máy bắn nước dùng cho cứu hỏa lĩnh vực kỹ thuật và cơ hkí

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ NỘI
TRƯỜNG THPT TRẦN NHÂN TÔNG
******o0o*******
ĐỀ TÀI DỰ THI KHOA HỌC, KỸ THUẬT
DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC CẤP THÀNH PHỐ
LẦN THỨ TƯ ( NĂM HỌC 2014 – 2015)
Tên đề tài: MÁY BẮN NƯỚC DÙNG CHO CỨU HỎA
Lĩnh vực: KỸ THUẬT ĐIỆN VÀ CƠ KHÍ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN
Thạc sỹ. Nguyễn Tấn Cường
Đơn vị công tác: Trường THPT Trần Nhân Tông- Quận Hai Bà Trưng
TÁC GIẢ:
1.Nguyễn Long Lớp 10a4 Trường THPT Trần Nhân Tông
2.Nguyễn Tuấn Thành Lớp 10a4 Trường THPT Trần Nhân Tông
3.Nguyễn Thế Toàn Lớp 10a9 Trường THPT Trần Nhân Tông
Hà nội, tháng 12 năm 2014
Mục lục
Phần I: Lý do chọn đề tài trang 1
Phần II: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu và điểm mới, sáng tạo của đề tài trang 2
Phần III: Quá trình nghiên cứu và kết quả trang 3
Phần IV: Kết luận trang 6
PHẦN I
LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
- Qua theo dõi bản tin các vụ cháy hiện nay trên các phương tiện truyền thông như:
VTV, ANTV, các video do những người dân tự quay, các báo mạng như dân trí,
aninhthudo, 24h v.v Qua lời kể của các nhân chứng và quan sát nơi xẩy ra các vụ
cháy tại Hà Nội nhóm nghiên cứu nhận thấy một số vấn đề sau:
-Các vụ cháy xẩy ra ở khu công nghiệp trong giờ làm việc số lượng công nhân
đông nhưng không có đủ các trang thiết bị chữa cháy, tốc độ lan truyền ngọn lửa
nhanh, vật liệu bắt lửa nhiều, công nhân không thể tiếp cận gần khu vực cháy vì
các vật liệu cháy tạo ra khói độc nhiều nên khi các xe cứu hỏa tới đám cháy đã lan

rộng mất nhiều thời gian đám cháy mới được khống chế.
- Các vụ cháy xẩy ra ở các khu dân cư, xẩy ra trong các khu phố hẹp, ngõ nhỏ
thường được phát hiện sớm số lượng người biết nhiều nhưng không có các dụng
cụ, thiết bị chữa cháy, các nhà dân xung quanh chỉ có xô chậu đựng nước để dập
lửa nên không thể tiếp cận đám cháy, số lượng người đúng đông nhưng không thể
tham gia vào việc chữa cháy mà chủ yếu giúp đỡ đưa người đi cấp cứu và chuyển
một số tài sản xung quanh ra xa đám cháy. Đặc biết các đám cháy xẩy ra trong ngõ
nhỏ hẹp xe chữa cháy không thể tiếp cận được.
- Các vụ cháy ở các nhà cao từ 2 đến 4 tầng như có cửa kính trong các khu dân cư,
trong các ngõ nhỏ ngõ hep, sâu các ôtô chữa cháy không thể tiếp cận được. Các
phương tiện chữa cháy thông thường như bình cứu hỏa không phát huy tác dụng
đặc biệt ở các tầng cao có cửa kính việc thì việc phun nước không thể tiếp cận tới
các đám cháy xẩy ra trong nhà.
Từ những vấn đề thực tế trên nhóm nghiên cứu đưa ra giải pháp đó là sử dụng túi
nước và máy bắn nước dùng cho cứu hỏa nhằm cung cấp thêm một phương tiện hỗ
trợ giúp cho việc chữa cháy trong các khu dân cư trên các tầng cao (tầng 2,3,4,5)
có ngõ nhỏ hẹp mà xe chữa cháy không thể tiếp cận được như của Hà Nội hiện
nay.
PHẦN II
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
VÀ ĐIỂM MỚI VÀ SÁNG TẠO CỦA ĐỀ TÀI
Các phương tiện chữa cháy hiện nay:
- Xe thang chữa cháy hiện nay có thể đạt đến độ cao 52m để chữa cháy và cứu
người bị nạn nhưng ngược điểm là xe to không thể tiếp cận các đám cháy trong các
phố nhỏ, ngõ nhỏ của Hà Nội hiện nay.
- Xe ô tô cứu hỏa ưu điểm có thể phun một lượng nước lớn để dập lửa, và có thể
phun nước xa vài chục mét nhưng không thể đưa vòi phun nước vào ngõ nhỏ và
sâu và đông đúc như ở Hà Nội hiện nay.
- Bình chữa cháy cá nhân bình CO
2

,
bình

bột có tác dụng chữa cháy trong các đám
cháy nhỏ bán kính tác dụng khoảng 5m, các phương tiện gia dụng dùng nước chữa
cháy như xô chậu dùng nước chữa cháy phải cách đám cháy khoảng 10 m.
Điểm mới, sáng tạo của đề tài:
1. Cung cấp một giải pháp chữa cháy đơn giản để mọi người dân đều có thể tham
gia chữa cháy kịp thời, tại chỗ tránh đám cháy lan rộng đủ thời gian khống chế các
đám cháy lớn để các xe chữa cháy chuyên nghiệp hiện đại tới hiện trường là: Sử
dụng các túi nylon đựng nước (khoảng 0,5 lít ) để mọi người có thể ném vào đám
cháy góp phần dập lửa ngăn đám cháy lan rộng.( giải pháp này đơn giản, rẻ tiền chỉ
cần đóng gói và hàn kín như các túi bán nước đậu, sữa tươi dùng được để trong
hộp cứng nhỏ gọn, dễ vận chuyển có thể đưa vào các ngõ nhỏ hẹp của Hà Nội, có
thể để được nhiều năm không hỏng )
2.Chế tạo một phương tiện chữa cháy nhỏ gọn, đơn giản đó là máy bắn nước cứu
hỏa có thể phá các cửa kính và bắn nước tiếp cận các đám các đám cháy ở các tầng
cao, tầm bắn xa, tương đối phù hợp với địa bàn Hà Nội với mật độ giao thông cao,
các ngõ sâu, nhỏ hẹp mà các phương tiện chữa cháy hiện đại không tiếp cận được.
Ngoài ra súng bắn nước cònn được sử dụng để chuyển dây cứu hỏa lên các tầng
cao nhằm cứu người bị mắc kệt trên các tầng cao ra khỏi đám cháy bằng dây cứu
hỏa.
Với giải pháp và phương tiện chữa cháy trên chữa cháy trên góp phần ngăn đám
cháy lan rộng, dập tắt các đám cháy nhỏ ở khu dân cư nhằn giản thiệt hại vật chất
và con người do các vụ cháy gây.
PHẦN III
QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ
Đưa ra các tình huống giả định:
-Với các đám cháy ở thấp tầng 1, tầng 2, khu công nghiệp có nhiều công nhân. Các
túi nước cứu hỏa là các túi nylon đựng nước nhỏ khoảng 0,5 lít nước (nặng 0,5 kg

được hàn kín ) đặt tại bể nước cứu hỏa của công ty, nhà máy khi có cháy xẩy ra
mọi người đều có thể tham gia chữa cháy tầm ném của các túi nước trên khoảng
25->35m tới các đám cháy giải túi nước vỡ ra có tác dụng dập lửa. Với khoảng
cách trên cũng là khoảng cách tương đối an toàn với khói bụi và các vật khi bị
cháy vỡ bắn ra. Một số lượng người lớn trong nhà máy, các khu dân cư (theo quan
sát khi các đám cháy có khoảng vài chục người đứng nhìn một đám cháy vì trong
tay họ không có phương tiện để chữa cháy, với các vật dụng như xô chậu đựng
nước thì họ không thể tiếp cận quá gần khoảng 5->10m vì khói thoát ra là rất lớn
nên họ không thể tham gia đập lửa chữa cháy) thì lượng nước tới các đám cháy là
đáng kể. Người ra với cách như trên thì có thể ném cao khoảng 8-11m đủ lên tới
mặt sàn tầng 3 của các nhà ở khu dân cư.
Nghiên cứu tìm hiểu các loại túi trên thị trường có thể đựng nước được có độ bền
cơ học cao mà không bị cháy như các loại vỏ nhôm như lon bia thì lại có độ bền có
học cao khó vỡ, các loại chai thủy tinh dễ vỡ nhưng khi vỡ lại tạo ra các mảnh sắc
nhọn, do vậy nhóm nghiên cứu vẫn phải dùng túi nylon.
Nhóm nghiên cứu đưa ra các tình huống giả định, thực hiện diễn tập các tính
huống giả định trên dùng máy quay ghi lại và phân tích hình ảnh, khắc phục thiếu
sót các sự cố tiếp tục hoàn thiện sản phẩm của nhóm và đã thực hiện được các yêu
cầu đặt ra.
- Thử nghiệm ném với túi đựng nước (0,5lít )thì tầm ném xa khoảng từ 25 đến 35m
(nhỏ hơn so với vật rắn là lựu đạn 450g trong bộ môn quốc phòng). Tầm ném cao
từ 7 đến 11m lên tới mặt sàn tầng 4 (3tầng x 3,5m/tầng =10,5m).
Vấn đề thứ 2:
- Trong các đám cháy xẩy ra trong các nhà 2,3,4 tầng có cửa sổ là cửa kính có độ
dày phổ biến hiện nay là 4mm -> 5mm. Phân tích nghiên cứu các công cụ chữa
cháy như cô, chậu, cát, bình cứu hỏa loại nhỏ, bình bột, bình khí CO
2
thì không có
hiệu quả, phát huy tác dụng trong tình hướng giả định trên. Túi nylon nước có thể
tiếp cận các đám cháy trong nhà nhưng không thể phá vỡ được của kính của tòa

nhà. Cách phá vỡ cửa kinh khi không thể tiếp cận được như gạch, đá có khối
lượng khoảng 300g khi lên tới tầng 3 ,tầng 4 thì động năng không đủ lớn, không
tới chính xác vị trí của ô kính đặc biệt các của sổ có ô kính nhỏ, kính mài góc ( ô
kính mài góc phổ biến hiện nay có kích thước 25x25cm). Để đạt được độ cao của
tầng 4 thì có độ cao khoảng 14m (chiều cao trung bình của một tầng là 3,5mx4 =
14m)thì vận tốc của vật nặng khi ném từ mặt đất tối thiếu là 16,7m/s (tương đương
với 60km/h) thì lên tới độ cao trên vận tốc của vật nặng bằng không. Do vậy để có
thể thực hiện được các yêu cầu trên thì vật nặng phải có động năng đủ lớn thì vật
nặng khi ném từ mặt đất phải đạt vận tốc khoảng 20m/s (72km/h) thì cần phải có
dụng cụ hỗ trợ đạt được vận tốc trên và phải có hướng đi chính xác tới mục tiêu.
- Từ những tình huống giả định trên nhóm nghiên cứu đặt ra nhiệm vụ tìm ra
một phương tiện hỗ trợ có tác dụng làm vỡ các cửa kính của tòa nhà và bắn các túi
nylon nước qua các cửa sổ để có khả năng tiếp cận các đám cháy xẩy ra bên trong
tòa nhà. Yêu cầu của dụng cụ phải nhỏ gọn dẽ vận chuyển, dễ sử dụng để có thể
tới các khu vực nhỏ, hẹp.
- Nghiên cứu tìm hiểu về kỹ thuật cơ khí tìm giải pháp tối ưu đối vơi máy bắn nước
dùng cho cứu hỏa đó là tính dẫn hướng sao cho vật phải chuyển động thẳng, cơ cấu
bắn với lực kéo tương đối lớn đảm bảo an toàn cho người sử dụng trong trường
hợp lò xo bị đứt, bị tuột. Để thực hiện được các yêu cầu trên nhóm nghiên cứu tìm
các vật liệu có trên thị trường và thống nhất sử dụng cơ năng của lò xo làm lực đẩy
để bắn các vật nặng chuyển động thẳng có hướng. Để đạt được các yêu cầu trên thì
lò xo phải có độ cứng khoảng k=1000N/m và độ biến dạng phải khoảng Δl
=60cm= 0,6m thì chiều của máy khoảng 1,3m. Nhóm nghiên của phải dùng 4 lò xo
có độ cứng khoảng 250N/m. Theo tính toán vật nặng có khối lượng m
1
=300g, đế
đỡ vật nặng gắn với lò xo có khối lượng m
2
= 200g thì có thể làm vật nặng bắn ra
với vận tốc ban đầu v =

6,0
2,03,0
1000
21
xlx
mm
k
+
=∆
+
m = 26,8 m/s thì đạt được các
yêu cầu đặt ra ở trên. Sau khi thực hiện được nhiệm vụ phá vỡ các của kính thì có
thể tiếp tục làm nhiện vụ bắn các túi nylon đựng nước qua cửa sổ tiếp cận các đám
cháy bên trong tòa nhà và ngăn đám cháy lan rộng. Để đạt được các yêu cầu trên
độ cứng của lò xo phải ổn định, khối lượng nước trong các túi nylon đựng nước
phải được cho vào phải bằng nhau. Xác định như công thức trên có thể làm các túi
nylon có lương nước 0,5 lít bắn ra với vận tốc .
v =
6,0
2,05,0
1000
21
xlx
mm
k
+
=∆
+
m = 22,6 m/s với vận tốc trên độ cao có thể đạt
được là h =

10.2
22
.2
22
=
g
v
=24,2m tương đương với độ cao của tầng 7 của tòa nhà.
-Nhóm nghiên cứu lập kế hoạch thực hiện tạo ra mô hình nhỏ với 4 lò xo lòng vào
các ống sắt nhỏ nột đầu cố định một đầu gắn với đĩa đỡ vật nặng lò xo được lồng
vào ống sắt làm vật chuyển động có hướng đạt được các yêu cầu đề ra. Để chế tạo
ra dụng cụ thực nhóm nghiên cứu còn gặp một số khó khăn sau: Các của hàng cơ
khí không sãn sàng giúp đỡ, không nhận làm, không cho mượn các dụng cụ và là
sản phẩm mới mmất nhiều thời gian mới hoàn thiện và họ nghĩ là số tiền mà họ thu
được không nhiều hơn so với các việc làm quen thuộc của họ. Trong thời gian
ngắn nên nhóm chưa có thể hoàn thiện được công cụ trên. Tuy nhiên nhóm nghiên
cứu sẽ quyết tâm hoàn thiện được dụng cụ trên vì khi nhóm đã làm được mô hình
nhỏ thì sẽ làm được với dụng cụ thực lớn hơn. Sau khi thực hiện mhón nghiên cứu
tiếp tục kết hợp nhiều hệ thống bắn nhằm làm tăng tốc độ và lượng nước bắn ra,
kết hợp với hệ thống chuyển dây cứu hỏa lên các tầng cao để cứu người bị nạn
thoát ra khỏi đám cháy.
Phần IV
KẾT LUẬN
- Nhóm nghiên cứu đã đưa ra một giải pháp chữa cháy tại chỗ, tiến hành thực
nghiệm để so sánh là việc sử dụng các túi đựng nước cứu hỏa đã làm tăng khoảng
cách chữa cháy, nước tới các vị trí cháy trên các tầng cao và chính xác hơn mà các
dụng cụ chữa cháy thông thường như xô, chậu cứu hỏa không thể tới được.
- Nhóm nghiên cứu đã chế tạo một loại phương tiện chữa cháy nhỏ gọn là máy bắn
nước cứu hỏa có tầm bắn cao, khoảng cách bắn xa, khả năng chính xác cao, có thể
chuyển dây cứu hỏa lên các tầng cao phù hợp với mật độ giao thông đông đúc và

ngõ nhỏ, phố hẹp của Hà Nội.
- Nhóm nghiên cứu đề nghị công an phòng cháy chữa cháy thẩm định để các kết
quả của nhóm nghiên cứu vào đời sống góp phần làm giản thiệt hại về vật chất, con
người do các đám cháy gây ra.
- Qua thực nghiệm giải pháp chữa cháy và phương tiện của nhóm nghiên cứu đà
phát huy tác dụng, giải quyết được các vấn đề mà nhóm nghiên cứu đặt ra và phát
huy tác dụng tốt trong việc chữa cháy. Đề nghị các cơ quan, đơn vị, trường học,
nhà máy các khu công nghiệp, UBND xã phường bổ xung túi đựng nước cứu hỏa
cùng với bể nước cứu hỏa như một biện pháp chữa cháy tại chỗ kịp thời để ngăn
đám cháy lan rộng nhằm giảm thiệt hại do cháy gây ra.
Tài liệu tham khảo
Trước và trong quá trình làm đề tài nhóm có tra cứu tìm hiểu các tài liệu sau:
-SGK Vật lý lớp 10 (chương trình nâng cao) Nhà xuất bản giáo dục.
- Thongtinkhcn.com.vn tháng 7,8,9 năm 2014
-Tailieu.vn năm 2014
- anninhthudo.com.vn năm2013, 2014
- dantri.com.vn năm 2014
-khoahoc.com.vn năm 2014
- 24h.com năm 2014
Người hướng dẫn đề tài
Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Tấn Cường học vị : Thạc sỹ
E-mail: ĐT: 0902133584
Nơi công tác: trường THPT Trần Nhân Tông