一种电缆隧道火灾预警及自动灭火装置

技术领域

本发明涉及电缆隧道火灾防控技术领域，具体地说是一种电缆隧道火灾预警及自动灭火装置。

背景技术

电缆隧道是指用于容纳大量敷设在电缆支架上的电缆的走廊或隧道式构筑物。电缆隧道除了让隧道能更好地保护电缆，还能够使人们对电缆的检查和维修都很方便。电缆隧道内电缆绝缘层虽然不受日光的照射影响而老化，但电缆处于潮湿环境中，且电缆发热使得绝缘层不断的老化，特别是电缆接口处电缆长时间发热会导致电缆绝缘层着火，进而引起火灾。在电缆绝缘层燃烧初期并没有火苗产生，此时电缆绝缘层处于阴燃时期，电缆绝缘层热解会产生一氧化碳、氯化氢气体。若能在电缆绝缘层的阴燃时期及时发现电缆绝缘层的热解变化，则有助于对电缆隧道火灾进行及时预警，以进行及时的灭火，避免火灾的扩大对电力电路造成灾难性影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电缆隧道火灾预警及自动灭火装置，用于及时发现电缆隧道内电缆绝缘层的阴燃现象，并对电缆绝缘层的阴燃进行控制。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种电缆隧道火灾预警及自动灭火装置，包括预警组件和灭火组件，所述预警组件包括集气仓、导气管、传感器单元，所述导气管的上端与集气仓内部连通，所述导气管的下端延伸至待检测电缆绝缘层处，所述集气仓的侧壁具有吸气扇，所述吸气扇作用使得气流由导气管下端进入集气仓，所述传感器单元包括位于集气仓内的CO传感器、HCL传感器和烟雾传感器；

所述灭火组件包括储存筒和投弹筒，所述储存筒和投弹筒均倾斜设置成“<”形结构，所述储存筒的下端与投弹筒上端连通，所述储存筒下端转动安装有挡板，所述挡板与储存筒之间具有扭簧，所述扭簧作用使得挡板的一端伸入储存筒内对储存筒内排放的灭火弹进行阻挡，所述投弹筒内具有弹簧板和推板，所述弹簧板与推板之间具有发射弹簧，所述投弹筒下端具有发射驱动单元，所述发射驱动单元对发射弹簧进行压缩储能和能量释放；所述投弹筒上端转动安装有摆杆，所述摆杆的一端位于投弹筒内并在摆杆的一端铰接连接有单向拨杆，所述摆杆的另一端与挡板的另一端之间具有传动机构；所述推板向投弹筒上端一侧移动时推动单向拨杆绕与摆杆铰接点摆动，所述推板向投弹筒下端一侧移动时推动单向拨杆和摆杆同步摆动；

所述传感器单元的各传感器与PLC控制器信号连接，所述PLC控制器与发射驱动单元信号连接，所述传感器单元检测到电缆绝缘层阴燃数据时，所述PLC控制器驱动发射驱动单元发射灭火弹。

进一步地，所述集气仓的侧壁具有排气环，所述吸气扇位于排气环内；所述集气仓底部具有进气孔，所述导气管上端与进气孔连通。

进一步地，所述集气仓与导气管之间设有汇流管，所述汇流管上端与进气孔连通，所述汇流管下端与导气管连通。

进一步地，所述集气仓内具有位于进气孔和排气环之间的导流板，所述导流板分成两排，其中一排所述导流板与集气仓后侧壁固定连接，另外一排所述导流板与集气仓前侧壁固定连接，两排所述导流板在集气仓内围成S形气体通道，所述CO传感器、HCL传感器和烟雾传感器沿S形气体通道依次设置。

进一步地，还包括气罩，所述导气管的下端伸入气罩内，所述气罩空套在待检测电缆外。

进一步地，所述储存筒的下端端部具有定位环，所述储存筒的上端侧壁具有套筒，所述投弹筒的上端侧壁具有安装环，所述投弹筒的下端侧壁具有安装杆，所述定位环用于伸入安装环内，所述安装杆用于伸入套筒内，所述安装杆与套筒之间具有定位销。

进一步地，所述发射驱动单元包括电机、固定在所述电机输出端的线轮，所述线轮上缠绕有拉线，所述拉线的一端与线轮固定连接，所述拉线的另一端穿过弹簧板和发射弹簧后与推板固定连接。

进一步地，所述传动机构包括固定在所述挡板另一端的从动盘、固定在所述摆杆另一端的主动盘、位于所述主动盘与从动盘之间的过渡齿轮，所述主动盘和从动盘上均具有与过渡齿轮啮合的齿。

进一步地，所述摆杆的侧壁具有限位板，且所述限位板位于单向拨杆的摆动路径上实现对单向拨杆的限位。

进一步地，所述储存筒下端的侧壁具有两个固定块，两所述固定块之间插接有挡杆，所述挡杆与从动盘侧壁接触阻挡从动盘的旋转。

本发明的有益效果是：

（1）本发明通过强制吸气的方式将电缆绝缘层表层的气体吸入至集气仓内，并在集气仓内对气体成分进行检测，进而可及时发现因电缆绝缘层阴燃产生的CO气体、HCL气体和烟雾；

（2）本发明通过储存筒对灭火弹进行储存，通过投弹筒对灭火弹进行发射后实施灭火，可在发现电缆绝缘层阴燃时及时发射灭火弹进行灭火，进而在电缆绝缘层着火的初期实现灭火，遏制火势的发展。

附图说明

图1为本发明的预警组件的三维图；

图2为图1的主视图；

图3为图1的右视图；

图4为集气仓的仰视图；

图5为集气仓的剖视图；

图6为集气仓内气体流动示意图；

图7为在预警组件导气管末端安装气罩的右视图；

图8为在预警组件导气管末端安装气罩主视图；

图9为本发明的灭火组件的主视图；

图10为储存筒的主视图；

图11为灭火组件的剖视图；

图12为图9中的A处局部放大图；

图13为图10中的B向视图；

图14为图11中的C处局部放大图；

图15为单向拨杆和主动盘的三维装配图；

图16为主动盘转动通过过渡齿轮带动从动盘转动的示意图；

图17为推板返程移动时推动单向拨杆摆动的示意图；

图18为灭火弹装弹完成后未发射前的示意图；

图中：1集气仓，11排气环，12进气孔，13导流板，14CO传感器，15HCL传感器，16烟雾传感器，2汇流管，21导气管，22吸气口，3吸气扇，4电缆，5气罩，51气孔，6投弹筒，61安装环，62安装杆，63推板，64弹簧板，65拉线，66线轮，67电机，68主动盘，681摆杆，682限位板，683单向拨杆，684铰接轴，69过渡齿轮，691齿轮架，7储存筒，71定位环，72套筒，721销孔，73定位销，74从动盘，741挡板，75固定块，76挡杆，77通孔，8发射弹簧，9灭火弹。

具体实施方式

如图1至图18所示，本发明包括预警组件和灭火组件，预警组件和灭火组件均安装在电缆隧道内。其中，预警组件包括集气仓1、汇流管2、导气管21、吸气风扇3和传感器单元，灭火组件包括投弹筒6、发射驱动单元、弹丸获取单元和储存筒7，下面结合附图对本发明进行详细描述。

如图1至图18所示，一种电缆隧道火灾预警及自动灭火装置包括预警组件和灭火组件，如图1至图8所示，预警组件包括集气仓1、导气管21和传感器单元，导气管21的上端与集气仓1内部连通，导气管21的下端延伸至待检测电缆4绝缘层处。集气仓1的侧壁具有吸气扇3，吸气扇3工作时，气流由导气管21下端进入导气管21内，然后进入集气仓1内，进而通过强制吸气实现对电缆4绝缘层表层气体的收集。传感器单元包括位于集气仓1内的CO传感器14、HCL传感器15和烟雾传感器16，CO传感器14用于检测进入集气仓1内的气体中有无CO，HCL传感器15用于检测进入集气仓1内的气体中有无HCL气体，烟雾传感器16用于检测进入集气仓1内的气体是否含有电缆绝缘层燃烧产生的烟雾。为确保对电缆绝缘层表层气体采集的全面、准确，应从电缆绝缘层的不同方位进行气体采集。为此，如图1、图3所示，设置三根导气管21，导气管21的下端为吸气口22，其中一根导气管21的吸气口22位于电缆绝缘层下方，从下侧收集气体；第二根导气管21的吸气口22位于电缆绝缘层前上方，从前上方收集气体；第三根导气管21的吸气口22位于电缆绝缘层后上方，从前上方收集气体。在电缆绝缘层周向看，三个吸气口22在同一圆周上均匀设置，进而从电缆绝缘层的不同方位实现对气体的收集。此外，在电缆绝缘层的轴向看，三个吸气口22分布在不同的轴向位置；通过沿电缆绝缘层周向方向和轴向方向设置导气管21的数量还可以更多，如四根、六根。

如图1所示，为便于吸气扇3的装配，集气仓1的侧壁具有排气环11，吸气扇3位于排气环11内。如图4所示，集气仓1底部具有进气孔12，导气管21上端与进气孔12连通。为实现对从电缆绝缘层不同方位收集气体的汇集，增加目标气体的含量以便于传感器单元的各传感器能够精确的检测出来，集气仓1与导气管21之间设有汇流管2，汇流管21上端敞口且与集气仓1底部接触固定、与进气孔12连通，汇流管2下端与导气管21连通。不同导气管21采集电缆绝缘层不同方位的气体，然后在汇流管2内汇集，经汇集后进入集气仓1。

为避免电缆绝缘层表层气体的扩散导致导气管吸入的目标气体浓度相对较低，如图7所示，在导气管21末端设置气罩5，导气管21的下端伸入气罩5内，气罩5空套在待检测电缆4外。气罩5的设置，将待检测位置的电缆绝缘层包围起来，避免因电缆绝缘层周围温度较高导致的气体扩散，提高气体的采集精度。气罩5的两端设置气孔51，一方面利于电缆绝缘层的散热，另一方面避免气罩5密闭导致气体不能进入导气管21的问题。

为延长气体在集气仓1内的流动时间，使得进入集气仓1内的所有气体都能经过传感器单元的各传感器，确保传感器单元的各传感器能够及时的检测到目标气体或目标数据，如图5所示，集气仓1内具有位于进气孔12和排气环11之间的导流板13，导流板13分成两排，其中一排导流板13与集气仓1后侧壁固定连接，另外一排导流板13与集气仓1前侧壁固定连接，两排导流板13在集气仓1内围成S形气体通道， CO传感器14、HCL传感器15和烟雾传感器16沿S形气体通道依次设置。气体由进气孔12进入集气仓1后，穿过导流板13区域后经吸气扇3位置排出。气体经过导流板13时，导流板13对气体具有两种作用，一是阻碍气体在集气仓1内的流动，降低气体在集气仓1内的流速、增加气体在集气仓1内的流动路径长度；二是对气体起到导流的作用，使得气体依次经过CO传感器14、HCL传感器15和烟雾传感器16。本发明中，在集气仓1后侧设置两块导流板13，在两导流板13之间设置HCL传感器15。在集气仓1前侧设置三块导流板13，在三块导流板13形成的两个空间中放置CO传感器14和烟雾传感器16。如图6所示，气体由进气孔12进入后，在穿过导流板13时以S型路径流动，并依次经过CO传感器14、HCL传感器15和烟雾传感器16，CO传感器14进行气体中有无CO气体检测，随后HCL传感器15进行气体中有HCL气体检测，最后烟雾传感器16检测气体中有无烟雾。各导气管21采集吸入的气体在汇流管2内汇集后，又依次经过CO传感器14、HCL传感器15和烟雾传感器16，增加采集中目标气体（CO和HCL气体）和目标数据（烟雾）的检测精度。

如图9至图18所示，灭火组件包括储存筒7和投弹筒6，储存筒7和投弹筒6均倾斜设置且成“<”形结构，储存筒7的下端与投弹筒6上端连通。为实现储存筒7和投弹筒6之间的装配，如图9至图11所示，储存筒7的下端端部具有定位环71，储存筒7的上端侧壁具有套筒72；投弹筒6的上端侧壁具有安装环61，投弹筒6的下端侧壁具有安装杆62，定位环71用于伸入安装环61内，安装杆62用于伸入套筒72内，安装杆62与套筒72之间具有定位销73，进而实现储存筒7和投弹筒6之间的相对位置关系及相对位置关系的保持；相应的，在套筒72上设有销孔721，定位销73穿入销孔721内。储存筒7和投弹筒6之间的可拆卸装配方式，便于更换储存筒7，即储存筒7内灭火弹9用尽后，可将储存筒7拆卸下来，更换装满灭火弹9的新储存筒7。为避免从动盘74、挡板741的自行摆动或误摆动，导致的灭火弹9经储存筒7的下端滚落，如图10、图13所示，储存筒7下端的侧壁具有两个固定块75，两固定块75间插接有挡杆76，挡杆76与从动盘74侧壁接触以阻挡从动盘74的逆时针旋转，进而保持挡板741对灭火弹9阻挡作用的稳定性。将储存筒7投入使用与投弹筒6安装在一起后，应将挡杆75拔出。

如图11、图14所示，储存筒7下端的下侧壁上转动安装有挡板741，挡板741与储存筒7之间具有扭簧，扭簧作用使得挡板74的一端穿过储存筒7的下侧壁后伸入储存筒7内，对储存筒7内排放的灭火弹9进行阻挡。如图11所示，投弹筒6内具有弹簧板64和推板63，弹簧板64与推板63之间具有发射弹簧8，弹簧板64与投弹筒6内壁固定连接，推板63为“∟”形结构，推板63与投弹筒6内壁滑动连接。投弹筒6下端的内侧具有发射驱动单元，发射驱动单元对发射弹簧8进行压缩储能和能量释放。具体为：发射驱动单元压迫发射弹簧8压缩后，发射弹簧8获得弹性势能；发射驱动单元撤销对发射弹簧8的压迫作用后，发射弹簧8在自身弹力作用下伸长，此时释放弹性势能将推板63向投弹筒6上端方向推动。发射驱动单元对发射弹簧8的压缩量不同时，发射弹簧8获得的弹性势能不同，推板63被推出时的初速度也不同，进而灭火弹被投射出去的距离也不同。可根据着火点与灭火组件之间的距离大小，控制发射弹簧8的压缩量，进而将灭火弹8发射至着火点。如图11所示，发射驱动单元包括电机67、固定在电机67输出端的线轮66，线轮66上缠绕有拉线65，拉线65的一端与线轮66固定连接，拉线65的另一端穿过弹簧板64和发射弹簧8后与推板63固定连接。电机67工作时驱使线轮66旋转，进而将拉线65缠绕在线轮66上，此时压缩发射弹簧8使得发射弹簧8蓄能；电机67工作时驱使线轮66旋转，将拉线65从线轮66上拆解下来时，发射弹簧8伸长，实现对弹性势能的释放。发射弹簧8完全释能后，如图11所示，推板63越过单向拨杆683后位于单向拨杆683的左侧，即单向拨杆683介于推板63和弹簧板64之间；在对发射弹簧8进行蓄能的过程中，如图17所示，推板63逐渐靠近单向拨杆683，当推板63与单向拨杆683一端接触后推动单向拨杆683逆时针摆动，此时挡板741对灭火弹9的阻挡作用减弱，直至最下方的灭火弹9越过挡板741后向储存筒7下端滚动。当最下方的灭火弹9刚好越过挡板741时，单向拨杆683与推板63分离，此时在扭簧作用下挡板741顺时针摆动而复位，以恢复对灭火弹9的阻挡作用。如图18所示，原来位于倒数第二个的灭火弹9与挡板741接触成为位于最下方的灭火弹，并处于下次的投射获取状态。而下落至投射筒6内与推板63接触的灭火弹9则处于待投射状态，线轮66转动释放推板63后，推板63便将灭火弹9推出投射筒6，实施灭火弹投射灭火。

如图14、图15所示，投弹筒6上端的上侧壁转动安装有摆杆681，摆杆681的一端位于投弹筒6内，且摆杆681的一端通过铰接轴684铰接连接有单向拨杆683，摆杆681的另一端与挡板741的另一端之间具有传动机构。推板63向投弹筒6上端一侧移动时，推板63上端推动单向拨杆683绕与摆杆681铰接点摆动，此时单向拨杆683的设置不影响推板63的移动，且推板63的移动也不会造成挡板741的摆动，使得灭火弹9在储存筒7内保持固定，灭火弹9处于储存状态。推板63向投弹筒6下端一侧移动时，推板63上端推动单向拨杆683和摆杆681绕摆杆681与投弹筒6之间的铰接点同步摆动，此时单向拨杆683和摆杆681逆时针摆动，带动挡板741逆时针摆动，挡板741对灭火弹9的阻挡作用逐渐减弱，直至挡板741与储存筒7下侧壁平行时或进入储存筒7下侧壁上的通孔77内时，挡板741对灭火弹9的阻挡作用完全消失，此时位于最下方的灭火弹9越过挡板741后向下滚动，并穿过储存7下端进入投弹筒6上端，然后在自重下向投弹筒6下端一侧滚动，直至与推板63接触。为实现这一目的，如图12、图13所示，传动机构包括固定在挡板741另一端的从动盘74、固定在摆杆681另一端的主动盘68、位于主动盘68与从动盘74之间的过渡齿轮69，主动盘68和从动盘74上均具有与过渡齿轮68啮合的齿。在投射筒6上端的上侧壁固定有齿轮架691，过渡齿轮69转动安装在齿轮架691上。主动盘68、从动盘74均为扇形结构的齿轮，即完整齿轮的一部分。如图16所示，摆杆681带动主动盘68逆时针旋转时，主动盘68与过渡齿轮69外啮合，过渡齿轮69顺时针旋转；从动盘74与过渡齿轮69外啮合，进而从动盘74逆时针旋转，进而挡板741逆时针旋转。挡板741逆时针旋转时，对灭火弹9阻挡作用逐渐减弱直至消失；挡板741顺指针转动时，挡板741伸入储存筒7内的长度增大，进而对灭火弹的阻挡作用逐渐增强，以使得灭火弹9在储存筒7内保持储存状态。为实现单向拨杆683的单向摆动作用，如图15所示，摆杆681的侧壁具有限位板682，且限位板682位于单向拨杆683的摆动路径上实现对单向拨杆683的限位。即：单向拨杆683可绕与摆杆681之间的铰接轴684顺时针转动，单向拨杆683逆时针转动时，在限位板682的作用下带动摆杆681同步逆时针转动，且转动中心为摆杆681与投弹筒6的铰接点。

灭火组件也可以转动安装在电缆隧道内，当电缆隧道内某处发生火灾时，灭火组件可旋转使得投射筒朝向着火点所在方位，随后再发射灭火弹，此时灭火组件所灭火范围较大。灭火组件固定在电缆隧道内时，灭火组件灭火覆盖范围较小。

为对传感器单元检测结果做出应对，传感器单元的各传感器与PLC控制器信号连接，PLC控制器与发射驱动单元的电机67信号连接，传感器单元检测到电缆绝缘层阴燃数据（即：检测到CO气体、HCL气体或烟雾）时， PLC控制器驱动发射驱动单元发射灭火弹。

针对以上对预警组件和灭火组件的描述，本发明的工作方法为：

（1）以强制吸气的方式采集电缆绝缘层表层气体，并通过各类传感器检测采集气体中是否有异常成分，这些异常成分包括CO气体、HCL气体和烟雾；

（2）当各类传感器检测到异常成分时，向PLC控制器发送信号，PLC控制器驱动发射驱动单元动作进行灭火弹投射实施灭火。

本发明的有益效果是：

（1）本发明通过强制吸气的方式将电缆绝缘层表层的气体吸入至集气仓内，并在集气仓内对气体成分进行检测，进而可及时发现因电缆绝缘层阴燃产生的CO气体、HCL气体和烟雾；

（2）本发明导气管的设置方式，可以从电缆绝缘层的不同方位进行气体采集；汇流管的设置，将各导气管采集的气体进行汇集然后输送至集气仓，以增加气体的相对含量；

（3）本发明通过导流板的设置，增加气体在集气仓内的流动路径，进而减缓集气仓内气体流速，延长气体与各类传感器的接触时间，以确保各类传感器的检测精度；

（4）储存筒对灭火弹进行储存，通过投弹筒对灭火弹进行发射后实施灭火，可在发现电缆绝缘层阴燃时及时发射灭火弹进行灭火，进而在电缆绝缘层着火的初期实现灭火，遏制火势的发展；

（5）储存筒与投射筒之间可拆卸的装配方式，便于对灭火弹的更新、补充；

（6）通过发射驱动单元的设置，可以根据着火点与灭火组件之间的距离大小调节投射灭火弹时的初速度，进而确保灭火弹精确的落在着火点。