消防栓

背景

消防栓是一种地上连接装置，可提供供水以灭火。供水可以加压，如连接到埋在街上的水管的消防栓，或不加压，如连接到附近池塘或蓄水池的消防栓。每个消防栓都有一个或多个出口，可以连接消防水带。如果供水是加压的，消防栓也会有一个或多个阀门来调节水流。为了提供足够的消防用水，消防栓的尺寸设计为提供每分钟约 250 加仑（每分钟 945 升）的最小流量，尽管大多数消防栓可以提供更多。

随着地下水系统的出现，对消防栓的需求也随之发展。在此之前，水是从容易到达的公共水井或池塘中获取的。在 1600 年代，英国伦敦开始使用挖空的原木作为管道安装地下水系统。发生火灾时，消防员不得不在街道上挖洞，并在木管上钻孔。后来木塞沿着原木管以固定间隔插入预先钻好的孔中，以便消防员更容易取水。这产生了术语“火塞”，该术语有时仍用于指代消火栓。

随着城市的发展，他们的供水系统也在发展。更大的系统意味着更高的压力，并且铺设了铸铁管来代替腐烂的木头。当费城的新供水系统于 1801 年开始运行时，它不仅为 63 座房屋和几家啤酒厂提供服务，而且还有 37 个地上消防栓用于消防。纽约市的第一个消防栓是由乔治·史密斯于 1817 年安装的，他是一名消防员。他明智地将它安置在法兰克福街上他自己的房子前面。

在 1906 年摧毁旧金山的地震和火灾之后，该市安装了一个仍在使用的广泛的应急供水系统。除了连接到标准压力水管的 7,500 多个消火栓外，该系统还包括一个水库和两个位于山上的水箱，可为整个城市提供近 1,400 个高压消火栓。还有两个盐水泵站可以从旧金山湾取水，另外还有五个沿着海滨的连接点，以便城市的消防船可以泵入消火栓系统。作为最后一道防线，该市有 150 多个地下蓄水池与未加压的消防栓相连。消防泵可以将刚性抽吸软管连接到这些消防栓，并通过产生真空将水从水箱中抽出。

今天，一个区域内消火栓的大小和位置不仅会影响防火程度，还会影响火灾保险费率。在许多城市地区，在第一个火花和数百万美元的火灾损失之间，只有不起眼的火塞。

消火栓类型

有两种类型的加压消防栓：湿桶式和干桶式。在湿桶设计中，消防栓直接连接到加压水源。消防栓的上部或桶总是装满水，每个出口都有自己的阀门，阀杆伸出桶的侧面。在干桶设计中，消防栓通过地下消防栓下部的主阀与加压水源隔开。上部保持干燥，直到主阀通过向上延伸穿过消防栓顶部或阀盖的长杆打开。出口处没有阀门。干桶消防栓通常用于冬季温度低于 32° F (0° C) 的地方，以防止消防栓冻结。

未加压的消防栓始终采用干桶设计。在消防泵抽真空之前，上部不会注水。

原材料

消防栓筒通常由铸铁或球墨铸铁制成。一些铁制湿式消防栓内表面有环氧树脂涂层以防止腐蚀。其他湿桶消防栓采用青铜模制。消防栓阀帽通常由与枪管相同的材料制成。干式消防栓设计中的阀杆是钢制的。湿式消防栓中的阀杆通常由硅青铜制成。

消防栓出口采用青铜铸模。如果枪管是铸铁或球墨铸铁，则青铜出口旋入枪管中。如果桶是青铜的，则出口作为桶的一部分铸造。出口盖可以是青铜、铸铁或塑料。

阀座、密封件和垫圈由多种合成橡胶制成，包括苯乙烯丁二烯、氯丁二烯、聚氨酯和丁二烯丙烯腈。紧固件可以是镀锌钢或不锈钢。

消防栓在发货前会涂上一层底漆。安装消火栓后，外表面涂有外墙涂料。

设计

美国加压消防栓的基本设计和构造由美国自来水厂协会 (AWWA) 定义，该协会制定了消防栓尺寸、工作压力、出口数量和其他要求的通用标准。为了保持通用性，非加压消防栓可能与城市或消防区内的加压消防栓设计相同，或者它们可能是没有阀门的简单加盖管道设计。

消防栓的主体称为筒体或上立管。它可以由单件组成，也可以由两件组成。如果做成两块，上面有出口的部分叫做头部，下面的部分叫做线轴。这个术语并不准确，从一个制造商到另一个制造商，以及从一个城市到另一个城市。

消火栓出口通常具有国家标准公螺纹 (NST) 以与消防水带接头配合。较小的出口，有时称为软管喷嘴或连接，是 2.5 英寸 NST。较大的出口，有时称为蒸汽喷嘴或连接，是 4 英寸或 4.5 英寸 NST。出口盖通过短链固定在消防栓主体上。术语软管连接和蒸汽机连接可以追溯到 1800 年代。在现代消防设备出现之前，通常通过将单根软管直接连接到加压消防栓上较小的出口来扑灭小火。如果火势更大，蒸汽驱动的抽水机（称为蒸汽机）会从较大的消防栓出口取水，然后将其泵入多条软管。

消防栓阀门通过转动金属阀杆来启动。每个阀杆从消防栓外部伸出的部分呈五边形，称为操作螺母。这种五面螺母需要特殊的扳手才能转动，有助于防止未经授权的使用。在一些消防栓上，操作螺母是一个单独的部件，可以滑过阀杆。如果螺母因使用而磨损，这允许更换螺母。

一些干式桶形消防栓包括可拆卸功能，以便在消防栓被车辆撞击时轻松维修。这种设计包括靠近地面的消防栓筒上的一个断路器环和消防栓内阀杆上的易碎联轴器。受到撞击时，上部枪管和阀杆会弹开，而不会干扰地下管道或阀门。

虽然所有消防栓的基本构成都差不多，但消防栓的形状 消防栓是通过金属铸造工艺制成的。制造完成后，每个消防栓都会注满水并加压至额定压力的两倍以检查是否有泄漏。 因制造商而异。一些消防栓具有经典的圆形主体和圆顶阀盖。其他人有方形或六边形的身体。一些正在进行城市更新的地区有低矮的现代消防栓。

制造
过程

制造消火栓主要是一种金属铸造工艺，大多数消火栓公司都是金属铸造厂，专门制造各种市政自来水厂部件。

以下是制造湿式消防栓的典型操作顺序。

成型模具

• 1 模具的外表面由一块称为图案的部分形成。为了制作消防栓图案，消防栓的外形是在计算机上以三个维度生成的。这些数据被输入到立体光刻机中，该机使用激光束将液体塑料硬化成消防栓的形状。这种硬化的塑料片用于用硬质聚氨酯制作左右两半图案的多个副本。
• 2 模具的内表面由称为型芯的部件构成。为了制造消防栓芯，消防栓的内部形状被加工成铝块或铸铁块的两半，以形成一个空腔。两半夹在一起，空腔填充有沙子和塑料聚合物的混合物。当铝块或铸铁块被轻轻加热时，聚合物会硬化沙子以形成核心。然后打开方块，取出核心。重复此过程以制造多个核心。

铸造桶

• 3 当消火栓的生产运行准备好开始时，模型和型芯被带到模具制造机。将左右图案压入装满沙子的模具的两半，以形成消防栓外表面形状的压痕。型砂是一种特殊的混合物，可以保持其形状而不会破碎。然后将硬化的砂芯小心地放在它的一侧，并用短垫片固定，以在砂芯和半模中的压痕之间形成一个空腔。模具的另一半放在型芯上，然后将模具夹紧在一起。对每个消防栓重复此过程。
• 4 熔融金属通过称为浇口的入口通道倒入每个模具中。继续浇注，直到金属开始从称为立管的另一侧的出口上升。随着熔融金属变硬，它会蒸煮芯砂中的聚合物。这使聚合物的温度升高到远远超过其初始凝固点，并导致其分解并使沙子再次变得松散。 干桶和湿桶消防栓侧视图。
• 5 铸件完全硬化后，将模具分开并倒出芯砂。将铸件放置在一个装有小金属颗粒的水平圆柱体中，然后翻滚以去除可能粘附在铸件上的任何小块金属或型砂。
• 6 用磨料切割锯将浇铸的浇口和冒口切断，然后放回炉中。铸造桶用手持式电动磨床打磨，以去除任何粗糙表面。
• 7 如果消防栓有两件式枪管，则 / 头部和线轴分别铸造、研磨和精加工。如果消防栓由铸铁或球墨铸铁制成，则出口采用青铜铸造、研磨和抛光。

机筒和阀门

• 8 整个消防栓在车床上纵向固定，在下法兰面切出浅同心槽。这允许法兰在安装消防栓时密封垫圈。法兰螺栓孔可以在此时钻孔，也可以在发货前钻孔。
• 9 如果枪管是两件式设计，则头部下部在内侧切割有 National Pipe Taper (NPT) 螺纹，线轴上部在外侧切割有 NPT 螺纹，以允许两个件要加入。头部在 NPT 螺纹区域的一侧进行钻孔和攻丝，以固定锁定定位螺钉。
• 10 消防栓（或头部，如果是两件式设计）在车床上沿较大出口的中心线交叉重新定位。一个称为夹具的旋转件将消防栓固定到位，并在消防栓旋转时提供平衡。车床在出口开口周围对筒体的内表面进行斜切，从而为阀盘提供光滑的座面。阀杆嵌件的开口是钻孔和螺纹的。最后，出口或出口开有螺纹。对每个出口重复该过程。
• 11 气门杆、气门杆嵌件和气门盘支架分别进行机加工和螺纹加工。

组装消防栓

• 12 从上阀开始，将密封圈放置在阀杆上，并将阀杆旋入阀杆嵌件中。将阀杆的内端推过阀杆插入开口，将圆盘支架、橡胶圆盘和锁紧螺母伸入枪管内，拧到阀杆上，并用固定螺钉锁定到位。然后将阀杆插入件拧入枪管中，将可更换的操作螺母滑过阀杆的外端并用螺母固定到位。对每个阀门重复该过程。
• 13 如果枪管是两件式设计，则将一个 oring 滑过线轴的螺纹部分，然后拧紧组装的头部以密封 oring。螺纹通过固定螺钉锁定到位。

测试消防栓

• 14 AWWA 标准要求青铜消防栓的额定压力为 150 psi (1,034 kPa)，球墨铸铁消防栓的额定压力为 250 psi (1,723 kPa)。每个消防栓都注满水并加压至额定压力的两倍以检查是否有泄漏。

准备发货

• 15 消火栓经过压力测试后，连接出水口盖和链条，将塑料保护套套在底部法兰上，消火栓筒的外部涂上一层底漆。

质量控制

所有进料都经过检查，以确保其符合要求的规格。这包括用于制造铸件的原材料的光谱分析。型砂的水分含量对铸造过程至关重要，在每次铸造运行前都要进行检查。当加工一批铸件时，在加工其余铸件之前，先检查第一件的尺寸是否合适。

未来

在不久的将来，消防栓不太可能从城市景观中消失。水仍然是最具成本效益的灭火剂，而消火栓仍然是提供现成供水的最具成本效益的方式。如果有的话，消防栓将变得越来越重要，因为消防部门和纳税人都意识到战略性放置的高容量消防栓可以显着降低火灾保险费率。