王斌 山東省泰安市消防支隊(duì)

防撞防盜新型室外消火栓設(shè)計(jì)方案

王斌 山東省泰安市消防支隊(duì)

通過(guò)對(duì)室外消火栓的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，指出目前消火栓結(jié)構(gòu)上存在的缺陷，提出了一種防撞防盜新型室外消火栓設(shè)計(jì)方案，解決了普通地上消火栓易受撞擊破壞，零部件易被盜而留下防火隱患問(wèn)題。

防撞防盜；新型消火栓；設(shè)計(jì)方案

一、研究背景

消火栓是消防滅火中的固定消防器材，是迅速撲滅大火的有力保障。消火栓的種類很多，大體分為室內(nèi)消火栓和室外消火栓。

室外消火栓又叫消防水龍，是指設(shè)置在市政管網(wǎng)和建筑物外消防給水管網(wǎng)的一種消防設(shè)施，其作用是供消防車（或其他移動(dòng)滅火設(shè)備）從市政給水管網(wǎng)或室外消防給水管網(wǎng)取水或直接接出水帶、水槍實(shí)施滅火。其在大型火災(zāi)救護(hù)中發(fā)揮著重要的作用，高效的給供水，將大大縮短撲滅大火的時(shí)間，減少火災(zāi)造成的損失，避免消防人員的傷亡。

室外消火栓一般分為地上消火栓和地下消火栓，地上消火栓由本體、進(jìn)水彎管、閥塞、出水口、排水口等組成，一般設(shè)立在車輛人流較多的建筑物和道路旁，閥體的大部分露出地面。具有目標(biāo)明顯、易于尋找、出水操作方便等特點(diǎn)。但因車輛停靠、倒車或施工，造成折斷的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。目前社會(huì)上使用的消火栓結(jié)構(gòu)原理見(jiàn)圖1：沿關(guān)閉方向轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，手柄不能軸向移動(dòng)，其下端的絲桿螺母機(jī)構(gòu)即可帶動(dòng)與其相連的閥瓣上下運(yùn)動(dòng)，從而打開或關(guān)閉閥門。這種消火栓機(jī)構(gòu)的缺陷是很明顯的,由于鎖緊機(jī)構(gòu)位于上閥體且閥瓣關(guān)閉方向與水流方向相反，當(dāng)消火栓由于意外原因被撞斷后，自來(lái)水不可避免地會(huì)大量向外涌流，造成火栓被撞斷后，整個(gè)閥芯機(jī)構(gòu)連同上閥體都會(huì)被水沖走，整個(gè)消火栓將報(bào)廢，修復(fù)十分困難。

圖1 傳統(tǒng)式室外消火栓閥門構(gòu)造原理圖

例子1、揚(yáng)州鳳凰西街和鳳凰菜場(chǎng)兩處消火栓被撞。

2007年春節(jié)至今，揚(yáng)州市區(qū)的消火栓頻頻被撞，流失的自來(lái)水就有2000多噸。鳳凰西街和鳳凰菜場(chǎng)兩處消火栓被撞情節(jié)較為嚴(yán)重。特別是鳳凰西街上被汽車撞歪了的消火栓，嘩嘩的往外冒水，整個(gè)街道上演了水漫金山的一幕。自來(lái)水公司也及時(shí)派人趕到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行搶修，但前后兩個(gè)多小時(shí)，已經(jīng)有200多噸的水白白浪費(fèi)了。

例子2、云南昆明市北市區(qū)北辰大道消火栓被撞斷流百多噸。

2007年11月15日晚上9點(diǎn)左右，在昆明市北市區(qū)北辰大道附近，一輛小型貨車不慎撞斷了人行道上的消火栓，導(dǎo)致自來(lái)水白白流淌了一個(gè)多小時(shí)。十多分鐘后，流失的自來(lái)水也達(dá)到100多噸。

此外消火栓被盜的現(xiàn)象也非常嚴(yán)重，社會(huì)上存在不法分子，偷盜消火栓的金屬部分，廢棄的消火栓矗立在道路兩旁，在這種情況下，一旦發(fā)生火災(zāi)，將使移動(dòng)滅火設(shè)備無(wú)法迅速得到水源補(bǔ)給，推遲滅火時(shí)間，造成巨大的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。

因此，急需設(shè)計(jì)一種防撞防盜的新型消火栓，保證消火栓在撞裂之后能夠不噴水，方便維修人員更換，維護(hù)費(fèi)用較低，同時(shí)防止消火栓零部件被盜。

二 方案設(shè)計(jì)

（一）防撞設(shè)計(jì)

1、閥門增設(shè)自動(dòng)密封裝置

當(dāng)消火栓被汽車撞擊之后，往往因?yàn)殚y門被撞裂而導(dǎo)致噴水，新型消火栓閥門內(nèi)設(shè)有自動(dòng)密封裝置，閥門有上下兩個(gè)閥瓣，上閥瓣關(guān)閉方向與水流方向相反，下閥瓣關(guān)閉方向與水流方向一致。當(dāng)消火栓受到撞擊后上閥瓣的限制作用消失，水流推動(dòng)下閥瓣自動(dòng)關(guān)閉閥門，保證水流不會(huì)噴出。

圖2 新型消火栓閥門原理構(gòu)造圖

2、增加易碎防護(hù)圈

圖3 易碎防護(hù)圈示意圖

該裝置設(shè)立在閥門之上，通過(guò)螺紋和彈簧卡槽連接栓體和栓身，在消火栓的密封閥和主體立柱的外圓柱面上設(shè)有兩個(gè)或兩個(gè)以上的加強(qiáng)筋，防撞圈的受力強(qiáng)度小于栓體和栓身的受力強(qiáng)度，保證受到撞擊后閥門和栓體保持完整。這樣在消火栓受到撞擊之后，因?yàn)榱W(xué)傳導(dǎo)原理，使易碎的防護(hù)圈首先斷裂，使上體脫落而不被破壞，閥門不受影響。維修時(shí)，維修人員壓住彈簧珠，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)防護(hù)圈手臂，即可卸換新的防護(hù)圈，使消火栓可以重新投入使用。這種模塊化設(shè)計(jì)使維修更加方便快捷，同時(shí)大幅減少維修費(fèi)用。

3、栓體增加反光膜

該材料采用高速公路上的反光板材料，是一層和照片紙差不多厚的反光膜，對(duì)光的反射率比普通油漆高許多倍，可見(jiàn)度高達(dá)幾百米甚至數(shù)千米，能夠?qū)⑵嚽盁舻拇蟛糠止饩€按原路反射回去,在夜間，汽車的夜燈打到消火栓上之后，產(chǎn)生強(qiáng)烈反光，提醒駕駛員，防止消火栓被撞。

這種反光膜材料，近幾年發(fā)展迅速，現(xiàn)在價(jià)格已經(jīng)大幅度下降，從最初的每平方米680元逐步降到目前的每平方米180元，成本很低，所以完全可以應(yīng)用到新型的消火栓的設(shè)計(jì)當(dāng)中。

圖4 防撞消火栓結(jié)構(gòu)原理圖

參數(shù)計(jì)算

設(shè)計(jì)防撞環(huán)壁厚的計(jì)算

（見(jiàn)圖2)，若外力作用在B處時(shí)，則截面D為危險(xiǎn)截面，因?yàn)樵撎幩艿膹澗刈畲?若要保證被撞斷裂時(shí)，斷裂點(diǎn)位于C處，則該截面所受的應(yīng)力應(yīng)為最大，即σC >σD,D截面的壁厚為δD，該處閥體內(nèi)徑為dD；力點(diǎn)B與C截面及D截面的距離分別為m及(m+n),作用于B處的力為F.則

C截面所受的彎曲應(yīng)力為：

D截面所受的彎曲應(yīng)力為：

整理(1)、(2)兩式，并注意到消火栓閥體為薄壁件：

設(shè)計(jì)出的各參數(shù)必須滿足（3）式，值得注意的是，在實(shí)際設(shè)計(jì)壁厚時(shí)，δ c應(yīng)不小于7mm，若計(jì)算的結(jié)果不能滿足（3）式.則應(yīng)采取措施，增加加強(qiáng)筋，以提高上下栓體的抗彎強(qiáng)度，以保證受到撞擊后上下栓體保持完整。

（二）防盜措施

在可調(diào)研范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)，消火栓遭破壞的部位集中在三處：銅制出水口、大頂蓋及側(cè)蓋。

新型消火栓采用物理性質(zhì)與銅相類似、但價(jià)格更低的玻璃鋼材料?，F(xiàn)在玻璃鋼的價(jià)格為每公斤20～40元，低于每公斤60元的銅的價(jià)格，而且玻璃鋼還具有耐高溫，耐老化，耐腐蝕，強(qiáng)度高，質(zhì)輕不變形，耐摩擦的優(yōu)點(diǎn)。玻璃鋼構(gòu)件的回收再制作工藝比較復(fù)雜，沒(méi)有回收價(jià)值，可避免被偷盜。

三、結(jié)束語(yǔ)

本文介紹的新型消火栓設(shè)計(jì)方案，利用了模塊化設(shè)計(jì)思路，在傳統(tǒng)消火栓中加入了自動(dòng)密封閥，防撞環(huán)，反光膜等技術(shù)，使消火栓具備了防撞、防盜的功能，解決了消火栓易損壞及被撞后大量噴水的難題。并且可以直接利用目前大量使用的消火栓直接改裝生產(chǎn)，維修簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)合理，使用方便，成本低廉，完全可以廣泛運(yùn)用到地上消火栓的生產(chǎn)中。

[1]楊太國(guó),溪正玉.室外消火栓撞斷自鎖機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì).安徽機(jī)電學(xué)院學(xué)報(bào).2002年9月,第17卷第3期

[2]徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[C].北京：機(jī)械工業(yè)出版.1998.

[3]李華.機(jī)械制造技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2000.

[4]張學(xué)魁, 景絨.建筑滅火設(shè)施.陜西: 旅游出版社 .2000.

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.15.067

王斌，山東省泰安市公安消防支隊(duì)肥城大隊(duì)。