CN105107105B - 一种用于森林地表火高效细水雾灭火航弹 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于森林地表火高效细水雾灭火航弹，包括弹体(2)和弹尾(6)，所述弹体(2)与弹尾(6)螺纹连接，所述弹体(2)包括气体发生器(1)和水系灭火容纳部(4)，且均设置在所述弹体(2)的内部，所述气体发生器(1)与弹体(2)的头部端螺纹连接；所述弹尾(6)设置有细水雾喷头组件(5)，其包括导液管(3)和设置有压力阀(11)的喷头(12)，所述导液管(3)的一端与所述喷头连接，所述导液管(3)的开口端设置在所述弹体头部端。本发明采用直升机或飞机投放方式，可以大量携带灭火航弹，投放高度不受限制，精准落在目标火域。

Description

一种用于森林地表火高效细水雾灭火航弹

技术领域

本发明涉及一种灭火装置，尤其是一种用于森林地表火高效细水雾灭火航弹。

背景技术

全球每年森林火灾的发生次数约在22万次以上，每年烧毁的森林面积超过640万公顷，约占世界森林覆盖率的0.23％以上。我国的森林面积为1亿2千万公顷，而每年被火灾吞噬的森林面积为110万公顷，占全国森林面积的0.8％～0.9％，因此森林的消防灭火工作一直是全国防灾减灾工作的主要内容之一。

森林火灾按其燃烧物和燃烧部位的不同，通常分为地表火、树冠火和地下火3种。地表火是森林火灾中最常见的一种林火,它占整个森林火灾的94％。地表火按其蔓延速度可分为:急进地表火和稳进地表火。急进地表火的火头向前推进的速度是4－8km/h,稳进地表火火头向前推进速度4km/h以下。地表火按强度又可分为：低强度火、中强度火和高强度火。火强度按火焰高度划分时,低强度火火焰高度为1.5m以下,中强度火火焰高1.5－3m,高强度火火焰高度3m以上。目前，利用轻型灭火装备时只能对低强度火和中强度林火采取直接灭火手段，对高强度火应采取间接灭火方法或使用重型灭火机具作战。

对于扑灭森林地表火，实践表明风水灭火机灭火时间最长，喷水量较小,主要靠风力将火吹散；水泵喷淋灭火是最原始的灭火方法，耗时最短，而且灭火效果也最佳，但是设备体积大，运输和补水困难，这在森林消防中也是难以解决的弊病；水枪灭火较之水泵虽然省水，但是水流量小，灭火时间长，操作人员手动操作，容易疲劳，只能用于扑救小规模火场，不适合用来扑救林火。采用飞机或直升机吊水或干粉的方法实施灭火时，由于树冠火的高温气浪，很难有灭火剂落在地面，且灭火成本极高。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于森林地表火高效细水雾灭火航弹。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种用于森林地表火高效细水雾灭火航弹，包括弹体(2)和弹尾(6)，所述弹体(2)与弹尾(6)螺纹连接，所述弹体(2)包括气体发生器(1)和水系灭火容纳部(4)，且均设置在所述弹体(2)的内部，所述气体发生器(1)与弹体(2)的头部端螺纹连接；所述弹尾(6)设置有细水雾喷头组件(5)，其包括导液管(3)和设置有压力阀(11)的喷头(12)，所述导液管(3)的一端与所述喷头连接，所述导液管(3)的开口端设置在所述弹体头部端；所述气体发生器(1)包括惯性机构(7)，烟火药剂室(8)和导气管(10)，所述惯性机构(7)内置于所述气体发生器(1)的内部螺纹连接，所述惯性机构(7)的输出端对应烟火药剂室(8)的底端面，所述烟火药剂室(8)的上端面对应压力膜组件(9)，所述导气管(10)的一端与所述气体发生器(1)的壳体螺纹连接，其开口端设置在靠近弹体尾部端。

优选地，所述压力膜组件(9)由压力薄膜铜片和过滤网组成，压力膜组件(9)内置于气体发生器(1)壳体上端。

优选地，所述压力阀(11)内置于细水雾喷头组件(5)内腔且螺纹连接，所述导液管(3)与压力阀(11)螺纹连接。

优选地，所述惯性机构(7)内置惯性击针及发火体，所述烟火药剂室(8)内设排气孔。

优选地，所述弹体(2)和弹尾(6)的材料均为玻璃钢模压。

优选地，所述导液管(3)导气管(10)、气体发生器(1)壳体和喷头均为不锈钢材料。

优选地，所述水系灭火容纳部(4)装有水系灭火剂。

优选地，所述喷头采用2～3MPa的XWT型中高压细水雾喷头(12)，压力阀(11)选用2MPa常开式机械压力阀，所述水系灭火剂为含无机盐阻燃抗复燃的灭火剂。

本发明中烟火药剂室(8)中的烟火药是一种缓燃烧型大气量的药型，可根据配方的结构调整产生速率，当细水雾喷射时间为45s时的最佳配方组成为：LLM-10530％、硝酸铵39％、相对稳定剂10％，氧化铜17％，可溶性氟橡胶粘贴剂4％，最佳中心孔径为当中心孔距增大时，其喷射时间缩短，反之依然。

本发明采用的水系灭火剂形成的细水雾灭火不仅同时具有冷却和绝氧的作用，而且采用的水系灭火剂还有防止二次复燃的功效。因此，是一种很好的抑制火势，切断火焰手段。

目前，世界各国己研制出大量森林消防装备。这些设备种类繁多，功能各异，在森林消防中发挥了积极的作用。但由于地表火的特殊性，尚无对其进行远程迅速压制性扑救的消防装备，因此地表火往往成为树冠火形成的主要因素。该类地表火灭火航弹尚未在国内外相关文献和报道出现，属于整体性发明创新，具有广阔的发展与应用空间。

将缓燃型气体发生器技术与细水雾技术，运用于新型消防装备，能有效的、远距离对付大面积的火灾，从理论技术到工程实践都是可行的。因此，对于扑灭森林地表火，采用细水雾灭火技术具有明显的技术优势与应用前景。

森林地表火灭火航弹设计采用传统的航空炸弹形式，利用直升机或飞机在火场上空投放，可人工投放，亦可机械投放，投放密度可依据火情而变，投放点高度不受限制，以安全飞行高度为宜。设计采用落地触发点火的模式，能够将灭火剂投放在地表火表面，形成高约5米，直径约12米的细水雾场。

设计采用药剂型气体发生器，合理设置压力阀域值(2MPa)，通过高压雾化喷头，将灭火剂雾化成直径小于100um的细水雾,解决了装填容积比小的难题，能够形成覆盖灭火航弹落点附近百余平方米的区域，实现对森林火灾抑制或高效扑灭。

专为森林地表火灭火航弹研发的缓燃烧型气体发生器及药剂配方，可根据装填容积的大小以及喷射时间、喷射距离的不同，通过调整配方组成成分和中心孔尺寸实现形成细水雾的功能。

全弹无火工爆炸品，结构采用全弹密封设计并装填安全无挥发性水系灭火剂，以及高过载惯性激活机构，高可靠性的机械压力阀，有效的保证了航弹的长贮性，安全性及使用可靠性。

根据地表火灭火航弹的工作特点，细水雾喷头采用专有压力挤出结构。设计采用导气管出气口上置至灭火剂上端面，使工作时上端面先形成压力，导液管进水口在弹头部，利用等压强原理，将灭火剂挤出。灭火航弹空投着地时速度达100～150m/s，总体设计时重心置于弹头头部，且有较大的稳定储备量，弹体几乎垂直着地，因此确保了惯性激活机构的可靠作用，同时前端采用的加厚玻璃钢结构保证弹药结构强度。

本发明的工作原理：从直升机投放，下落飞行过程保持头部朝下的稳定飞行姿态；灭火航弹空投着地瞬间，惯性大过载激活气体发生器激活机构，烟火药剂室内火药型气体药剂迅速燃烧，在烟火药剂室内形成高压气体；当烟火药剂室内压力值达到一定值时(如2MPa)时剪切密封金属薄片，高压气体进入弹体内密封(水系)灭火剂容积，当密封气液混合物的压力达到工作压力值(如3Mpa)时，灭火剂经内部导液管进入高压细水雾喷头，然后通过数个细水雾喷嘴将灭火剂雾化成直径不大于100um的细水雾喷撒出去；在气体发生器持续工作时间(长约20s)内，高压细水雾喷头不断地将弹内灭火剂雾化、喷撒出去，最终形成以喷嘴为中心，半径为8-12m的,角度为120度的锥形体，雾化后的细水雾将在空间悬浮、吸附、混合，实现对地表火的有效扑灭。

地表火灭火航弹使用方式：从直升机投放，下落飞行过程保持头部朝下的稳定飞行姿态；航弹头部着地并侵入地表数十厘米，着地惯性力激活弹上气体发生器惯性机构，从而激活发生器，在密封水系灭火剂容积内产生高压，将压力值达到设计值(如3MPa)时，弹内灭火剂在吸水管的作用下进入细水雾喷头，经多个喷嘴喷撒出去，形成细水雾，实现对着地点附近数10平方米范围内地表火的有效扑灭。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

(1)本发明灭火航弹采用直升机或飞机投放方式，可大量携带，在火场上空直接投下即可实现良好的灭火效果，响应快速、灭火直接。

(2)本发明地表火灭火航弹采用火药气体发生器替代传统细水雾高压气瓶，结合全新的细水雾发生结构，解决了弹载狭小空间细水雾产生、施放等系列难题。

(3)采用细水灭火机理，灭火效果好。火的产生必须具备3个要素：燃烧物、热能、氧气。传统的灭火方式要么靠冷却(如喷水灭火)，要么靠隔绝氧气(如二氧化碳气体灭火)，本发明采用的水系灭火剂形成的细水雾灭火不仅同时具有冷却和绝氧的作用，而且采用的水系灭火剂还有防止二次复燃的功效。因此，该发明灭火航弹能够很好的抑制火势，切断火焰。

(4)灭火效能高。采用相同灭火剂，细水雾灭火用量是喷淋用量的几十分之一，灭火效能极高，有限的携带量灭火范围更广。

(5)冷却灭火环境，屏蔽热辐射。高压细水雾灭火系统可在灭火过程中形成细小水雾，对热辐射有很好的吸收和屏蔽效果，快速降低火场温度，使消防人员有可能接近燃烧区。

(6)能吸收烟雾和毒气。多数物质在燃烧时都会产生大量的浓烟和毒气，对人体和环境的危害极大。当采用水雾灭火时，大量的浓烟或毒气可与很细的水雾混合并被吸附，起到净化空气的作用。

(7)采用气体发生器并结合安全减压机构及落地自毁，相比传统灭火弹药，没有爆炸分散结构，更加安全可靠。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明用于森林地表火灭火航弹外形图；

图2为本发明用于森林地表火灭火航弹剖面图；

图3为本发明用于森林地表火灭火航弹结构示意图；

图4为本发明用于森林地表火灭火航弹高压吸水管示意图；

图5为本发明用于森林地表火灭火航弹高压细水雾喷头示意图；

图6为灭火弹惯性机构示意图；

图7为灭火弹气体发生器工作原理图；

图8为本发明高压细水雾喷头雾化实验图；

图9为本发明高压细水雾喷头雾化灭火实验图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例涉及一种用于森林地表火高效细水雾灭火航弹，如图1、2、3，包括弹体2和弹尾6，所述弹体2与弹尾6螺纹连接，所述弹体2包括气体发生器1和水系灭火容纳部4，且均设置在所述弹体2的内部，所述气体发生器1与弹体2的头部端螺纹连接；所述弹尾6设置有细水雾喷头组件5，其包括导液管3和设置有压力阀11的喷头12，所述导液管3的一端与所述喷头连接，所述导液管3的开口端设置在所述弹体头部端。

进一步地，所述气体发生器1包括惯性机构7，所述惯性机构7的结构放大图见如图6所示，烟火药剂室8和导气管10，所述惯性机构7内置于所述气体发生器1的内部螺纹连接，所述惯性机构7的输出端对应烟火药剂室8的底端面，所述烟火药剂室8的上端面对应压力膜组件9，所述导气管10的一端与所述气体发生器1的壳体螺纹连接，其开口端设置在靠近弹体尾部端，其中气体发生器1的工作原理图见图7所示：具体原理为：本发明灭火航弹在火场上空投放后，在重力作用下航弹快速下落至地面，在与地面接触时，惯性机构7中撞针在惯性力作用下刺破发火帽点燃烟火药剂室8内烟火药，产生大量气体，当形成的气体超过一定压力后冲破压力膜组件9进入导气管10，压力超过压力阀11压力时，阀门打开气体进入水系灭火剂容纳部4，在气体压力作用下，水系灭火剂容纳部4内部灭火剂通过导液管3进入细水雾喷头组件5，通过喷头12将细水雾施放，形成灭火高效的细水雾。

进一步地，所述压力膜组件9由压力薄膜铜片和过滤网组成，压力膜组件9内置于气体发生器1壳体上端。

进一步地，所述压力阀11内置于细水雾喷头组件5内腔且螺纹连接，所述导液管3与压力阀11螺纹连接。

进一步地，所述惯性机构7内置惯性击针及发火体，所述烟火药剂室8内设排气孔。

进一步地，所述弹体2和弹尾6的材料均为玻璃钢模压。

进一步地，所述导液管3导气管10、气体发生器1壳体和喷头均为不锈钢材料。

进一步地，所述水系灭火容纳部4装有水系灭火剂。

进一步地，所述喷头采用2～3MPa的XWT型中高压细水雾喷头12，压力阀11选用2MPa常开式机械压力阀，所述水系灭火剂为含无机盐阻燃抗复燃的灭火剂。

本实施例中烟火药剂室8中的烟火药是一种缓燃烧型大气量的药型，可根据配方的结构调整产生速率，当细水雾喷射时间为45s时的最佳配方组成为：LLM-10530％、硝酸铵39％、相对稳定剂10％，氧化铜17％，可溶性氟橡胶粘贴剂4％，最佳中心孔径为当中心孔距增大时，其喷射时间缩短，反之依然。

本实施例采用的水系灭火剂形成的细水雾灭火不仅同时具有冷却和绝氧的作用，而且采用的水系灭火剂还有防止二次复燃的功效。因此，是一种很好的抑制火势，切断火焰手段。

目前，世界各国己研制出大量森林消防装备。这些设备种类繁多，功能各异，在森林消防中发挥了积极的作用。但由于地表火的特殊性，尚无对其进行远程迅速压制性扑救的消防装备，因此地表火往往成为树冠火形成的主要因素。该类地表火灭火航弹尚未在国内外相关文献和报道出现，属于整体性发明创新，具有广阔的发展与应用空间。

将缓燃型气体发生器技术与细水雾技术，运用于新型消防装备，能有效的、远距离对付大面积的火灾，从理论技术到工程实践都是可行的。因此，对于扑灭森林地表火，采用细水雾灭火技术具有明显的技术优势与应用前景。

森林地表火灭火航弹设计采用传统的航空炸弹形式，利用直升机或飞机在火场上空投放，可人工投放，亦可机械投放，投放密度可依据火情而变，投放点高度不受限制，以安全飞行高度为宜。设计采用落地触发点火的模式，能够将灭火剂投放在地表火表面，形成高约5米，直径约12米的细水雾场。

设计采用药剂型气体发生器，合理设置压力阀域值(2MPa)，通过高压雾化喷头，将灭火剂雾化成直径小于100um的细水雾,解决了装填容积比小的难题，能够形成覆盖灭火航弹落点附近百余平方米的区域，实现对森林火灾抑制或高效扑灭。

专为森林地表火灭火航弹研发的缓燃烧型气体发生器及药剂配方，可根据装填容积的大小以及喷射时间、喷射距离的不同，通过调整配方组成成分和中心孔尺寸实现形成细水雾的功能。

全弹无火工爆炸品，结构采用全弹密封设计并装填安全无挥发性水系灭火剂，以及高过载惯性激活机构，高可靠性的机械压力阀，有效的保证了航弹的长贮性，安全性及使用可靠性。

根据地表火灭火航弹的工作特点，细水雾喷头采用专有压力挤出结构。设计采用导气管出气口上置至灭火剂上端面，使工作时上端面先形成压力，导液管进水口在弹头部，利用等压强原理，将灭火剂挤出。灭火航弹空投着地时速度达100～150m/s，总体设计时重心置于弹头头部，且有较大的稳定储备量，弹体几乎垂直着地，因此确保了惯性激活机构的可靠作用，同时前端采用的加厚玻璃钢结构保证弹药结构强度。

本实施例的工作原理：从直升机投放，下落飞行过程保持头部朝下的稳定飞行姿态；灭火航弹空投着地瞬间，惯性大过载激活气体发生器激活机构，烟火药剂室内火药型气体药剂迅速燃烧，在烟火药剂室内形成高压气体；当烟火药剂室内压力值达到一定值时(如2MPa)时剪切密封金属薄片，高压气体进入弹体内密封(水系)灭火剂容积，当密封气液混合物的压力达到工作压力值(如3Mpa)时，灭火剂经内部导液管进入高压细水雾喷头，然后通过数个细水雾喷嘴将灭火剂雾化成直径不大于100um的细水雾喷撒出去；在气体发生器持续工作时间(长约20s)内，高压细水雾喷头不断地将弹内灭火剂雾化、喷撒出去，最终形成以喷嘴为中心，半径为8-12m的,角度为120度的锥形体，雾化后的细水雾将在空间悬浮、吸附、混合，实现对地表火的有效扑灭。

地表火灭火航弹使用方式：从直升机投放，下落飞行过程保持头部朝下的稳定飞行姿态；航弹头部着地并侵入地表数十厘米，着地惯性大过载激活弹上气体发生器惯性机构，从而激活发生器，在密封水系灭火剂容积内产生高压，将压力值达到设计值(如3MPa)时，弹内灭火剂在吸水管的作用下进入细水雾喷头，经多个喷嘴喷撒出去，形成雾水雾，实现对着地点附近数10平方米范围内地表火的有效扑灭。

综上所述：本实施例采用直升机或飞机投放方式，可以大量携带灭火航弹，投放高度不受限制，精准落在目标火域。灭火机理先进，灭火效果好。火的产生必须具备3个要素：燃烧物、热能、氧气。传统的灭火方式要么靠冷却(如喷水灭火)，要么靠隔绝氧气(如二氧化碳气体灭火)，本实施例采用的水系灭火剂形成的细水雾灭火不仅同时具有冷却和绝氧的作用，而且采用的水系灭火剂还有防止二次复燃的功效。因此，是一种很好的抑制火势，切断火焰手段。安全、环保、廉价、无危害。多数化学灭火剂对人体健康和人身安全以及环境都有不同程度的危害。水系灭火剂形成的细水雾不仅对人体健康无害，而且对周围环境、大气、动植物无任何污染，同时也避免了哈龙等气体在灭火时，因与燃烧物发生链式反应而产生对人和环境有害的气体，有利于火灾现场人员的逃离和环境保护。同时，由于细水雾灭火用水量极少，是水喷淋灭火的几十分之一，克服了在森林消防中供水困难的缺点，尤其可用在水源缺乏地区及部分禁止用水的场所。细水雾灭火技术可谓是绿色环保灭火技术。冷却灭火环境，屏蔽热辐射。高压细水雾灭火系统可在灭火过程中形成细小水雾，对热辐射有很好的屏蔽效果，可避免热空气对消防人员的灼伤，并使消防人员有可能接近燃烧区。能吸收烟雾和毒气。多数物质在燃烧时都会产生大量的浓烟和毒气，对人体和环境的危害极大。当采用水雾灭火时，大量的浓烟或毒气可与很细的水雾混合并被吸附，起到净化空气的作用。能有效扑灭遮挡火势。高压水雾灭火时，大量的水雾在局部以淹没的形式包围并冷却着火区域，能有效的扑灭处于隐蔽和被遮挡的燃烧物，减小重新复燃的危险。

灭火航弹着地后头部侵入地表，弹体与水平面夹角大于65°。由于水系灭火剂的密度较气体大，因此为了便于气体发生器工作时更好地将弹内灭火剂高压雾化喷撒出去，本发明采用图4所示导水管。

本实施例产品采用图5所示的高压细水雾喷头，它由喷头体、喷嘴、喷嘴芯及滤网等零件组成，一定压力(2-3Mpa)的水系灭火剂通过喷头滤网进入喷头后，将灭火剂从喷嘴孔中高速喷出，与周围的空气产生强烈的摩擦，水流被撕裂，从而形成细水雾沿一定角度喷射。高压细水雾喷头雾化、灭火效果见图8、9所示。

本实施例灭火航弹内装填剂量为25L。灭火剂可以采用自己研发的水系灭火剂，也可兼容市场现有水系灭火剂产品，均可有效形成灭火效能细水雾，相比传统喷淋施放方式，同类灭火剂灭火效能大幅增加。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种用于森林地表火高效细水雾灭火航弹，包括弹体(2)和弹尾(6)，所述弹体(2)与弹尾(6)螺纹连接，所述弹体(2)包括气体发生器(1)和水系灭火容纳部(4)，且均设置在所述弹体(2)的内部，所述气体发生器(1)与弹体(2)的头部端螺纹连接；所述弹尾(6)设置有细水雾喷头组件(5)，其包括导液管(3)和设置有压力阀(11)的喷头(12)，所述导液管(3)的一端与所述喷头连接，所述导液管(3)的开口端设置在所述弹体头部端，其特征在于，所述气体发生器(1)包括惯性机构(7)，烟火药剂室(8)和导气管(10)，所述惯性机构(7)内置于所述气体发生器(1)的内部螺纹连接，所述惯性机构(7)的输出端对应烟火药剂室(8)的底端面，所述烟火药剂室(8)的上端面对应压力膜组件(9)，所述导气管(10)的一端与所述气体发生器(1)的壳体螺纹连接，其开口端设置在靠近弹体尾部端。

2.如权利要求1所述的用于森林地表火高效细水雾灭火航弹，其特征在于，所述压力膜组件(9)由压力薄膜铜片和过滤网组成，压力膜组件(9)内置于气体发生器(1)壳体上端。

3.如权利要求1所述的用于森林地表火高效细水雾灭火航弹，其特征在于，所述压力阀(11)内置于细水雾喷头组件(5)内腔且螺纹连接，所述导液管(3)与压力阀(11)螺纹连接。

4.如权利要求1所述的用于森林地表火高效细水雾灭火航弹，其特征在，所述惯性机构(7)内置惯性击针及发火体，所述烟火药剂室(8)内设排气孔。

5.如权利要求1所述的用于森林地表火高效细水雾灭火航弹，其特征在，所述弹体(2)和弹尾(6)的材料均为玻璃钢模压。

6.如权利要求2所述的用于森林地表火高效细水雾灭火航弹，其特征在，所述导液管(3)、导气管(10)、气体发生器(1)壳体和喷头均为不锈钢材料。

7.如权利要求1所述的用于森林地表火高效细水雾灭火航弹，其特征在于，所述水系灭火容纳部(4)装有水系灭火剂。

8.如权利要求7所述的用于森林地表火高效细水雾灭火航弹，其特征在于，所述喷头采用2～3MPa的XWT型中高压细水雾喷头(12)，压力阀(11)选用2MPa常开式机械压力阀，所述水系灭火剂为含无机盐阻燃抗复燃的灭火剂。