课程设计-手提式泡沫灭火器(15L)

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任合保学号：1104024137

学院:

化工与环境学院专业:

安全工程题目:

手提式泡沫灭火器设计〔15L

指导李小东职称:副教授2015年1月目录1.课程设计目的42.课程设计内容及要求42.1泡沫灭火器的定义及分类42.2泡沫灭火器的工作原理42.3泡沫灭火器的灭火对象52.4手提式泡沫灭火器的结构52.5手提式泡沫灭火器的使用52.6手提式沫灭火器的基本参数62.7手提式泡沫灭火剂的基本参数7发泡倍数<N>7颗粒细度<X1>7水不溶物含量<X2>8水分含量<X3>82.8手提式泡沫灭火器的技术要求82.8.1内剂8外剂82.8.3机械强度9结构9材料9制造工艺9外观质量103.课程设计工作任务及工作量103.1灭火器材料设计103.2灭火器的强度设计10振动试验11冲击试验11水压试验11爆破试验123.3灭火器结构设计12设计压力p12设计温度T12灭火器圆筒壳体厚度t12灭火器的圆筒筒身高度h13灭火器的封头13灭火器的瓶胆14灭火器的喷嘴143．4灭火器药剂及基本参数设计144.总结15参考文献151.课程设计目的人们在生活、工作、学习、娱乐的过程中,安全工作仍不能放松,尤其是对火灾的防控,因此各种场所中都会配备适量的灭火器,其中泡沫灭火器由于结构简单、操作灵活、使用方便,具有灭火速度快、效率高,可连续或间歇喷射等优点,应用比较广。泡沫灭火器又分为手提式、舟车式和推车式,本次课程设计主要针对手提式泡沫灭火器。通过设计,进一步学习防火、灭火的基本理论知识,掌握各类灭火器的工作原理、规格、用途、效能以及使用方法。2.课程设计内容及要求2.1泡沫灭火器的定义及分类泡沫灭火器是通过圆筒内酸性溶液与碱性溶液混合后发生化学反应,喷射出泡沫,覆盖在燃烧物表面上,从而隔绝空气而达到灭火效果的小型器械[1]。常用的化学泡沫灭火器有手提式、舟车式及推车式三种。灭火器的型号编制方法应按CN11—82《消防产品型号编制方法》的规定。

标记示例：2.2泡沫灭火器的工作原理泡沫灭火器的器筒内盛装碳酸氢钠与泡沫液混合的水溶液,瓶胆内盛装硫酸铝水溶液,平时两者是隔离的,使用时将灭火器颠倒过来,两种溶液混合后立即发生化学反应,产生二氧化碳气体和浓厚的泡沫,机筒内的泡沫受到二氧化碳气体的压力而喷射出来,当它喷到燃烧物体的表面上,便象绒毡一样地遮盖在上面,隔绝空气,使燃烧物得不到氧气而燃烧停止[2]。化学反应为：6NaHCO3+Al2<SO4>3﹦﹦﹦3Na2SO4+2Al<OH>3+6CO2↑从泡沫灭火器中喷出的泡沫具有冷却作用、窒息作用、隔离作用。冷却作用是由于燃烧物表面温度很高,当泡沫喷射到燃烧物质表面时,泡沫中含有的水分气化并吸热使得燃烧物质表面温度得以降低；窒息作用是喷出的泡沫覆盖住了燃烧物质表面,泡沫隔离了空气,使得燃烧物质得不到氧气而窒息：隔离作用是由于泡沫的覆盖作用使得燃烧物质与火源隔离开来,进而达到灭火的作用。2.3泡沫灭火器的灭火对象它适用于扑救油类等非水溶性液体的火灾和木材、纤维、橡胶等固体火灾。可用于扑灭A类和B类火灾,但不能扑灭水溶性液体火灾〔如酒精火灾,因为这类液体会吸收泡沫中的水分,破坏泡沫。不能扑救D类火灾,因为水能与轻金属发生化学反应,加速燃烧。也不能用于扑救E类火灾,因为水能导电;;;[3]。2.4手提式泡沫灭火器的结构结构主要由筒身、瓶胆、筒盖、喷嘴、泡沫药剂组成。筒身的主体用薄钢板滚压成圆筒焊接而成的。上下封头是由薄钢板冲压成型与圆筒焊接而成。筒身的作用一方面是用来盛装一号药剂,另一方面就是用来承受灭火器内部药剂化学反应的压力。瓶胆一般是用聚乙烯塑料或玻璃材料制作,用来盛装二号药剂。筒盖是由钢板冲压成型或用铸铁浇筑和工程塑料制作,筒身与筒盖用螺栓连接,筒盖和螺栓起到承载内部压力的作用。喷嘴是用金属或尼绒材料制作而成,喷嘴的作用很明显,它的截面积大小对于灭火器喷射时间、喷射距离、灭火性能影响很大[4]。泡沫药剂主要有三部分,碳酸氢钠〔一号药剂、硫酸铝〔二号药剂和发泡剂,主要作用是通过碳酸氢钠溶液和硫酸铝溶液的发泡反应产生的泡沫来覆盖燃烧介质进而灭火的。2.5手提式泡沫灭火器的使用图2.5手提式泡沫灭火器结构1—筒身；2—筒盖；3—喷嘴；4—瓶胆；5—瓶胆盖；6—螺母使用泡沫灭火器时可以手提筒体上部的提环,迅速奔赴火场。但是如果灭火器过分倾斜,使用时横拿或颠倒,会使两种药剂混合而提前喷出,所以使用的时候需要特别注意。当距离着火点10米左右,即可将筒体颠倒过来,一只手紧握提环,另一只手扶住筒体的底圈,将射流对准燃烧物。在扑救可燃液体火灾时,如果已经呈流淌状燃烧,应该将泡沫由远而近喷射,使泡沫完全覆盖在燃烧液面上；如果在容器内燃烧,应将泡沫射向容器的内壁,使泡沫沿着内壁流淌,逐步覆盖着火液面。切忌直接对准液面喷射,以免由于射流的冲击,反而将燃烧的液体冲散或冲出容器,扩大燃烧范围。在扑救固体物质火灾时,应将射流对准燃烧最猛烈处。灭火时随着有效喷射距离的缩短,使用者应逐渐向燃烧区靠近,并始终将,泡沫喷在燃烧物上,直到扑灭。使用时,灭火器应始终保持倒置状态,否则会中断喷射[5]。2.6手提式沫灭火器的基本参数常见的泡沫灭火器规格有6L、9L两种,它们的基本参数按照表2.6所示规定。表2.6手提式泡沫灭火器的基本参数规格 项目MP6MP9

灭火剂灌装量酸性剂硫酸铝〔g600±10

900±10

清水〔ml

1000±50

1000±50

碱性剂

碳酸氢钠〔g430±10

650±10

清水〔ml4500±100

7500±100有效喷射时间〔s

≥40

≥60

有效喷射距离〔m

≥6

≥8

喷射滞后时间〔m

≤5

≤5

喷剩余率〔%

≤10

≤10

灭火器的使用温度范围应符合GB4351—84《手提式灭火器通用技术条件》中第3．3．1款的规定。本标准推荐使用温度范围为4～55℃在使用温度范围内,灭火器的喷射性能应符合GB4351—84中第3．3．2款的规定。灭火器的灭火性能应符合GB4351—84中第3．4条的规定。灭火器的总重量不得大于20公斤[7]。2.7手提式泡沫灭火剂的基本参数发泡倍数<N>式中,N为发泡倍数；V1为泡沫体积〔ml；V2为内剂溶液的体积<ml>；V3为外剂溶液的体积<ml>；取两次测试的平均值作为实验结果。颗粒细度<X1>取适量泡沫粉,置于10目标准筛中进行筛选,然后称量剩余物,按下式计算：式中：G——试样重量〔g；G1——筛余物重量〔g；水不溶物含量<X2>取适量的泡沫粉,按规定进行溶解、过滤,将滤渣进行干燥,按下式计算式中：G——试样重量〔g；G2——干燥后坩埚与滤渣的重量〔g；G3——坩埚的重量〔g；水分含量<X3>取适量泡沫粉试样,按规定进行烘干,然后按下式计算：式中：G——试样重量〔g；G4——干燥后试样的重量〔g[8]；2.8手提式泡沫灭火器的技术要求2.8.1内剂：外观：白色或微带灰色粒状颗粒细度：筛孔径2.0mm,筛余物不大于5.0％〔m/m水不溶物含量：不大于0.6％〔V/V2.8.2外剂：外观：均匀粉状颗粒细度：筛孔径2.0mm,筛余物不大于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发泡倍数：不小于8泡沫消失率：不大于25%〔V/V反应液的pН值：6～8灭火性能：不小于6B泡沫封闭时间：不小于5min[8]2.8.3机械强度灭火器筒体的最小壁厚的设计应符合GB4351—84中第3．6．1款的规定。其中设计压力为灭火器在60℃灭火器的筒体、受内压的器头及筒体与器头的连接零件的水压强度应符合GB4351—84中第3．6．2款的规定。灭火器的爆破强度应符合GB4351—84中第3．6．3款的规定。灭火器的抗振动性能应符合GB4351—84中第3．6．4和3．6．5款的规定。灭火器的抗冲击性能应符合GB4351—84中第3．6．6款的规定。2.8.4结构灭火器筒体与器头的连接应可靠,使用时不得渗漏。其连接结构应采用下列其中之一。

a．

M85×2螺纹连接,连接长度不小于16毫米。

b．在ф105毫米圆周线上均布3只M8螺栓连接。舟车型灭火器的内药瓶盖应密闭,在颠簸下不得渗出灭火剂,而且瓶盖的启闭操作应灵活可靠。灭火器的卸压结构应符合GB4351—84中第3．10．2款的规定。灭火器应设有过滤装置,其要求应符合GB4351—84中第3．10．6款的规定。2.8.5材料灭火器钢制筒体的材料应用镇静钢制造,其化学成分和机械性能应符合国家有关标准规定。灭火器的器头材料应为镇静钢或其他金属材料制造,其化学成分和机械性能应符合国家有关标准规定。接触灭火剂的橡胶、塑料件应由耐酸、耐碱的材料制造。其要求应符合GB4351—84中第3．9．2款的规定。采用的灭火剂应符合有关化学泡沫灭火器用灭火剂标准的规定。2.8.6制造工艺灭火器的焊缝应均匀,不得有裂纹、烧穿、咬边及未焊透等缺陷。受压零件的焊缝探伤检查应按GB3323—82《钢焊缝射线照相及底片等级分类法》执行,其质量应符合3级要求。金属零件的加工未注公差尺寸的公差等级应符合GB1804—79《公差与配合未注公差尺寸的极限偏差》中IT14级的规定。非金属零件加工未注公差尺寸的公差等级应符合GB1804—79中IT16级的规定。零件的螺纹公差应符合GB197—81《普通螺纹公差与配合》中内螺纹7H级,外螺纹8g级的规定。钣金、冲压零件表面应无重皮、皱纹及明显的机械损伤等缺陷。喷嘴孔应光滑,无毛刺、凹坑等影响喷射性能的缺陷。灭火器内外部表面等应进行防腐蚀处理,其要求应符合GB4351—84中第3．7条的规定。2.8.7外观质量灭火器的油漆件应漆膜色泽均匀,无龟裂,无明显流痕、气泡、划痕、碰伤等缺陷。电镀件表面应无气泡、明显划痕、碰伤等缺陷。贴花应端正、平服,不缺边少字,无明显皱褶、气泡等缺陷,且经外部腐蚀试验后,应不脱落[9]。3.课程设计工作任务及工作量3.1灭火器材料设计灭火器钢制筒体的材料应用镇静钢制造,其化学成分和机械性能应符合国家有关标准规定。手提式泡沫灭火器作为压力容器,材料选择应符合GB150《钢制压力容器》的规定。该设计器具筒体材料采用20R,加工工艺为热轧或正火,这种材料的相关性能及参数满足要求。灭火器的器头材料应为镇静钢或其他金属材料制造,其化学成分和机械性能应符合国家有关标准规定。器头也采用20R作为加工材料,使用工艺为热轧或正火。接触灭火剂的橡胶、塑料件应由耐酸、耐碱的材料制造。其要求应符合GB4351—84中第3．9．2款的规定。3.2灭火器的强度设计在使用灭火器扑救火灾或在灭火演习中,有时出现灭火器顶盖、筒底飞出或筒身破裂等,造成伤人事故。这是因为灭火器没有合适的强度,在撞击、超量装药或制造不合格等情况下造成的。因此,为使灭火器能安全工作,灭火器应有一个合格的强度。对泡沫灭火器进行强度设计,应该使其材料强度满足灭火器的相关要求,灭火器的抗振动性能、抗冲击性能、水压强度、爆破强度则需要进行相关试验来保证。振动试验将灭火器以直立工作状态固定在振动台的夹具中,对带有专用固定架的灭火器,应将灭火器装在专用固定架中,然后再将固定架夹紧在振动台夹具中。依次改变振动台的振动方向,使灭火器按空间三个垂直轴线方向进行振动。每个方向的振动试验按下列参数连续进行：a频率：40Hz；b振幅：1.0mm；c时间：2.0h。经振动试验后的灭火器应按GB4351-97中进行喷射试验。测出喷射时间、喷射滞后时间和喷射剩余率。冲击试验将灭火器放置在其规定的最低使用温度〔偏差为℃环境中保持24h以上。试验应在最低使用温度环境中进行。对于贮气瓶灭火器,应把贮气瓶打开,间歇喷射装置关闭,使灭火器处于带压状态下进行冲击试验。在灭火器器头的垂直上方挂装一个圆柱形的平底钢锤,直径为75mm,重量为kg,钢锤底部距离灭火器器头顶端的高度按下列公式计算：H=M/20式中：H——钢锤底部距灭火器器头顶端的高度,m；M——灭火器总重量数,kg。当计算值小于0.3m时,H值取0.3m。先将灭火器直立放置,钢锤自由落下冲击灭火器的器头部分。然后再将灭火器水平放置,器头枕垫在钢块上,钢锤自由落下冲击灭火器的器头部分。试验结果应符合GB4351-97中的要求。试验后将灭火器内灭火剂清除,然后按GB4351-97中6.8.1进行水压试验,试验结果应符合GB4351-97中5.8.2的要求。水压试验将灭火器〔或贮气瓶安装在试验台上,试验台结构应保证灭火器筒体不受外力。试验采用水作加压介质,水温应不低于5℃。试验用压力指示仪精度应不低于1.5级。灭火器筒体与器头可分别进行试验,但它们之间的连接零件与连接部位也应经受水压试验。

试验时先升压至最大工作压力,然后卸压,反复进行数次,以排除水中气体；然后缓慢、均匀升压至规定的压力,在此压力下持续时间应不少于1min并仔细观察。试验结果应符合GB4351-97中.1或5.10.2.1的规定。爆破试验将经水压试验合格的灭火器〔或贮气瓶安装在试验台上,试验台应有安全防护设施。试验水温应不低于5℃,试验用压力指示仪精度应不低于1.5级。

试验时先升压至最大工作压力,然后卸压,反复进行数次,以排除水中气体；然后以缓慢均匀速率升压,直以灭火器〔或贮气瓶破裂。

如果未达到规定的爆破压力前器头密封件处发生泄漏,则可将灭火器筒体与器头分别进行试验,但筒体与器间的连接零件也应经爆破试验。爆破试验结果应符合GB4351-97中.2或5.10.2.3的规定[8]。3.3灭火器结构设计设计压力p：根据GB4351-97中.1和5.10.1.2中的规定,其中,PB为最小爆破压力；PE为试验压力；PMS为最大工作压力；选取最小爆破压力PB为5.5MPa,解得相应的试验压力PE为2.8MPa,最大工作压力PMS为1.5MPa。最小爆破压力即为设计压力,所以设计压力p=5.5MPa。设计温度T：由于手提式泡沫灭火器的推荐温度范围为：4～55℃,可得此灭火器的设计温度为55灭火器圆筒壳体厚度t式中,p为设计压力〔MPa；为焊缝系数；为许用应力<MPa>；为圆筒内径<mm>；〔1确定相关参数：焊缝系数：根据GB150《钢制压力容器》中的规定,对于手提式泡沫灭火器采用单面焊、局部无损检测的圆筒的焊缝系数取0.8。壁厚附加量C：C1=-0.45mm,C2=0.05mm许用应力：选用20R作为圆筒的制作材料,查阅GB150《钢制压力容器》设壳体名义厚度t＇=6～16mm,得到设计温度在55℃的许用应力=133MPa〔2计算壳体厚度t:3.3.4灭火器的圆筒筒身高度h取灭火器的筒身直径为15厘米,根据公式3.3计算筒身高度h3.3式中,V体积〔L；D筒身直径〔mm；经计算可得灭火器筒身的高度为:848mm灭火器的封头此手提式泡沫灭火器采用椭圆形封头,封头的重要参数有封头壁厚t和封头高度hi和直边段长度L,相关的计算公式如下：.1.2一般规定＜2.6,所以计算得到hi为30mm。直边段长度L≥25～50mm,L值可取为25mm。将hi=30带入式.2中,解得：K==1.37t==5.4mm3.3.6灭火器的瓶胆灭火器的瓶胆采用耐碱材料设计,瓶胆容量2.0±0.1L。3.3.7