火灾会造成重大的人员伤亡和巨大的财产损失,其中对于关键场合的设备,如计算机、文件柜的保护以及对于火场内受伤人员的急救是消防过程中的重要问题。本文针对以上问题设计了一种用于室内“现场灭火,现场保护”的液氮消防平台,它由三个单元构成:液氮灭火单元、固化剂防火单元和供氧面罩急救单元。本文首先对液氮消防平台进行了总体设计。此平台负载在履带轮式机器人平台上,液氮和固化剂通过根部电机控制的喷嘴进行喷射,供氧面罩由柔性机械手进行操作。该平台上的固化剂由钢瓶存储,液氮由液氮杜瓦瓶存储,供氧面罩由隔绝式呼吸面罩连接氧烛实现。系统不需要机泵,压力由液氮杜瓦瓶维持,结构简单控制方便。本文通过实验与模拟相结合的方法进行了如下研究:(1)在初始压力为0.8 MPa时,设备总重合理。选用直线射流2.2 mm B型喷嘴能够实现最佳液氮喷射效果,在设备压力为0.3-0.6 MPa时,液氮稳定喷射距离达5 m,这一压力范围下液氮喷射距离与设备压力无关。但是当压力低于0.3 MPa时,液氮喷射则不能维持。(2)使用VOF(Volume Of Fluid)模型对此过程进行数值模拟。由结果得知,液氮喷嘴结构对喷射效果影响较大。另外,液氮在喷射过程中并不形成液柱,而是迅速破裂并以小液滴形式向前飞行,与空气接触的小液滴逐渐气化并使环境温度下降,最终全部蒸发。(3)对于固化剂喷射单元。在使用SS5喷嘴,初始压力为0.8 MPa时,可以得到最佳的固化剂喷射效果。固化剂直线射流状态比较稳定,喷射在目标靶位上的固化剂可以实现稳定附着,并形成凹凸不平的包裹层。(4)火场内烟气会对火场内受伤人员造成致命的毒害,本文设计并验证了一套能够实现10 min稳定供氧的电启动氧气面罩。通过对产氧流量、杂质浓度与氧气总量的测量,其性能满足GB 24502-2009《煤矿用化学氧自救器》对紧急供氧的相关要求。供氧面罩采用电启动,同时化学氧整体质量较轻,这些优良性质也能够实现该单元对机器人平台良好匹配。综上所述,液氮消防平台结构简单,控制方便。各个功能单元布置合理,互不干扰。通过与机器人底盘的结合,能够实现“现场灭火,现场保护”的功能,够达到设计要求。