北京故宫拥有世界上现存规模最大、保存最为完整的木结构古代宫殿建筑群。木材,作为其核心承重材料,存在易燃的材性缺陷,因而消防便尤为重要。故宫里有哪些消防“神器”?其中又凝结着古人怎样的智慧呢?
故宫自明永乐十八年(1420年)建成至今,至少遭受过58起火灾。其中,位置最为显要的太和殿(俗称金銮殿)建成后屡遭焚毁,并多次重建。为此,故宫里准备了种类多样的灭火设备——云梯、钩子、水桶一应俱全。特别值得一提的是一种借助机械作用的“灭火枪”——激桶。让我们来认识一下激桶的两种形式唧筒和水龙吧。
唧筒往往与水桶配合使用。威客电竞建筑失火时,救火人员将唧筒支脚张开,立于水桶中,并将外套筒底部置于水中,将喷水头则对准火点,通过手动前后推拉底部内筒,即可产生喷水效果。
唧筒通过支脚立放在盛有水的桶内,与内套筒相连的上阀门、与外套筒相连的下阀门均处于闭合状态,外套筒底部有若干小孔
将内套筒手动上拉时,由于套筒内的气体体积增大,气压小于大气压,因而上阀门在大气压作用下闭合;同理,由于外套筒内气压此时小于水压,因而下阀门被桶里的水挤开,水通过小孔注入外套筒内
将内套筒手动下压时,由于筒内的气体体积减小,气压大于大气压,上阀门开,水由喷水头射出;同理,由于外套筒气压此时大于底部水压,因而下阀门在套筒内气压作用下闭合。反复拉压内套筒,即可产生吸水、喷水的效果
水龙是一种利用拉压杠杆方式取水及喷水的灭火装置,自清朝中期起,水龙逐渐取代唧筒成为故宫中的消防主力。
水龙的出水力由杠杆的力矩平衡产生,不仅与手动力成正比,而且与力臂密切相关。根据力矩平衡原理,威客电竞手动力与作用力臂之积等于出水力与出水力臂之积。在这种条件下,产生的出水力巨大,因而出水管的射程可以达到数十米外。
压杆左侧下压时,活塞A下降,吸水铜缸I内气体压力变大,阀门C打开、阀门E关闭,缸I内的水通过阀门C进入缸II
吸水铜缸III中的活塞B上升,缸内气体压力变小,D阀门关闭,F阀门打开,水由入水管进入G,再通过阀门F进入缸内
对于吸水铜缸II而言,当活塞A下降幅度较大时,产生的压力足以使缸中的水由H喷出,且缸内含有部分密闭空气,有利于形成一定的喷水压力。如此反复操作压杆,则铜缸I和铜缸III的排水、吸水过程交替进行,铜缸II可产生源源不断的喷水效果
● 活塞的受控方向为上下向,不仅便于救火人员操作,而且可借助人体重量产生更大的下压力
唧筒和水龙都是通过活塞产生往复运动来吸水与喷水。然而,水龙的便利性、科学性及机械化程度更高。《远西奇器图说》评价水龙为“火力正胜,人不可近,但有此器,则五六人可代数百人之用,又不空费一滴之水,不拘多高、多远,皆可立到”,足以说明其优越性。为让故宫建筑免于火灾,激桶可谓功不可没。