中北大學二氧化碳滅火器設計計劃書

1、2011級安全工程專業(yè)課程設計目錄引言11.設計目的22.二氧化碳滅火器簡介32.1二氧化碳滅火器的類型32.2二氧化碳滅火劑的滅火原理3 2.3滅火對象32.4使用方法33.設計的基本要求53.1組成及各部分的機械性能要求53.2選材的基本要求63.3強度要求63.4密封性能要求73.5熱加工收口收底的要求73.6螺紋的技術(shù)要求73.7制造工藝要求73.8外觀質(zhì)量84.設計內(nèi)容94.1設計效果圖94.2滅火劑選擇及要求94.3筒體設計104.4安全膜片164.6底部結(jié)構(gòu)設計175.設計總結(jié)186.參考文獻19附圖1引言 火災給人們帶來的經(jīng)濟損失時巨大的，我國近10年里，共發(fā)生火災數(shù)十萬起，死

2、傷數(shù)萬人，直接經(jīng)濟損失在近百億美元，為了預防火災，減少火災造成的損失做了大量的工作，研究出了各種滅火器材和藥劑，以貫徹“以防為主，防消結(jié)合”的方針，把火災損失減小到最低。滅火器，作為一種特殊的群眾性的滅火武器，已遍布城鄉(xiāng)各部門、各行業(yè)的辦公樓、企業(yè)車間、倉庫、火車、汽車、輪船、飛機場等交通工具上，應用及其廣泛。據(jù)統(tǒng)計，大約有百分之七十至七十五的火險因得到滅火器的及時撲救而未能成災。滅火器的種類很多，按其移動方式可分為：手提式和推車式；按驅(qū)動滅火劑的動力來源可分為：儲氣瓶式、儲壓式、化學反應式；按所充裝的滅火劑則又可分為：泡沫、干粉、鹵代烷、二氧化碳、酸堿、清水等。二氧化碳滅火器是其中重要的一種

3、，由于其價格低廉，使用方便，不會造成新的污染，得到了廣泛的應用，在未來的一段時間來仍將保持一定的競爭力。作為安全專業(yè)的學生，有必要了解滅火、防火的相關知識。本文將主要闡述5kg二氧化碳滅火器的設計基本過程。11.設計目的 本文將在對二氧化碳滅火器的結(jié)構(gòu)、基本性能、滅火原理、使用方法、維修保養(yǎng)、基本設計要求等作充分了解的前提下，結(jié)合所學的相關滅火、防火、機械設計、材料力學等理論知識的基礎上，嚴格依照相關標準，嘗試自行設計一個5kg二氧化碳滅火器。本次所設計的二氧化碳滅火器為手提式，且其瓶口處的開關采用手輪式。本次設計的主要內(nèi)容包括二氧化碳滅火器外形尺寸、筒體、封頭、安全膜片、瓶體底部等的機械指標

4、與尺寸的設計，通過本次設計，更進一步了解二氧化碳滅火器的結(jié)構(gòu)、性能及各部分的作用，進一步學習防火、滅火的基本理論知識，掌握二氧化碳滅火器的工作原理、規(guī)格、用途、效能以及使用方法。2.二氧化碳滅火器簡介【6】二氧化碳滅火器，是一種是用較早的滅火器。由于它的成本低，滅火劑來源廣泛，至今世界各國仍在廣泛使用。在我國，二氧化碳滅火器也十分暢銷，除國內(nèi)使用外，每年還有相當數(shù)量的二氧化碳滅火器出口。從年產(chǎn)量來看，它比1211滅火器還多，據(jù)預計，在未來一段時間內(nèi)，它也不會被淘汰。還具有一定的生命力。這是因為二氧化碳滅火器和BC干粉、1211滅火器一樣，同屬BC滅火器。而干粉滅火有污染，1211滅火劑又太貴，

5、可二氧化碳是酒精廠、化肥廠的副產(chǎn)物，有的地方還有二氧化碳氣井，不需要專門制造，只要過濾脫水就可以使用。這是它的主要優(yōu)點，也是它今后得以繼續(xù)發(fā)展的主要原因。但由于它是高壓容器，滅火性能較低，從而又限制了它的發(fā)展。2.1二氧化碳滅火器的類型【6】手提式二氧化碳滅火器的規(guī)格按二氧化碳充裝量來分，有四個規(guī)格，即MT2、MT3、MT5和MT7。二氧化碳滅火器是將二氧化碳壓縮成液體狀態(tài)，貯存于耐高壓的鋼瓶中，使用時，打開閥門，從噴筒射出二氧化碳氣體和雪片狀的固體，使燃燒物溫度降低，并隔絕空氣或降低空氣中的含氧量，而使燃燒停止。2.2二氧化碳滅火劑的滅火原理【1】二氧化碳滅火器是將二氧化碳壓縮成液體，貯存于

6、滅火器的高壓鋼瓶內(nèi)。使用時，由于壓力降低，二氧化碳液體會迅速氣化，吸收了大量的熱，在噴筒內(nèi)溫度迅速降低，使二氧化碳冷凝成雪片狀的固體（俗稱干冰）。當雪花覆蓋在燃燒物上時，立即氣化，冷卻燃燒物質(zhì)和沖淡燃燒區(qū)的空氣中氧含量。當二氧化碳蒸汽在空氣中含量達到百分之三十左右時，火焰便會熄滅。所以二氧化碳的主要滅火作用是稀釋和隔絕空氣。2.3滅火適用對象【1】二氧化碳滅火器適用于易燃、可燃液體、可燃氣體和低壓電器設備、儀器儀表、圖書檔案館、實驗室、配電室、發(fā)電機房等場所。撲救棉麻、紡織品火災時，徐淑儀防止復燃。不可用于輕金屬火災的撲救。2.4使用方法【7】手輪式的二氧化碳滅火器，使用時，先將鉛封去掉，翹起

7、噴筒，一手提把，另一只手將手輪順時針方向旋轉(zhuǎn)開啟，二氧化碳氣體即行噴出。使用二氧化碳滅火器時要注意風向，避免逆風使用，以免影響滅火效果。對高壓電氣設備滅火時，要注意空氣中的濕度，以免引起導電，造成觸電事故。超過600v時，要先將電源切斷，再行滅火。2.5維修、保養(yǎng)及注意事項【3】1、滅火器應放置在干燥無腐蝕性氣體的場所，且不得火烤、爆曬和碰撞。2、每半年定期檢查滅火器重量，低于額定充裝量的5%時，應送有資質(zhì)的維修部門檢修后再重新充氣。3、滅火器一經(jīng)開啟，即使噴出不多，出必需按規(guī)定要求進行再充裝，再充裝應由專業(yè)維修部門按照制造廠的要求和方法進行，不得隨便更改滅火劑的品種和重量。4、滅火器期滿五年

8、，以后每隔二年，其主要部件，如器頭、筒體等應按標準進行水壓試驗，水壓試驗壓力為25MPa，在水壓試驗的同時應測定殘余變形率，其值不得大于6%。試驗后應在滅火器筒體肩部打上試驗年月和試驗單位代號。5、經(jīng)維修部門修復的滅火器，應有消防監(jiān)督部門認可的標記，并注明維修單位名稱和維修日期。6、滅火器貯存溫度：-10+45。 7、二氧化碳滅火器的檢修方法和更換配件應符合制造廠的規(guī)定。經(jīng)檢修后的滅火器性能仍應符合國家標準的規(guī)定。3.設計的基本要求3.1組成及各部分的機械性能要求【6】二氧化碳滅火器的構(gòu)造，主要由筒體、閥體、噴筒、虹吸管、安全膜片和二氧化碳滅火劑等部件組成。由于二氧化碳滅火器是承受高壓的，所以

9、，對它的構(gòu)造結(jié)構(gòu)要求比較高，以保證安全使用。 筒體：是用合金鋼或優(yōu)質(zhì)碳素鋼加熱收口收底而成。筒體的材料的化學成分：合金鋼含碳量不超過0.49%，含磷量不超過0.04%，含硫量不超過0.45%，含銅量不超過0.2%。筒體的機械性能要求：合金鋼的延伸率不低于10%，沖擊韌性不低6。根據(jù)試驗，二氧化碳氣體在60時，內(nèi)部平衡壓力為170水壓試驗壓力為設計壓力的1.5倍，水壓試驗應力應達到255；筒體不得有滲漏和宏觀變形等影響強度的缺陷。其殘余變形率，新制造的筒體不得大于3%；使用后的筒體不得大于6%。筒體的爆破壓力，必須達到設計壓力的3倍以上，才符合安全技術(shù)要求。噴筒：是由膠管和橡膠喇叭組成。應選用耐

10、低溫的橡膠材料制造。在-50時不得發(fā)脆和破裂。膠管應用耐壓、絕緣的銅絲編織制造。噴筒應具有足夠的強度。在筒口端應能承受25公斤重物的擠壓，不得開裂和永久變形。安全膜片：是二氧化碳滅火器滅火器的超壓安全保護裝置。應選用黃銅等耐碳酸氣和潮濕空氣腐蝕的材料制造的安全膜片。安全膜片必須要做爆破壓力試驗。每批入場的安全膜片，至少要抽樣3個進行爆破，其動作壓力范圍為175-220。安全膜片的主要作用是防止筒體內(nèi)的壓力超過工作壓力時，膜片就自行破裂，釋放出二氧化碳氣體，從而防止筒內(nèi)因超壓而發(fā)生爆炸事故。同時，由于安全膜片是安裝在閥體上，所以膜片又起密封作用。虹吸管：一般用金屬小管鋸成，裝在閥上，當閥體與筒體

11、連接時，插入筒體內(nèi)，主要起導流作用，當打開閥體時，二氧化碳氣體，從筒體內(nèi)沿虹吸管到噴筒射出。噴射軟管：噴射軟管及接頭應有足夠的強度，在噴射軟管前裝有可間歇噴射裝置的，其噴射軟管及接頭的爆破強度不應小于：在20士5時試驗為最大工作壓力（）的3倍；在20士5時試驗為最大工作壓力（）的2倍；對于二氧化碳滅火器的噴射軟管及接頭的爆破壓力應不小于：在20士5時試驗為最大工作壓力（）的2倍；在55士2時試驗為最大工作壓力（）的1.5倍。3.2選材的基本要求【6】滅火器制造所選用的材料，總的要求在加工制造前，要事先經(jīng)過檢查，是否符合設計的要求，有無材料出廠質(zhì)量合格證書。如果材質(zhì)證書不齊全的，應按照規(guī)定的項目

12、進行復查檢驗，合格后才可使用。滅火器選材的基本原則是：1、 材料品種應符合我國資源和供應情況；2、 材質(zhì)可靠，保證使用壽命；3、 具有足夠的強度，一定的韌性和塑性；4、 便于制造加工；5、 經(jīng)濟合理。二氧化碳駐氣瓶或滅火器，除了滿足選材的基本要求外，還需具備以下的條件：1、 材料的強度大；2、 延伸率高3、 淬火性能好；4、 產(chǎn)生脆裂傾向要??；5、 回火脆性??；6、常溫和低溫下，沖擊韌性質(zhì)高；閥門：二氧化碳滅火器和駐氣瓶的主要閥門等主要部件，應選用銅合金、不銹鋼、鋁合金等腐蝕材料，其化學成分和機械性能應符合國家有關標準規(guī)定。安全膜片：超壓安全保護裝置中的安全膜片，應選用耐碳酸氣和潮濕空氣腐蝕的

13、材料。選用的橡膠、塑料件應耐低溫的材料，在-60時，不得發(fā)脆和破裂。噴嘴軟管：噴嘴軟管應采用耐壓、絕緣的鋼絲編織膠管。3.3強度要求【3】1、滅火器筒體應有足夠的機械強度。2、滅火器筒體、受內(nèi)壓的器頭及筒體與器頭的連接件等，應進行水壓試驗。每個滅火器筒體都應進行水壓試驗，水壓試驗壓力為：=1.5，且應不小于2.0MPa。試驗中不應有泄漏、破裂和可見的變形。3、滅火器筒體、受內(nèi)壓的器頭及筒體與器頭的連接零件應進行爆破試驗。對于貯壓式干粉滅火器或貯壓式水基型滅火器的最小爆破壓力為，且應不小于5.5MPa；對于潔凈氣體滅火器或貯氣瓶式滅火器的最小爆破壓力為：，且不應小于5.5MPa。爆破時，筒體不應

14、產(chǎn)生碎片或有部件彈出，爆破應呈塑性破壞，即爆破時其容積的膨脹量不應小于原容積的1000;爆破也不應是由筒體材料中的任何缺陷造成。3.4密封性能要求【3】二氧化碳滅火器是高壓容器，必須要有很好的密封性能。在使用的過程中，閥門和接頭 處不得泄漏。二氧化碳應流暢的噴射，不應堵塞和凍結(jié)。滅火器的年泄漏量不得大于二氧化碳額定充裝量的5%或50g。每具滅火器應進行氣密性試驗。試驗時不得有泄漏氣泡，并前后兩次稱量的重量相同。充有非液化氣體的貯壓式滅火器和貯氣瓶，應用測壓法檢驗泄漏量。滅火器每年的壓力降低值不應大于工作壓力的10%.可間歇噴射的滅火器在部分噴射后的泄漏量應進行檢驗。滅火器噴射后5 min,測量

15、其內(nèi)部的壓力值（或滅火劑質(zhì)量）不應小于前次測量值的75%.3.5熱加工收口收底的要求【2】二氧化碳滅火器和氣瓶的筒體，無縫鋼管在加熱收口的制造過程中，不允許有漏底、歪頸、歪底、尖頭、胖頭，內(nèi)外表面不得有裂縫、結(jié)巴、深溝的缺陷，兩端封頭要圓滑過渡，不允許突然轉(zhuǎn)角和夾雜物等影響強度和外觀的缺陷。3.6螺紋的技術(shù)要求【3】二氧化碳滅火器滅火器的閥體與筒體的連接螺紋，應用特種追星密封螺紋，其在基面上的外徑為，每2.54厘米14牙，錐度為3:25，牙形角55度，牙形角平分線應垂直于錐螺紋母線。螺距應該在平行于錐螺紋母線的方向測量。螺紋表面應潔凈，不得有凹痕、裂紋、切口及斷紋等缺陷。3.7制造工藝要求【5

16、】1、 滅火器筒體應采用無縫結(jié)構(gòu)制造，內(nèi)外表面不得有裂縫、結(jié)疤及夾雜物等影響強度和外觀的缺陷。2、 滅火器筒體成形后應進行熱處理。熱處理后筒體的金相組織應進行下列檢查：a. 金屬顯微組織檢查；b. 非金屬夾雜物檢查；c. 晶粒度測定；d. 脫碳層深度測定；e. 帶狀組織和魏氏體組織評定3.8外觀質(zhì)量【3】1、滅火器的漆膜厚度應均勻，無龜裂，無明顯的氣泡、劃痕、流痕、皺紋等缺陷。2、電鍍件表面應均勻、光潔，無明顯劃痕、碰傷等缺陷。3、貼花應端正、平服，不缺邊少字，無皺褶，且經(jīng)外部腐蝕試驗后應不脫落。4、 筒體肩部應打鋼印。鋼印應清晰、排列整齊。鋼印的字體高度為47 毫米，深度為0.20.4 毫米

17、。圖3.1 筒體肩部鋼印示意圖4.設計內(nèi)容4.1設計效果圖圖4.1 二氧化碳滅火器的組成4.2滅火劑選擇及要求滅火劑的選擇：二氧化碳4.2.1二氧化碳滅火劑的物化性二氧化碳滅火劑是一種沒有顏色、略帶酸味的氣體。它對空氣的比重為1.5，能溶于水，在通常狀況下，一體積的水能溶解一體積的二氧化碳。在常溫60個大氣壓下，二氧化碳就會變成無色液體。它的沸點為-78.5.如果不加壓，僅用冷卻方法，是不可能使二氧化碳變成液體的。二氧化碳的臨界溫度為31.3，臨界壓力為7.38MPa，臨界體積為0.0025，臨界密度399.5。20時，蒸汽密度為1.83，蒸汽壓為5.73MPa，液體密度為770。二氧化碳不燃

18、燒，也不助燃，故可以做滅火劑使用。二氧化碳具有很低的導電性，能撲救6kv以下的電氣火災。二氧化碳是惰性氣體，它的分子很穩(wěn)定，所以在一般情況下，他不會放出氧氣來支持別的物質(zhì)燃燒。只有化學性質(zhì)很活潑的輕金屬才能奪取二氧化碳中的氧，使它析出游離的碳。二氧化碳對人有毒害，主要是窒息作用。4.2.2適用的溫度范圍【7】二氧化碳滅火劑的使用溫度范圍，按國標規(guī)定為-10-+55。在這個溫度范圍內(nèi)，可保證有效的噴射時間偏差不大于時有效噴射時間的，噴射滯后時間不大于5s。若低溫在20以下，就達不到這個要求。4.2.3二氧化碳滅火劑的灌裝【6】二氧化碳滅火器或駐氣瓶，在灌裝之前必須進行水壓試驗，試驗的壓力應為設計

19、壓力的1.5倍，鋼瓶不應產(chǎn)生裂紋滲漏，殘余變形不大于5%。試壓后瓶內(nèi)余水要進行烘干，以免因水分而產(chǎn)生對瓶內(nèi)的腐蝕。充裝時必須按照標準規(guī)定的充裝系數(shù)0.67公斤每升進行充裝，決不允許過量充裝，充裝好后將二氧化碳滅火器或駐氣瓶全部浸入55溫水槽中，進行氣密性試驗，瓶頂距水面10厘米，保持1小時，不漏氣為合格。4.2.4滅火劑噴射性能手提式二氧化碳滅火器在時，其噴射性能應符合以下要求：表1 滅火劑的噴射性能指標項目技術(shù)參數(shù)規(guī)格MT2MT3MT5MT7滅火劑重量（kg）2357有效噴射時間（s）滅火面積（）噴射滯后時間（s）噴射剩余率（%）10101010充裝系數(shù)（kg/L）有效噴射距離（m）4.3筒

20、體設計4.3.1選材滅火器的筒體應采用合金鋼為基本原料的無縫鋼管制造，其化學成分和機械性能不得低于下表的規(guī)定。表2 滅火器筒體化學成分和機械性能要求【3】材料化學成分%機械性能碳磷硫銅伸長率沖擊韌性不大于不低于合金鋼0.490.040.0450.20106碳素鋼0.550.040.0450.20144 筒體的滅火器的主要材料，應采用鎮(zhèn)靜鋼制造。決不允許采用沸騰鋼，因沸騰鋼，其鋼錠內(nèi)分布有許多小氣泡，鋼中含氣體較多，雖然這些小氣泡在加熱加工時可以焊合，但是失效傾向較差，失效后沖擊值低。同時，鋼中的雜質(zhì)較多，偏析較重，抗腐蝕性差。鎮(zhèn)靜鋼的鋼錠中氣體少，失效傾向低，有利于鋼板的冷加工變形。鋼的強度和

21、韌性好，低溫性能和焊接性能好，抗腐蝕性強。因此，焊接筒體的滅火器，應選用鎮(zhèn)靜鋼。其材料的化學成分和機械性能，應符合國家有關標準規(guī)定。4.3.2基本參數(shù)設計設計壓力（）：國標規(guī)定，二氧化碳滅火器超壓安全保護裝置的動作壓力范圍為17.5-22MPa，二氧化碳駐氣瓶為20-25MPa，本次設計中取=20MPa工作壓力（）：設計壓力為工作壓力的1.15-1.3倍，即=（1.15-1.3） （4.1）取系數(shù)為1.15，則=17.4MPa。水壓試驗壓力（）：國標規(guī)定，水壓試驗壓力為設計壓力即最大工作壓力的1.5倍，即有=1.5 （4.2）計算得=1.5=30MPa表3 鋼瓶的外徑及容重比要求【3】規(guī)格外徑

22、/mm外徑允許偏差/%容重比容積允許偏差/%2kg104-140+1.251:1.0-1.3+10-2.0003kg110-140+1.251:1.0-1.2+10-2.0005kg140-168+1.251:1.0-1.2+10-2.0007kg140-168+1.251:1.0-1.2+10-2.000由上表可知，鋼瓶的外徑范圍大致為：140-168mm.表4 鋼瓶的公稱容積和外徑【2】類別公稱容積L水容積允許偏差外徑Do（mm）允許偏差小容積0.4+20-060，70+1.25-2.000.7701.0891.42.089，1082.5+10-0108，120，1403.2120，140

23、4.05.06.37.0140，1528.09.010.0152，15912.0152，159，178，180表5 常用瓶裝氣體公稱工作壓力及充裝系數(shù)氣體類別氣體名稱化學式公稱工作壓力MPa充裝系數(shù)kgL高壓液化氣體二氧化碳CO220150.740.60氧化亞氮N2O1512.50.620.52乙烷C2H6(CH3CH3)201512.50.370.340.31乙烯C2H4(CH2=CH2)201512.50.340.280.24氙Xe12.51.23六氟化硫SF612.581.331.17氯化氫HCl12.50.57三氟氯化烷CF3Cl12.580.940.73三氟甲烷CHF312.50.7

24、6六氟乙烷C2F6(CF3CF3)12.581.060.83偏二氟乙烯C2H2F2(CH2=CF2)12.580.660.46氟乙烯C2H3F(CH2=CHF)12.580.540.47三氟溴甲烷CF3Br12.581.451.33外徑（）：由于本次設計的是5kg的二氧化碳滅火器，且最大充裝系數(shù)為0.67，故可計算得容積V = 7.4或V=8.33。又根據(jù)相關標準要求，二氧化碳駐氣瓶設計壓力為20-25MPa ，取=20MPa，結(jié)合上表得V=7.46，結(jié)合容積的允許偏差得,故滿足要求。由鋼瓶的公稱容積，初選為152mm，結(jié)合其允許偏差，得出：，故取150mm。安全系數(shù)（n）及許用應力（）：查資

25、料得，應按照和同時控制許用應力，哪個值小就取哪個。假若時，即得，則說明抗拉強度和屈服強度求得的許用應力正好一致。若材料的屈服比小于0.67時，則許用應力由來確定。本次設計中選用的是合金鋼為材料的無縫鋼管，查表【8】得到=785MPa，=980MPa，取=2.5，=1.67；則=470MPa，=392MPa，即有2012.5取=2mm，=0.3mm，則=0.15+2+0.3=2.3+0.15 筒體設計壁厚（）： （4.5）=3.83+C=6.13+0.15，得=7.2mm，C=2.3+0.15=3.38mm筒體的爆破壓力（）：對于無縫滅火器、駐氣瓶式的爆破壓力計算公式【6】為： （4.6）滅火器

26、的爆破壓力（）;常溫下材料的抗拉強度（取標準規(guī)定的最小值或熱處理后的保證值）；滅火器筒體的外徑；S滅火器筒體的最小厚度；焊縫減弱系數(shù)；代入數(shù)據(jù)得51.36MPa同時國標規(guī)定，對于由無縫鋼管制造而成的二氧化碳滅火器的筒體，其爆破壓力必須滿足3=60MPa （4.7）由以上兩式得，60，取=60MPa4.4安全膜片安全膜片爆破壓力【3】（）：國標規(guī)定，二氧化碳滅火器超壓安全保護裝置的動作壓力（）范圍為17.5-22MPa，二氧化碳駐氣瓶為20-25MPa。其余滅火器的超壓安全裝置的動作壓力，上限不應大于水壓試壓壓力的90%，下限應等于設計壓力。4.5封頭設計由于二氧化碳滅火器的筒體是經(jīng)無縫鋼管收口收底而成，故封頭壁