = -0.45mm,C2 = 0.05mm許用應(yīng)力：選用20R作為圓筒的制作材料，查閱GB150鋼制壓力容器設(shè)殼體名義厚度t= 616mm，得到設(shè)計溫度在55的許用應(yīng)力 = 133MPa（2）計算殼體厚度t: 3.3.4滅火器的圓筒筒身高度h取滅火器的筒身直徑為15厘米，根據(jù)公式3.3計算筒身高度h 3.3.4 式中，V - 體積（L）； D - 筒身直徑（mm）；經(jīng)計算可得滅火器筒身的高度為:848mm 3.3.5滅火器的封頭此手提式泡沫滅火器采用橢圓形封頭，封頭的重要參數(shù)有封頭壁厚t和封頭高度hi和直邊段長度L,相關(guān)的計算公式如下： 3.3.5.1 3.3.5.2一般規(guī)定2.6 ，所以計算得到hi為30mm。直邊段長度L2550mm,L值可取為25mm。將hi=30帶入式3.3.5.2中，解得：K= =1.37t=5.4mm3.3.6滅火器的瓶膽滅火器的瓶膽采用耐堿材料設(shè)計，瓶膽容量2.00.1L。3.3.7滅火器的噴嘴噴嘴內(nèi)徑：3.80.2mm34滅火器藥劑及基本參數(shù)設(shè)計化學(xué)泡沫滅火器的藥劑有兩種內(nèi)劑（）和外劑()。而內(nèi)劑硫酸鋁的穩(wěn)定化合物是，通過藥劑的化學(xué)反應(yīng)：6NaHCO3 +Al2(SO4)3 3Na2SO4 + 2Al(OH)3 + 6CO2 ，借此確定反應(yīng)藥劑的比例： 根據(jù)GB4395-92中的5.2.2規(guī)定和G