防撞防盗新型室外消火栓设计方案

王斌 山东省泰安市消防支队

防撞防盗新型室外消火栓设计方案

王斌 山东省泰安市消防支队

通过对室外消火栓的结构进行分析，指出目前消火栓结构上存在的缺陷，提出了一种防撞防盗新型室外消火栓设计方案，解决了普通地上消火栓易受撞击破坏，零部件易被盗而留下防火隐患问题。

防撞防盗；新型消火栓；设计方案

一、研究背景

消火栓是消防灭火中的固定消防器材，是迅速扑灭大火的有力保障。消火栓的种类很多，大体分为室内消火栓和室外消火栓。

室外消火栓又叫消防水龙，是指设置在市政管网和建筑物外消防给水管网的一种消防设施，其作用是供消防车（或其他移动灭火设备）从市政给水管网或室外消防给水管网取水或直接接出水带、水枪实施灭火。其在大型火灾救护中发挥着重要的作用，高效的给供水，将大大缩短扑灭大火的时间，减少火灾造成的损失，避免消防人员的伤亡。

室外消火栓一般分为地上消火栓和地下消火栓，地上消火栓由本体、进水弯管、阀塞、出水口、排水口等组成，一般设立在车辆人流较多的建筑物和道路旁，阀体的大部分露出地面。具有目标明显、易于寻找、出水操作方便等特点。但因车辆停靠、倒车或施工，造成折断的现象时有发生。目前社会上使用的消火栓结构原理见图1：沿关闭方向转动手柄，手柄不能轴向移动，其下端的丝杆螺母机构即可带动与其相连的阀瓣上下运动，从而打开或关闭阀门。这种消火栓机构的缺陷是很明显的,由于锁紧机构位于上阀体且阀瓣关闭方向与水流方向相反，当消火栓由于意外原因被撞断后，自来水不可避免地会大量向外涌流，造成火栓被撞断后，整个阀芯机构连同上阀体都会被水冲走，整个消火栓将报废，修复十分困难。

图1 传统式室外消火栓阀门构造原理图

例子1、扬州凤凰西街和凤凰菜场两处消火栓被撞。

2007年春节至今，扬州市区的消火栓频频被撞，流失的自来水就有2000多吨。凤凰西街和凤凰菜场两处消火栓被撞情节较为严重。特别是凤凰西街上被汽车撞歪了的消火栓，哗哗的往外冒水，整个街道上演了水漫金山的一幕。自来水公司也及时派人赶到现场进行抢修，但前后两个多小时，已经有200多吨的水白白浪费了。

例子2、云南昆明市北市区北辰大道消火栓被撞断流百多吨。

2007年11月15日晚上9点左右，在昆明市北市区北辰大道附近，一辆小型货车不慎撞断了人行道上的消火栓，导致自来水白白流淌了一个多小时。十多分钟后，流失的自来水也达到100多吨。

此外消火栓被盗的现象也非常严重，社会上存在不法分子，偷盗消火栓的金属部分，废弃的消火栓矗立在道路两旁，在这种情况下，一旦发生火灾，将使移动灭火设备无法迅速得到水源补给，推迟灭火时间，造成巨大的财产损失和人员伤亡。

因此，急需设计一种防撞防盗的新型消火栓，保证消火栓在撞裂之后能够不喷水，方便维修人员更换，维护费用较低，同时防止消火栓零部件被盗。

二 方案设计

（一）防撞设计

1、阀门增设自动密封装置

当消火栓被汽车撞击之后，往往因为阀门被撞裂而导致喷水，新型消火栓阀门内设有自动密封装置，阀门有上下两个阀瓣，上阀瓣关闭方向与水流方向相反，下阀瓣关闭方向与水流方向一致。当消火栓受到撞击后上阀瓣的限制作用消失，水流推动下阀瓣自动关闭阀门，保证水流不会喷出。

图2 新型消火栓阀门原理构造图

2、增加易碎防护圈

图3 易碎防护圈示意图

该装置设立在阀门之上，通过螺纹和弹簧卡槽连接栓体和栓身，在消火栓的密封阀和主体立柱的外圆柱面上设有两个或两个以上的加强筋，防撞圈的受力强度小于栓体和栓身的受力强度，保证受到撞击后阀门和栓体保持完整。这样在消火栓受到撞击之后，因为力学传导原理，使易碎的防护圈首先断裂，使上体脱落而不被破坏，阀门不受影响。维修时，维修人员压住弹簧珠，通过转动防护圈手臂，即可卸换新的防护圈，使消火栓可以重新投入使用。这种模块化设计使维修更加方便快捷，同时大幅减少维修费用。

3、栓体增加反光膜

该材料采用高速公路上的反光板材料，是一层和照片纸差不多厚的反光膜，对光的反射率比普通油漆高许多倍，可见度高达几百米甚至数千米，能够将汽车前灯的大部分光线按原路反射回去,在夜间，汽车的夜灯打到消火栓上之后，产生强烈反光，提醒驾驶员，防止消火栓被撞。

这种反光膜材料，近几年发展迅速，现在价格已经大幅度下降，从最初的每平方米680元逐步降到目前的每平方米180元，成本很低，所以完全可以应用到新型的消火栓的设计当中。

图4 防撞消火栓结构原理图

参数计算

设计防撞环壁厚的计算

（见图2)，若外力作用在B处时，则截面D为危险截面，因为该处所受的弯矩最大.若要保证被撞断裂时，断裂点位于C处，则该截面所受的应力应为最大，即σC >σD,D截面的壁厚为δD，该处阀体内径为dD；力点B与C截面及D截面的距离分别为m及(m+n),作用于B处的力为F.则

C截面所受的弯曲应力为：

D截面所受的弯曲应力为：

整理(1)、(2)两式，并注意到消火栓阀体为薄壁件：

设计出的各参数必须满足（3）式，值得注意的是，在实际设计壁厚时，δ c应不小于7mm，若计算的结果不能满足（3）式.则应采取措施，增加加强筋，以提高上下栓体的抗弯强度，以保证受到撞击后上下栓体保持完整。

（二）防盗措施

在可调研范围内发现，消火栓遭破坏的部位集中在三处：铜制出水口、大顶盖及侧盖。

新型消火栓采用物理性质与铜相类似、但价格更低的玻璃钢材料。现在玻璃钢的价格为每公斤20～40元，低于每公斤60元的铜的价格，而且玻璃钢还具有耐高温，耐老化，耐腐蚀，强度高，质轻不变形，耐摩擦的优点。玻璃钢构件的回收再制作工艺比较复杂，没有回收价值，可避免被偷盗。

三、结束语

本文介绍的新型消火栓设计方案，利用了模块化设计思路，在传统消火栓中加入了自动密封阀，防撞环，反光膜等技术，使消火栓具备了防撞、防盗的功能，解决了消火栓易损坏及被撞后大量喷水的难题。并且可以直接利用目前大量使用的消火栓直接改装生产，维修简单，结构合理，使用方便，成本低廉，完全可以广泛运用到地上消火栓的生产中。

[1]杨太国,溪正玉.室外消火栓撞断自锁机构设计.安徽机电学院学报.2002年9月,第17卷第3期

[2]徐灏.机械设计手册[C].北京：机械工业出版.1998.

[3]李华.机械制造技术[M].北京：机械工业出版社.2000.

[4]张学魁, 景绒.建筑灭火设施.陕西: 旅游出版社 .2000.

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.15.067

王斌，山东省泰安市公安消防支队肥城大队。