中北大学毕业设计 泡沫灭火器设计100L教材.docx
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中北大学毕业设计泡沫灭火器设计100L教材
中北大学
课程设计任务书
2008学年第2学期
学院：
化工与环境学院
专业：
安全工程
学生姓名：
学号：
课程设计题目：
泡沫灭火器设计（100L）
起迄日期:
6月15日~6月28日
课程设计地点:
03105H
指导教师:
系主任：
下达任务书日期:
2010年6月14日
课程设计任务书
1．设计目的：
防火、灭火技术是防火防爆课程的主要研究内容之一，通过本设计，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．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：
2.1了解泡沫灭火器的工作原理及灭火对象
2.2.分析泡沫灭火器的基本参数
2.3.掌握泡沫灭火器的技术要求
2.4.设计100L泡沫灭火器
3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书（论文）、图纸、实物样品等〕：
3.1.灭火器的设计包括结构、强度、材料、基本参数
3.2.给出基本参数（药剂、效能等）
3.3.撰写课程设计说明书1份
课程设计任务书
4．主要参考文献：
● 要求按国标GB7714—87《文后参考文献著录规则》书写，例：
1傅承义，陈运泰，祁贵中.地球物理学基础.北京：
科学出版社，1985
5．设计成果形式及要求：
课程设计说明书1份
6．工作计划及进度：
08年6月15日~6月17日布置题目，查阅资料，巩固理论知识
6月18日~6月23日计算和分析，初步方案设计
6月23日~6月25日详细方案设计
6月26日~6月27日可行性分析，撰写课程设计说明书
6月28日答辩或成绩考核
系主任审查意见：
签字：
年月日
中北大学
课程设计说明书
学生姓名:
学号：
学院:
化工与环境学院
专业:
安全工程
题目:
泡沫灭火器100L
指导教师：
王凤英职称:
教授
2010年6月28日
前言
根据二氧化碳既不能燃烧，也不能支持燃烧的性质，人们研制了各种各样的二氧化碳灭火器，有泡沫灭火器、干粉灭火器及液体二氧化碳灭火器。
相对于扑灭同一火灾而言，不同灭火器的灭火有效程度有很大差异：
二氧化碳和泡沫灭火剂用量较大，灭火时间较长；干粉灭火剂用量较少，灭火时间很短；卤代烷灭火剂用量适中，时间稍长于干粉。
配置时可根据场所的重要性，对灭火速度要求的高低等方面综合考虑。
泡沫灭火器适用于扑救一般B类火灾，也可适用于A类火灾，但不能扑救B类火灾中的水溶性可燃、易燃液体的火灾，如醇、酯、醚、酮等物质火灾；也不能扑救带电设备及C类和D类火灾。
（火灾依据物质燃烧特性，可划分为A、B、C、D、E五类。
A类火灾：
指固体物质火灾。
这种物质往往具有有机物质性质，一般在燃烧时产生灼热的余烬。
如木材、煤、棉、毛、麻、纸张等火灾。
B类火灾：
指液体火灾和可熔化的固体物质火灾。
如汽油、煤油、柴油、原油，甲醇、乙醇、沥青、石蜡等火灾。
C类火灾：
指气体火灾。
如煤气、天然气、甲烷、乙烷、丙烷、氢气等火灾。
D类火灾：
指金属火灾。
如钾、钠、镁、铝镁合金等火灾。
E类火灾：
指带电物体和精密仪器等物质的火灾）
泡沫灭火器存放应选择干燥、阴凉、通风并取用方便之处，不可靠近高温或可能受到曝晒的地方，以防止碳酸分解而失效；冬季要采取防冻措施，以防止冻结；并应经常擦除灰尘、疏通喷嘴，使之保持通畅。
目录
1、设计目的………………………………………………………………………
（1）
2、设计内容和要求………………………………………………………………
（1）
2．1推车式泡沫灭火器的灭火原理……………………………………………
（1）
2．2推车式泡沫灭火器的工作原理……………………………………………
（1）
2．3推车式泡沫灭火器的灭火对象……………………………………………
（2）
2．4推车式泡沫灭火器的型式规格……………………………………………
（2）
2．5推车式泡沫灭火剂的基本参数……………………………………………（3）
2．6推车式泡沫灭火剂的技术要求……………………………………………（5）
2．7推车式泡沫灭火器的使用材料……………………………………………（6）
2．8推车式泡沫灭火器的制造工艺……………………………………………（7）
2．9推车式泡沫灭火器的维修及使用…………………………………………（7）
3、设计工作任务及工作量的要求………………………………………………（9）
3．1推车式泡沫灭火器的药剂设计……………………………………………（9）
3．2推车式泡沫灭火器的参数设计……………………………………………（9）
3．3推车式泡沫灭火器的强度设计……………………………………………（10）
3．4推车式泡沫灭火器的结构设计……………………………………………（12）
3．5推车式泡沫灭火器的设计计算……………………………………………（13）
4、总结……………………………………………………………………………（14）
5、参考文献………………………………………………………………………（16）
1设计目的
有些泡沫灭火器结构简单、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。
适用于扑救油类、易燃液体、固体有机物、气体和电气设备的初起火灾。
是工厂、机关、学校、宾馆、油泵房、加油站、化工油漆房和易着火的场所理想的防火设备。
泡沫灭火器分为MP型手提式，MPZ型手提舟车式，MPT型推车式。
现设计100L的泡沫灭火器，通过本设计，进一步学习防火、灭火的基本理论知识，掌握泡沫灭火器的工作原理、规格、用途、效能以及使用方法。
2设计内容和要求
2．1推车式泡沫灭火器的灭火原理
泡沫灭火器是通过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，覆盖在燃烧物的表面上，隔绝空气，起到灭火效果的工具[1]。
2.1.1冷却作用
冷却作用是泡沫灭火的重要作用。
当泡沫被施加到燃烧着的燃烧表面时，由于燃烧表面的热作用，泡沫中的水被气化，从而吸收了接触部分的燃烧表面的热量。
随着泡沫表面的连续施加，在被冷却了的燃料表面上形成了一个泡沫层，泡沫层是逐渐扩大并最终将整个表面覆盖。
当泡沫层厚度增加到一定程度，并且燃烧表面被冷却到所产生的蒸汽不足以维持燃烧时，火焰即被熄灭。
2.1.2窒息作用
泡沫的窒息作用主要表现在可以降低燃料表面的氧浓度，直到使燃料与大气中的氧完全隔开。
从泡沫刚刚施加到燃料表面时，这一作用就开始了。
泡沫受到热的燃料表面的作用以及火焰的热辐射作用，其中的水分在燃料表面汽化，所产生的水蒸气使燃料表面附近的氧浓度降低，削弱了火焰的燃烧强度，这有助于泡沫在燃料表面的积累和泡沫层的加厚。
当泡沫层的厚度增加到足够厚时，完全抑制了燃料的蒸发，并把燃料与空气完全隔离开来。
2.1.3隔离作用
在泡沫灭火过程中，泡沫可使已被覆盖的燃料表面与尚未被覆盖的燃料表面的火焰隔离开来，既可防止火焰与已被泡沫遮盖的燃料表面直接接触，又可遮断火焰对这部分燃料表面的热辐射，这既有助于泡沫冷却作用的发挥，又有助于窒息作用的加强[2]。
2．2推车式泡沫灭火器的工作原理
在化学泡沫灭火器中，装有两种化学药液。
一种是碱性药液，罐装在灭火器的筒体内；另一种是酸性液罐装在瓶胆内，瓶胆悬装在筒体中央。
平时两种药液互不接触。
通常使用的酸性液是含有结晶水的硫酸铝（Al2（SO4）3·xH2O）水溶液，碱性液是碳酸氢钠（NaHCO3）水溶液。
另外，在碱性液中还填加有泡沫稳定剂、防腐剂等组分。
两种药液混合后，立即发生如下化学反应：
6NaHCO3+Al2（SO4）3===3Na2SO4+2Al（OH）3+6CO2↑
由于反应中生成了大量的二氧化碳气体，生成物的总体积比反应物的总体积大了许多倍，当器筒容积一定时，压力必然增加，使泡沫混合液和二氧化碳气体，沿灭火器喷嘴喷出。
这种气液混合的生成物，一出喷嘴立即减压膨胀，体积扩大约8～10倍，形成大量含有二氧化碳气体的泡沫。
由于泡沫的相对密度（大约在0.1～0.3之间）比易燃和可燃液体小得多，可以浮在燃烧液面上，形成覆盖层（当然也可覆盖在燃烧固体的表面），起到隔绝空气的作用。
由于泡沫覆盖层的存在，使得火焰对可燃物的热辐射效果降低了；同时，泡沫还可以吸收一定的热量，降低燃烧物的温度；从泡沫中蒸发出的水蒸汽，降低了燃烧区域内的含氧量。
最终，由于泡沫的覆盖窒息和冷却降温作用将火扑灭[3]。
2．3推车式泡沫灭火器的灭火对象
化学泡沫能灭多种液体和固体物料的火灾，特别是对被不溶于水的易燃液体，如汽油、煤油、柴油、松香水等更为有效，也可灭一般可燃物如竹、木、棉、纸的初期着火。
泡沫灭火器主要用于扑救各种不溶于水的可燃易燃液体，如石油产品等的火灾，也可用来扑救木材、纤维、橡胶等固体的火灾。
化学泡沫不能像水一样流动，不能渗入到燃烧物的孔隙下表面灭火，另外酒精、乙醚、丙酮等易燃液体及其有机溶剂可破坏泡沫稳定性，此时需加入2%的肥皂粉制造成抗溶性化学泡沫。
化学泡沫含有水分并具有导电性，不适合扑灭与水燃烧物火灾和电气设备火灾。
在甲、乙、丙类火灾危险性的厂房、库房以及民用建筑物内，例如医院、百货楼、展览馆、图书档案楼、邮政楼、旅馆、办公楼、教学楼、科研楼和住宅楼等广泛采用泡沫灭火器[4]。
2．4推车式泡沫灭火器的型式规格及其基本术语
2.4.1型式规格：
该种灭火器是泡沫型化学反应式。
灭火器的型号编制方法应按GN11--82《消防产品型号编制方法》的规定。
灭火器的规格按充装的灭火剂量划分。
系列规格分为65升、100升二种。
也有系列规格为40L和65L两种的情况。
灭火器的型号编制方法应符合GN11的规定。
40L推车式化学泡沫灭火器
2.4.2基本术语：
推车式化学泡沫灭火器：
装有轮子的移动式化学泡沫灭火器。
（1）有效喷射距离：
灭火器喷枪口至灭火剂散落最集中处的水平距离。
（2）公称工作压力，相同于GB8109中第1．2条的定义。
（3）灭火器的下列定义，包括有效喷射时间；完全喷射时间；喷射剩余率；喷射滞后时间等；均相同于GB4351中第1．3～1．13条的相应定义。
如有效喷射时间：
将灭火器保持在最大开启状态下，自灭火剂从喷嘴喷出，至灭火剂喷射结束的时间。
有效喷射距离：
有效喷射距离指从灭火器喷嘴的顶端起，至喷出的灭火剂最集中处中心的水平距离[5]。
2．5推车式泡沫灭火剂的基本参数
国家标准对化学泡沫灭火剂的性能指标都有明确的规定。
参见下表：
表2-5化学泡沫灭火剂的性能指标
酸性粉
碱性粉
外观
白色或略带灰色粒状
均匀粉状
水分含量（重量百分比）
—
≤2.0%
颗粒细度
10目筛余物不大于5%
水不溶物含量
≤1.0%
发泡倍数
≥8
泡沫消失率
≤25%
反应液PH值
6～8
灭火性能
≥3B
（1）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：
2.5.1
式中：
G——试样重量（克）；
G1——筛余物重量（克）。
（2）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
2.5.2
式中：
G——试样重量（克）；
G2——干燥后坩埚与滤渣的重量（克）；
G3——坩埚的重量（克）。
（3）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：
2.5.3
式中：
G——试样重量（克）；
G4——干燥后试样的重量（克）。
（4）发泡倍数（N）
按规定分别制取适量的内剂和外剂溶液，然后将两种溶液倒入同一量筒中，测量出泡沫的体积V，按下式计算：
2.5.4
式中：
V——泡沫的体积（毫升）；
V1——内剂溶液的体积（毫升）；
V2——外剂溶液的体积（毫升）。
（5）泡沫消失率（X4）
从泡沫产生开始计时，测出15分钟时，剩余泡沫的体积V，然后按下式计算：
2.5.5
式中：
V3——15分钟时剩余泡沫的体积。
（6）PH值
用广泛围PH试纸检测泡沫析出液体的PH值。
这是用于标定液体酸碱度的参数。
（7）灭火性能
灭火性能是指灭火剂实际灭火的能力。
表1中的3B是指B类3级火，即面积为0.6米2的圆盘汽油火。
2．6推车式泡沫灭火剂的技术要求
2.6.1内剂
（1）外观：
白色或微带灰色粒状。
（2）颗粒细度：
筛孔径2.0mm，筛余物不大于5.0%（m/m）。
（3）水不溶物含量：
不大于0.6%（v/v）。
2.6.2外剂
（1）外观：
均匀粉状。
（2）颗粒细度：
筛孔径2.0mm，筛余物不大于5.0%（m/m）。
（3）水不溶物含量：
不大于0.6%（v/v）。
（4）水分含量：
不大于2.0%（m/阴）。
（5）发泡倍数：
不小于8。
（6）泡沫消失率：
不大于25%（v/v）。
（7）反应液的PH值：
6～8。
（8）灭火性能：
不小于6B。
（9）泡沫封闭时间：
不小于5min。
2.6.3机械强度
（1）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
时内部灭火剂完全反应的平衡压力。
（2）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。
（3）灭火器的爆破强度应符合GB4351－84中第3．6．3款的规定。
（4）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。
（5）灭火器的抗冲击性能应符合GB4351－84中第3．6．6款的规定。
2．6．4结构
（1）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16mm。
B.在
140mm圆周线上均布3只M8螺栓连接。
（2）灭火器的卸压结构应符合GB4351--84中第3．10．2款的规定。
（3）灭火器应设有过滤装置，要求应符合GB4351--84中第3．10．6款的规定[6]。
2．7推车式泡沫灭火器的使用材料
（1）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。
（2）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。
（3）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。
（4）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推车式泡沫灭火器的制造工艺
（1）金属零件的加工未注公差尺寸的公差等级应符合GB1804中IT14级的规定。
非金属零件的加工未注公差尺寸的公差等级应符合GB1804中ITl6级的规定。
（2）零件的螺纹公差应符合GB197中内螺纹7H级和外螺纹8G级的规定。
（3）灭火器筒体的焊缝应均匀，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执行，其质量应符合三级要求。
（4）钣金、冲压零件的表面应无重皮、皱纹及明显的机械性损伤等缺陷。
（5）铸、锻零件的表面应清洁。
无毛刺、结疤等，内部不得有缩松、气孔、砂眼、裂纹等缺陷。
（6）喷嘴孔应光滑，无毛刺、凹坑等影响喷射性能的缺陷。
（7）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。
（8）其他要求
a灭火器的喷枪及其固定装置应符合GB8109中第3．11．1和3．11．2条的规定。
b灭火器上使用的橡胶和塑料件应符合GB8109中第3．11．4的规定。
c灭火器简体内部应设有明显的充装量标志，防止过量充装。
（9）外观质量
a灭火器的油漆件，漆面应牢固，色泽均匀，无龟裂、掉漆、气泡、划痕和碰伤等缺陷。
b灭火器的标志（贴花）应端正、平服，无缺字、明显皱褶、气泡等缺陷。
且经外部腐蚀试验后，应不脱落。
2．9推车式泡沫灭火器的使用方法,维护保养，检查和试验方法。
2.9.1使用方法
使用时，一般有两人操作，先将灭火器迅速推拉到火场，在距离着火点10米左右处停下，由一人施放喷射软管后，双手紧握喷枪并对准燃烧处；另一个则先逆时针方向转动手轮，将螺杆升到最高位置，使瓶盖开足，然后将筒体向后倾倒，将拉杆触地，并将阀门手柄旋转90度，即可喷射泡沫进行灭火。
如阀门装在喷枪处，则由负责操作喷枪者打开阀门。
2.9.2维护保养
（1）检查灭火器存放地点气温是否在0℃～45℃间，以防气温过低冻结，或气温高引起药剂分解。
（2）每月检查一次喷枪、皮管、滤网及安全阀有无阻碍，瓶口是否盖紧，橡皮是否腐蚀，最车是否转动灵活。
并应注意筒身是否锈蚀腐蚀，筒盖螺母是否旋紧，有无滑丝。
（3）使用二年以后换装药剂时，应进行20kg/cm
的耐压试验。
（4）每年应检查药剂两次。
2.9.3试验方法
2.9.3.1喷射性能试验
试验可在室内或室外进行，但风速不得大于1m／s。
当在室外进行试验时，应选择无雨、雪天气。
试验用称重仪器的误差，应不大于被称灭火剂的百分之一，计时仪器的误差不大于土0.5s。
2.9.3.2连续喷射性能试验
（1）将灭火器称出重量后，放置在20土5℃环境中，并保持在24h以上。
（2）从20土5℃环境中取出，在2min内连续喷射试验，试验时喷射软管展开成工作状态，喷嘴的仰角为30°，喷嘴中心离地面的垂直距离为1m。
先将泡沫剂混合控制阀和喷射控制阀打开，然后将灭火器简体放倒，测定从放倒至泡沫剂喷射出时的喷射滞后时间和有效喷射时间。
（3）灭火器完全喷射后，称出重量，测出喷射剩余率。
有效喷射距离试验应与6．1．1．2同时进行。
测定方法应按GB4400中第3．1．2条的规定进行。
2.9.3.3间歇喷射性能试验
间歇喷射性能试验应按GB8109中第4．1．2条的方法进行。
2.9.3.4使用温度的喷射性能试验
使用温度的喷射性能试验方法应按GB8109中4．1．3条的规定进行[7]。
3设计工作任务及工作量的要求
3．1推车式泡沫灭火器的药剂设计
MPT100型化学泡沫灭火内药（酸性药）和外药（碱性药）总质量170.5kg,灭火剂量100升。
3．2推车式泡沫灭火器的参数设计
内、外装药量是在55摄氏度时，闭塞压力不得超过52.5kg/cm
的设计压力的条件下，这种装药量是可以保证安全的。
推车式化学泡沫灭火器的规格按灭火剂罐装量划分为65L和100L两个规格。
其技术性能见表：
表3-1MPT系列化学泡沫灭火器技术性能
型号
喷射时间
/s
射程
/m
适用温度
/℃
灭火面积
/m2
外形尺寸
长×宽×高
/mm×mm×mm
内药量
（kg）
外药量
（kg）
总质量/kg
集中点
最远
药粉
清水
药粉
清水
未装药液
装药液
MPT65
≥90
≥15
≥17
4～55
3.6
291×660×1238
6.3
7
4.55
42
73
133
MPT100
≥100
≥16
≥18
4～55
5
371×708×1370
9
10
6.5
60
85
170.5
注意：
（1）筒身强度实验压力为25kg/cm
（2）安全阀开启压力为10～12.5kg/cm
（3）灭火器的间隙喷射滞后时间不得大于5s。
（4）灭火器的使用温度范围为+4～+55℃。
在使用温度范围内，灭火器的喷射性能应符合下列规定：
a有效喷射时间的偏差不得大于20土5℃时有效喷射时间的土25％。
b喷射滞后时间不得大于15s。
c喷射剩余率不得大于18％[7]。
3．3推车式泡沫灭火器的强度设计
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。
灭火器强度有三个指标，即工作压力、试验压力和爆破压力。
为了灭火器有一个安全而经济的强度，应了解工作压力、试验压力和爆破压力三者的特征和相互关系。
工作压力：
实际上灭火器的工作压力不是固定不变的。
它与受到的温度、灭火剂数量、加压气体数量、喷嘴的畅通情况有关。
由于地区不同，气温相差很大。
同一季节，在海南岛的气温就高，而黑龙江的气温就很低。
在同一地区内，设置地点不同，温度亦不相同。
例如靠近热源的地方温度高，而其他部位温度则低。
在靠近灭火器的基准温度时，其设计温度可采用65℃。
灭火器内灭火剂量不同，产生的压力相差很大。
经测定，由于灭火剂数量不同，泡沫灭火器的工作压力相差达25%。
加压气体量的不同，对工作压力影响也很大。
加压气体小钢瓶体积是固定的，充装是严格控制的，但实际测定表明，其误差还可能达到8%。
由于充装灭火剂的误差和公差积累，灭火器的工作压力与标称工作压力的偏差值达到±30%。
灭火器喷嘴管内有杂物，造成喷射障碍（例如喷嘴被部分堵住或全部堵塞）或没有打开，使灭火器工作压力的升高。
灭火器的爆破压力不是固定不变的。
它受到材料的机械性能和零件质量的影响。
灭火器发生爆破其中重要原因之一是零件加工质量不好或灭火筒加工质量较差造成的。
灭火器应选用优质材料、精心设计、精心制造、保证质量、才能确保强度。
在设计时，应采用该钢材的最低爆破压力数据，以便保证安全。
试验压力：
灭火器制成后或使用一段时间后，均衡进行水压试验，因此，要确定灭火器的试验压力。
灭火器的破坏一般是有一个过程的。
当超过工作压力时，灭火器开始变形，然后才开始破裂或爆炸。
但这个过程不是分得很清楚的。
因为工作压力不是一个定值，而有一定的变化范围，所以，材料发生变形不是一个定值，而是一个变化的范围，爆破压力也不是一个定值，而有一定范围。
若以工作压力（标称工作压力）作为一个单位，则变形压力和爆破压力的压力值，如图：
从图中可以看出，为了灭火器工作安全，工作压力离开爆破压力越远越好。
从工作压力到爆破压力之间，还有变形压力。
变形压力范围随着材料的不同而不同。
有些材料达到变形压力后，会很快出现爆破压力。
因此，为保证灭火器工作安全，试验压力应高于工作压力而又小于变形压力。
为保证灭火器安全，工作压力应小于试验压力，更应当大大低于爆破压力。
试验和实践说明，采用下列公式3.3.1，公式3.3.2确定灭火器的设计工作压力是可行的。
3.3.1
3.3.2
式中：
——灭火器试验压力（kg/cm
）；
——灭火器工作压力（kg/cm
）；
——灭火器爆破（破坏）压力（kg/cm
）；
为安全起见，国外有人推荐采用
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