专利名称：燃气式砂石灭火装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种以砂石和尘土为介质的用于森林和草原等场合进行机械灭火的设备装置，特别是一种燃气式砂石灭火装置。
背景技术：
目前，森林和草原火灾时有发生，给人类及动物的生存环境带来了巨大的危害，当前国内外针对森林、草原的灭火方式有空中洒水、防火通道法、人员扑打法、水龙喷灭法和高压风力灭火法等。防火通道法是一种被动灭火方式；水轮喷灭法不仅具有水源携带困难、车辆行驶受限等问题；人工扑打法灭火效率太低、人员劳动强度大、危险性高；风力灭火法也需要人员接近火源，同样存在人员劳动强度大、危险性高的问题；此外人工扑打灭火和风力灭火法对于大面积火情和高空火情难以致效和迅速扑灭。
发明内容
本发明的目的在于克服现有灭火设备和技术中存在的缺点，寻求设计并提供一种燃气式砂石灭火器，该灭火器以燃气为能源灭火动力，使用砂土或尘石为灭火介质的机械化灭火装置，可广泛应用于草场和森林火灾场合下。
为了实现上述发明目的，本发明由砂土采掘机、砂土输送机构、振动过滤机构、砂土均布机构、文丘里管、燃气导向管和喷气式燃气轮机经过组装而构成协调一致的砂土喷射式灭火装置。
本发明的砂土采掘机由常规的旋转型刀式挖掘铲、砂土导向壳体、传动轴组成；砂土导向壳体的形状与挖掘铲对应，围绕在挖掘铲的非铲土部位的周边；传动轴的端部安装着挖掘铲，实行滑差式连接或刚性连接，轴的另一端与动力系统连接，传动轴在动力系统驱动下，带动挖掘铲转动，进行砂土的采掘。砂土采掘机布置在整个装置的最下端，工作时与现场的地面相接触，依靠自重或弹簧力使铲刀与地面作用，在动力的带动下挖掘地面的砂石和土。
本发明的砂土输送机构是链式输送或螺旋式输送方式，其前端与砂土采掘机的导向壳体相连接，后端与振动过滤机构相连，将采掘的砂土不断地输送给振动过滤机构。
本发明的振动过滤机构是以振动筛为主体杂质清除刮板为辅助体的振动分离器，入口端与砂土输送机构的输出端相连接，输出端与砂土均布机构的入口端相连，将砂土输送机构输送来的砂土分离和过滤后输送给砂土均布机构。
本发明的砂土均布机构的结构是一个绕文丘里管轴线旋转的多刮片叶轮，叶轮形状与文丘里管外壁相适应，在其外侧由金属结构形成封闭腔体，在腔体上方开有与砂石振动过滤机构衔接的口，刮片的叶轮空心轴前端或后端穿过封闭腔体，并在空心轴端部安装有套装在文丘里管外的链轮或齿轮，用于和动力系统连接，进口端与振动过滤机构相连接。
本发明的文丘里管为两端扩口中间缩口(称之为喉管)的结构，由耐高温金属或陶瓷类耐高温材料制成，在其喉管处均匀分布有多个径向孔，供砂石和土的进入；其内腔与燃气导向管相连接，流通燃气；其外腔与砂土均布机构相连接。
本发明的燃气导向管衔接文丘里管和喷气式燃气轮机(航空燃气轮机)，具有气体导向作用，其内部结构和长度依据喷气式燃气轮机的输出接口形式与文丘里管的结构尺寸圆滑过渡，采用耐高温材料，其外部设置有绝热保温材料。
本发明的喷气式燃气轮机选用航空燃气轮机作为流体动力源，其产生的气体通过燃气导向管输送给文丘里管。
本发明的工作原理是利用燃料燃烧后产生的气体体积膨胀原理，形成带有一定压力的燃气气体，为灭火装置提供较大的气体动力源。燃气在经过文丘里管时，流速增加，压力下降，在文丘里管的喉口处形成一定的负压，文丘里管的喉口处为多孔结构，在文丘里管外侧是砂石和土，在文丘里管内外侧压差的作用下，砂石和土被吸入文丘里管，而且被高速燃气流带动喷射而出。与风力灭火机相比，由于砂石和土的密度大于气体，所以高速喷射出的灭火介质具有射程远、作用力大和灭火效果好的特点。
本发明的砂土采掘机、砂土输送机构、振动过滤机构、砂土均布机构均为辅助机构，为了能实现灭火介质携带问题，本发明仅需要携带足够量的燃料即可，砂石和尘土取自于灭火现场，有沙土采掘机完成；砂石输送机构的功能是将砂石、尘土和其它杂质分离，然后将砂石、尘土输送到振动过滤机构，以保证灭火介质的源源不断供给；为了保证砂石和土的松散性，振动过滤机构将输送来的砂石和土进行振动过滤，将砂石和土的过大颗粒过滤掉并排出，将符合要求粒径的砂石和土输入砂土均布机构；砂土均布机构将砂石和尘土均匀地分布于文丘里管喉口的砂土进口孔处，以备燃气将其带离。
本发明在燃烧过程不断的情况下，整套系统可实现连续灭火工作，具有灭火效果好，灭火介质易得，灭火功率大等优点。
图1是本发明涉及的燃气式砂石灭火装置结构原理示意图。
具体实施例方式本发明实施时其主体结构包括砂土采掘机1、砂土输送机构2、振动过滤机构3、砂土均布机构4、文丘里管5、燃气导向管6和喷气式燃气轮机7；砂石和尘土等灭火介质取自于灭火现场，由砂土采掘机1采集，采集到的砂石和尘土由砂土输送机构2将砂石和尘土与其它杂质分离，然后将砂石和尘土输送到振动过滤机构3中，振动过滤过程筛选出允许粒径的砂石和尘土一起供给灭火器的砂土均布机构4，由该机构将砂石沿径向均匀分布在文丘里管5的外侧。作为灭火器砂土驱动动力的压力气体由燃气轮机7产生，在燃气轮机7中燃烧的气体，通过燃气导向管6输送到文丘里管5处，其流速增大，在文丘里管5的喉口处形成高速、低压流束，砂石和尘土在喉口真空度的作用下被吸入，并由高速气流携带从灭火器中射出。
本发明实施时，砂土采掘机1的用途是以机械挖掘方式就地采掘砂石和尘土，为灭火提供主体介质。该机构由特定的动力驱动，该动力可以是电机、发动机等多种形式动力；该采掘机可以保证在正常情况下(有一定厚度土层的地方)所采集的砂石和土量可完全满足本灭火器的使用。砂土采掘机1主要由常规的旋转型刀式挖掘铲、砂土导向壳体、传动轴等组成。砂土导向壳体的形状与挖掘铲对应，围绕在挖掘铲的非铲土部位的周边，将挖掘出的砂土导向输出。传动轴的端部安装着挖掘铲，其可以实行滑差式连接或刚性连接，轴的另一端与动力系统连接，传动轴在动力系统驱动下，带动挖掘铲转动，进行砂土的采掘。该挖掘铲的工作方式可以是径向沟式挖掘或水平平面挖掘。被挖掘的砂土通过导向壳体输入砂土输送机构。砂土采掘机1布置在整个装置的最下端，工作时与现场的地面相接触，依靠自重或弹簧力使铲刀与地面作用，在动力的带动下挖掘地面的砂石和尘土。该机构与喷气式燃气轮机同步工作。
本发明实施时，砂土输送机构2的主要结构形式可以是链式输送形式或螺旋式输送方式，链式输送形式是采用刮板链输送砂石和土，其由链轮带动链条运动，链轮与传动轴相连接，传动轴的另一端通过联轴器与动力系统输出轴连接；螺旋式输送形式是采用螺旋式输送机构对砂石和土进行输送，螺旋式输送机构的驱动通过连接轴与动力系统输出轴相连。砂土输送机构2的前端与砂土采掘机1的导向壳体相连接，后端与振动过滤机构3相连，它的动力与砂土采掘机1来自同一动力源，并与砂土采掘机1同步工作，将采掘的砂土不断地输送给振动过滤机构3。
本发明实施时振动过滤机构3为以振动筛为主体杂质清除刮板为辅助体的振动分离器，其用途是分离采掘后的砂土和大直径石块及杂质。振动筛的振动采用电磁振动或机械振动方式实施，经过筛体的砂石和尘土被输送到砂土均布机构4处，未经过筛体的物质被机构中的旋转刮板刮走，并清除出机构外。如振动筛采取机械振动方式，则其与旋转刮板的动力与砂土采掘机1和砂土输送机构2为同一动力源。若振动筛采用电磁振动方式，则动力系统将增加发电部分，以驱动电磁振动筛工作。振动过滤机构3的入口端与砂土输送机构2的输出端相连接，输出端与砂土均布机构4的入口端相连，与砂土采掘机1、砂土输送机构2同步工作，将砂土输送机构输送来的砂土不断地分离并过滤后输送给砂土均布机构4。
本发明实施时的砂土均布机构4将粒径适当的砂石和尘土均布在文丘里管5的外侧，以备流经文丘里管5的高速气流带走。砂土均布机构4的结构是一个绕文丘里管5轴线旋转的多刮片叶轮，其叶轮形状与文丘里管5外壁相适应，在其外侧由金属结构形成封闭腔体，在腔体上方开有与砂石振动过滤机构3衔接的口，刮片的叶轮空心轴前端或后端穿过封闭腔体，并在空心轴端部安装有套装在文丘里管5外的链轮或齿轮，用于和动力系统连接；砂土均布机构4的进口端与振动过滤机构3相连接，并与砂土采掘机1、砂土输送机构2、振动过滤机构3以及喷气式燃气轮机7同步工作。
本发明实施时的文丘里管5是一个两端扩口中间缩口(称之为喉管)的结构，它可以由耐高温金属或陶瓷类耐高温材料制成，在其喉管处均匀分布有多个径向孔，供砂石和土的进入；其内腔与燃气导向管6相连接，流通燃气，其外腔与砂土均布机构4相连接。文丘里管5的用途是在气流流动的过程中均匀吸入砂石和土，形成均匀的燃气和砂石土的混合流。其工作原理为在燃气气流流经文丘里管5的喉口处时，气流流速加快，而喉口处的压力降低，文丘里管5喉口处的内外压力差被建立。在此压差的作用下，砂土被吸入文丘里管5的喉管。被吸入的砂土，在高速燃气流的带动下，以高速流动，形成高速燃气和砂土混合流，混合流从灭火器喷口喷出，形成强烈的射流，而且因为射流中含有固体物质，使得射流射程加长，灭火效果提高。
本发明实施时的燃气导向管6用来衔接文丘里管5和喷气式燃气轮机(航空燃气轮机)7，其具有良好的气体导向作用，以保障气流流动阻力尽量的小；燃气导向管6的内部结构和长度依据喷气式燃气轮机的输出接口形式与文丘里管5的结构尺寸，圆滑过渡，以保证燃气流动的阻力达到最小、能量消耗最低。加工时的材料采用耐高温材料，其外部设置有绝热保温材料，保证有较高的效率。
本发明实施时的喷气式燃气轮机(航空燃气轮机)7是流体动力源，依靠燃烧燃料形成高速高压气流，从排气道喷嘴中加速排出，其产生的气体通过燃气导向管6输送给文丘里管5，带动被吸入的砂土以高速射向火焰，形成较强的灭火能力。
本发明实施时根据射流淹没理论计算出在一定气体流量下文丘里管5的喉口直径，同时匹配相应的燃气轮机7；在此基础上设计文丘里管5和喉口处砂石进口孔的结构形式和数量；根据砂石进口孔的通道面积，计算出砂土使用量，从而确定砂土采掘机1和砂土输送机构2的相应能力(砂石和尘土的输送能力为使用量的1.2～1.5倍)。振动过滤机构3以高频振动方式对砂石和土进行筛选，其筛选能力应达到砂土使用量的1.2～1.5倍，并且可将多余的砂土自动排出；砂土均布机构4围绕着文丘里管5旋转，它的动力可来自机电形式，也可来自文丘里管5产生的压力差，砂土均布机构4主要由与文丘里管5相适应的刮板组成，其旋转过程将导致砂土均匀分布于文丘里管5的外侧，以便砂土能通过所有的砂石进口孔被燃气带走，形成均匀的气固混合体。
本发明使用时，根据用途确定采用不同规格的燃气式砂石灭火装置，对于火场面积广的情况，如草原火场，可实现大型装甲车辆安装方式，由大型、多个灭火器组成系统，实现大面积、高效率的灭火过程；而针对山林灭火，采用机动性较好的小型车辆携带单个或少量灭火器，以满足山林地形使用的要求。
权利要求
1.一种燃气式砂石灭火装置，由砂土采掘机、砂土输送机构、振动过滤机构、砂土均布机构、文丘里管、燃气导向管和喷气式燃气轮机组装成，其特征在于砂土采掘机布置在整个装置的最下端，工作时与现场的地面相接触，依靠自重或弹簧力使铲刀与地面作用，在动力的带动下挖掘地面的砂石和土；砂土输送机构是链式输送或螺旋式输送方式，其前端与砂土采掘机的导向壳体相连接，后端与振动过滤机构相连；振动过滤机构是以振动筛为主体杂质清除刮板为辅助体的振动分离器，入口端与砂土输送机构的输出端相连接，输出端与砂土均布机构的入口端相连；文丘里管为两端扩口中间缩口的结构，在其喉管处均匀分布有多个径向孔，供砂石和土的进入，其内腔与燃气导向管相连接，流通燃气，外腔与砂土均布机构相连接。
2.根据权利要求1所述的燃气式砂石灭火装置，其特征在于砂土采掘机由旋转型刀式挖掘铲、砂土导向壳体、传动轴组成；砂土导向壳体的形状与挖掘铲对应，围绕在挖掘铲的非铲土部位的周边；传动轴的端部安装着挖掘铲，实行滑差式连接或刚性连接，轴的另一端与动力系统连接，传动轴在动力系统驱动下，带动挖掘铲转动，进行砂土的采掘。
3.根据权利要求1所述的燃气式砂石灭火装置，其特征在于砂土均布机构的结构是一个绕文丘里管轴线旋转的多刮片叶轮，叶轮形状与文丘里管外壁相适应，在其外侧由金属结构形成封闭腔体，在腔体上方开有与砂石振动过滤机构衔接的口，刮片的叶轮空心轴前端或后端穿过封闭腔体，并在空心轴端部安装有套装在文丘里管外的链轮或齿轮，用于和动力系统连接，进口端与振动过滤机构相连接。
4.根据权利要求1所述的燃气式砂石灭火装置，其特征在于燃气导向管衔接文丘里管和喷气式燃气轮机或航空燃气轮机，具有气体导向作用，其内部结构和长度依据喷气式燃气轮机的输出接口形式与文丘里管的结构尺寸圆滑过渡，采用耐高温材料，其外部设置有绝热保温材料。
5.根据权利要求1所述的燃气式砂石灭火装置，其特征在于喷气式燃气轮机选用航空燃气轮机作为流体动力源，其产生的气体通过燃气导向管输送给文丘里管。
全文摘要
本发明涉及一种以砂石和尘土为介质的用于森林和草原场合灭火的燃气式砂石灭火装置，由砂土采掘机、砂土输送机构、振动过滤机构、砂土均布机构、文丘里管、燃气导向管和喷气式燃气轮机组装而成，砂土采掘机布置在整个装置的最下端，工作时与现场的地面相接触，依靠自重或弹簧力使铲刀与地面作用，在动力的带动下挖掘地面的砂石和土；砂土输送机构是链式输送或螺旋式输送方式，其前端与砂土采掘机的导向壳体相连接，后端与振动过滤机构相连；文丘里管为两端扩口中间缩口的结构，喉管处均匀分布多个径向孔，内腔与燃气导向管相连接，外腔与砂土均布机构相连接。本发明可实现连续灭火工作，具有灭火效果好，灭火介质易得，灭火功率大等优点。
文档编号A62C31/00GK101073694SQ20071001605
公开日2007年11月21日 申请日期2007年6月11日 优先权日2007年6月11日
发明者张纪鹏, 张铁柱, 张洪信, 姜慧, 戴作强, 张继忠, 赵红, 霍炜, 张翼 申请人:青岛大学