中北大学二氧化碳灭火器设计计划书

1、2011级安全工程专业课程设计目录引言11.设计目的22.二氧化碳灭火器简介32.1二氧化碳灭火器的类型32.2二氧化碳灭火剂的灭火原理3 2.3灭火对象32.4使用方法33.设计的基本要求53.1组成及各部分的机械性能要求53.2选材的基本要求63.3强度要求63.4密封性能要求73.5热加工收口收底的要求73.6螺纹的技术要求73.7制造工艺要求73.8外观质量84.设计内容94.1设计效果图94.2灭火剂选择及要求94.3筒体设计104.4安全膜片164.6底部结构设计175.设计总结186.参考文献19附图1引言 火灾给人们带来的经济损失时巨大的，我国近10年里，共发生火灾数十万起，死

2、伤数万人，直接经济损失在近百亿美元，为了预防火灾，减少火灾造成的损失做了大量的工作，研究出了各种灭火器材和药剂，以贯彻“以防为主，防消结合”的方针，把火灾损失减小到最低。灭火器，作为一种特殊的群众性的灭火武器，已遍布城乡各部门、各行业的办公楼、企业车间、仓库、火车、汽车、轮船、飞机场等交通工具上，应用及其广泛。据统计，大约有百分之七十至七十五的火险因得到灭火器的及时扑救而未能成灾。灭火器的种类很多，按其移动方式可分为：手提式和推车式；按驱动灭火剂的动力来源可分为：储气瓶式、储压式、化学反应式；按所充装的灭火剂则又可分为：泡沫、干粉、卤代烷、二氧化碳、酸碱、清水等。二氧化碳灭火器是其中重要的一种

3、，由于其价格低廉，使用方便，不会造成新的污染，得到了广泛的应用，在未来的一段时间来仍将保持一定的竞争力。作为安全专业的学生，有必要了解灭火、防火的相关知识。本文将主要阐述5kg二氧化碳灭火器的设计基本过程。11.设计目的 本文将在对二氧化碳灭火器的结构、基本性能、灭火原理、使用方法、维修保养、基本设计要求等作充分了解的前提下，结合所学的相关灭火、防火、机械设计、材料力学等理论知识的基础上，严格依照相关标准，尝试自行设计一个5kg二氧化碳灭火器。本次所设计的二氧化碳灭火器为手提式，且其瓶口处的开关采用手轮式。本次设计的主要内容包括二氧化碳灭火器外形尺寸、筒体、封头、安全膜片、瓶体底部等的机械指标

4、与尺寸的设计，通过本次设计，更进一步了解二氧化碳灭火器的结构、性能及各部分的作用，进一步学习防火、灭火的基本理论知识，掌握二氧化碳灭火器的工作原理、规格、用途、效能以及使用方法。2.二氧化碳灭火器简介【6】二氧化碳灭火器，是一种是用较早的灭火器。由于它的成本低，灭火剂来源广泛，至今世界各国仍在广泛使用。在我国，二氧化碳灭火器也十分畅销，除国内使用外，每年还有相当数量的二氧化碳灭火器出口。从年产量来看，它比1211灭火器还多，据预计，在未来一段时间内，它也不会被淘汰。还具有一定的生命力。这是因为二氧化碳灭火器和BC干粉、1211灭火器一样，同属BC灭火器。而干粉灭火有污染，1211灭火剂又太贵，

5、可二氧化碳是酒精厂、化肥厂的副产物，有的地方还有二氧化碳气井，不需要专门制造，只要过滤脱水就可以使用。这是它的主要优点，也是它今后得以继续发展的主要原因。但由于它是高压容器，灭火性能较低，从而又限制了它的发展。2.1二氧化碳灭火器的类型【6】手提式二氧化碳灭火器的规格按二氧化碳充装量来分，有四个规格，即MT2、MT3、MT5和MT7。二氧化碳灭火器是将二氧化碳压缩成液体状态，贮存于耐高压的钢瓶中，使用时，打开阀门，从喷筒射出二氧化碳气体和雪片状的固体，使燃烧物温度降低，并隔绝空气或降低空气中的含氧量，而使燃烧停止。2.2二氧化碳灭火剂的灭火原理【1】二氧化碳灭火器是将二氧化碳压缩成液体，贮存于

6、灭火器的高压钢瓶内。使用时，由于压力降低，二氧化碳液体会迅速气化，吸收了大量的热，在喷筒内温度迅速降低，使二氧化碳冷凝成雪片状的固体（俗称干冰）。当雪花覆盖在燃烧物上时，立即气化，冷却燃烧物质和冲淡燃烧区的空气中氧含量。当二氧化碳蒸汽在空气中含量达到百分之三十左右时，火焰便会熄灭。所以二氧化碳的主要灭火作用是稀释和隔绝空气。2.3灭火适用对象【1】二氧化碳灭火器适用于易燃、可燃液体、可燃气体和低压电器设备、仪器仪表、图书档案馆、实验室、配电室、发电机房等场所。扑救棉麻、纺织品火灾时，徐淑仪防止复燃。不可用于轻金属火灾的扑救。2.4使用方法【7】手轮式的二氧化碳灭火器，使用时，先将铅封去掉，翘起

7、喷筒，一手提把，另一只手将手轮顺时针方向旋转开启，二氧化碳气体即行喷出。使用二氧化碳灭火器时要注意风向，避免逆风使用，以免影响灭火效果。对高压电气设备灭火时，要注意空气中的湿度，以免引起导电，造成触电事故。超过600v时，要先将电源切断，再行灭火。2.5维修、保养及注意事项【3】1、灭火器应放置在干燥无腐蚀性气体的场所，且不得火烤、爆晒和碰撞。2、每半年定期检查灭火器重量，低于额定充装量的5%时，应送有资质的维修部门检修后再重新充气。3、灭火器一经开启，即使喷出不多，出必需按规定要求进行再充装，再充装应由专业维修部门按照制造厂的要求和方法进行，不得随便更改灭火剂的品种和重量。4、灭火器期满五年

8、，以后每隔二年，其主要部件，如器头、筒体等应按标准进行水压试验，水压试验压力为25MPa，在水压试验的同时应测定残余变形率，其值不得大于6%。试验后应在灭火器筒体肩部打上试验年月和试验单位代号。5、经维修部门修复的灭火器，应有消防监督部门认可的标记，并注明维修单位名称和维修日期。6、灭火器贮存温度：-10+45。 7、二氧化碳灭火器的检修方法和更换配件应符合制造厂的规定。经检修后的灭火器性能仍应符合国家标准的规定。3.设计的基本要求3.1组成及各部分的机械性能要求【6】二氧化碳灭火器的构造，主要由筒体、阀体、喷筒、虹吸管、安全膜片和二氧化碳灭火剂等部件组成。由于二氧化碳灭火器是承受高压的，所以

9、，对它的构造结构要求比较高，以保证安全使用。 筒体：是用合金钢或优质碳素钢加热收口收底而成。筒体的材料的化学成分：合金钢含碳量不超过0.49%，含磷量不超过0.04%，含硫量不超过0.45%，含铜量不超过0.2%。筒体的机械性能要求：合金钢的延伸率不低于10%，冲击韧性不低6。根据试验，二氧化碳气体在60时，内部平衡压力为170水压试验压力为设计压力的1.5倍，水压试验应力应达到255；筒体不得有渗漏和宏观变形等影响强度的缺陷。其残余变形率，新制造的筒体不得大于3%；使用后的筒体不得大于6%。筒体的爆破压力，必须达到设计压力的3倍以上，才符合安全技术要求。喷筒：是由胶管和橡胶喇叭组成。应选用耐

10、低温的橡胶材料制造。在-50时不得发脆和破裂。胶管应用耐压、绝缘的铜丝编织制造。喷筒应具有足够的强度。在筒口端应能承受25公斤重物的挤压，不得开裂和永久变形。安全膜片：是二氧化碳灭火器灭火器的超压安全保护装置。应选用黄铜等耐碳酸气和潮湿空气腐蚀的材料制造的安全膜片。安全膜片必须要做爆破压力试验。每批入场的安全膜片，至少要抽样3个进行爆破，其动作压力范围为175-220。安全膜片的主要作用是防止筒体内的压力超过工作压力时，膜片就自行破裂，释放出二氧化碳气体，从而防止筒内因超压而发生爆炸事故。同时，由于安全膜片是安装在阀体上，所以膜片又起密封作用。虹吸管：一般用金属小管锯成，装在阀上，当阀体与筒体

11、连接时，插入筒体内，主要起导流作用，当打开阀体时，二氧化碳气体，从筒体内沿虹吸管到喷筒射出。喷射软管：喷射软管及接头应有足够的强度，在喷射软管前装有可间歇喷射装置的，其喷射软管及接头的爆破强度不应小于：在20士5时试验为最大工作压力（）的3倍；在20士5时试验为最大工作压力（）的2倍；对于二氧化碳灭火器的喷射软管及接头的爆破压力应不小于：在20士5时试验为最大工作压力（）的2倍；在55士2时试验为最大工作压力（）的1.5倍。3.2选材的基本要求【6】灭火器制造所选用的材料，总的要求在加工制造前，要事先经过检查，是否符合设计的要求，有无材料出厂质量合格证书。如果材质证书不齐全的，应按照规定的项目

12、进行复查检验，合格后才可使用。灭火器选材的基本原则是：1、 材料品种应符合我国资源和供应情况；2、 材质可靠，保证使用寿命；3、 具有足够的强度，一定的韧性和塑性；4、 便于制造加工；5、 经济合理。二氧化碳驻气瓶或灭火器，除了满足选材的基本要求外，还需具备以下的条件：1、 材料的强度大；2、 延伸率高3、 淬火性能好；4、 产生脆裂倾向要小；5、 回火脆性小；6、常温和低温下，冲击韧性质高；阀门：二氧化碳灭火器和驻气瓶的主要阀门等主要部件，应选用铜合金、不锈钢、铝合金等腐蚀材料，其化学成分和机械性能应符合国家有关标准规定。安全膜片：超压安全保护装置中的安全膜片，应选用耐碳酸气和潮湿空气腐蚀的

13、材料。选用的橡胶、塑料件应耐低温的材料，在-60时，不得发脆和破裂。喷嘴软管：喷嘴软管应采用耐压、绝缘的钢丝编织胶管。3.3强度要求【3】1、灭火器筒体应有足够的机械强度。2、灭火器筒体、受内压的器头及筒体与器头的连接件等，应进行水压试验。每个灭火器筒体都应进行水压试验，水压试验压力为：=1.5，且应不小于2.0MPa。试验中不应有泄漏、破裂和可见的变形。3、灭火器筒体、受内压的器头及筒体与器头的连接零件应进行爆破试验。对于贮压式干粉灭火器或贮压式水基型灭火器的最小爆破压力为，且应不小于5.5MPa；对于洁净气体灭火器或贮气瓶式灭火器的最小爆破压力为：，且不应小于5.5MPa。爆破时，筒体不应

14、产生碎片或有部件弹出，爆破应呈塑性破坏，即爆破时其容积的膨胀量不应小于原容积的1000;爆破也不应是由筒体材料中的任何缺陷造成。3.4密封性能要求【3】二氧化碳灭火器是高压容器，必须要有很好的密封性能。在使用的过程中，阀门和接头 处不得泄漏。二氧化碳应流畅的喷射，不应堵塞和冻结。灭火器的年泄漏量不得大于二氧化碳额定充装量的5%或50g。每具灭火器应进行气密性试验。试验时不得有泄漏气泡，并前后两次称量的重量相同。充有非液化气体的贮压式灭火器和贮气瓶，应用测压法检验泄漏量。灭火器每年的压力降低值不应大于工作压力的10%.可间歇喷射的灭火器在部分喷射后的泄漏量应进行检验。灭火器喷射后5 min,测量

15、其内部的压力值（或灭火剂质量）不应小于前次测量值的75%.3.5热加工收口收底的要求【2】二氧化碳灭火器和气瓶的筒体，无缝钢管在加热收口的制造过程中，不允许有漏底、歪颈、歪底、尖头、胖头，内外表面不得有裂缝、结巴、深沟的缺陷，两端封头要圆滑过渡，不允许突然转角和夹杂物等影响强度和外观的缺陷。3.6螺纹的技术要求【3】二氧化碳灭火器灭火器的阀体与筒体的连接螺纹，应用特种追星密封螺纹，其在基面上的外径为，每2.54厘米14牙，锥度为3:25，牙形角55度，牙形角平分线应垂直于锥螺纹母线。螺距应该在平行于锥螺纹母线的方向测量。螺纹表面应洁净，不得有凹痕、裂纹、切口及断纹等缺陷。3.7制造工艺要求【5

16、】1、 灭火器筒体应采用无缝结构制造，内外表面不得有裂缝、结疤及夹杂物等影响强度和外观的缺陷。2、 灭火器筒体成形后应进行热处理。热处理后筒体的金相组织应进行下列检查：a. 金属显微组织检查；b. 非金属夹杂物检查；c. 晶粒度测定；d. 脱碳层深度测定；e. 带状组织和魏氏体组织评定3.8外观质量【3】1、灭火器的漆膜厚度应均匀，无龟裂，无明显的气泡、划痕、流痕、皱纹等缺陷。2、电镀件表面应均匀、光洁，无明显划痕、碰伤等缺陷。3、贴花应端正、平服，不缺边少字，无皱褶，且经外部腐蚀试验后应不脱落。4、 筒体肩部应打钢印。钢印应清晰、排列整齐。钢印的字体高度为47 毫米，深度为0.20.4 毫米

17、。图3.1 筒体肩部钢印示意图4.设计内容4.1设计效果图图4.1 二氧化碳灭火器的组成4.2灭火剂选择及要求灭火剂的选择：二氧化碳4.2.1二氧化碳灭火剂的物化性二氧化碳灭火剂是一种没有颜色、略带酸味的气体。它对空气的比重为1.5，能溶于水，在通常状况下，一体积的水能溶解一体积的二氧化碳。在常温60个大气压下，二氧化碳就会变成无色液体。它的沸点为-78.5.如果不加压，仅用冷却方法，是不可能使二氧化碳变成液体的。二氧化碳的临界温度为31.3，临界压力为7.38MPa，临界体积为0.0025，临界密度399.5。20时，蒸汽密度为1.83，蒸汽压为5.73MPa，液体密度为770。二氧化碳不燃

18、烧，也不助燃，故可以做灭火剂使用。二氧化碳具有很低的导电性，能扑救6kv以下的电气火灾。二氧化碳是惰性气体，它的分子很稳定，所以在一般情况下，他不会放出氧气来支持别的物质燃烧。只有化学性质很活泼的轻金属才能夺取二氧化碳中的氧，使它析出游离的碳。二氧化碳对人有毒害，主要是窒息作用。4.2.2适用的温度范围【7】二氧化碳灭火剂的使用温度范围，按国标规定为-10-+55。在这个温度范围内，可保证有效的喷射时间偏差不大于时有效喷射时间的，喷射滞后时间不大于5s。若低温在20以下，就达不到这个要求。4.2.3二氧化碳灭火剂的灌装【6】二氧化碳灭火器或驻气瓶，在灌装之前必须进行水压试验，试验的压力应为设计

19、压力的1.5倍，钢瓶不应产生裂纹渗漏，残余变形不大于5%。试压后瓶内余水要进行烘干，以免因水分而产生对瓶内的腐蚀。充装时必须按照标准规定的充装系数0.67公斤每升进行充装，决不允许过量充装，充装好后将二氧化碳灭火器或驻气瓶全部浸入55温水槽中，进行气密性试验，瓶顶距水面10厘米，保持1小时，不漏气为合格。4.2.4灭火剂喷射性能手提式二氧化碳灭火器在时，其喷射性能应符合以下要求：表1 灭火剂的喷射性能指标项目技术参数规格MT2MT3MT5MT7灭火剂重量（kg）2357有效喷射时间（s）灭火面积（）喷射滞后时间（s）喷射剩余率（%）10101010充装系数（kg/L）有效喷射距离（m）4.3筒

20、体设计4.3.1选材灭火器的筒体应采用合金钢为基本原料的无缝钢管制造，其化学成分和机械性能不得低于下表的规定。表2 灭火器筒体化学成分和机械性能要求【3】材料化学成分%机械性能碳磷硫铜伸长率冲击韧性不大于不低于合金钢0.490.040.0450.20106碳素钢0.550.040.0450.20144 筒体的灭火器的主要材料，应采用镇静钢制造。决不允许采用沸腾钢，因沸腾钢，其钢锭内分布有许多小气泡，钢中含气体较多，虽然这些小气泡在加热加工时可以焊合，但是失效倾向较差，失效后冲击值低。同时，钢中的杂质较多，偏析较重，抗腐蚀性差。镇静钢的钢锭中气体少，失效倾向低，有利于钢板的冷加工变形。钢的强度和

21、韧性好，低温性能和焊接性能好，抗腐蚀性强。因此，焊接筒体的灭火器，应选用镇静钢。其材料的化学成分和机械性能，应符合国家有关标准规定。4.3.2基本参数设计设计压力（）：国标规定，二氧化碳灭火器超压安全保护装置的动作压力范围为17.5-22MPa，二氧化碳驻气瓶为20-25MPa，本次设计中取=20MPa工作压力（）：设计压力为工作压力的1.15-1.3倍，即=（1.15-1.3） （4.1）取系数为1.15，则=17.4MPa。水压试验压力（）：国标规定，水压试验压力为设计压力即最大工作压力的1.5倍，即有=1.5 （4.2）计算得=1.5=30MPa表3 钢瓶的外径及容重比要求【3】规格外径

22、/mm外径允许偏差/%容重比容积允许偏差/%2kg104-140+1.251:1.0-1.3+10-2.0003kg110-140+1.251:1.0-1.2+10-2.0005kg140-168+1.251:1.0-1.2+10-2.0007kg140-168+1.251:1.0-1.2+10-2.000由上表可知，钢瓶的外径范围大致为：140-168mm.表4 钢瓶的公称容积和外径【2】类别公称容积L水容积允许偏差外径Do（mm）允许偏差小容积0.4+20-060，70+1.25-2.000.7701.0891.42.089，1082.5+10-0108，120，1403.2120，140

23、4.05.06.37.0140，1528.09.010.0152，15912.0152，159，178，180表5 常用瓶装气体公称工作压力及充装系数气体类别气体名称化学式公称工作压力MPa充装系数kgL高压液化气体二氧化碳CO220150.740.60氧化亚氮N2O1512.50.620.52乙烷C2H6(CH3CH3)201512.50.370.340.31乙烯C2H4(CH2=CH2)201512.50.340.280.24氙Xe12.51.23六氟化硫SF612.581.331.17氯化氢HCl12.50.57三氟氯化烷CF3Cl12.580.940.73三氟甲烷CHF312.50.7

24、6六氟乙烷C2F6(CF3CF3)12.581.060.83偏二氟乙烯C2H2F2(CH2=CF2)12.580.660.46氟乙烯C2H3F(CH2=CHF)12.580.540.47三氟溴甲烷CF3Br12.581.451.33外径（）：由于本次设计的是5kg的二氧化碳灭火器，且最大充装系数为0.67，故可计算得容积V = 7.4或V=8.33。又根据相关标准要求，二氧化碳驻气瓶设计压力为20-25MPa ，取=20MPa，结合上表得V=7.46，结合容积的允许偏差得,故满足要求。由钢瓶的公称容积，初选为152mm，结合其允许偏差，得出：，故取150mm。安全系数（n）及许用应力（）：查资

25、料得，应按照和同时控制许用应力，哪个值小就取哪个。假若时，即得，则说明抗拉强度和屈服强度求得的许用应力正好一致。若材料的屈服比小于0.67时，则许用应力由来确定。本次设计中选用的是合金钢为材料的无缝钢管，查表【8】得到=785MPa，=980MPa，取=2.5，=1.67；则=470MPa，=392MPa，即有2012.5取=2mm，=0.3mm，则=0.15+2+0.3=2.3+0.15 筒体设计壁厚（）： （4.5）=3.83+C=6.13+0.15，得=7.2mm，C=2.3+0.15=3.38mm筒体的爆破压力（）：对于无缝灭火器、驻气瓶式的爆破压力计算公式【6】为： （4.6）灭火器

26、的爆破压力（）;常温下材料的抗拉强度（取标准规定的最小值或热处理后的保证值）；灭火器筒体的外径；S灭火器筒体的最小厚度；焊缝减弱系数；代入数据得51.36MPa同时国标规定，对于由无缝钢管制造而成的二氧化碳灭火器的筒体，其爆破压力必须满足3=60MPa （4.7）由以上两式得，60，取=60MPa4.4安全膜片安全膜片爆破压力【3】（）：国标规定，二氧化碳灭火器超压安全保护装置的动作压力（）范围为17.5-22MPa，二氧化碳驻气瓶为20-25MPa。其余灭火器的超压安全装置的动作压力，上限不应大于水压试压压力的90%，下限应等于设计压力。4.5封头设计由于二氧化碳灭火器的筒体是经无缝钢管收口收底而成，故封头壁