專利名稱：一種實現(xiàn)消防炮霧化角控制功能的機構的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于消防設備領域，具體涉及到消防炮的輸出水流的控制。 技術背景
市場上現(xiàn)有消防炮具有2種輸出水流的方式，它們分別是純柱狀水流與柱/ 霧轉換水流，純柱狀水輸出水流就是始終輸出柱狀水流，柱/霧轉換水流就是輸 出水流可以可以在柱狀、霧狀水流2種狀態(tài)間轉換。由于霧化水流最大射程基本 在15米左右，所以柱/霧轉換水流實際應用時，在射程15m以內，消防炮保持在 霧狀水，霧化角度大，使滅火面積更大，而在射程更大時，消防炮此時要保持在 柱狀水。就是說射程在15米以上時，消防炮輸出水流與純柱狀水完全相同。而 柱狀水流對物體的沖擊力很大，這就帶來了一個問題——自動消防炮輸出水流對 人和物體是不是安全，特別在人員密集的大空間場所應用時消防炮對人的安全問 題更加突出。通過試驗研究，不論自動消防炮還是手動消防炮，20升/秒流量的 消防炮在水壓8公斤時，輸出水流直接在作用在20-30米外的截面積0. 051112盤 面的峰值作用力都在二百公斤以上，人體是很難承受的。 實用新型內容
本實用新型的目的是提供一種實現(xiàn)消防炮霧化角控制功能的機構，解決消防 炮在使用過程中水流沖擊力過大，存在安全隱患的這一問題。 本實用新型的技術方案
一種實現(xiàn)消防炮霧化角控制功能的機構，包括機械部分、傳感器采集部分、 控制部分，所述機械部分包括有炮噴頭、炮管，炮管前端套裝有可運動的伸縮 管，炮管側壁上還安裝有柱霧電機，柱霧電機和伸縮管之間用柱霧推進器連接起 來，使電機帶動伸縮管在炮管上伸縮，所述的控制部分是由消防炮解碼器、柱霧 電機組成，其特征在于炮管側壁上安裝有柱霧位移傳感器，柱霧位移傳感器的 傳感器拉桿與伸縮管固定連接，柱霧位移傳感器裝在全密封設計的傳感器罩內； 位移傳感器輸出信號線連接到傳感器采集板；炮噴頭中裝有俯仰角度傳感器，俯 仰角度傳感器裝有齒輪與炮噴頭俯仰渦輪蝸桿上的齒輪相嚙合，俯仰角度傳感器的信號輸出線接到傳感器采集板；所述的傳感器采集部分是由俯仰角度傳感器、 柱霧位移傳感器、傳感器采集板組成，傳感器采集板負責收集傳感器信息并發(fā)送 到解碼器。
消防炮解碼器接收傳感器采集板發(fā)送的信息，控制柱霧電機轉動，柱霧電機 轉動可以帶動伸縮管從而改變輸出水流的霧化角度。 本實用新型的設計思路和工作原理
本實用新型是通過"不同的射程下噴射霧化角不同的開花水流"的設計思路 來設計機構的。
"不同的射程下噴射霧化角不同的開花水流"，就是若火源離消防炮距離越 近，射程越小，則水流霧化角越大，此時滅火面積更大，沖擊力更?。蝗艋鹪措x 消防炮距離越遠，則需要水流的霧化角更小，此時水流具有更大的動能與更小的 截面積，空氣阻力相應的變小，所以射程更遠，由于水從炮噴頭噴出到落地的時 間加長，受空氣的作用，雖然霧化角大幅減小，實際滅火面積的減少并不多。簡 潔的說，就是在保證射程的前提下，通過增大霧化角即增大輸出水流截面積(即 "開花水"的方式)，增加空氣阻力、減少水流的沖擊力、增大滅火面積。
本實用新型實際采用的方法是通過炮噴頭俯仰角度控制噴頭伸縮管位置，實 現(xiàn)"不同的射程下噴射霧化角不同的開花水流"。
如果消防炮安裝后其高度不變，那么在供水管道壓力一定的情況下，俯仰角 度與消防炮的射程之間有一一對應的關系。伸縮管是消防炮噴頭的水輸出管道部 分，它可以被柱霧電機帶動，可以控制輸出水流的霧化角度。由于消防炮俯仰角 度與射程之間，伸縮管位置與輸出水流霧化角之間有對應關系，可以通過炮噴頭 俯仰角度控制噴頭伸縮管位置，實現(xiàn)消防炮的霧化角控制功能。
要根據(jù)消防炮實際情況來確定炮噴頭的俯仰角度與伸縮管位置的值。就是尋 找俯仰角度與射距之間、伸縮管位置與霧化角的對應關系，為了在控制程序中實 現(xiàn)，需要一個相應的算法，采用查表實現(xiàn)是一個簡單有效的方法。首先通過實驗 得到表格——消防炮安裝在設定的高度、不同的俯仰角度下，尋找一個與俯仰角 度對應的伸縮管位置，此時輸出水流能兼顧射程與沖擊力的要求，記錄俯仰角度 與伸縮管位置，通過多次試驗即可得到炮噴頭的俯仰角度與伸縮管位置對應關系 的表格。在得到俯仰角度與伸縮管位置之間的關系表格后，然后通過試驗驗證采用該表格算法的消防炮在不同射程下沖擊力均對人沒有安全隱患。
為保證控制精度，設計中采用高精度的角度傳感器檢測俯仰角度，高精度的 位移傳感器檢測伸縮管的位置，配合16位的A/D采集芯片，輸出俯仰角度分辨 率為0.05度，輸出伸縮管的位置精度達到0.5mm，分辨率為0. 05mm。設計俯仰 角度與伸縮管位置的關系要保證沖擊力有很大的裕量，防止俯仰角度誤差(角度 傳感器安裝精度以及現(xiàn)場消防炮的安裝精度都不會很高)可能造成沖擊力超過人 體安全范圍。
在實現(xiàn)霧化角控制功能的時候，與原有輸出水流方式相比必然造成相同的俯 仰角度下，射程變小的問題，原先定位完成，經(jīng)過拋物線修正后落水點就在火源 上，現(xiàn)在落水點可能就要比火源要近。手動消防炮因為有人的參與定位沒有以上 問題，而自動修放炮需要修正俯仰位置，在拋物線修正后加入霧化修正表即可， 或者炮噴頭作小幅度的俯仰來解決這一問題。
消防炮還設計了專門保護傳感器的傳感器罩，既方便了柱霧位移傳感器的安 裝，也使柱霧位移傳感器在復雜的水、塵環(huán)境里長期使用，環(huán)境級別能達到IP67。 如傳感器罩鍍防腐蝕層，傳感器可以長期工作在具有腐蝕化學成分的環(huán)境中。
上面的技術方案已經(jīng)應用在PSDZ20W(流量為20升/秒)自動消防炮上，實驗 結果在水壓10公斤時輸出水流對0. 11112面積的沖擊力峰值不大于10公斤，完全 處于人的安全范圍以內。
本實用新型的優(yōu)點是
1. 減弱了消防炮輸出水流的沖擊力，直接沖擊人和物時的造成危害大大減 小，使消防炮可以應用在人員密集的場合。
2. 增大了滅火面積，可以防止火災的擴散，提高了水的利用率，更綠色環(huán)保。
3. 柱霧行程反饋(即位移傳感器部分)可以在復雜的水、塵、及具有腐蝕性 化學成分的環(huán)境里長期使用。
4. 本實用新型新增功能實現(xiàn)部分結構清晰簡單。實用新型實際應用在20升/ 秒的自動消防炮上，沒有對原有的消防炮與消防炮解碼器的結構做大的改動。
5. 本實用新型適用范圍廣。不論是自動消防炮還是手動消防炮，只要是通過 電機實現(xiàn)柱/霧水流轉換的消防炮均可通過增加俯仰角度傳感器，位移傳感器以 及更改相應的霧化角控制程序來實現(xiàn)霧化角控制功能。


圖l:消防炮機械結構的主視圖。
圖2:消防炮機械結構的俯視圖。
圖3:柱霧部分機械示意圖。
圖4:位移傳感器外形圖。
圖5:傳感器數(shù)據(jù)采集電氣原理框圖。
圖6:消防炮霧化角控制功能的控制模型圖。
圖7:霧化角控制子程序流程簡圖。
圖中標號
1.外殼2.管體3.法蘭盤4.定位器5.炮噴頭6.俯仰電機7.俯仰渦輪蝸桿8.水 平電機9.水平渦輪蝸桿IO.柱霧電機ll.柱霧推進器12.分流支管13.傳感器罩 14.電機及極限接口 15.傳感器采集板16.水平極限開關17.俯仰極限開關18.水 平角度傳感器19.俯仰角度傳感器20.水平齒輪及凸臺21.齒輪22.俯仰齒輪23. 俯仰凸臺24.管體25.伸縮管26.齒狀管口 27.霧發(fā)生塊28.底座a 29.底座b 30.O型圈31.傳感器罩后蓋32.傳感器罩前蓋33.傳感器拉桿34.傳感器定位螺 絲35.支架36.前蓋螺絲37.后蓋螺絲38.防水墊39.防水接口 40.O型圈41.傳 感器信號輸出線42.傳感器螺絲43.電機螺絲44.電位器具體實施方式
-參見圖1-7。
圖1:消防炮機械結構的主視圖。
消防炮的水管路是由法蘭盤、管體、分流支管、炮噴頭組成，法蘭盤接到水 管道上，水經(jīng)炮管體、分流支管到達炮噴頭，炮噴頭將水噴出。消防炮上設計有 俯仰、水平、柱霧電機。俯仰電機轉動時，通過俯仰渦輪蝸桿帶動炮噴頭作俯仰 運動；水平電機轉動時，通過水平渦輪蝸桿帶動跑噴頭作水平運動，柱霧電機轉 動時，通過佳霧推進器作用炮噴頭，改變輸出水流的霧化角。在噴頭上裝有位移 傳感器罩和定位器，傳感器罩內有位移傳感器，可以檢測伸縮管的位置，定位器 是自動尋火的裝置。炮體上裝有外殼，可以保護內部電氣器件。
圖2:消防炮機械結構的俯視圖
消防炮用法蘭盤連接到水管道上，水通過法蘭進入消防炮管體，然后通過左側分流支管、右側分流支管分流，再到噴頭處匯合噴出。噴頭出口有柱霧發(fā)生機 構。它是由噴頭管體，伸縮管，霧發(fā)生塊組成的。噴頭管體與霧發(fā)生塊之間有一 環(huán)形的斜向出水口，它使水沖到此處，受斜向口的引導，向外大于90度的方向 出水。如此時伸縮管處于縮狀態(tài)，水流將直接沖向伸縮管的齒狀管口，形成霧化 角大于90度的霧狀水流。如此時伸縮管處于伸狀態(tài)，原有出水角度大于90度的 水流將受到伸縮管的阻擋，沖向伸縮管的齒狀管口形成的霧化角度將變小，伸縮 管越往外伸，霧化角度越小，直到霧化角度為O度，形成柱狀水流。
消防炮裝有水平、俯仰、柱霧電機，水平、俯仰電機分別通過俯仰渦輪蝸桿 和水平渦輪蝸桿帶動炮噴頭水平、俯仰運動。柱霧電機帶動柱霧推進器做伸縮運 動，推進器前端固定在伸縮管上，使推進器可以帶動伸縮管做伸縮運動。這樣就 可以通過控制電機實現(xiàn)了水流輸出柱/霧的控制了。伸縮管與噴頭管體間有0型 圈，保證在管體上滑動時不漏水。
水平、俯仰方向裝有相應的極限開關以及凸臺，提供噴頭相應方向轉動的極 限位輸出信號，水平和俯仰還裝有相應的角度傳感器，傳感器上裝有齒輪，與水 平齒輪、俯仰齒輪嚙合，提供噴頭的位置信息。柱霧傳感器罩內有位移傳感器， 負責提供伸縮管的位移量。傳感器采集板負責采集水平、俯仰角度傳感器以及柱 霧位移傳感器輸出模擬量，轉化為數(shù)據(jù)發(fā)送給消防炮解碼器，同時作為定位器的 電源接口接受消防炮解碼器的電源供給。
柱霧電機固定在底座b上，傳感器罩固定在底座a，底座b連接到底座a，底 座b固定在炮噴頭管體上。消防炮上還有電機及極限接口，可以接收消防炮解碼 器的電機驅動信號到相應的電機，同時發(fā)送極限開關信號給消防炮解碼器。
本圖在噴頭位置省略了定位器。
圖3:柱霧部分機械示意圖
柱霧電機是噴頭柱霧運動的動力源，通過柱霧推進器來推/拉伸縮管實現(xiàn)輸出 水流霧化角的變化。在推進器上裝有一定位支架，在伸縮管伸縮同時被推/拉， 位移傳感器的拉桿用鎖定螺絲固定在定位支架上，這樣位移傳感器的拉桿的位移 就可以反映伸縮管的位移變化。
位移傳感器安裝在柱霧位移傳感器罩內，傳感器罩外殼均為金屬材質，可以 保護位移傳感器不受外力損壞。將外殼渡防腐蝕層，則可以保護位移傳感器使其在具有腐蝕化學成份的環(huán)境下也可以使用。傳感器罩外殼上有防水接頭可以使傳
感器輸出線接口防水。傳感器罩設計有后蓋與前蓋，它們通過螺絲固定在外殼上。 設計后蓋可以方便安裝輸出線纜，而前蓋上設計有0型圈可以使移動的拉桿與外 殼間防水，再加上前蓋、后蓋與外殼間均有防水墊提供前后蓋與外殼間的防水。 所有這些防水設計使傳感器罩能為傳感器提供級別為IP67的水塵環(huán)境保護。
柱霧電機通過螺絲固定底座b上，柱霧位移傳感器罩通過螺絲固定底座a上。
圖4:位移傳感器外形圖
柱霧的行程傳感采用位移傳感器，它主要包括電位器部分，傳感器定位螺絲， 傳感器拉桿，傳感器信號輸出線。位移傳感器的工作原理是傳感器定位螺絲將待 測位移點固定在傳感器拉桿上，當待測點移動時，傳感器拉桿隨之被拉動，拉桿 的移動將使電位器的電阻可調點產(chǎn)生位移，于是，拉桿位移的變化體現(xiàn)在電阻阻 值的變化上。此阻值信號由傳感器信號輸出線輸出。
圖5:傳感器數(shù)據(jù)采集電氣原理框圖
安裝在消防炮上的傳感器采集板可以采集傳感器信號，并將其轉換為數(shù)據(jù)發(fā) 送到消防炮解碼器。他的工作原理是連接柱霧位移傳感器、水平角度傳感器、俯 仰角度傳感器，接收并放大其信號，再通過A/D轉換器(芯片TDS8361)將模擬 信號轉換成數(shù)字信號供CPU讀取數(shù)據(jù)，CPU讀取數(shù)據(jù)后，把數(shù)據(jù)做數(shù)字濾波處理， 再通過RS485接口不斷的發(fā)送給消防炮解碼器，這樣消防炮解碼器也就可以得到 實時的消防炮炮頭噴頭水平俯仰角度與柱霧位置信息。
消防炮解碼器為傳感器采集板提供12V電源，再由傳感器采集板電源部分將 其轉換為模擬5V，數(shù)字5V供電給板上的芯片，電源部分還提供DC/DC隔離減弱 外部干擾對內部芯片的不利影響。
圖6:消防炮霧化角控制功能的控制模型圖
安裝在消防炮上的俯仰角度傳感器負責檢測噴頭的俯仰角度，安裝在柱霧推 進器上的柱霧位移傳感器負責檢測伸縮管的位置，這樣消防炮解碼器通過角度采 集板能夠實時的得到噴頭角度以及伸縮管的位置信息。解碼器作為控制模型中的 控制器，根據(jù)俯仰角度査表算出伸縮管的設定位置，再與伸縮管的實際位置進行 比較，將比較的結果做信號放大驅動柱霧電機轉動，電機通過柱霧推進器作用伸 縮管，直到伸縮管到達設定的位置。消防炮安裝后，其高度不變，供水管道壓力一定的情況下，俯仰角度對應相 應的射程，而伸縮管位置對應開花水流的霧化角，可以看出，通過上述的控制模 型就實現(xiàn)"不同的射程噴射霧化角不同的開花水流"的設計思路。
圖7:霧化角控制子程序流程簡圖
霧化角控制子程序是消防炮解碼器實現(xiàn)霧化角控制功能的主要程序。進入程 序首先査看俯仰角度改變標志C是否為1，不是1的話，說明俯仰角度未變化， 無需霧化角控制；是1的話，說明俯仰角度有變化，需要程序干預。程序先通過 俯仰角度算出需要設定的伸縮管位置A，然后比較現(xiàn)在的伸縮管位置B是否等于 設定的位置A，如果不相等，就驅動柱霧電機轉動，帶動伸縮管向設定位置A移 動，并且把延時時間T設置為1S;如果相等，則延時1S進行霧化角控制成功的 確認。
由于伸縮管達到設定位置后，在電機停止轉動時可能有機械慣性對伸縮管的 位置產(chǎn)生影響，為消除干擾信號，程序里設計了延時1S進行霧化角控制成功的 確認。具體流程是在伸縮管位置達到設定位置后詢問延時時間T是否為0(1秒延 時確認)，延時時間T不為0，將延時時間T遞減；如延時時間T為0 (完成1 秒延時確認)則說明霧化角控制己經(jīng)完成，取消俯仰角度改變標志，退出子程序。 在1S遞減時間內，如果伸縮管不在設定位置，則重新驅動電機控制伸縮管的位 置，并將延時時間初始化為is。
在主程序的主循環(huán)中調用柱霧子程序以實現(xiàn)霧化角控制功能，為實現(xiàn)霧化角 控制還要在主程序中對消防炮俯仰進行操作時，設置俯仰角度改變標志C等于1 。
權利要求1. 一種實現(xiàn)消防炮霧化角控制功能的機構，包括機械部分、傳感器采集部分、控制部分，所述機械部分包括有炮噴頭、炮管，炮管前端套裝有可運動的伸縮管，炮管側壁上還安裝有柱霧電機，柱霧電機和伸縮管之間用柱霧推進器連接起來，使電機帶動伸縮管在炮管上伸縮，所述的控制部分是由消防炮解碼器、柱霧電機組成，其特征在于炮管側壁上安裝有柱霧位移傳感器，柱霧位移傳感器的傳感器拉桿與伸縮管固定連接，柱霧位移傳感器裝在全密封設計的傳感器罩內，位移傳感器輸出信號線連接到傳感器采集板；炮噴頭中裝有俯仰角度傳感器，俯仰角度傳感器裝有齒輪與炮噴頭俯仰渦輪蝸桿上的齒輪相嚙合，俯仰角度傳感器的信號輸出線接到傳感器采集板；所述的傳感器采集部分是由俯仰角度傳感器、柱霧位移傳感器、傳感器采集板組成，傳感器采集板負責收集傳感器信息并發(fā)送到解碼器。
專利摘要本實用新型提供了一種實現(xiàn)消防炮霧化角控制功能的機構，包括機械部分、傳感器采集部分、控制部分，炮管側壁上安裝有柱霧位移傳感器，柱霧位移傳感器的傳感器拉桿與伸縮管固定連接，柱霧位移傳感器裝在全密封設計的傳感器罩內，位移傳感器輸出信號線連接到傳感器采集板；炮噴頭中裝有俯仰角度傳感器，俯仰角度傳感器裝有齒輪與炮噴頭俯仰渦輪蝸桿上的齒輪相嚙合，俯仰角度傳感器的信號輸出線接到傳感器采集板。消防炮在遠距離滅火時，噴射霧化角小的柱狀水流，增大射程；近距離滅火時，噴射霧化角大的霧狀水流降低水流沖擊力，中間距離滅火時噴射霧化角居中的開花水流——這樣做可以防止柱狀水流直接作用于人體時對人的傷害，同時增加了滅火面積。
文檔編號A62C31/00GK201239452SQ20082003864
公開日2009年5月20日 申請日期2008年8月15日 優(yōu)先權日2008年8月15日
發(fā)明者丁繼恒, 兵 馮, 劉炳海, 吳龍標, 亮 孫, 張克年, 王大軍 申請人:合肥科大立安安全技術有限責任公司