一種窗掛阻尼型高樓逃生器研究

吳立波 陳春穎 劉 彬

(邯鄲職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北邯鄲056005)

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷繁榮發(fā)展，經(jīng)濟(jì)建設(shè)日新月異、高層建筑在大、中城市乃至小城市里也如雨后春筍拔地而起。由于高層建筑高，層數(shù)多，使用功能復(fù)雜，人員密集，加之各種管道豎井縱橫交錯(cuò)，以及可燃物多，火災(zāi)荷載大等特點(diǎn)，一旦發(fā)生火災(zāi)，火災(zāi)蔓延迅速，人員疏散和火災(zāi)撲救困難，勢(shì)必?fù)p失大、傷亡大。

高層發(fā)生火災(zāi)時(shí)，電梯井和管道井就像大煙囪，在這種效應(yīng)下，一棟二三十層的高樓，火焰從一樓燒到頂樓只需幾分鐘;二是高層建筑因?yàn)闃菍犹撸娞莶荒苁褂?，居住在樓?nèi)的居民，在“黃金時(shí)間”內(nèi)從樓梯疏散出來(lái)非常困難。一般的消防車，只能將水打到一二十米高。必須使用超高的云梯車才能打水到100多米高的樓層。而一輛能達(dá)100米左右的云梯，價(jià)值都在數(shù)千萬(wàn)元，所以高層建筑火災(zāi)一旦形成，消防救援將非常困難。因此，火災(zāi)一旦發(fā)生，容易造成群死群傷事件。高層建筑的火災(zāi)救援成了一個(gè)世界性的難題，現(xiàn)代化高樓成為城市消防的“軟肋”。

1 逃生方式的構(gòu)思

當(dāng)高樓發(fā)生緊急情況時(shí)，傳統(tǒng)的方式是通過(guò)安全門逃出，但往往因火勢(shì)較大或消防預(yù)警不到位，安全通道標(biāo)識(shí)不清，逃生者難以找到逃生的安全通道。本次設(shè)計(jì)主要借助于室內(nèi)逃生器完成，如圖1所示，借助窗戶來(lái)進(jìn)行逃生，當(dāng)發(fā)現(xiàn)緊急情況時(shí)，可用繩子將人扎住，逃生者打開(kāi)窗戶，從窗戶跳出，在室內(nèi)逃生器的阻力作用下，人可緩慢下落，便可實(shí)現(xiàn)自救。

2 逃生器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該逃生器主要有支架、外殼、滾筒、主軸、繩子、阻尼器來(lái)組成，阻尼器有兩套，分別安裝在滾筒的兩側(cè)，滾筒和阻尼器轉(zhuǎn)子都可在主軸上轉(zhuǎn)動(dòng)，兩者之間采用螺栓緊固，阻尼器的定子與軸鍵連接。當(dāng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，將帶動(dòng)阻尼器一同轉(zhuǎn)動(dòng)，阻尼器將會(huì)對(duì)滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)起到一定的阻尼作用，控制下降的速度。

3 阻尼器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖3所示，該旋轉(zhuǎn)型阻尼器結(jié)構(gòu)主要有阻尼器定子、轉(zhuǎn)子、密封、壓力閥口組成，定子與軸固定，轉(zhuǎn)子與滾筒固定，定子與轉(zhuǎn)子間充滿硅油，轉(zhuǎn)子有6個(gè)翅片組成，當(dāng)轉(zhuǎn)子在定子中旋轉(zhuǎn)時(shí)，翅片將攪動(dòng)硅油，硅油具有較高的粘度，是一種粘性油脂，利用粘性油脂對(duì)旋轉(zhuǎn)零件的制動(dòng)作用，多翅片結(jié)構(gòu)可增大轉(zhuǎn)定子間與硅油的接觸面積，提高滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)的阻尼力。

4 阻尼介質(zhì)特性

阻尼介質(zhì)使用高粘度硅油，高粘度硅油是完全甲基化高分子量的線形硅氧烷聚合物，為高度粘稠半固體。具有分子量高、防粘滑爽、防水憎水、降低表面張力、耐氧化穩(wěn)定性和耐候性好、耐高溫性、抗壓縮性、潤(rùn)滑性好、絕緣性好、無(wú)色無(wú)味、無(wú)毒和生理惰性等多種特性。廣泛應(yīng)用于制造高效脫模劑、高溫密封材料、阻尼脂、潤(rùn)滑脂、粉末涂料等領(lǐng)域。

粘度是形成阻尼力的重要因素，對(duì)阻尼力的大小有著重要影響。高粘度硅油形成的阻尼力受到環(huán)境溫度的影響，溫度升高，硅油的粘度將降低，如圖4所示。由于分子摩擦力的作用，硅油的運(yùn)動(dòng)也能使自身溫度升高，當(dāng)轉(zhuǎn)子與定子相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，攪拌硅油，硅油的溫度也會(huì)產(chǎn)生一定的變化，但該逃生器屬應(yīng)急使用，使用時(shí)間一般在3分鐘～5分鐘，使用時(shí)間短，硅油的溫度變化不太明顯，溫度對(duì)阻尼扭矩的影響可以不做考慮。

如圖5所示，回轉(zhuǎn)速度對(duì)阻尼扭矩也有一定的影響，當(dāng)逃生器轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)速度變化，硅油的阻尼力也將產(chǎn)生變化，形成的扭矩也產(chǎn)生變化，一般速度高扭矩也就越高，回轉(zhuǎn)速度低扭矩也低。當(dāng)逃生器繩下降初，下落的速度逐漸增大，硅油形成的阻尼力也將增大，當(dāng)速度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，阻尼力與重力平衡，逃生者將變?yōu)閯蛩傧侣洹?/p>

5 結(jié)論

該設(shè)備懸掛于住戶的窗戶旁，當(dāng)應(yīng)急逃生的時(shí)候，可以即時(shí)使用，采用阻尼的工作原理，為高層建筑自救設(shè)備的廣泛應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

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