專利名稱：用于從建筑物外部疏散的裝置的制作方法
相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)要求2003年2月21日提交的第60/449,125號(hào)臨時(shí)申請(qǐng)、2003年5月8日提交的第60/468,845號(hào)臨時(shí)申請(qǐng)和2003年8月4日提交的第60/492,398號(hào)臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)。
背景技術(shù)：
發(fā)生在2001年9月11日的紐約世貿(mào)中心災(zāi)難，使得人們對(duì)在大火或其他威脅生命的緊急情況中，當(dāng)樓梯問(wèn)難以接近、無(wú)法使用、過(guò)于擁擠、充滿煙霧、被阻塞或處于其他不安全的狀態(tài)時(shí)，提供一種將大量人員沿高層建筑物外部迅速和安全地疏散的裝置的需求突出了。
發(fā)生在高層辦公建筑和旅館中的大火經(jīng)常將人們圍困在較高的樓層上，使他們處于忍受吸入煙塵、一氧化碳和火焰的困境或引起他們的死亡(在世貿(mào)中心(WTC)災(zāi)難中就有近200人這樣死去)。因此，存在對(duì)一種裝置的需求，該裝置能夠不受建筑物的高度和樣式影響，使大量人員迅速離開著火建筑物的致命內(nèi)部而進(jìn)入建筑物無(wú)煙一側(cè)的新鮮空氣中，并隨后將他們非常緩慢地下降到地面(或其他在火焰之下的安全表面)以便他們可以機(jī)動(dòng)安全地通過(guò)由建筑物正面及互相之間顯現(xiàn)出的危險(xiǎn)，不受傷害地降落到地面(或其他安全表面)的裝置的需求。甚至在以可能的最快逃離到外部的條件下，一些人仍然需要至少呼吸一小段時(shí)間致命的內(nèi)部氣體，因此所述裝置應(yīng)該還包含在此段時(shí)間內(nèi)為他們提供呼吸空氣的裝置。
可用于或建議用于從高層建筑物中逃離的裝置的主機(jī)包括低-海拔降落傘、管網(wǎng)救生槽(tubular net life-chutes)、航空垂直起降(VTOL)營(yíng)救平臺(tái)和受控下降設(shè)備。不能在15層以下使用低-海拔降落傘，且如果跳傘新手漂移到自己的側(cè)面或鄰近的建筑物上，降落傘會(huì)毀壞，甚至熟練的跳傘者也可能出現(xiàn)上述情況。一座建筑物中的管網(wǎng)救生槽的數(shù)量和位置是有限制的，因此顯著地限制了其可以拯救的人員的數(shù)量。同時(shí)在強(qiáng)風(fēng)中，管網(wǎng)救生槽可被吹得無(wú)法控制，這使得不能在非常高的建筑物中使用所述管網(wǎng)救生槽。航空垂直起降救援平臺(tái)還僅處于提議階段，其最多只能容納10個(gè)人。受控-下降設(shè)備可以是受使用者控制的或自動(dòng)的。在受使用者控制的類型中，人員通過(guò)不斷調(diào)整施加給從離開點(diǎn)懸垂到地面的繩索的摩擦來(lái)控制自己的速度。但是，所述使用需要訓(xùn)練和技巧并且在非常高的高度中不實(shí)用。盡管未受過(guò)訓(xùn)練人可以使用自動(dòng)型的設(shè)備，但是這樣的設(shè)備更重而且更昂貴。因此，典型地在離開點(diǎn)釋放繩索或纜繩，通常其速度對(duì)于沿建筑物外面的安全下降來(lái)說(shuō)是太快了，而對(duì)于營(yíng)救幾百人逃離來(lái)說(shuō)是太慢了，因?yàn)槊總€(gè)控制器一次只能降下一個(gè)人。
為了實(shí)現(xiàn)最緩慢的下降速度和最大逃離速率，每個(gè)人員需要他自己可以佩帶的、重量輕的、速度慢的自動(dòng)控制器和纜繩。

發(fā)明內(nèi)容
簡(jiǎn)而言之，本發(fā)明包括一種允許人員以足夠緩慢的速度從多層建筑中預(yù)定高度的出發(fā)點(diǎn)(origin)下降到一較低的支撐平面從而不受傷害地著陸的裝置，該裝置包括一殼體；一用于將殼體安全地附著到人體的背帶；一殼體內(nèi)部預(yù)定長(zhǎng)度的纜繩，該預(yù)定長(zhǎng)度足以實(shí)現(xiàn)從出發(fā)點(diǎn)到達(dá)較低支撐平面，所述纜繩具有一將其與出發(fā)點(diǎn)附近的一固定的固定點(diǎn)(anchorage)連接的固定部件(securing member)的自由端；以及一殼體內(nèi)部的、在人員下降時(shí)由纜繩釋放驅(qū)動(dòng)的能量消散機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)的特征在于，在交點(diǎn)處(intersection)，能量消散速率的斜率超過(guò)作為下降速度函數(shù)釋放的勢(shì)能速率的斜率，并且不用借助人員的控制，該交點(diǎn)就在足夠緩慢的下降速度中出現(xiàn)。
優(yōu)選實(shí)施例是獨(dú)立(self-contained)裝置，該裝置可以被迅速地穿戴到現(xiàn)有衣物外面。該裝置具有一頭盔組件，該組件包含一用于在人員等待離開建筑物時(shí)為其提供可呼吸的空氣的空氣過(guò)濾系統(tǒng)。隨后，該組件通過(guò)該人員自己卷軸(spool)上的高強(qiáng)度纜繩以每秒一英尺(1英尺/秒)的平均速度沿建筑物外部自動(dòng)地將人下降到地面上。甚至在極端緩慢的速度時(shí)，無(wú)論是從芝加哥西爾斯大廈(Sears Tower)位于1,431英尺的最高占用層還是從臺(tái)灣“臺(tái)北101”位于1,441英尺的最高占用層(世界上最高占用層的最新記錄保持者)下降都僅僅需要24分鐘就能到達(dá)地面。在每層安裝簡(jiǎn)單的固定點(diǎn)之后，本發(fā)明非常適用于從這樣的高層建筑物中迅速而安全地疏散數(shù)千人。簡(jiǎn)言之，本發(fā)明是一種裝置，用于1)為每一樓層的每個(gè)人提供一種迅速離開建筑物的致命內(nèi)部的設(shè)備，而不考慮該人員的個(gè)頭或身體技能(physical skill)，同時(shí)2)在人們等待離開時(shí)，還使他們免受煙及其他致命氣體的傷害，隨后3)無(wú)論建筑物的配置和高度如何，為人們提供沿建筑物外部的緩慢、自動(dòng)下降，同時(shí)4)繼續(xù)保護(hù)人們不受煙、熱和下墜殘片的傷害。本發(fā)明裝置(每人一套)使得每個(gè)被圍困的人員在幾分鐘之內(nèi)從建筑物的內(nèi)部逃離，并且甚至在最高的建筑物中也可以在此后不到半小時(shí)以內(nèi)，完全不受傷害地輕緩地降落到地面上。與封閉的槽不同，這里不存在最大高度。并且與降落傘不同，不存在最小高度。并且與需要用戶控制的設(shè)備不同，不需任何提前訓(xùn)練就能實(shí)現(xiàn)完全的安全。另外，同樣規(guī)格的裝置可以用于各種體格和重量的人員，該重量可以處于60磅到360磅的范圍內(nèi)。
在此處將進(jìn)行描述的優(yōu)選實(shí)施例中，能量消散機(jī)構(gòu)是小型的、獨(dú)立的、半圓柱狀葉片的高速風(fēng)扇，對(duì)于一個(gè)“全部人使用同樣一個(gè)尺寸”的裝置中的從60到360磅重的人員，該風(fēng)扇可自動(dòng)地將該纜繩的退繞控制到非常安全的、平均為每秒大約一英尺的下降速度?？梢栽谄渌麑?shí)施例中使用其他滿足本發(fā)明的發(fā)明原則的可選能量消散機(jī)構(gòu)。


當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)，可以更好地理解上述發(fā)明內(nèi)容、后續(xù)的對(duì)物理原則的詳細(xì)描述、與現(xiàn)有技術(shù)的對(duì)比及本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。出于說(shuō)明本發(fā)明的目的，在附圖中示出了特定的配置和方法。但是，應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明并不局限于所顯示的特定配置或具體實(shí)施例中的方法。在附圖中
圖1示出現(xiàn)有技術(shù)中的設(shè)備的能量消散速率與下降速度之間的關(guān)系；圖2示出不同下降重量所釋放的勢(shì)能的速率與下降速度之間的關(guān)系；圖3示現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備的能量釋放速率及能量消散速率與下降速度之間的關(guān)系；圖4示本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的能量消散速率與下降速率之間的關(guān)系；圖5示出優(yōu)選實(shí)施例中能量釋放速率及能量消散速率與下降速度之間的關(guān)系；圖6a示出一個(gè)穿有由一背包組件、一救援背帶和一帽子組件組成的優(yōu)選實(shí)施例的人員的后視圖，圖6b示出了該人員的側(cè)視圖；圖7示出了該基本背包組件的工作零件的立體分解圖；圖8a1是透明塑料頭盔的主視圖，而圖8a2是其側(cè)視圖；圖8b是頭部上方的記憶泡沫(memory foam)插入件的側(cè)截面視圖；圖8c是記憶泡沫頸套的側(cè)截面視圖；圖8d是過(guò)濾罐的截面視圖；圖8e1是罐固定器的正截面視圖，圖8e2是其側(cè)截面視圖；圖8f是吹嘴(mouthpiece)的側(cè)截面視圖；圖9a示出穿有帶有特定連接配置(attachment arrangement)的優(yōu)選實(shí)施例的人員的主視圖，圖9b示出8條連接繩索如何在背板的孔中移動(dòng)；圖9c示出拉緊設(shè)備的閉合；圖9d示出如何裝配(rig)該拉緊設(shè)備；圖9e示出用戶如何拉緊該拉緊設(shè)備。
圖10a1和圖10a2示出了梁夾(grider clamp)；圖10b1和圖10b2示出了固定盒(anchor box)；圖10c示出了安裝在臨近出路窗(egresswindow)的整個(gè)裝備(setup)；圖11a示出了一個(gè)人在離開窗戶前將他的鉤環(huán)(carabiner)夾到固定盒上；圖11b示出該人朝向窗子后退；圖11c示出該人即將開始放手并開始其安全下降。
圖12示出了帶有相關(guān)配合部件(mating part)的內(nèi)置扭矩-限制器機(jī)構(gòu)的“如裝配好的(as-assembled)”部分截面視圖。
具體實(shí)施例方式
對(duì)物理學(xué)的理解(understanding the physis)假設(shè)一個(gè)200磅的男人準(zhǔn)備從一幢著火的建筑物的1000英尺高的窗子中跳出。他具有0動(dòng)能。但是，他具有200,000英尺-磅(ft-lbs)的勢(shì)能。如果他跳起--忽略在他速度增加時(shí)由空氣阻力引起的、轉(zhuǎn)化為熱能的一小部分能量--所有的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為200,000英尺-磅的動(dòng)能，當(dāng)這個(gè)不幸的家伙在8秒鐘以后撞到地面時(shí)，該動(dòng)能將使其的速度增加到252英尺/秒(172MPH)。能夠拯救此人的是用于消散全部釋放的勢(shì)能的機(jī)構(gòu)，該勢(shì)能否則將發(fā)展為增加其下降速度。該減緩-下降、消散-能量的機(jī)構(gòu)將把該釋放的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為該機(jī)構(gòu)周圍的單獨(dú)空氣分子的增加的隨機(jī)動(dòng)能，一部分臨時(shí)地變?yōu)樵摍C(jī)構(gòu)自己的單獨(dú)分子的增加的隨機(jī)動(dòng)能，從而提高其溫度。在有受限氣流(limited airflow)情況下，上述溫度增加將是非常大的，或者在有大量氣流的情況下上述溫度的增加是很有限的。
在確定諸如緩慢下降、能量消散機(jī)構(gòu)的參數(shù)時(shí)，根據(jù)瓦特來(lái)研究該問(wèn)題是很有益的。使用下面的轉(zhuǎn)換式1英尺磅等于1.355瓦特秒，該200磅以上的男人的初始勢(shì)能等于271,000瓦特秒。該數(shù)字等于該機(jī)構(gòu)所必須消散的平均能量與到達(dá)地面時(shí)間的乘積。
按每秒英尺計(jì)算的下降速度由描述按每秒瓦特秒(或瓦特)計(jì)算的該緩慢下降能量消散機(jī)構(gòu)所消散能量的速率相對(duì)于按每秒英尺計(jì)算的下降速度的曲線，與描述(對(duì)于給定重量)按每秒瓦特秒(或瓦特)計(jì)算的釋放勢(shì)能的速率相對(duì)于按每秒英尺計(jì)算的下降速度的直線的交點(diǎn)來(lái)確定，其中前者的斜率超過(guò)后者的斜率以便確保穩(wěn)定狀態(tài)。
分析(現(xiàn)有技術(shù))救援線(ResQline)TM系統(tǒng)首先進(jìn)行分析的不是本發(fā)明，而是由M.米勒(M.Meller)(US-2003/0070872A1和US-2003/0070873A1)發(fā)明的、被稱為賽福-洛塞特救援線(safir-RosettiResQline)的設(shè)備。將該設(shè)備與本發(fā)明進(jìn)行比較是很有用的。該設(shè)備主要包括一卷長(zhǎng)度足夠到達(dá)地面的纜繩(每人一卷)，和一個(gè)永久且牢固地安裝在窗戶之下的地板上的能量消散風(fēng)扇，一些人員將從該窗戶離開建筑物。所述風(fēng)扇被封裝在帶有保護(hù)遮蔽物的框架中。該框架支撐一個(gè)平臺(tái)，在使用中該平臺(tái)探出窗口。人員在離開前爬到該平臺(tái)上。但是在該人爬到平臺(tái)上之前，他將自己的卷軸固定到風(fēng)扇的軸延長(zhǎng)部上并將纜繩的自由端連接到自己的背帶上。當(dāng)該人下降時(shí)，纜繩將被放出并轉(zhuǎn)動(dòng)卷軸，驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇。該風(fēng)扇的四相等間隔的平葉片朝向垂直于轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的方向，從而阻止轉(zhuǎn)動(dòng)并因而限制下降速度。當(dāng)風(fēng)扇最終停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，下一個(gè)人移開前一個(gè)人的卷軸(纜繩的端部還連接著)并將其安全地放置在一邊，隨后他安裝自己的卷軸、將其纜繩與背帶連接并重復(fù)之前的過(guò)程。
此分析的目的是計(jì)算不同重量的人員的下降速度。風(fēng)扇的每個(gè)葉片消散能量(瓦特)的速率通過(guò)下式給出(1)P=1.355A(CD2)(ρwg)[(RPM)(π30)(REFF)]3]]>其中P＝單獨(dú)的葉片消散能量[或功率](按瓦特計(jì)算)的速率1.355＝將英尺-磅/秒轉(zhuǎn)化為瓦特的系數(shù)A＝按英尺2計(jì)算的葉片的前沿或投射面積CD＝葉片的形狀的阻力(drag)系數(shù)ρw＝在給定溫度和壓力下的空氣重量密度g＝重力加速度常數(shù)，等于32.2英尺/秒2RPM＝每分鐘風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)的速度
REFF＝按英尺計(jì)算的葉片的有效半徑對(duì)于平板葉片CD等于1.2。四個(gè)等間隔的葉片中的每一個(gè)是大約15英寸長(zhǎng)和7.5英寸寬，并且安裝在一個(gè)1英寸的軸上。因此，A等于112.5英寸2，折合為0.781英尺2，同時(shí)REFF等于10.0英寸，折合為0.833英尺。
(2)ρw=1.325(PbT)]]>其中ρw＝按磅/英尺3磅計(jì)算的空氣的重量密度1.325＝將空氣的英寸-汞柱/°R(in-Hg/°R)轉(zhuǎn)化為磅/英尺3的系數(shù)Pb＝按英寸汞柱計(jì)算的大氣壓力(此處假設(shè)為29.92)T＝(根據(jù))蘭金刻度的度數(shù)的空氣溫度，假設(shè)為509.7°R(50°F)(代入上述數(shù)值，ρw＝0.078磅每立方英尺)為了建立能量消散速率相對(duì)下降速率的曲線，必須將上述全部數(shù)值以及在卷軸開始處和結(jié)束處下降速度與風(fēng)扇RPM之間的關(guān)系代入公式(1)中。
所述關(guān)系由纜繩的卷繞直徑確定。纜繩的初始卷繞直徑大約是5英寸，而完全釋放后的卷繞直徑大約是2.5英寸。這引起了按英尺/秒計(jì)算的下降速度與5英寸直徑和2.5英寸直徑的風(fēng)扇RPM之間的下述列表關(guān)系風(fēng)扇RPM

這些RPM值與其他參數(shù)一起被帶入公式(1)從而確定在起始直徑和在末端直徑處，每個(gè)葉片消散能量的速率(按瓦特計(jì)算)相對(duì)于下降速度(按英尺/秒計(jì)算)的曲線。圖1示出了4個(gè)葉片(4P)的圖表，在開始處(5英寸直徑)和在結(jié)束處(2.5英寸直徑)，全部四個(gè)葉片消散能量的速率(按瓦特計(jì)算)相對(duì)于下降速度(按英尺/秒計(jì)算)的曲線。
下一步是確定描述釋放的勢(shì)能(按瓦特計(jì)算)的速率相對(duì)下降速度的直線。與前面的計(jì)算不同，這是由下降人員的體重決定的。每下降一英尺，每一磅重量釋放一英尺磅的勢(shì)能。因此，每一磅重量勢(shì)能釋放速率是每一英尺/秒1.355瓦特。因此，以10英尺/秒的速度下降的100磅的人以1,335瓦特的速率釋放勢(shì)能，......下降速度為20英尺/秒時(shí)，釋放勢(shì)能的速率為2,710瓦特。一個(gè)體重為200磅的人，以10英尺/秒的速度下降，釋放勢(shì)能的速率為2,710瓦特，......下降速度為20英尺/秒時(shí)，釋放勢(shì)能的速率為5,420瓦特。一個(gè)體重為300磅的人，以10英尺/秒的速度下降，釋放勢(shì)能的速率為4,065瓦特，……下降速度為20英尺/秒時(shí)，釋放勢(shì)能的速度為8,130瓦特。
圖2示出了描述100磅、200磅和300磅重的人釋放勢(shì)能速率(按瓦特計(jì)算)相對(duì)于下降速度(按英尺/秒計(jì)算)的直線。圖3示出了在圖1中重疊的同樣三條直線，和描述在卷軸的開始處和結(jié)束處能量消散速率(按瓦特計(jì)算)的曲線。如前面所說(shuō)明的，該直線與曲線的交點(diǎn)確定了實(shí)際的下降速度。
體重為100磅的人被認(rèn)為在初始5英寸卷軸直徑處以18.5英尺/秒的速度開始，并且在卷軸下降到2.5英寸直徑時(shí)以6.5英尺/秒的慢速結(jié)束。該200磅的人開始于26英尺/秒并結(jié)束于9英尺/秒的慢速。該300磅的人開始于29英尺/秒并結(jié)束于11英尺/秒的慢速。這些數(shù)據(jù)符合救援線所公開的說(shuō)明結(jié)果，該結(jié)果看來(lái)使用的是僅僅從中等高度的建筑物上下落的相當(dāng)微小的物體，該建筑物只需要初始狀態(tài)為5英寸而落地時(shí)為3英寸的纏繞直徑卷軸。在該救援線系統(tǒng)的下降過(guò)程中，沒有仍然留在卷軸上的全部纜繩與目標(biāo)一起下降，這就增加了目標(biāo)的重量。上述情況輕微地加快了結(jié)束處的速度，尤其是對(duì)于較輕的目標(biāo)。綜合考慮開始和結(jié)束速度，在所有的撤離計(jì)算中，上述速度與救援線使用的15英尺/秒“平均”下降速度相關(guān)。
最大下降速度29英尺/秒(對(duì)一個(gè)300磅的人來(lái)說(shuō))超過(guò)每秒兩層。即使15英尺/秒的下降速度(所有人完成下降的平均值)也基本上為每秒超過(guò)一樓層。如在下面段落中所討論的，這樣快的速度會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的傷害。
可以通過(guò)增大風(fēng)扇的尺寸來(lái)減小上述下降速度。例如，將葉片長(zhǎng)度從15英寸增加到18英寸，可以把300磅人的最大下降速度從29英尺/秒減小到23.5英尺/秒。但是，該下降速度的有利減少不夠多，并且被能被救援的人員數(shù)量減少的負(fù)面結(jié)果抵消，因?yàn)槊總€(gè)人必須等著前一個(gè)人著陸并且風(fēng)扇完全停止后，他(或她)才能移開前面的卷軸，放好該卷軸，并用自己的卷軸代替該卷軸以便開始他自己的逃離過(guò)程。
分析本發(fā)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例使用一種能量消散機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了對(duì)所有人的小于2英尺/秒的下降速度，該機(jī)構(gòu)很小以致于其和纜繩的卷軸可以被下降的人員穿戴著。這就允許每個(gè)人具有自己的纜繩和自己的“超級(jí)緩慢”下降機(jī)構(gòu)，這樣位于每個(gè)樓層的每個(gè)人都可以迅速地離開建筑物致命的內(nèi)部(而不必等待前一個(gè)人完全降落)，并且不管建筑物外部配置，隨后沿著甚至是最高的摩天大廈的外部緩慢及安全地(和其他人一起)降落到地面上。
在對(duì)該救援線系統(tǒng)進(jìn)行分析后，由于所述救援線系統(tǒng)對(duì)于所有人員的平均下降速度是巨大的15英尺/秒，而且該能量消散風(fēng)扇大得不能背在身上，那么本發(fā)明的權(quán)利要求可能會(huì)顯得牽強(qiáng)(far-fetched)。
然而，參照上述對(duì)物理學(xué)的理解部分，可以知道，將一個(gè)200磅的男子安全地從1,000英尺的高度下降到地面需要消散271,000瓦特-秒的勢(shì)能。也就是說(shuō)在花費(fèi)10秒種的情況下需要每秒平均消散271,00瓦特，在花費(fèi)100秒種的情況下需要每秒平均消散271,0瓦特，在花費(fèi)1000秒種的情況下每秒需要平均消散271瓦特。值得注意的是，最長(zhǎng)的時(shí)間(即最慢的下降速度)需要最小的能量消散。因此，低能量消散和低下降速度不是互相排斥的。其實(shí)，二者的關(guān)系是相反(opposite)的才是正確的。實(shí)際上，前面建議的將該救援線風(fēng)扇的葉片長(zhǎng)度從15英寸增加到18英寸的修改不僅會(huì)引起下降速度減少19％，還會(huì)引起風(fēng)扇所消散的能量減少19％。(參見圖3，由于能量消散率曲線的斜率超過(guò)能量釋放率直線的斜率，隨著公式(1)中的“P”值增加，定義下降速度和消散的功率(能量的速率)的交點(diǎn)向下移動(dòng)，而不是向上。)但是這是通過(guò)增加風(fēng)扇尺寸實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明是如何實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的尺寸減小的呢 關(guān)鍵在于讓能量消散機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)得比解繞(unraveling)纜繩的卷軸快?？梢酝ㄟ^(guò)使用齒輪、皮帶、鏈條、輪子或滑輪來(lái)實(shí)現(xiàn)能量消散機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)速度的增加。但是，齒輪是最好的選擇，因?yàn)槠Ш玩湕l可能會(huì)破裂，而輪子和滑輪可能會(huì)滑脫。通過(guò)使用速度增加方法，可以將一些類型的能量消散機(jī)構(gòu)制造成小得可以由人穿戴著。除了具有較小的尺寸，每磅下降重量的引起的能量消散應(yīng)該小于作為實(shí)際目標(biāo)的5.4瓦特/磅。這樣，在強(qiáng)氣流中，該機(jī)構(gòu)不會(huì)變得比洗手間干手器更熱(甚至在下降重量為400磅時(shí))，而人員的下降速度不會(huì)超過(guò)4英尺/秒，該數(shù)值在很多例子中是緩慢得可以避免傷害的。但是，下面將要發(fā)現(xiàn)，將要討論的優(yōu)選實(shí)施例和其他實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)甚至更低(更冷)的能量消散水平，和更緩慢(更安全)的、穩(wěn)定的下降速度。
該優(yōu)選實(shí)施例使用一個(gè)小風(fēng)扇來(lái)消散能量。盡管只使用兩個(gè)齒輪軸就可增加所希望的速度，但是此處使用了三個(gè)。該中間齒輪軸提供了齒輪嚙合到齒輪嚙合的所需的分隔距離，以及更合適的比率。將所有三個(gè)軸安裝到一個(gè)普通的支撐架上。位于上部的驅(qū)動(dòng)軸包括該纜繩卷軸和一個(gè)很大的齒輪。該大齒輪與一個(gè)較小的齒輪在該中間軸上嚙合，該中間軸還包括一個(gè)大一些的齒輪。該齒輪驅(qū)動(dòng)一個(gè)風(fēng)扇軸上的非常小的齒輪。
在本方案中，位于卷軸的軸上的大齒輪是一個(gè)帶有12英寸節(jié)徑(pitch diameter)和144齒的3/4英尺寬、12節(jié)(pitch)的正齒輪。所述齒輪與一個(gè)位于中間軸上的、帶有3英寸節(jié)徑和36齒的3/4英尺寬、12節(jié)的正齒輪相嚙合。同樣，在中間軸上是一個(gè)帶有5英寸節(jié)徑和100齒的1/2英尺寬、20節(jié)的正齒輪。并且一個(gè)帶有1英寸節(jié)徑和20齒的1/2英尺寬、20節(jié)的正齒輪與該風(fēng)扇軸上的較小齒輪相嚙合。對(duì)于卷軸的軸的每一次轉(zhuǎn)動(dòng)，該中間軸轉(zhuǎn)動(dòng)4次，而風(fēng)扇軸轉(zhuǎn)動(dòng)20次。
而且現(xiàn)在的風(fēng)扇具有八個(gè)葉片而不是四個(gè)。該葉片不再是平的了(CD為1.2)，而是半圓柱狀的，同時(shí)其開放端向前。上述情形具有將阻力系數(shù)CD增加到2.3的作用。同樣，其半圓柱狀的形狀使得葉片的數(shù)量增加一倍變?yōu)榘藗€(gè)成為可能，該半圓柱狀的形狀減小了會(huì)典型地排除葉片數(shù)量增加的繪圖問(wèn)題(drafting problem)。每個(gè)半圓柱狀的葉片具有一個(gè)2.5英寸×8英寸的正面投影(frontal projected)面積，因此，A是20英寸2，或公式(1)所要求的0.1389英尺2。到葉片中心的有效半徑REFF現(xiàn)在是4.9英寸，或如公式(1)所要求的0.408英尺。
下面的數(shù)據(jù)將說(shuō)明齒輪和風(fēng)扇的細(xì)節(jié)，并顯示其如何與其他關(guān)鍵部件一起被封閉在一“背包”裝置中，該裝置將被準(zhǔn)備從建筑物逃離的人員背負(fù)著。但是現(xiàn)在，這些基礎(chǔ)信息足夠執(zhí)行使用公式(1)進(jìn)行的、用于為100磅、200磅、300磅以及400磅下降重量確定下降速度的其他分析。
該最大纜繩卷軸直徑在初始時(shí)是6英寸，放出后的卷軸直徑是3.25英寸。纜繩的全部長(zhǎng)度足夠從西爾斯大廈的最高占用樓層一直延伸到地面。由于齒輪的原因，隨著卷軸的一次轉(zhuǎn)動(dòng)，風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)20次----從而使得下降速度為救援線系統(tǒng)的同樣風(fēng)扇速度對(duì)應(yīng)的下降速度的1/20(在同樣的卷軸直徑)。下表給出在纜繩卷軸上保留有6英寸的卷繞直徑和保留有3.25英寸的卷繞直徑時(shí)的新下降速度(英寸/秒)和風(fēng)扇RPM的關(guān)系風(fēng)扇RPM


圖4示出8P(由全部8個(gè)葉片消散的能量速率)的曲線，該曲線在開始時(shí)纜繩的卷軸直徑是6英寸，在接近結(jié)尾處纜繩的卷軸直徑是3.25英寸。通過(guò)將新的RPM帶入公式(1)中，同時(shí)修改A、CD和R效果的數(shù)值，以及在新的對(duì)應(yīng)下降速度繪制所述結(jié)果(乘以8)可以得到表格。
圖5示出了這些曲線與前面計(jì)算得到的表示對(duì)于100磅、200磅、300磅、400磅的下降重量的、作為下降速度函數(shù)的、所釋放的勢(shì)能速率的直線之間的重疊。與前述相同，該交點(diǎn)確定了在開始處具有全部(full)卷軸的最大下降速度，和具有用盡的(depleted)卷軸的結(jié)束處的最小下降速度。但是現(xiàn)在，與該救援線系統(tǒng)不同，不再保持在卷軸上的纜繩重量被從初始總重量中減去，因?yàn)槠洳辉傧陆盗恕＿@引起了臨近結(jié)尾處的一個(gè)附加的輕微減慢效應(yīng)，該效應(yīng)對(duì)于最輕的人最為明顯。
甚至借助一個(gè)較小的能量消散風(fēng)扇，400磅的總重量(一個(gè)360磅的人帶有一個(gè)40磅的包含纜繩與其他裝備的背包)以非常緩慢的1.9英尺/秒速度開始下降(能量消散小于1,200瓦特)，并隨后在結(jié)尾處減慢到0.8英尺/秒。將其與該救援線進(jìn)行對(duì)比，在該救援線中，一個(gè)300磅重量在開始以29英尺/秒的速度下降，(能量消散接近12,000瓦特)。
在本發(fā)明的重量范圍的低端，100磅的總重量(一個(gè)60磅的兒童，帶有40磅的背包)最初以1.0英尺/秒的很慢的速度下降，隨后在結(jié)尾處下降為0.35英尺/秒。這些甚至更慢的下降速度是非常適合兒童的，而兒童是最可能歸屬于所述重量范圍的人。
對(duì)于中間的重量，200磅的總重量(一個(gè)160磅的人，帶有40磅的背包)最初以1.35英尺/秒的速度下降，隨后在結(jié)尾處下降為0.55英尺/秒。300磅的總重量(一個(gè)260磅的人，帶有40磅的背包)最初以1.7英尺/秒的速度下降，隨后在結(jié)尾處下降為0.7英尺/秒?，F(xiàn)在所有下降速度都是緩慢得足以保證人員可以沿著建筑物安全地下降。
還需要進(jìn)行一個(gè)附加的計(jì)算以確保阻力系數(shù)CD在整個(gè)速度范圍內(nèi)保持其2.3的值----該計(jì)算用于驗(yàn)證該雷諾茲(Reynolds)數(shù)字保持基本小于2×105。而且實(shí)際上，當(dāng)進(jìn)行完這個(gè)計(jì)算時(shí)，可以看出，該雷諾茲數(shù)字從最低速度處的0.16×105低值只上升到最高速度處的0.8×105。這個(gè)結(jié)果，加上確保該半圓柱狀葉片的表面是光滑的(特別是該凸面表面)，保證了該CD值將保持在其高值2.3。
已經(jīng)敘述了(但是還沒有解釋)該表示釋放勢(shì)能的速率相對(duì)下降速度的直線與該表示消散能量速率相對(duì)下降速度的曲線的交點(diǎn)示出的實(shí)際下降速度。但是，這是顯而易見的。參見圖5，下降重量為200磅的勢(shì)能釋放直線與6英寸卷軸直徑的能量消散速率的曲線交叉在1.35英尺/秒的下降速度處，這意味著釋放了366瓦特并消散了366瓦特。如果瞬時(shí)現(xiàn)象推動(dòng)下降速度變快，例如1.40英尺/秒，隨后釋放379瓦特同時(shí)消散400瓦特。因此，200磅重量減慢到1.35英尺/秒。相反地，如果瞬時(shí)現(xiàn)象推動(dòng)下降速度變慢，例如為1.30英尺/秒，隨后釋放352瓦特，而消散355瓦特。因此，200磅重量加速到1.35英尺/秒。隨著纜繩的放出和卷繞直徑的減小，消散曲線移動(dòng)到左側(cè)，致使給定重量的下降速度沿勢(shì)能釋放直線的固定斜率變小。(不考慮隨著纜繩放出而不再下降所引起的輕微重量減少----或隨著該放出的纜繩現(xiàn)在確實(shí)下降，在該救援線系統(tǒng)中重量的輕微增加。)上面的敘述說(shuō)明了本發(fā)明的一個(gè)基本原理，即當(dāng)在兩者交點(diǎn)處，描述能量消散速率(功率)的曲線的斜率超過(guò)描述勢(shì)能所釋放速率的直線的斜率時(shí)，將引起穩(wěn)定的下降速度。能量消散速率(功率)僅隨下降速度的增加而成比例地增加是不夠的。本發(fā)明和該救援線系統(tǒng)都被認(rèn)為實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的下降速度。
使用救援線系統(tǒng)的大量逃離救援線系統(tǒng)的下降速度非常快，因此在下降過(guò)程中任何與建筑物的接觸都可能造成傷害。甚至其降低的10英尺/秒著陸速度也類似于從2英尺高的平臺(tái)跳下的速度。如果沒有正確著陸，這足以損傷腳踝。同時(shí)配合這個(gè)問(wèn)題，如果人掉落或在著陸時(shí)未能立即向前跑，他可能被繼續(xù)向其周圍放下的剩余纜繩困住。但是，救援線不能降低其下落速度并同時(shí)保持合理的逃離速率。為了避免在下落中與建筑物發(fā)生接觸，他們提供了一個(gè)從建筑物伸出的“推出”(push-off)平臺(tái)。
但是，如后面所顯示的，上述平臺(tái)可能具有有限的效果假設(shè)一個(gè)人處于102層的帝國(guó)大廈(Empire State Building)的第70層。大約240人在該層工作。在北側(cè)和南側(cè)共有20個(gè)窗戶，在東側(cè)和西側(cè)有14個(gè)窗戶?，F(xiàn)在假設(shè)有8臺(tái)救援線系統(tǒng)被預(yù)先安裝在8扇出路窗上，每側(cè)兩臺(tái)。出路窗是在緊急情況下可以被很容易地打開的窗戶。如果在建筑物的每層安裝有8臺(tái)救援線系統(tǒng)和8扇出路窗，那么在第70層上的每個(gè)系統(tǒng)將具有至少一個(gè)系統(tǒng)和可能是兩個(gè)直接在其之上的系統(tǒng)，以及至少兩個(gè)可能是四個(gè)直接在其下的系統(tǒng)。因此，盡管平臺(tái)減少了撞擊建筑物側(cè)的機(jī)會(huì)，但該平臺(tái)實(shí)際上保證了撞擊同樣危險(xiǎn)的另一平臺(tái)(如果不是更危險(xiǎn))。
然而，減少系統(tǒng)的數(shù)目不是一個(gè)可選方案，因?yàn)橥ǔ＝ㄖ镏挥幸粋?cè)(迎風(fēng)側(cè))在低樓層上是沒有煙和火的，并因此適于作為建筑物出口。因此，即使有假設(shè)的8臺(tái)系統(tǒng)，只有2臺(tái)可以工作。在上面的例子中，120個(gè)人在兩個(gè)窗戶的每個(gè)之前排起長(zhǎng)隊(duì)。排在隊(duì)列中的后一個(gè)人移開前一個(gè)人的卷軸(估計(jì)為5秒)。將該卷軸放置在所提供的存儲(chǔ)支架上(估計(jì)為15秒)。將其自己的卷軸放置到軸上并鎖住(估計(jì)為5秒)。將位于其背帶(先穿上)上的鉤環(huán)夾到纜繩末端上的環(huán)上(估計(jì)為15秒)。爬到平臺(tái)上并小心地走到末端(估計(jì)為20秒)。隨后毫不遲疑地離開以開始他的下降，該從70層樓的下降將花費(fèi)60秒。隨后，另外的纜繩的最少20英尺的安全系數(shù)連續(xù)放出直到卷軸的末端(估計(jì)2秒)。隨后纜繩開始重新卷繞直到風(fēng)扇停止(估計(jì)為10秒)。下一個(gè)人在卷軸開始再次釋放之前移開卷軸，被懸掛在窗戶外的20磅纜繩重量拖曳。因此甚至在沒有猶豫、沒有災(zāi)難和沒有延遲的情況下，每個(gè)人的整個(gè)過(guò)程花費(fèi)超過(guò)2分鐘。這就是說(shuō)每個(gè)窗戶在一小時(shí)之內(nèi)少于30人。因此，疏散在第70層上每個(gè)窗口前排隊(duì)等待的全部120個(gè)人需要花費(fèi)4個(gè)小時(shí)。這假設(shè)上述情況在沒有災(zāi)難的情況下都是可能的----而由于上面提到的平臺(tái)上的沖突和下面的其他問(wèn)題，情況很可能不是這樣的。
其他問(wèn)題之一是大風(fēng)(在高層建筑物經(jīng)常出現(xiàn))。迎風(fēng)側(cè)的風(fēng)將把人推到建筑物上及彼此身上，很可能引起他們移動(dòng)的纜繩彼此之間或與平臺(tái)或與建筑物的其他突出部分糾纏。
而且，等待了四個(gè)小時(shí)以離開建筑物的那些人將遭受吸入煙塵和一氧化碳中毒。煙將在建筑物中上升，直到其溫度降低至與附近空氣的溫度一致，并且一氧化碳將在建筑物中不確定地升起，因?yàn)樗瓤諝廨p。它可以引起恐慌和死亡，更不用提混亂的思維----該混亂的思維本身可以引起傷害和死亡。例如，在上面的例子中，一個(gè)人可能未能恰當(dāng)?shù)毓潭ㄇ懊娴木磔S，其重達(dá)20磅的附加纜繩試圖將其拉出窗外。如果該卷軸飛出窗外，該卷軸與其大約1,000英尺的纜繩將突然變成致命的武器，因?yàn)樵摼磔S向下傾斜不僅朝向下降的人，還朝向地面上的救援人員。
還有另外一個(gè)問(wèn)題。一些高層建筑物是錐形的(例如泛美大廈(Transamerica building)和約翰漢考克中心(John Hancock Center))。更多的是階梯式的(stepped)(如西爾斯大廈)。該救援線系統(tǒng)不能在錐形的建筑物中使用，也不能使用在階梯的建筑物中，因?yàn)樵谌酥懟蛟陔x地面還有幾層的階梯較低的屋頂上著陸后纜繩還繼續(xù)放出。結(jié)果，如果那個(gè)不幸的人還嘗試從較低的層次繼續(xù)下降，他將自由下落幾個(gè)樓層，很可能會(huì)死亡。
使用本發(fā)明的大量逃離與之相比，本發(fā)明成功地解決了上述全部問(wèn)題。如同救援線系統(tǒng)所做的，最好在每層安裝出路窗。這避免了不得不打破窗戶，而打破玻璃對(duì)進(jìn)行打破的人和下面的人來(lái)說(shuō)都是很危險(xiǎn)的。如前面的帝國(guó)大廈的例子，在第70層有八扇窗戶，每側(cè)兩扇。每個(gè)出路窗有一個(gè)由可以支撐20噸重量的鋼鏈支撐的固定盒。鏈條的頂部將提前被固定在窗戶上方的工字梁(I-beam)或類似的強(qiáng)力支撐物上。
同以前一樣，將使用建筑物的迎風(fēng)側(cè)(沒有煙和火的一側(cè))上的兩扇出路窗(如現(xiàn)場(chǎng)的火情指揮所指示的)，將有120人從每扇窗子逃出。但是這次，他們只把自己的鉤環(huán)夾到固定盒上(他們的鉤環(huán)固定在他們已經(jīng)背好的背包中卷繞纜繩的末端上)，并一個(gè)接著一個(gè)將自己盡可能地迅速地下降離開窗戶。對(duì)于每個(gè)人該過(guò)程不會(huì)超過(guò)15秒。也就是說(shuō)120個(gè)人是在30分鐘內(nèi)(相對(duì)救援線系統(tǒng)的4小時(shí)。)但是即使在30分鐘內(nèi)，可能會(huì)聚集煙和一氧化碳。因此，本發(fā)明還包括一個(gè)長(zhǎng)達(dá)一小時(shí)的可呼吸空氣系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以除去煙、一氧化碳和其他燃燒產(chǎn)物。將一個(gè)甚至可以被留有胡須的人佩帶的透明的保護(hù)頭盔集成進(jìn)來(lái)可以允許人員看、聽、說(shuō)、帶眼鏡和助聽器，甚至使用手機(jī)。該頭盔被設(shè)計(jì)為一個(gè)尺寸適合所有人的樣式。該頭盔與背包分離，并且在頸部是柔性密封的，從而允許人轉(zhuǎn)動(dòng)頭部。
在建筑物外部，場(chǎng)景是這樣的(來(lái)自各個(gè)樓層的)數(shù)百甚至數(shù)千人正在逐漸地且安全地在建筑物的側(cè)面下降。他們的下降速度都小于2英尺/秒，基本上彼此的差距小于1英尺/秒。這意味著，一個(gè)人經(jīng)過(guò)另一個(gè)人需要花費(fèi)超過(guò)5秒的時(shí)間。當(dāng)他們緩慢地經(jīng)過(guò)時(shí)，他們可以輕松地?fù)蹰_彼此(由于有頭盔，因此即使踢到頭部也沒有問(wèn)題)。任何建筑物的突出物(包括打開的出路窗)都可以被容易地機(jī)動(dòng)繞過(guò)。如果纜繩在過(guò)程中變?yōu)楸舜俗璧K、絞合或甚至完全纏繞在其他纜繩上，都不會(huì)是個(gè)問(wèn)題。因?yàn)榕c救援線系統(tǒng)不同，本發(fā)明中已經(jīng)放出的纜繩是不會(huì)移動(dòng)的。
同樣，錐形的或階梯式的建筑物也不再是問(wèn)題。人員輕輕地降落在較低的屋頂層次、階梯式的臺(tái)階或架狀突出物上，走到邊緣并隨后將自己下降越過(guò)邊緣。因?yàn)槔|繩中沒有松弛，人員的緩慢下降被認(rèn)為是沒有延誤地。該過(guò)程可以根據(jù)需要多次重復(fù)。
同樣，沒有來(lái)自傾斜出窗戶的致命纜繩的威脅。一旦纜繩被固定(通過(guò)夾到固定盒的鉤環(huán))，它們將永遠(yuǎn)不會(huì)分離。還可能存在一些小意外，例如上面的人可能會(huì)掉下來(lái)，而頭盔會(huì)防止由此引起的傷害。如果風(fēng)向發(fā)生變化，頭盔還繼續(xù)保護(hù)不受煙的傷害。
最后，著陸是非常的輕柔，就像從小于1英寸的高度跳下來(lái)。這使得很容易避免地面上的障礙物，如果它們存在的話，并最終減小由于著陸造成傷害的幾率。在大規(guī)模逃離的情況中，在人員著陸時(shí)，救援人員可以使用沉重的線纜切割器切斷他們的纜繩并引導(dǎo)他們離開著陸區(qū)域，從而為即將著陸的其他人(很可能以每分鐘幾百人的速率)清理著陸區(qū)域。他們也可以在火之下的一個(gè)較低屋頂上進(jìn)行上述行動(dòng)，并重新指引人們回到建筑物的樓梯中----如果這樣做安全的話。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述圖6a和圖6b示出了一個(gè)穿戴著本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的6英尺高的男人的后視圖和側(cè)視圖，包括一個(gè)固定在一個(gè)救援背帶2上的背包組件1，以及帽子組件3。
背包組件1包括一個(gè)用一纜繩5的全長(zhǎng)預(yù)先纏繞的纜繩卷軸4、一個(gè)8扇葉的半圓柱狀風(fēng)扇6，全部相關(guān)的軸承、齒輪和軸(在本圖中不可見)、一個(gè)防-松馳(de-slack)彈簧7、一個(gè)纜繩引導(dǎo)器8和一個(gè)固定在纜繩5的自由端的鉤環(huán)9。背包組件1被容納在一個(gè)細(xì)的、鋁或硬塑料盒子10中，其帶有一個(gè)圍繞風(fēng)扇6的格柵狀部分(grillworkportion)11。為了減少任何可能的壓力點(diǎn)，一個(gè)全包記憶-泡沫板12固定在背包組件1的用戶側(cè)。8條連接繩索13被連接在背包組件1上，并將其固定在救援背帶2的救援支撐環(huán)14上。每個(gè)都配備有一拉緊設(shè)備15，一旦繃緊就保證在下降前繩索拉緊且背包組件1固定，及下降過(guò)程中人員的安全(皮帶(belt)、跳簧(bungee)、帶扣(buckle)、吊帶(strap)、夾子(clip)、系繩(tether)、環(huán)形物(ring)、搭扣(snap)、繩圈(loop)、帶子(tie)、維可牢尼龍搭扣(Velcro)以及其他代替繩索和拉緊設(shè)備的物體)。
救援背帶2是當(dāng)前可用的標(biāo)準(zhǔn)物品。亞特斯(Yates)救援背帶型號(hào)310和CMC戰(zhàn)術(shù)繩索背帶都是可以使用的兩個(gè)例子。上述背帶都是同一尺寸適合全部人的類型，且腿帶和腰帶是很容易地系上的。由于腿帶，女人將被鼓勵(lì)保留一條可用的長(zhǎng)褲(slacks)。如果沒有，救援背帶2可以被穿在短裙或連衣裙下，而救援支撐環(huán)14可以被從短裙的上部掏出或穿過(guò)連衣裙的前部。(救援線背帶或救援降落傘也存在同樣的問(wèn)題。)帽子組件3包括一個(gè)透明的塑料頭盔16，一個(gè)放在頭部頂部并在其內(nèi)部直徑(不是在頂部)上支撐頭盔16的記憶-泡沫插入件17、一個(gè)在除了較低側(cè)外全部帶有密封外殼的記憶-泡沫頸套18，從而防止脖子與頭盔16的底部之間的空氣泄漏，并允許頭部移動(dòng)。在頭盔16每一側(cè)有兩個(gè)過(guò)濾罐固定器19，該固定器的每一個(gè)固定兩個(gè)過(guò)濾罐20。固定器19和吹嘴21包含小的瓣式(flap-type)檢查閥，該閥阻止通過(guò)過(guò)濾罐20的呼氣并阻塞通過(guò)吹嘴21的吸氣。
圖7示出了背包組件的工作部件的立體零件圖。通過(guò)三個(gè)非轉(zhuǎn)動(dòng)軸，上部或卷軸的軸23、中間軸24和下部的或風(fēng)扇軸25將全部部件安裝到背板22上。每個(gè)軸具有一個(gè)1/4英寸厚的邊緣，該邊緣被栓接到所示的帶有8個(gè)螺栓26和8個(gè)防松墊圈的1/2英寸鋁背板22中配套的1/2英寸凹槽中。所有的軸都是用不銹鋼制成的，以實(shí)現(xiàn)高系數(shù)的彈性和強(qiáng)度。上部軸23是名義上5/8英寸直徑的，并且?guī)в幸粋€(gè)1英寸直徑的孔，以便減少重量而不會(huì)顯著地?fù)p失彎曲硬度。
觀察上部軸23，最接近背板22的TS型錐形的滾子軸承錐(rollerbearing cone)28是NTN-寶兒(Bower)的336號(hào)，而配合杯(matchingcup)29是332號(hào)。該軸承杯29壓入纜繩卷軸4中的機(jī)械加工的開口中，該開口位于內(nèi)部凸緣部分(flanged section)中，而不是在卷軸部分的中間。內(nèi)部凸緣部分插入其中，并栓接到帶12個(gè)螺栓31的#1齒輪30上，這樣兩者就被迫一起轉(zhuǎn)動(dòng)。壓入纜繩卷軸4的外部凸緣部分的是軸承杯32，NTN-寶兒的332b號(hào)，其中依托(ride)編號(hào)為339的軸承錐33，安裝在臨近上部軸33的外部端的1×3/8英寸直徑部分中。對(duì)于500RPM的3000小時(shí)，每個(gè)特定的錐狀滾子軸承的徑向力是4,290磅，軸向推力是2,010磅。所有這些級(jí)別都極大地超過(guò)操作中軸承所承受的。如在本文第121段中討論的，速度基本上為不到1小時(shí)內(nèi)小于100RPM，然而可以在很短的初始自由下落之后在不到1秒的時(shí)間內(nèi)增加到超過(guò)500RPM。上部旋轉(zhuǎn)組件被貝氏墊圈34和螺母35固定在一起，螺母35被擰到上部軸23的螺紋末端。
鋁纜繩卷軸4的中間部分是8英寸長(zhǎng)，內(nèi)部直徑是3.25英寸，邊緣直徑是7英寸。在該直徑的6英寸處，它可以支撐3/32直徑的1,555英尺的碳鋼繩索，在柔性的7×19配置中，最小為1,000磅的破裂強(qiáng)度——路司公司(Loos&Co.)部件編號(hào)GF 09479(軍用，Mil-W-83420)。或者，纜繩5可以是高強(qiáng)度聚合體或合成物。1,555英尺纜繩的長(zhǎng)度遠(yuǎn)超過(guò)從西爾斯大廈或臺(tái)北101的最高使用層到達(dá)地面所需要的長(zhǎng)度。卷軸4上的多余直徑允許增加足夠的纜繩以用于適應(yīng)多個(gè)低層屋頂部分，甚至足夠在仍在建造的更高的摩天大廈中使用。纜繩5從引導(dǎo)器8穿出(未示出)，一個(gè)鋁的滑輪牢固地安裝在背板22的頂部。光滑的孔在兩端擴(kuò)張(flare)，并且是考慮了硬度和低摩擦的非電鍍鍍鎳的。
在圖7的頂部示出了防松馳的一個(gè)防-松馳彈簧7和一個(gè)蓋板36。防-松馳彈簧7插入纜繩卷軸4的外部凸緣部分。其目的是在人員將自己降低到窗戶外部之前和當(dāng)人員必須通過(guò)從較低屋頂層次降低自己來(lái)繼續(xù)其降低的任何后續(xù)時(shí)間之前，自動(dòng)從纜繩5消除任何松弛。這是一個(gè)重要的特征，因?yàn)槿绻谏鲜鋈我粓?chǎng)合中的纜繩5上存在松弛，人員將自由下落直到松弛被拉緊。僅僅在超過(guò)6英尺的自由下落中，人將達(dá)到非常快的20英尺/秒的下降速度。
除了將要指出的一個(gè)不同以外，防松馳彈簧7的設(shè)計(jì)與在可回收的狗鏈所用的基本一樣。該彈簧是由一條長(zhǎng)帶形的高強(qiáng)度鋼、磷青銅或鈹銅合金制成，預(yù)應(yīng)力該彈簧以便當(dāng)不用時(shí)可盤繞成緊螺旋狀…與圖7中所顯示的相反的螺旋，與可回收的狗鏈一樣，安裝防松馳彈簧7，其預(yù)應(yīng)力曲率與纜繩卷軸4的外部凸緣部分的內(nèi)部外圍的預(yù)應(yīng)力曲率“相反(opposing)”。結(jié)果是，所述彈簧環(huán)抱(hugs)殼體的外圍，而不是卷軸的軸23的開槽延長(zhǎng)部分，該帶的內(nèi)環(huán)固定在該槽中。上面提到的例外涉及該帶的另一端。在狗鏈的例子中，該帶的另一端是永久地固定在殼體的外圍上，這是可以接受的，因?yàn)樵撴溤谕耆珖@開槽卷起以前就達(dá)到了其停止點(diǎn)。但是在本發(fā)明應(yīng)用中，纜繩5把該帶完全地纏繞在卷軸的軸4的開槽末端，在人員完全下降以前折斷任何永久的外圍附件。因此，如所顯示的該帶的另一端被形成為帶有3個(gè)預(yù)先用印模沖壓(pre-stamped)的三角脊37，所述三角脊被隔開為可以與全部沿纜繩卷軸4的外側(cè)端部上的內(nèi)部外圍上經(jīng)機(jī)械加工的三角壓痕相匹配。所述三角脊保持在給定壓痕中直到足夠數(shù)量的帶的繞圈(turn)保留在外圍上，從而發(fā)出足夠的徑向力來(lái)將其固定住。但是，隨著人員進(jìn)一步下降，纜繩卷軸4進(jìn)一步將帶卷繞到中心軸端，直到?jīng)]有足夠的繞圈留在外圍上來(lái)將小三角脊保持在適當(dāng)?shù)奈恢谩２⑶以撔∪羌雇蝗换瑒?dòng)，在其外圍端釋放防-松馳彈簧7。當(dāng)足夠的繞圈重新回到外圍從而再次強(qiáng)迫三個(gè)小的三角脊37進(jìn)入三個(gè)其他的壓痕中時(shí)，上述滑動(dòng)很快就停止了。隨著下降的繼續(xù)，該過(guò)程不斷地重復(fù)。
在該帶幾乎完全圍繞外圍情況(未卷繞情況)和該帶幾乎完全圍繞該開槽的軸并且定期在外圍滑動(dòng)的情況(完全卷繞情況)之間，防-松馳彈簧7對(duì)纜繩卷軸4施加了一個(gè)幾乎固定的扭矩，試圖使其朝可使纜繩重新纏繞的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。該防-松馳彈簧帶的材料、長(zhǎng)度、寬度及厚度被設(shè)置為，在至少30次旋轉(zhuǎn)中，所述扭矩大致等于10英尺-磅，----這將處理(take care of)至少30-45英尺的松馳。
如果不使用防-松馳彈簧7，則可以產(chǎn)生多種方式的纜繩松馳。當(dāng)鉤環(huán)連接在固定盒時(shí)，如果拉出的纜繩5的數(shù)量超過(guò)從窗戶逃離所需要的最小數(shù)量時(shí)，將發(fā)生纜繩松馳。如果拉伸力使得纜繩卷軸4旋轉(zhuǎn)，將造成更多的松馳，因此當(dāng)不再施加力時(shí)，其慣性繼續(xù)使其旋轉(zhuǎn)一段時(shí)間，引起形成在背包組件1內(nèi)部不可被看到的松馳。借助于防-松馳彈簧7持續(xù)施加了一個(gè)固定的10英寸-磅的扭矩，所述旋轉(zhuǎn)將很快停止，并隨后轉(zhuǎn)換為在松馳中旋轉(zhuǎn)。當(dāng)人員將鉤環(huán)9拉出幾英尺后，他感到三磅的阻力，和一個(gè)試圖將其拉回的三磅的力。當(dāng)他感覺到纜繩5以一定量的力將他拉向固定盒時(shí)，可以確保在他離開窗戶前，所有的松馳都被去除了。出于兩個(gè)原因而需要所述最小的30到45英尺的松馳清除能力。首先，人員可能首先系上其鉤環(huán)9，并隨后不得不在回來(lái)之前去房間中的其他地方。其次，如果該人需要走到一邊以便接近其位置，隨后決定從離他原始降落位置比較近的一邊下降(或者當(dāng)他從原始降落地點(diǎn)走開時(shí)，出現(xiàn)了該帶的外圍的后續(xù)的滑動(dòng))，在較低的屋頂層上會(huì)產(chǎn)生松馳的數(shù)量。通過(guò)三角法，如果較低的屋頂在200英尺以下，隨后行走114英尺將只拉出30英尺的纜繩。這不會(huì)限從200英尺下的某人行走超過(guò)114英尺以達(dá)到邊緣，這只意味著如果防-松馳彈簧7將要重繞所有的松馳，他不應(yīng)該在他原始開始的方向往回豎起(end up)超過(guò)114英尺。
在圖7中，上部軸23上的齒輪#130與中間軸24上的齒輪#238匹配。而中間軸24上的齒輪#339與風(fēng)扇軸25上的齒輪#440匹配。齒輪#130是一個(gè)具有12英寸節(jié)徑和144齒的、寬度為3/4英寸的、12節(jié)的、壓力角為14×1/2度的正齒輪。齒輪#238是一個(gè)具有3英寸節(jié)徑和36齒的、寬度為3/4英寸的、12節(jié)的、壓力角為14×1/2度的正齒輪。齒輪#339是一個(gè)具有5英寸節(jié)徑和100齒的、寬度為1/2英寸的、20節(jié)的、壓力角為14×1/2度的正齒輪。齒輪#440是一具具有1英寸節(jié)徑和20齒的、寬度為1/2英寸的、20節(jié)的、壓力角為14×1/2度的正齒輪。所有的齒輪都優(yōu)選用鋁做成，酚醛或鎂，以便減少重量。
齒輪#130的每次旋轉(zhuǎn)引起齒輪#238和齒輪#339的四次轉(zhuǎn)動(dòng)，以及齒輪#440的20次轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)纜繩卷軸4上的纜繩為6英寸的最大直徑時(shí)，400磅的最大總下降重量會(huì)產(chǎn)生最大齒力。齒輪#130、齒輪#238、齒輪#339以及齒輪#440上的200磅的最大齒力是，這完全在特定齒輪的承受能力以內(nèi)。相應(yīng)的最大扭矩是，上部軸23上為1,200英寸磅，中間軸24上為23,300英寸磅，風(fēng)扇軸25上為60英寸磅。這后邊的最大扭矩意味著風(fēng)扇6的8個(gè)扇葉在在其4.9英寸有效直徑處承受大約12.2磅的總的最大阻力(drag force)，轉(zhuǎn)換為一個(gè)在每個(gè)半圓柱狀扇葉上的1.53磅的最大阻力。
對(duì)于400磅的總下降重量，當(dāng)纜繩卷軸4上的纜繩5處于3.25英寸的最小直徑時(shí)，齒輪#130和齒輪#238上的齒力減小到108.33磅、齒輪#339以及齒輪#440上的齒力減小到65磅。相應(yīng)的扭矩是上部軸23上為650英寸磅，中間軸24上為162.5英寸磅，風(fēng)扇軸25上為32.5英寸磅。后邊的扭矩需要8-扇葉風(fēng)扇6的扇葉上的總阻力在4.9英寸有效直徑處為6.63磅，或在每個(gè)半圓柱狀扇葉上為0.83磅。此處及前面的段落所敘述的速度和力的數(shù)值提供了一種針對(duì)各種目標(biāo)移動(dòng)部件的速度和力的“感覺”。
還提供了一種說(shuō)明前面的能量分析有效性的裝置。從圖5中可以知道，該能量分析表明，當(dāng)纜繩在5在纜繩卷軸4上的6英寸的最大直徑時(shí)，400磅的重量以1.92英尺/秒下降，當(dāng)纜繩在3.25英寸的最小直徑時(shí)，400磅的重量以0.79英尺/秒下降。卷軸速度為73.4RPM和風(fēng)扇速度為1,467RPM時(shí)，下降速度為1.92英尺/秒，而在4.9英寸的有效風(fēng)扇直徑處，扇葉速度是62.68英尺/秒。卷軸速度為55.7RPM和風(fēng)扇速度為1,114RPM時(shí)，下降速度為0.79英尺/秒，而在4.9英寸的有效風(fēng)扇直徑處，扇葉速度是47.61英尺/秒。現(xiàn)在用直徑作為一個(gè)檢測(cè)，可以通過(guò)分別將上述62.68英尺/秒和47.61英尺/秒的風(fēng)扇速度值帶入下面的著名阻力公式中，來(lái)直接計(jì)算阻力并與所需要的1.53磅和0.83磅的力值做比較。
(3)D=CD2(ρwg)V2A]]>其中，D＝單獨(dú)一個(gè)扇葉的阻力(磅)CD＝2.3，半圓柱狀的阻力系數(shù)ρw＝0.078磅/平方英尺，空氣重量密度g＝32.2英尺/平方秒，重力加速度V6英寸＝62.68英尺/秒，在6英寸卷軸直徑處的扇葉速度(400磅)V3.25英寸＝47.61英尺/秒，在3.25英寸卷軸直徑處的扇葉速度(400磅)A＝0.1389平方英尺，2.5英寸×8英寸扇葉的正面面積請(qǐng)注意公式(3)中的阻力與速度的平方成正例。但是因?yàn)閇能量＝力×速度]，這與示出阻力功率與RPM速度的立方成比例的公式(1)一致。
帶入上述數(shù)值，阻力分別被確定為1.52磅和0.87磅，從而確認(rèn)了之前的能量分析。
上述對(duì)能量分析的確認(rèn)進(jìn)一步證明了此處說(shuō)明的發(fā)明原理，該原理與第53段中所敘述的原則結(jié)合在一起是●引起一個(gè)人以1英尺/秒的安全速度而不是以10英尺/秒的不安全速度下降，不需要能量消散機(jī)構(gòu)的十倍更多的能量消散，而是十倍更小，以及●所述緩慢下降速度可以通過(guò)一個(gè)小型能量消散機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，如果該能量消散機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)速度被制成足夠大，基本上大于纜繩卷軸的旋轉(zhuǎn)速度，以及●通過(guò)將能量消散機(jī)構(gòu)制造的如此小，以至于該機(jī)構(gòu)和纜繩都能被穿在身上，這消除了漫長(zhǎng)的等待前一個(gè)人完成其下降的時(shí)間----從而實(shí)現(xiàn)了人們一個(gè)接一個(gè)、不用等候地迅速?gòu)耐怀隹邳c(diǎn)逃離。
在簡(jiǎn)短但是重要地離題后，重新回到圖7，圖中示出齒輪#238被安裝在旋轉(zhuǎn)套筒41上，該套筒依次安裝在兩個(gè)滾針軸承42上，滾針軸承本身安裝在非-轉(zhuǎn)動(dòng)、1/2英寸直徑的中間軸24上。齒輪#339不是直接安裝在套筒41上，而是安裝在一個(gè)滾柱離合器及軸承組件43上，該組件被安裝在套筒41上。該304不銹鋼套筒41是2.0英寸長(zhǎng)，內(nèi)徑為0.668英寸，外徑為1.178英寸。墊圈44和螺栓45將整個(gè)組件固定在一起。
軸承42是編號(hào)為B-812的托林頓(Torrington)沖壓外圈滾針軸承(drawn-cup needle roller bearings)，其具有1/2英寸的膛(bore)、11/16英寸外徑、3/4英寸寬、3,920磅的最大工作負(fù)荷和5,500RPM的最大速度。滾柱離合器和軸承組件43是托林頓生產(chǎn)的編號(hào)為FCB-30的零件，具有1.18英寸的膛、1.46英寸外徑、845英寸鎊的扭矩率和7，330RPM的超速限制速度。所述數(shù)值都適當(dāng)超出前面敘述的要求。
借助滾柱離合器及軸承部件43，扭矩只在一個(gè)方向從齒輪#238傳輸給齒輪#339。這通過(guò)不需要該防-松弛彈簧7停止及重繞高速風(fēng)扇6，而僅僅停止和重繞低速纜繩卷軸4、齒輪#131和齒輪#238，使該防-松弛彈簧7的運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)揮最大的效益。
齒輪#339與位于風(fēng)扇軸25的狹窄的7/16英寸直徑部分的齒輪#440嚙合。齒輪#440被焊接(粘接)到一個(gè)連接環(huán)46上，上述兩個(gè)部件形成一個(gè)剛性部件。所述剛性部件依托在滾針軸承47上，該滾針軸承47為一個(gè)編號(hào)為B-78的托林頓沖壓外圈滾針軸承。該1/2英寸寬的軸承具有7/16英寸的膛、5/8英寸外徑、1,690磅的最大工作負(fù)荷和6,300RPM的最大速度。八個(gè)精密銷將連接環(huán)46連接到風(fēng)扇部件6上。
風(fēng)扇6是個(gè)焊接的鋁(或模制塑料的)組件，包括一個(gè)中心管48、兩個(gè)8-輻(spoked)支撐板49和八個(gè)半圓柱扇葉50。管48依托在兩個(gè)中壓外圈滾針軸承51上，該軸承是編號(hào)為BH-78的托林頓沖壓外圈滾針軸承，該軸承為1/2英寸寬、具有7/16英寸的膛，11/16英寸外徑，1,600磅的最大工作負(fù)荷和8,300RPM的最大速度的軸承。風(fēng)扇組件6和由連接環(huán)46和齒輪#440構(gòu)成的組件被一個(gè)末端螺母52固定，該螺母擰到軸25的螺紋端上。3.9英寸長(zhǎng)的中心管48具有0.688英寸內(nèi)徑和1.5英寸外徑。兩個(gè)1/8英寸厚的支撐板49具有在其中間帶有一個(gè)0.75英寸的孔的1.5英寸直徑中心部分。必須的，且從1.5英寸直徑中心部分放射狀地發(fā)射的是8個(gè)等間距的臂(或輻)，每個(gè)都是1/4英寸寬并且延伸到12英寸的直徑。兩個(gè)支撐板49位于中心管48的每個(gè)端部的中心，為了嚴(yán)密的角度匹配被對(duì)準(zhǔn)并焊接在合適的位置。在一端，在直徑11/4英寸上鉆八個(gè)等間隔的直徑1/8英寸的精確洞以便容納被焊接到連接環(huán)46的8個(gè)精確分布的直徑1/8英寸的銷。八個(gè)扇葉50的每一個(gè)都是直徑2.5英寸，8英寸長(zhǎng)，半圓柱狀的、3/32英寸厚的拋光鋁。如圖7中示出的，每個(gè)被焊接在兩個(gè)對(duì)準(zhǔn)的輻的下面的四個(gè)位置處。這樣尺寸的輻可以容易為所需要的力提供充足的安全系數(shù)，并對(duì)氣流的自然狀態(tài)產(chǎn)生很小的影響。
圖8a1到圖8f示出了帽子組件3的多個(gè)特征。圖8a1和圖8a2是未添加兩個(gè)過(guò)濾罐固定器19和吹嘴21的基本的透明塑料頭盔16的側(cè)面視圖和正面視圖。圖8b是用于頭頂?shù)挠洃?泡沫插入件17的側(cè)截面視圖。圖8c泡沫頸套18的側(cè)截面視圖。圖8d是過(guò)濾罐20的截面視圖。圖8e1和圖8e2是過(guò)濾罐19的側(cè)面和正面截面圖。圖8f是吹嘴21的側(cè)截面視圖。
圖8a1和圖8a2分別示出直徑12英寸、1/8英寸厚、透明聚碳酸酯(或高溫聚砜樹脂)頭盔16的主視圖和側(cè)視圖。主視圖示出了用于吹嘴21的直徑1/2英寸的孔53。側(cè)視圖示出了用于兩個(gè)過(guò)濾罐固定器19的兩個(gè)直徑1/2英寸的孔54。所述三個(gè)孔的內(nèi)邊緣都是圓的以便在插入時(shí)不會(huì)撕破或阻礙泡沫插入件17的插入。
在圖8b中側(cè)橫截面視圖示出了用于頭頂部的所述記憶泡沫插入件17。其12×3/4英寸外徑和5英寸內(nèi)徑為該插入件提供了一個(gè)在頭盔16內(nèi)部有一英寸的很有支撐能力的過(guò)盈配合(interference fit)，以及提供了一個(gè)很暖和的，并且對(duì)頭部尺寸大于及等于5×1/4英寸的人員也不會(huì)有不適的配合。所述插入件由開放式記憶-泡沫模制而成，所述泡沫是由天普-派地克(Tempur-Pedic)_制造的著名的天普(Tempur)_材料，或者便宜一些的名為順從(Conform)的產(chǎn)品。在使用中，該泡沫插入件17是在頭盔之前戴上的，所述插入件在頭盔的內(nèi)直徑處支撐頭盔，而不是在頂部。
圖8c示出了記憶泡沫頸套18的側(cè)截面圖。該頸套是用與泡沫插入件17一樣的記憶泡沫材料模制成的。對(duì)于頸套18，由模制的表面所形成的外殼被放置在恰當(dāng)?shù)奈恢靡员阍诔说撞勘砻嬉酝獾娜勘砻嫘纬擅芊饪諝馄琳?5。上述情況允許頸套18防止頸部與頭盔16的內(nèi)表面間的漏氣，并且仍然如舒適的開放式(open-ce11)材料那樣作用。所述屏障還應(yīng)該為使用手機(jī)或說(shuō)話而允許聲音相對(duì)自由地通過(guò)。一個(gè)1/4英寸的凸緣是模制件的一個(gè)部件，用于防止模制件被推入頭盔過(guò)深。為了頸套18能適合在頸部與頭盔16之間的空間，模制在頂部的同心褶皺(concentric corrugation)允許表面折疊，并且不必伸展。在使用中，首先戴上頸套18(標(biāo)記了正面和側(cè)面)，隨后是插入件17最后是已經(jīng)裝好4個(gè)過(guò)濾罐20的頭盔16。根據(jù)編號(hào)為5,186,165的美國(guó)專利，過(guò)濾罐20及其內(nèi)容物質(zhì)與來(lái)自布魯克戴爾(Brookdale)國(guó)際系統(tǒng)公司的伊威克(Evac)-U8TM緊急逃生煙罩中所使用的一樣。而在伊威克-U8TM產(chǎn)品中沒有使用的是鼻夾、帶有進(jìn)氣和出氣閥門的口含吹嘴、柔性罩(hood)和在黑暗中可見的發(fā)光板。在Evac-U8TM產(chǎn)品中，只使用一個(gè)過(guò)濾罐，該罐具有足夠在大約每分鐘40升的空氣流動(dòng)速率下提供至少10分鐘保護(hù)的過(guò)濾材料層，所述速率與一個(gè)人急走時(shí)的呼吸速率相同。在本發(fā)明中，頭盔16上的過(guò)濾罐固定器19固定帶有四倍過(guò)濾材料的四個(gè)上述過(guò)濾罐，以提供40分鐘保護(hù)以及在更低的使用速率下更長(zhǎng)時(shí)間的保護(hù)。過(guò)濾材料被容納在一個(gè)塑料的殼中(ABS，聚碳酸酯或聚砜樹脂)，該殼具有兩個(gè)板56，該板帶有用于在底部進(jìn)空氣和在頂部放出空氣的進(jìn)入過(guò)濾罐固定器19和頭盔16中的小孔。為了在儲(chǔ)存中保護(hù)材料，板56中的孔被兩個(gè)粘貼固定在頂部和底部板上的金屬薄片57覆蓋。每個(gè)薄片57具有一個(gè)拔出標(biāo)簽58，這樣可以就在將過(guò)濾罐20插入過(guò)濾罐固定器19之前將薄片輕松地移去。每個(gè)過(guò)濾罐20的頂部具有一個(gè)小凸緣，該凸緣可以裝配到過(guò)濾罐固定器19的底部，該底部與其相連并將其固定在合適的位置。
圖8d是顯示出過(guò)濾罐20的底部板與頂部板56之間的3層材料的截面圖。在底部板以上和頂部板以下，將三種材料兩兩分離的是靜電控制纖維過(guò)濾器(electrostatically charged fiber filter)59，該過(guò)濾器可以吸收固體顆粒例如煙的微小顆粒。在最下面的纖維過(guò)濾器59之上是一層活性碳顆粒60(例如，加爾貢類型ASCIII級(jí)，12×30篩)，用于除去自然、人造或合成材料燃燒時(shí)典型火焰的濃煙中存在的極性有機(jī)氣體。在下一個(gè)纖維過(guò)濾器59之上是干燥劑層61，用于在空氣進(jìn)入最后一層材料之前除去濕氣。干燥劑61可以是沸石類型的Z3-01/3A，8×12篩。最終一層材料62用于將一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳，其可以是卡如賴特(carulite)類型200，銅錳氧化物一氧化碳消除劑(coppermanganese oxide hopkalite catalyst)。在每個(gè)過(guò)濾罐中的各種材料的大致數(shù)量如下所述，以便四個(gè)過(guò)濾罐實(shí)現(xiàn)至少使用40分鐘及用量較小的情況下使用一個(gè)小時(shí)的目標(biāo)10克活性碳顆粒60、55克沸石干燥劑61、80克卡如賴特催化劑62。只要保護(hù)薄片端部密封件57保持不動(dòng)，這些材料就具有無(wú)限的保存期限。在使用中，只有在將過(guò)濾罐27安裝到過(guò)濾罐固定器19中以前才將薄片端部密封件57移開。
如圖6中所示的，兩個(gè)過(guò)濾罐固定器19被永久地固定在頭盔16的每一側(cè)。在每個(gè)過(guò)濾罐固定器19中的半-英寸孔與頭盔16中的半-英寸孔相連。圖8e1和圖8e2分別示出了由外部殼體部件63和一個(gè)閥門及密封板64組成的左側(cè)過(guò)濾罐固定器19的側(cè)面和正面截面圖。殼體部件63具有內(nèi)部的前彈簧部件和后彈簧部件，所述部件引導(dǎo)并固定兩個(gè)過(guò)濾罐20的頂部凸緣，并將所述凸緣頂起壓到位于閥門及密封板部件64中的兩個(gè)O-環(huán)密封件65上。在閥門及密封板部件64的頂部是兩個(gè)瓣?duì)铋y瓣66，每個(gè)瓣?duì)铋y瓣橫過(guò)1英寸×1英寸的區(qū)域位于閥門及密封板組件64的半英寸洞的頂部。兩個(gè)閥瓣66是由3/1000英寸(mils)的開普敦(Kapton)(聚酰亞胺)薄片的單獨(dú)帶材形成的，該帶材是3英寸長(zhǎng)×1英寸寬，并被1英寸×1英寸×1/8英寸高的塑料塊(plastic block)67固定在中心位置。塊67被4個(gè)0-80螺絲固定在閥門及密封板部件64上。閥瓣66隨著每次吸氣提升，允許空氣通過(guò)過(guò)濾罐20進(jìn)入頭盔16。在每次呼氣時(shí)，閥片66保持關(guān)閉，呼出的氣體通過(guò)吹口21被送出。
如圖6中所示，吹口21被永久地連接在頭盔16的正面。圖8f示出了由外部殼體68和閥板組件69構(gòu)成的吹口21的側(cè)面剖視圖。在閥板組件69背面的半英寸孔與頭盔16正面的半英寸孔相連。一個(gè)一英寸×一英寸的平坦區(qū)域(land)在閥板組件69的正面環(huán)繞著半英寸孔，同時(shí)該區(qū)域被1又1/4英寸長(zhǎng)×1英寸寬的、由3/100英寸厚的開普頓薄片單獨(dú)帶材形成的閥瓣(valve flap)70蓋住，同時(shí)被1英寸×1/4英寸×1/8英寸高的小塑料塊71在一端固定。所述塊71被兩個(gè)0-80螺絲固定在閥板部件69上。外部殼體68包括用于呼出空氣的兩排圓形小孔，一排位于前面的1又1/2英寸直徑上，另一個(gè)排沿外周分布。隨著每次呼氣，閥瓣70向外側(cè)抬起，允許用過(guò)的空氣和濕氣排放到外部。隨著每次吸氣，閥瓣70保持在恰當(dāng)?shù)奈恢茫仁刮氲目諝馔ㄟ^(guò)過(guò)濾罐20進(jìn)入。
應(yīng)該按照下述順序佩戴帽子組件3首先是記憶泡沫頸套18，該頸套的褶皺發(fā)亮表面在上側(cè)，較低部分在正面(標(biāo)記有上側(cè)和正面)，溫暖且舒適地圍繞著頸部。接下來(lái)是記憶泡沫插入件17，將其前側(cè)朝上不會(huì)擋住眼睛地、溫暖地放在頭上。下一步，通過(guò)拔出標(biāo)簽58從四個(gè)過(guò)濾罐的頂部和底部移走保護(hù)薄片密封件57。隨后，過(guò)濾罐被插入頭盔16，每個(gè)罐固定器19中兩個(gè)，并且將頭盔16緩慢地向下拉過(guò)頭部。但不是一直向下，因?yàn)楸M管記憶泡沫插入件17可以在任何高度支持頭盔，但不應(yīng)輕易允許在未重新戴上插入件17的情況下升高頭盔。當(dāng)頭盔16足夠低時(shí)，記憶泡沫頸套18被推動(dòng)進(jìn)入頭盔的底部一直到凸緣為止。隨后，如果感覺頭盔16太高，可以將其進(jìn)一步下降。如果對(duì)空氣的質(zhì)量有疑問(wèn)，應(yīng)該在背上背包組件1之前戴上帽子組件3。
必須在背包部件1之前戴上救援背帶2。盡管背包部件1比常規(guī)的背包大和重一些，但如果其容器(container)被直立在桌子上就還是很容易背上該部件。從上述位置開始，連接繩索13可以圍繞著軀體、用其彈簧夾72連接到救援支撐環(huán)14上并使用拉緊設(shè)備15拉緊。如圖9a所示，當(dāng)兩個(gè)肩帶73被使用肩-帶束帶(shoulder-strap belt)74連接到一起時(shí)，連接就完成了。肩帶73被固定在背包組件1的背板22上，同時(shí)其包含帶有記憶泡沫的底部套筒(sleeve)和頂部套筒來(lái)引導(dǎo)肩部連接繩索。針對(duì)夜用，可以在肩帶上夾住兩個(gè)朝向下的筆型電筒從而為下降提供光源(和讓救援人員看到下降的人員的藍(lán)色光反照功能(back-lighting))。如圖9b所示，沒有任何連接繩索13是固定地連接到1/2英寸的鋁背板22上。相反地，隨著拉緊設(shè)備15被拉緊，繩索在背板22的機(jī)制孔(machined hole)中移動(dòng)?？资菆A邊的并且是平滑的，從而避免撕裂3/16英寸直徑的連接繩索13。這些尼龍(或聚乙烯)繩索具有承受很大的拉伸力的能力，該能力甚至可以保證帶有移動(dòng)重量的繩索拉緊。圖9c示出了拉緊裝置15的特寫。該設(shè)備是用于拉緊小繩索的名為繩-鎖(Line-Lok)_的標(biāo)準(zhǔn)物體的改進(jìn)版本。所述改進(jìn)是在后端增加一個(gè)小金屬繩索-導(dǎo)引器75從而防止不經(jīng)意的釋放-通常是通過(guò)分離從后端發(fā)出的兩個(gè)臨近繩索來(lái)實(shí)現(xiàn)的。圖9d示出了繩-鎖_拉緊裝置15如何被裝配。圖9e示出了用戶如何拉緊繩索。僅僅一個(gè)尼龍的小繩-鎖_可以輕松地支撐一個(gè)200磅的男子，而此處使用了8個(gè)該裝置。
大量逃離的固定器對(duì)于只有一或兩個(gè)人，不需要特別的固定器。開-門鉸鏈周圍的空間、或桌子以及房間中其它的結(jié)實(shí)物體可以被用作一個(gè)在其上環(huán)繞纜繩的固定器，鈞環(huán)9可以?shī)A在該固定器上。但是在可能的大量逃生情況中，一百名左右的人員必須從一個(gè)窗戶離開，因此確實(shí)需要沿著每個(gè)出路窗提供特殊的固定器。對(duì)于帶有其帽子、平均重量可能為330磅的120個(gè)人，固定器必須是不僅只能支撐120個(gè)鉤環(huán)9，而能支撐20噸。(對(duì)于更可能的每個(gè)人平均200磅的情況，12噸就足夠了。)大部分高層辦公建筑物的外部是由水平梁體(horizontal grider)和垂直柱體(vertical column)構(gòu)成的工字鋼梁(steel I-beam)骨架構(gòu)成的。(世貿(mào)大廈是一個(gè)例外。)因此，鋼工字梁很可能存在于每個(gè)可能的出路窗之上。所述工字梁可以輕松支撐20噸重量?？梢垣@得能支撐20噸工作負(fù)載的標(biāo)準(zhǔn)梁夾(girder clamps)，該梁夾適用于寬度從8英寸到24英寸的邊緣。在圖10a1和圖10a2中示出梁夾76，在其底部帶有內(nèi)建的連鉤(shackle)77。所述梁夾76將要被連接到臨近每個(gè)出路窗的天花板以上的工字鋼梁的底部凸緣上。(上部凸緣被用于支撐上面的樓層。)在梁夾76的連鉤77上連接有另一連鉤78，該另一連鉤的牽引鉤聯(lián)結(jié)銷(clevis pin)79在頂部支撐鉸鏈80，該鉸鏈額定可以支撐30噸。鉸鏈80穿過(guò)天花板花磚(tile)中的一個(gè)槽垂下，該槽允許鉸鏈80朝向窗戶的運(yùn)動(dòng)。該鉸鏈沿著外墻鄰近出路窗垂下。在具有連續(xù)的玻璃外部的建筑物中，可能沒有外部墻只有外部柱體。在上述建筑物中，選定的出路窗是位于外部柱體附近的窗戶。在沒有鋼梁的混凝土框架高樓中，通常被連接到鉸鏈80上的固定盒(下面將進(jìn)行描述)將被連接到鋼套筒上，該套筒被塞入外部柱體中。
圖10b1和圖10b2示出了連接在鉸鏈80的底部的固定盒81，在出路窗前每個(gè)人都把自己鉤環(huán)9連接到固定盒上。所述固定盒可以容納120個(gè)人的鉤環(huán)并支撐20噸。固定盒81是一個(gè)21英寸高、12英寸寬的結(jié)構(gòu)，其在背面和各側(cè)面具有一英寸厚的鋼板。在正面有5個(gè)一英寸直徑的、延伸到兩側(cè)的鋼棒。最低的棒距離墻4英寸、距離底部3英寸。向上的下一個(gè)棒距離墻6英寸、距離底部6英寸，下一個(gè)棒距離墻8英寸、距離底部9英寸，再下一個(gè)棒距離墻10英寸、距離底部12英寸，最后一個(gè)距離墻12英寸、距離底部15英寸。在頂部，鉸鏈80用一英寸直徑的、帶有一英寸中心寬度的牽引鉤聯(lián)結(jié)銷82連接到固定盒81上。圖10c示出了鄰近一個(gè)出路窗的完整設(shè)置過(guò)程。固定盒81被定向?yàn)榘舫蛲鈧?cè)。從最底部的棒開始，一次夾住一個(gè)鉤環(huán)9。第一個(gè)人夾上其鉤環(huán)9，將該鉤環(huán)推到窗戶-旁邊，并隨后離開。其他人重復(fù)上述過(guò)程，直到第一根棒上大致夾滿25個(gè)鉤環(huán)。隨后，如果需要的話，夾滿第二根棒，接下來(lái)第三根、第四根，最后是第五根。固定盒81被顯示為懸掛在外部墻上，鄰近出路窗。如果出路窗鄰近外部柱墻，懸掛在外部柱墻上的固定盒81可以同樣良好地工作。梁夾76、懸掛鉸鏈80和固定盒81顯然必須是在需要使用前就已經(jīng)被安裝好的。出于美觀的目的，可以用面板或窗簾遮蔽鉸鏈80和固定盒子8，只要在需要時(shí)上述裝置都是立即可用的就可以了。
在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，可以將一個(gè)作為輔助工具的、標(biāo)準(zhǔn)的金屬書桌推到出路窗前從而在逃離過(guò)程中起到協(xié)助作用。在圖11a中示出了第120個(gè)人在離開窗戶前，將其鉤環(huán)9夾到固定盒81上。他是受過(guò)訓(xùn)練的4人雇員志愿者隊(duì)伍中的一員，所述隊(duì)伍幫助其他116人離開出路窗?，F(xiàn)在，逃離開始一個(gè)半小時(shí)以后，所有人(包括他的三個(gè)同志)都已經(jīng)離開了，而他是最后一個(gè)。注意，已經(jīng)離開的人的全部鉤環(huán)9和纜繩5。通過(guò)將固定盒81沿著窗戶設(shè)置而不是在窗戶之上設(shè)置，已經(jīng)離開的人的全部纜繩5都聚集到窗戶開口的一個(gè)角落中，從而確保了開口的空閑—無(wú)論有多少人需要離開。在圖11b中，第120個(gè)人正蜷縮在桌子的頂部，緩慢地朝向窗子后退。請(qǐng)注意他的防-松弛彈簧7正在保持他的纜繩拉緊。在圖11c中，他完全地退出了窗戶，正抓著桌子，準(zhǔn)備放開并開始自己的緩慢下落，他很快將加入到已經(jīng)在地面上的幾百可能是幾千人(也可以是來(lái)自其他樓層的)中。
備選實(shí)施例此處公開的本發(fā)明的備選實(shí)施例描述了用于消散能量的備選機(jī)構(gòu)—每個(gè)都遵從前面詳細(xì)描述的并在第53段和第81段中總結(jié)的廣泛的發(fā)明原則。因此，每一個(gè)備選能量消散機(jī)構(gòu)的實(shí)際實(shí)現(xiàn)都包括使其轉(zhuǎn)動(dòng)得比纜繩卷軸4快。
備選實(shí)施例中的第一個(gè)使用一個(gè)永久磁電產(chǎn)生器(permanent magnetelectric generator)和一排電阻器來(lái)消散能量。產(chǎn)生器簡(jiǎn)單地代替了在優(yōu)選實(shí)施例中的風(fēng)扇。在這個(gè)備選方案中，消散能量的速率-或功率-與旋轉(zhuǎn)速度的平方成正比，而不是如優(yōu)選實(shí)施例那樣與旋轉(zhuǎn)速度的立方成正比。(這是因?yàn)殡妷号c速度成正比，能量與電壓的平方成正比[P＝E2/R]，因此能量與速度的平方成正比。)作為結(jié)果，對(duì)于一個(gè)給定的功率電阻器值(上面公式中的R)，與優(yōu)選實(shí)施例的情況相比，覆蓋整個(gè)重量范圍的下降速度范圍將更寬。但是，由于電阻器的數(shù)值可以改變，可以通過(guò)將這個(gè)重量范圍劃分為小的重量范圍并給每個(gè)小范圍賦予不同的電阻值來(lái)將下降速度的范圍變得很小，可以通過(guò)開關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)小范圍的選擇。為了更好地完成上述劃分，需要八個(gè)重量范圍(每個(gè)帶有自己的相應(yīng)的電阻值)。背包外殼變?yōu)橐粋€(gè)全鋁的殼(類似半個(gè)鋁的衣箱)，繞線式功率電阻器安裝在所述殼的內(nèi)部并帶有一個(gè)合適的熱沉材料從而增大熱傳導(dǎo)的過(guò)程。最高電阻器數(shù)值要符合最低的功率消散和最低的重量范圍。假設(shè)背包重量為40磅(合適的電阻器小于5磅)，下面的表格示出八個(gè)完整的重量范圍和相應(yīng)的人員重量范圍。值得注意的是，范圍的寬度與重量成正比地增加。


如果代替優(yōu)選實(shí)施例中風(fēng)扇的產(chǎn)生器被設(shè)計(jì)為在1,250RPM輸出48伏特電壓，而其他設(shè)計(jì)參數(shù)保持與前面敘述的不變，并為產(chǎn)生器假設(shè)具有很低的輸出阻抗，隨后下述用于八個(gè)重量范圍的功率電阻器的數(shù)值將代替最初6英寸卷軸直徑的1.5英尺/秒和1.8英尺/秒和接近結(jié)尾處3.25英寸卷軸直徑的小于1英尺/秒之間的全部下降速度范圍1]10.00Ω；范圍2]8.42Ω；范圍3]6.96Ω；范圍4]5.80Ω；范圍5]4.82Ω；范圍6]4.02Ω；范圍7]3.35Ω；以及范圍8]2.79Ω。對(duì)于優(yōu)選實(shí)施例的風(fēng)扇，穩(wěn)定狀態(tài)功率被保持在1,200瓦特以下，穩(wěn)定狀態(tài)產(chǎn)生器速度被保持在低于1,500RPM。
當(dāng)然，一個(gè)可能的問(wèn)題是每個(gè)人必須正確地(并且誠(chéng)實(shí)地)在其背包上的8-位置旋轉(zhuǎn)開關(guān)上選擇其重量范圍，以便該背包在下降之前施用適當(dāng)?shù)墓β孰娮杵?。上述情況單獨(dú)地就可以作為選擇優(yōu)選實(shí)施方式的充分理由。但是另一個(gè)原因是由不良焊點(diǎn)、電線移動(dòng)(dislodged)、電阻器燒壞以及產(chǎn)生器線圈短路或打開的可能性引起的“故障-安全性(fail-safeness)”降低。同時(shí)還存在更大的復(fù)雜性和開銷。
優(yōu)選實(shí)施例的第二個(gè)備選方案使用一個(gè)可調(diào)節(jié)渦流制動(dòng)器作為能量消散機(jī)構(gòu)。與產(chǎn)生器和電阻器類似，由于制動(dòng)力與速度成正比并且因此制動(dòng)功率與速度的平方成正比，所以需要用于不同重量范圍的可調(diào)節(jié)性。第5,711,404號(hào)美國(guó)專利公開了上述制動(dòng)器。所述制動(dòng)器的轉(zhuǎn)子是由金屬導(dǎo)體制成的。其定子是帶有永久磁性的板?？梢酝ㄟ^(guò)使用戶在下降前進(jìn)行機(jī)械設(shè)定來(lái)調(diào)解上述兩部件之間的空隙。所述設(shè)備是完全機(jī)械的這一事實(shí)減小了上面敘述的產(chǎn)生器和電阻器潛在的電氣可靠性問(wèn)題。但是，該裝置還是需要每個(gè)用戶做出誠(chéng)實(shí)的重量配置以及相應(yīng)的準(zhǔn)確機(jī)械設(shè)置。
為能量-消散機(jī)構(gòu)使用簡(jiǎn)單的摩擦制動(dòng)器是不能被接受的替代方案，因?yàn)橹苿?dòng)力相對(duì)速度獨(dú)立，從而使得制動(dòng)功率只與速度成正比。因此，在第53段中敘述的對(duì)穩(wěn)定下降的要求也許不能被滿足。并且由于靜摩擦力大于動(dòng)摩擦力，上述設(shè)備可能很容易在下降中停止，使得人員進(jìn)退兩難。只要在第81段中總結(jié)的其他發(fā)明原則得到滿足，可以使用一些符合第53段要求的其他能量-消散機(jī)構(gòu)(包括自動(dòng)管理員制動(dòng)器)。
其他問(wèn)題出路窗存在一個(gè)問(wèn)題。在2001年9月11日以前，絕大部分人在其正常思維中從沒有想到通過(guò)上層的窗戶逃離一個(gè)高層建筑物。然而，實(shí)際上逃離的附加裝置的每個(gè)新架構(gòu)都需要該窗戶。為了說(shuō)明甚至可以在最高的建筑物中更換一些窗戶，人們只需要看看在西爾斯大廈中發(fā)生的一個(gè)項(xiàng)目，在這里鵲茲韓(TrizecHahn)公司開始用由新的杜邦TM布塔賽特(Butacite)_聚乙烯醇縮丁醛夾層制成的能量有效疊層安全玻璃替換大廈全部的16,000扇窗戶。通宵工作人員從晚上6點(diǎn)工作到早上6點(diǎn)以避免打擾租用者。該項(xiàng)目的完工時(shí)間預(yù)計(jì)在2007年晚期。如果這樣的努力可以被證明用于減少建筑物降溫成本和外部噪音并幫助防止地毯和家具褪色，則建筑物經(jīng)理們肯定可以確定改變一些窗戶來(lái)保護(hù)其租戶的生命并減少其焦慮。同時(shí)減小租戶焦慮可以通過(guò)提高的出租率來(lái)幫助證明花費(fèi)的有效性。
一旦一個(gè)人正在下降，背包裝置1的重量可以成為問(wèn)題-即便不是如此。因?yàn)?，隨后使用者將吊在背包上而不是支撐該背包。40磅可能被看作是很大的重量，雖然該重量并不比很多徒步旅行者在背包中攜帶的重量大…并且也不比一些兒童帶到學(xué)校的書包重很多。進(jìn)而，降低到上述重量需要在可能的地方鉆出機(jī)械部件。另外，將卷軸、齒輪和背板替換為酚醛、鎂或其他輕質(zhì)金屬將減少很多的重量?；蛘?，在有齒輪的地方換用皮帶傳動(dòng)(只要皮帶被制造為冗余的以便保持故障-安全性)。40磅的大部分是1,550英尺長(zhǎng)的纜繩(用于110層的西爾斯大廈)。該纜繩重為26磅(每一百英尺1.7磅)。如果只根據(jù)將使用該纜繩的特定高度在卷軸上安裝足夠的纜繩(參閱第128段)，同時(shí)考慮到任何必須被經(jīng)過(guò)的較低樓頂，則顯然可以在大部分情況下實(shí)現(xiàn)顯著的重量減輕。
當(dāng)然，此處描述的設(shè)備不只局限于大的工作場(chǎng)所環(huán)境。在高層公寓和飯店中也可以使用所述救生裝置。在這些情況中，鑒于較少的人從其公寓或房間中逃離，固定器不需要像前面描述的那樣堅(jiān)固。事實(shí)上，由于很多厚重且堅(jiān)固的物體已經(jīng)在房間中，很可能不需要安裝特殊的固定器。
兒童可能需要在幫助下戴上裝置，并必須被送出窗戶。非常小的兒童和嬰兒不能像上面描述地那樣使用所述實(shí)施例。但是，一個(gè)小子彈頭型“繭”可以被設(shè)計(jì)為具有本發(fā)明的全部特征，包括在密封“繭”的頂部護(hù)罩中的空氣過(guò)濾系統(tǒng)，嬰兒和小孩子可以在“繭”中下降，很可能被包裹在熱-防護(hù)絕緣籃子中。
外圍輔助物可以改善所述實(shí)施例的實(shí)用性。例如，在緩慢經(jīng)過(guò)時(shí)擋開建筑物外部的結(jié)實(shí)的手套；連接在固定盒子上的引導(dǎo)繩索，該繩索從窗戶伸出幾英尺以協(xié)助從窗戶逃離；以及一個(gè)類似淘特絲(Totes)_，關(guān)閉時(shí)很小、易于打開、易于關(guān)閉、金屬化-薄片的(metalized-foil)、熱-反射傘-型護(hù)罩，該護(hù)罩在可回收繩索(cord)上連接到在水平胸帶(harness cord)的側(cè)面，從而在經(jīng)過(guò)著火的樓層需要時(shí)展開。熱-反射護(hù)罩的一個(gè)替代物可以是由絕緣、耐火材料例如諾麥克思(Nomex)_制造的防護(hù)服(coveralls)，該防護(hù)服將在戴上本裝置之前被穿到現(xiàn)有的衣服上。在迎風(fēng)側(cè)不需要熱保護(hù)，但是在非迎風(fēng)側(cè)需要。盡管優(yōu)選實(shí)施例的下降速度固有地隨著空氣溫度的大幅度增加而增加[參閱公式(1)(2)和圖5]，上述速度增加小得不能攜帶人員安全地通過(guò)向外探出的火焰。但是，在第125段中將描述一種用于自動(dòng)和顯著地增加穿過(guò)酷熱區(qū)的下降速度的實(shí)用設(shè)備。
最初的自由-下落造成另一個(gè)潛在危險(xiǎn)。但是不會(huì)發(fā)生在如圖11所示的、固定盒81(或在固定盒位置起作用的其他裝置)位于離開點(diǎn)的高處和附近的情況下，以及當(dāng)纜繩5在下降前是拉緊的(如同所述纜繩有防-松弛彈簧7的樣子)情況下。在上述情況下，將不會(huì)出現(xiàn)初始自由下落，因?yàn)殡娎|甚至在達(dá)到其在窗戶邊緣上的最終支撐位置之前就被拉出來(lái)驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇。但是在固定器位于房間內(nèi)部-或者當(dāng)一個(gè)人從陽(yáng)臺(tái)離開時(shí)，固定器沒有在欄桿(railing)之上的情況中，則即使使用拉緊的纜繩，也會(huì)出現(xiàn)短暫的自由下落，直到拉緊的纜繩?？吭诖皯暨吘壔驒跅U上，此時(shí)纜繩開始釋放并驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇。一英尺的自由下落將引起下降速度增加到8英尺/秒；兩英尺的自由下落將引起下降速度增加到11英尺/秒；三英尺的自由下落將引起下降速度幾乎增加到14英尺/秒；四英尺的自由下落將引起下降速度大約增加到16英尺/秒。在自由下落的結(jié)尾處，風(fēng)扇6將自動(dòng)加速以便迅速地將人的速度降低到適合其整體重量的恰當(dāng)下降速度。不幸的是，這個(gè)過(guò)程可以引起在纜繩內(nèi)部很高的瞬時(shí)-力，該力可能超過(guò)纜繩1,000磅最小斷裂力。可能的解決方案將是，在固定位置不能確保處于離開點(diǎn)的上面或附近的地方，給纜繩安裝與纜繩成一直線(in-line)的負(fù)載-限制能量-吸收器(就在鈞環(huán)9下面)。很多簡(jiǎn)單的、便宜且有效的能量消散裝置是可以買到的并廣泛被登山者使用來(lái)安全地消散短暫自由下落的動(dòng)能。一個(gè)上述設(shè)備是小的桉樹(Yates)“拉鏈尖叫者(Zipper Screamer)”負(fù)載限制吊索(LoadLimiting Sling)。該吊索連帶其6英寸的撕裂袖(tear-away sleeve)只有3盎司的重量。其內(nèi)部是兩個(gè)平行的網(wǎng)狀物(web)，每個(gè)都折疊起來(lái)并以三行平行的特殊撕裂-縫合(tear-stitch)縫合到其本身上，這樣當(dāng)網(wǎng)狀物上的力達(dá)到一個(gè)特定的數(shù)值時(shí)，縫合開始裂開，并在過(guò)程中擴(kuò)展網(wǎng)狀物的長(zhǎng)度并吸收能量。對(duì)于桉樹“拉鏈尖叫者”，其激活力是600磅，最大延伸是2英尺，在完全展開時(shí)，網(wǎng)狀物的負(fù)載能力是6,000磅。
下面的數(shù)字例子將更好地說(shuō)明吊索如何工作。假設(shè)一個(gè)260磅的人(以及其40磅的背包)準(zhǔn)備從其飯店窗戶逃離，整體重量為300磅。他的背包在纜繩5和鈞環(huán)9的端部之間安裝有小的拉鏈尖叫者負(fù)載限制吊索。按照在他的房間中粘貼的指示，他將鉤環(huán)9連接到房間內(nèi)部的一個(gè)合適的固定器上，走到窗戶前并將其打開，將書桌推動(dòng)到打開的窗戶前，爬上去并倒著退出窗戶。纜繩5一直保持拉緊。然而，在纜繩5變?yōu)橛纱皯舻倪吘壷吻埃撊藛T已經(jīng)自由下落了兩英尺的距離，其下降速度達(dá)到11.35英尺/秒。在自由下落的結(jié)尾處，其纜繩卷軸(具有初始的6英寸直徑)開始旋轉(zhuǎn)。當(dāng)風(fēng)扇6的旋轉(zhuǎn)速度只達(dá)到1,797RPM，纜繩力將達(dá)到600磅，拉鏈尖叫者的縫合開始撕裂，持續(xù)0.28秒將纜繩力保持為大約600磅，同時(shí)人的速度降低到2.35英尺/秒。在這0.28秒中，該人下降了1.92英尺(來(lái)自拉鏈尖叫者的1.26英尺延伸和來(lái)自纜繩卷軸的0.66英尺。)在0.28秒的末尾，拉鏈尖叫者不再延伸，風(fēng)扇6(全部依靠自己)將力從600磅下降到300磅，并且下降速度從2.35英尺/秒下降到1.66英尺/秒(該速度是對(duì)于整體300磅的穩(wěn)定下降速度)。這個(gè)例子示出了，當(dāng)300磅的整體重量(例如，帶有40磅的背包的260磅的人)自由下落2英尺時(shí)，小的拉鏈尖叫者可以成功地保持纜繩力不超過(guò)600磅。對(duì)于更長(zhǎng)的自由下落和重量更大的人，可以連續(xù)地設(shè)置兩個(gè)或多個(gè)拉鏈尖叫者。
盡管連續(xù)地設(shè)置的多個(gè)拉鏈尖叫者可以保證在短暫的初始自由下落后，纜繩力小于1,000磅，但是還有更好的解決方案-該方案可用于一個(gè)360磅的人的任何次數(shù)和長(zhǎng)度的自由下落，并且不需要連接多個(gè)設(shè)備(該多個(gè)設(shè)備可能被錯(cuò)誤地連接)。該設(shè)備是安裝在纜繩卷軸和齒輪#1之間的內(nèi)建的、彈簧-離合器扭矩-限制器。首先，如圖7所示，卷軸和齒輪#1是通過(guò)12個(gè)螺栓31被栓接在一起的。所提議的扭矩-限制器的基本原理與瑞斯潘(Ringspann)RT系列蝶形彈簧扭矩限制器和拉夫力士(Ruflex)_摩擦扭矩限制器所使用的一樣，除了用兩個(gè)膜片彈簧代替蝶形彈簧。所述兩個(gè)相同的彈簧具有內(nèi)建的摩擦片，該摩擦片在改進(jìn)后的齒輪#1的內(nèi)部板上用很大的預(yù)設(shè)軸向力夾緊該齒輪的每一側(cè)，這樣在常規(guī)操作中，扭矩被無(wú)滑動(dòng)地傳導(dǎo)給卷軸。但是，如果扭矩應(yīng)當(dāng)超過(guò)預(yù)定的數(shù)值(由軸向力摩擦片幾何學(xué)及其摩擦系數(shù)確定)，將發(fā)生滑動(dòng)從而限制扭矩為預(yù)定數(shù)值。仍然通過(guò)風(fēng)扇消散能量(該風(fēng)扇現(xiàn)在被由滑動(dòng)扭矩確定的固定速度驅(qū)動(dòng))，并且也通過(guò)扭矩-限制器的滑動(dòng)摩擦來(lái)消散。由于下降速度變慢，滑動(dòng)速度減步，最終達(dá)到零，此處自動(dòng)恢復(fù)夾緊。設(shè)置滑動(dòng)扭矩的目的在于，使得纜繩力對(duì)能使最重的人減速來(lái)說(shuō)是足夠大的，并且對(duì)保護(hù)纜繩來(lái)說(shuō)是足夠低的。
如同前面對(duì)本發(fā)明的基本配置所做的，下面詳細(xì)說(shuō)明在本應(yīng)用中使用扭矩-限制器的實(shí)用性。圖12示出了改進(jìn)的纜繩卷軸4a、改進(jìn)的軸23a(現(xiàn)在大約十分之一英寸長(zhǎng))、改進(jìn)的齒輪1#30a(現(xiàn)在帶有支撐連接板(supporting web))、內(nèi)側(cè)錐狀滾筒軸承的滾筒錐(roller cone)28和配套杯(mating cup)29、背板22、8個(gè)安裝螺栓26(示出兩個(gè))、位于改進(jìn)的纜繩卷軸4a的內(nèi)側(cè)端部的扭矩-限制器的多個(gè)部件的新裝配完成的組件的剖視圖。從左到右示出了帶有其摩擦片(friction-lining)84的外側(cè)膜片彈簧83、間隔環(huán)85和帶有其特富龍O-環(huán)87的齒輪#1的支撐連接板86、帶有其摩擦片89的內(nèi)側(cè)膜片彈簧88、鍵棒(key rod)90、螺紋環(huán)(threaded ring)91和鎖定銷(未示出)。
兩個(gè)膜片彈簧83和膜片彈簧88是一樣的，其覆蓋(house)同樣的摩擦片84和摩擦片89。每個(gè)彈簧具有內(nèi)部轂(hub)、膜片和固定摩擦片的外部轂。內(nèi)部轂的膛(bore)是4.002英寸，該尺寸使得其可以與改進(jìn)的電纜卷軸延伸部的4.000英寸直徑緊密滑接(slip-fit)。內(nèi)部轂的外徑是4.400英寸。膜片從4.400英寸直徑延伸到6.000英寸直徑。外部轂從6.000英寸直徑延伸到7.000英寸直徑。膜片是十分之一英寸厚(0.100英寸)，位于轂的0.380英寸軸向?qū)挾鹊闹虚g。在膜片最低-張力5.20英寸直徑處鉆通一個(gè)單獨(dú)的小的1/16英寸直徑的孔，從而在扭矩-限制器的激活過(guò)程中消除任何可能的空氣壓力。每個(gè)外部轂的一面開有9/100英寸深的槽，該槽從6.125英寸直徑延伸到6.875英寸直徑。上述槽用于摩擦片的連接(bonding-in)，該摩擦片是0.125英寸厚并因此從外部轂的表面上突出35/1000英寸(0.035英寸)。為了避免9/100英寸深度和125/1000英寸厚度上的緊密度容限(tight tolerances)，可以使用更厚的摩擦片，該摩擦片并制造為在粘接后突出35/1000英寸。
改進(jìn)后的齒輪#130a具有軸向地居中在其3/4英寸寬的齒部的250/1000英寸的內(nèi)部支撐板。所述板的目的是，當(dāng)摩擦片滑動(dòng)時(shí)，提供摩擦片作用的區(qū)域并徑向地支撐齒輪#1保持其居中。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，250/1000英寸厚的板的膛包括用于特富龍O-環(huán)87(派克(Parker)尺寸#246，其具有4.484英寸內(nèi)徑和4.762英寸外徑，以及0.139英寸截面直徑)的凹槽。由于O-環(huán)不是用于密封壓力，因此其不是帶有軸向間隙的普通O-環(huán)凹槽。相反，當(dāng)板和O-環(huán)被安裝到間隔環(huán)85上作為部件時(shí)，凹槽提供O-環(huán)的軸向壓縮和常規(guī)以上的徑向壓縮。齒輪板和間隔器都是250/1000英寸厚，因此齒輪/O-環(huán)/間隔部件可以被一起壓倒一平面上。(間隔器在每端有一個(gè)小斜面來(lái)協(xié)助上述裝配。)與膜片彈簧類似，間隔器的膛是改進(jìn)后的纜繩卷軸延伸部上的緊密滑-接。全部三個(gè)膛以及改進(jìn)的纜繩卷軸延伸部的外表面帶有軸向凹槽，該0.096英寸寬、0.048英寸深的凹槽是用于容納鍵棒90，該棒是0.094英寸直徑乘1.000英寸長(zhǎng)的帶有圓滑末端的316不銹鋼棒。鍵棒阻止膜片彈簧或間隔器相對(duì)纜繩卷軸的任何轉(zhuǎn)動(dòng)。在滑動(dòng)中，O-環(huán)必須在間隔器的外表面上以很小的摩擦滑動(dòng)，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，間隔器的外表面可以被拋光，并隨后非電鍍地鍍上5微米厚的鎳來(lái)提高光滑度和硬度。特富龍的一個(gè)著名的特性是其趨向于長(zhǎng)時(shí)間保持不變，該特性幫助減少在間隔器處的壓縮力，從而增加了在滑動(dòng)時(shí)保持居中的能力。1.375英寸長(zhǎng)的纜繩卷軸延伸部的最后0.375英寸，以及螺紋環(huán)91的膛都是分別沿著其4英寸的外徑和內(nèi)徑，每英寸帶有16個(gè)螺紋，所述螺紋一致都是左旋螺紋。當(dāng)扭矩-限制器滑動(dòng)時(shí)，左旋螺紋將防止螺紋環(huán)松動(dòng)。
將扭矩-限制器組件裝配到纜繩卷軸延伸上是這樣進(jìn)行的一個(gè)膜片彈簧(帶有其內(nèi)連(bonded-in)的摩擦片并突出35/1000英寸)在其不帶有摩擦片側(cè)朝向卷軸的情況下被滑上，隨后被旋轉(zhuǎn)以便其軸向凹槽與改進(jìn)的電纜卷軸延伸部的軸向凹槽相吻合。隨后插入鍵棒。接下來(lái)，齒輪/O-環(huán)/間隔器部件被用鍵棒穿起并滑上。(在第一膜片彈簧的內(nèi)部轂和間隔器之間將存在35/1000英寸的縫隙。)隨后，第二膜片彈簧(帶有其內(nèi)連的摩擦片并突出35/1000英寸)被用鍵棒穿起并滑上，其摩擦片側(cè)朝向卷軸。(在第二膜片彈簧的內(nèi)部轂和間隔器之間將存在35/1000英寸的縫隙。)螺紋環(huán)隨后被使用3/8英寸直徑活動(dòng)扳手孔(spannerwrench hole)911旋上并旋緊。由于螺紋環(huán)向內(nèi)側(cè)推第二膜片彈簧的內(nèi)部轂，兩個(gè)35/1000英寸的縫隙伴隨著膜片彈簧的類似壓縮一起變小。最后，當(dāng)在內(nèi)部轂處不再存在任何縫隙時(shí)，膜片彈簧將每個(gè)都偏轉(zhuǎn)(deflect)35/1000英寸。該膜片彈簧的外部轂將與齒輪的板持平并通過(guò)其摩擦片向板施加1,150磅的力。此時(shí)，鋁膜片中的最大壓力是18,781磅力/英寸2(在用來(lái)制造膜片彈簧的7075 T6鋁的73,000磅力/英寸2屈服強(qiáng)度以內(nèi)，以便提供足夠的安全系數(shù)。)對(duì)螺紋環(huán)的進(jìn)一步收緊不會(huì)帶來(lái)膜片偏轉(zhuǎn)、壓縮力或膜片壓力的進(jìn)一步增加。只有放松螺紋可以減小力。因此，在用活動(dòng)扳手緊固以后，并在用于驗(yàn)證名義上的2,000英寸-磅扭矩-滑動(dòng)數(shù)值(參見第12段)的過(guò)程中(in-process)檢測(cè)后，在螺紋的任何地方軸向地鉆0.20英寸長(zhǎng)、1/16英寸直徑的孔，并且壓入一鎖定銷從而完全地阻止任何可能的松開(unthreading)。可以用能買到的1/16×3/16長(zhǎng)的軋鋼彈簧銷作為鎖定銷。
本發(fā)明所使用的摩擦片材料是雷貝斯托(Raybestos)R-428，一種帶有無(wú)機(jī)填充劑的非石綿非金屬的樹脂結(jié)合劑。該材料在很大的接觸壓力范圍內(nèi)(從30牛/厘米2到120牛/厘米2)的高耐熱性和穩(wěn)定的0.28摩擦系數(shù)以及很長(zhǎng)的滑動(dòng)時(shí)間(9分鐘)使得其非常適合用于剎車/離合器結(jié)合體。R-248的優(yōu)選表面壓力是(15到250)牛/厘米2。此種情況下的接觸壓力是150磅力/英寸2(1,150磅除以7.658英寸2)，該數(shù)值等于103.5牛/厘米2(恰好在上述范圍之中)。所述R-248材料具有1,740,000磅力/英寸2的很高壓縮彈性模數(shù)，作為結(jié)果，150磅力/英寸2接觸壓力引起每個(gè)125/1000英寸厚的摩擦片只壓縮0.00001英寸，該數(shù)值與35/1000英寸相比顯然可以忽略。對(duì)于R-248，優(yōu)選地滑動(dòng)速度被保持在25米/秒以下。6英尺初始自由下落的實(shí)際滑動(dòng)速度將從6米/秒在不到一秒的時(shí)間內(nèi)減少到0。幾乎不可能的15英尺初始自由下落的實(shí)際滑動(dòng)速度將從10米/秒在幾秒種內(nèi)減少到0。為上述兩個(gè)摩擦表面使用0.28的摩擦系數(shù)值，連同其面積(area)和位置(location)，滑動(dòng)扭矩被計(jì)算為222.7牛米或1,971英寸-磅。在最初3英寸的卷繞纜繩半徑(直徑6英寸)，扭矩出現(xiàn)在657磅纜繩力處。但是，由于0.28是動(dòng)摩擦系數(shù)，而不是比較高的靜摩擦系數(shù)，實(shí)際分離扭矩可能接近2，100英寸-磅，伴隨著700磅的分離纜繩力。在設(shè)定點(diǎn)，最重的人可能引起扭矩-限制器起作用，(不會(huì)帶來(lái)問(wèn)題)甚至在沒有自由下落時(shí)也要起作用。這是因?yàn)?，在未?fù)載的彈簧(在本例中，是纜繩)上突然施加重量可以引起彈簧上兩倍于重量的瞬間力。
一個(gè)數(shù)字例子將進(jìn)一步說(shuō)明扭矩-限制器的能力。假設(shè)一個(gè)360磅的人(帶有一個(gè)40磅的背包)將其纜繩很好地固定在房間內(nèi)。隨后，他站在窗戶的邊緣上并跳下。結(jié)果是，他自由下落6英尺，在其纜繩(固定在房間內(nèi)部)獲得邊緣支撐前，該人的自由下落速度達(dá)到19.7英尺/秒。纜繩卷軸立即(其初始6英寸卷繞直徑)開始旋轉(zhuǎn)。當(dāng)卷軸達(dá)到97RPM時(shí)，纜繩力達(dá)到700磅且扭矩達(dá)到2100英寸-磅，該扭矩?cái)?shù)值引起扭矩限制器滑動(dòng)。動(dòng)摩擦立刻取代靜摩擦，扭矩減小到1,971英寸-磅，纜繩力減小到657磅，風(fēng)扇速度從1941RPM減小到1,880RPM。當(dāng)纜繩解卷繞速度上升到超過(guò)19英尺/秒從而與下降速度匹配時(shí)，所有這些數(shù)值保持不變。上述情況帶動(dòng)初始纜繩卷軸速度達(dá)到700RPM，而齒輪#1的速度維持94RPM。扭矩-限制器中的合力摩擦力(resulting friction)和風(fēng)扇的能量消散相聯(lián)合從而迅速地在大約0.833秒、9又1/4英尺內(nèi)將下降速度從19.7英尺/秒減小為2.46英尺/秒。在此時(shí)，卷軸速度已經(jīng)降低到94RPM(與齒輪#1的旋轉(zhuǎn)速度匹配)并且扭矩-限制器不再滑動(dòng)。隨后，風(fēng)扇6(依靠自己)將力從657磅減少到400磅，將下降速度從2.46英尺/秒降低到1.92英尺/秒(對(duì)于400磅整體重量的穩(wěn)定下降速度)。這個(gè)極端的例子使得內(nèi)建扭矩-限制器用于確保本發(fā)明“故障-安全性”的可觀能力成為焦點(diǎn)，甚至當(dāng)其在肯定被認(rèn)為是魯莽的方式下被使用時(shí)(該魯莽的方式在混亂情況中很可能發(fā)生)。
扭矩-限制器可以扭轉(zhuǎn)局勢(shì)的另一個(gè)情況是，當(dāng)一個(gè)以緩慢、安全的速度下降的人被另一個(gè)從窗戶自由落下的人“撞到”時(shí)。很明顯，上述情況是一個(gè)可以避免的狀況，然而也是一個(gè)很容易出現(xiàn)的狀況。在不具有扭矩-限制器時(shí)，上述情況將使第一個(gè)人的纜繩超載并斷裂，這不僅給他而且給下面的所有人帶來(lái)災(zāi)難性的后果。但是，借助處于合適位置(in-place)的扭矩-限制器，只要該人的纜繩力達(dá)到700磅(或者如果其纜繩更長(zhǎng)該數(shù)值可以更大)，扭矩限制器將滑動(dòng)，從而保護(hù)纜繩并幫助該人及過(guò)程中的其他人減速。進(jìn)一步，如果需要，該限制器可以一次接一次地重復(fù)上述動(dòng)作，就如同其對(duì)后續(xù)的自由下落可以做的一樣。
然而，從較低屋頂?shù)暮罄m(xù)下落的可能性是很小的。這是因?yàn)?，由于?松弛彈簧7的作用，纜繩保持拉緊，并且當(dāng)人后退越過(guò)邊緣時(shí)，纜繩幾乎指向豎直方向。從最初下降點(diǎn)向下幾百英尺，減小的卷繞直徑增加了纜繩力，該纜繩力需要達(dá)到2,100英寸-磅的定值，該定值引起扭矩限制器滑動(dòng)。在628英尺以下，伴隨著5英寸卷繞直徑，力增加到840磅(從700鎊)。在1000英尺以下，伴隨著4.2英寸卷繞直徑，力增加到1000磅。在超過(guò)1000英尺后，(大于1000英尺的)0.094英寸半徑、7×19鍍鋅鋼纜的彈簧常數(shù)降低為小于63磅/英尺。上述數(shù)值對(duì)于確保360磅重的人(以及40磅的背包)在最大為5英尺的自由下落中纜繩力保持低于1,000磅來(lái)說(shuō)是足夠低。但是，把使用鉤環(huán)將上述脆弱的彈簧與纜繩串聯(lián)作為自由下落問(wèn)題的解決方案是不現(xiàn)實(shí)的，因?yàn)閺椈蓵?huì)很長(zhǎng)，還必須被折疊到16英尺…并且其不能涵蓋任何可能距離的自由下落。在背板中的(或上的)“彈性”纜繩-引導(dǎo)器或位于纜繩卷軸與齒輪#1之間的扭簧也不能做為解決方案。上述這些解決方案都不能與彈簧-離合器扭矩限制器的效力相媲美。
從前面的段落可以看出保持初始6英寸卷軸直徑的重要性，這樣扭矩限制器的初始滑動(dòng)就不會(huì)超過(guò)700磅。因此，一旦為了預(yù)期的較短的下降而在纜繩卷軸上纏繞較短的纜繩時(shí)，該纜繩應(yīng)該被纏繞在更大直徑的心軸(mandrel)上。下述尺寸的心軸可以用于下述較短的下降高度(適合目標(biāo)建筑物的較高樓層)，未包含任何附加的斜線距離3.626英寸直徑-1,394英尺(帝國(guó)大廈，中國(guó)銀行大廈)4.002英寸直徑-1,224英尺(芝加哥的AON中心和約翰漢寇克中心)4.378英寸直徑-1,038英尺(特朗普世界大廈(Trump World Tower)，一個(gè)自由場(chǎng)所(One Liberty Place)、通用大廈(GE Bldg))4.754英寸直徑-835英尺(瑞普季大廈(Rappongi Tower)，海名軒(harbourfront landmark)，國(guó)衛(wèi)中心(AXA Ctr))5.130英寸直徑-615英尺(聯(lián)合國(guó)廣場(chǎng)大樓、紐約市威斯汀酒店)5.506英寸直徑-378英尺(典型的25層公寓建筑物)直接在3.250英寸直徑的纜繩卷軸4a上纏繞1,547英尺(或更多)的纜繩，該長(zhǎng)度適用于西爾斯大廈、石油大廈(Petronas Towers)和臺(tái)北101。對(duì)于較大直徑的心軸，仍然使用本纜繩卷軸4a(其纜繩連接(cable-end)在內(nèi)部鎖定)，可以通過(guò)使用兩個(gè)模制的、互鎖的、輕質(zhì)且?guī)в?.250英寸膛(未示出)的戴爾潤(rùn)(Delrin)_半圓柱體實(shí)現(xiàn)更大的直徑。3.250英寸直徑的、不含模制半圓柱體的纜繩卷軸包括15排(row)0.094英寸直徑的鋼絲繩。然而，帶有戴爾潤(rùn)_插入件的3.626英寸心軸包括13排鋼絲繩；4.002英寸心軸包括11排；4.378英寸心軸包括9排；4.754英寸心軸包括7排；5.130英寸心軸包括5排；而5.506英寸心軸包括3排。每排都是85繞(在8英寸長(zhǎng)的空間內(nèi))，除了每次最后一排只有80繞。這是因?yàn)榉?松弛彈簧7可以不使用重新-引導(dǎo)機(jī)構(gòu)，將該排從80繞重新纏繞為55繞，“就如同沒有被松開一樣”。盡管在7英寸直徑壁中存在充足的空間允許纜繩在其頂部重新纏繞(伴隨初始纜繩力只有很小的減小，扭矩-限制器在該處減小)，為了初始重卷繞需要避免上述在其自己頂部的重卷繞(盡管是無(wú)害的)。但是，為了在較小的直徑進(jìn)行重卷繞(此時(shí)重卷繞是不可避免的)，纜繩在其頂部的重卷繞實(shí)際上可能是有益處的，因?yàn)橹鼐砝@可以輕微地減小否則將增大的松開力(trip force)。
由于彈簧-離合器扭矩-限制器允許人員的長(zhǎng)距離多次自由下落(并被多次撞到)，出現(xiàn)了另一種離合器類型-一旦周圍空氣溫度變得過(guò)高時(shí)，用于退耦風(fēng)扇6的可重復(fù)自動(dòng)-激活熱-離合器。該離合器為任何必須從建筑物的非迎風(fēng)側(cè)離開的人員，在其穿過(guò)一層或多層強(qiáng)熱時(shí)自動(dòng)將下降速度升高到接近自由下落條件下的速度。甚至在沒有抗熱保護(hù)服或可展開的熱遮蔽的情況下，人員可以在沒有任何燒傷的情況下通過(guò)，就象馬戲團(tuán)老虎跳過(guò)火圈。在經(jīng)過(guò)著火層后，熱離合器將重新耦合風(fēng)扇，這將引起彈簧-離合器扭矩-限制器滑動(dòng)，從而保護(hù)纜繩不承受高負(fù)載力，同時(shí)其幫助將人員的速度降低到重新耦合的風(fēng)扇可以自己接管的速度(如同第121段中所描述的)。如果需要保護(hù)來(lái)自多個(gè)失火樓層的人員，熱離合器和彈簧-離合器扭矩-限制器可以以上述方式重復(fù)地工作。很多熱離合器樣式都是可以使用的，但是簡(jiǎn)單地足以用語(yǔ)言(沒有附圖)描述的樣式是將風(fēng)扇的管狀3.9英寸長(zhǎng)中心轂制造成更像同心的“管中管”，其中，3英寸長(zhǎng)的外部管的中心部分現(xiàn)在是1/64英寸厚的鋁(該外部管的端部必須厚一點(diǎn)以支撐8-輪軸支撐板49。)在外部管和現(xiàn)在1.2英寸的直徑內(nèi)部管(前面是1.5英寸外徑)之間的狹窄(1/32英寸)環(huán)形空隙中填充有IGI微晶蠟微小系列(microsere)5999，該材料在194°F(最小192°F)熔化。也可以使用其他化合物，但是微小系列5999提供在高端蒸汽溫度的詳細(xì)定義的熔點(diǎn)，具有高硬度和表面支持?？梢允褂锰馗积圤-環(huán)(或特富龍或尼龍插入件)來(lái)密封環(huán)形空間的末端從而保證外部管居中，并且當(dāng)蠟液化時(shí)蠟是封閉的。由于蠟本身將作為熱絕緣體，很可能只有千分之幾英寸的外部蠟會(huì)液化。很薄的1/64英寸鋁以及蠟外部的千分之幾英寸的液化，使得其液化和固化發(fā)生得很快。對(duì)高速軸的很低的扭矩要求(通過(guò)彈簧-離合器扭矩-限制器保持為大約100英寸-磅)允許蠟在完全固化時(shí)很容易地傳遞扭矩，因?yàn)橄炛灰?磅力/英寸2的切變強(qiáng)度。盡管與彈簧-離合器扭矩-限制器連接的熱離合器將保護(hù)從建筑物的非迎風(fēng)側(cè)離開的未受保護(hù)的人不被燒傷，還是推薦所有的人從迎風(fēng)側(cè)離開。
由于本發(fā)明將被用于拯救生命，應(yīng)該以最全面的方式對(duì)每個(gè)單元進(jìn)行最終測(cè)試，從而確保當(dāng)該單元需要完成其救生功能時(shí)，其可以以故障-自動(dòng)恢復(fù)的方式運(yùn)轉(zhuǎn)。此處將描述最終的功能性測(cè)試，該測(cè)試將不僅驗(yàn)證整體性能，還驗(yàn)證包括在第115段和第124段中討論的所有特征的每個(gè)特征的性能。(一個(gè)例外是只在第125段中描述的熱離合器，可以用針對(duì)每個(gè)單元的過(guò)程-中測(cè)試來(lái)驗(yàn)證該離合器的恰當(dāng)功能。)對(duì)于最終功能測(cè)試，每個(gè)工作單元需要帶一個(gè)360磅的假人通過(guò)6英尺的自由下落和另外18英尺的下降，加上由防-松弛彈簧7進(jìn)行的后續(xù)對(duì)至少30英尺纜繩的重卷繞。此處描述的整個(gè)檢測(cè)，包括開始(set-up)、結(jié)束(break-down)和評(píng)估總共需要不到一分鐘。假人被配置為真實(shí)的很重的軀干并戴有一真實(shí)的背帶。一個(gè)特殊的線性軸承部件使得假人以很小的摩擦在兩個(gè)平行的垂直桿上下降24英尺。在底部(在地面層級(jí)的18英尺以下)設(shè)置有一個(gè)重型壓縮彈簧來(lái)停止假人的下降。在假人內(nèi)部是一個(gè)鋼塊，用于提供其360磅的重量。一個(gè)2G應(yīng)力測(cè)試加速度計(jì)被連接到假人身上并垂直放置，其輸出正向移動(dòng)對(duì)應(yīng)向下加速。該加速度計(jì)有其自己的能量供應(yīng)和調(diào)理電路，該電路具有高分辨率自動(dòng)調(diào)零特征。一個(gè)帶有其自己的電荷放大器的高自然頻率(＞5千赫茲)壓電式加速度表也被連接到假人上但是是水平放置的。一個(gè)位于地面6英尺之上的電磁體將假人固定在桿的頂部。一個(gè)平臺(tái)允許技術(shù)人員使用背包單元的帶子和背帶支撐環(huán)將背包單元安裝到假人身上。纜繩被延伸，其鉤環(huán)9被固定到一個(gè)精確的2,000磅負(fù)載-單元上，該單元離邊緣12英尺遠(yuǎn)并被栓接在地面以上3英尺處。當(dāng)準(zhǔn)備好以后，按下一個(gè)按鈕，隨后馬上自動(dòng)-調(diào)零應(yīng)力測(cè)試加速度計(jì)，觸發(fā)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)獲取單元(帶有防混淆濾波器)的啟動(dòng)從而以每秒1,000個(gè)采樣的速度(32位分辨率)對(duì)負(fù)載單元和兩個(gè)加速度計(jì)的輸出進(jìn)行采樣，隨后切斷電磁體的電流從而釋放假人。在纜繩開始?？吭诘匕宓膱A角并開始轉(zhuǎn)動(dòng)纜繩卷軸以前，假人在0.610秒內(nèi)自由下落6英尺。隨著風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)，負(fù)載單元的輸出(指示纜繩力)首先達(dá)到最高點(diǎn)隨后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)(plateaus)，指示出扭矩-限制器的激發(fā)以及摩擦-片相對(duì)齒輪#1的板的滑動(dòng)。第121段示出了滑動(dòng)將持續(xù)0.833秒，同時(shí)假人在大約9.25英尺內(nèi)從19.7英尺/秒減速到2.46英尺/秒，自動(dòng)地使風(fēng)扇(完全依靠自己)將速度降低為很低的1.92英尺/秒穩(wěn)定下降速度。上述過(guò)程只需要0.050秒，通過(guò)0.11英尺。此后，假人以1.92英尺/秒的穩(wěn)定速度在大約4.45秒內(nèi)下降最后的8.64英尺。整個(gè)下降，包括6英尺自由下落，花費(fèi)了6秒。另一個(gè)單獨(dú)的纜繩用于將假人以2英尺/秒的速度在大約12秒內(nèi)帶回出發(fā)點(diǎn)，在此過(guò)程中防-松弛彈簧7將纜繩重新卷繞到纜繩卷軸上。滿足一分鐘時(shí)間分配，要求在42秒的整體時(shí)間內(nèi)將背包戴上和移開，上述過(guò)程是可以實(shí)現(xiàn)的。
在一個(gè)技術(shù)人員處理雜事的同時(shí)，另一個(gè)技術(shù)人員可以處理計(jì)算數(shù)據(jù)獲取、分析和歸檔。數(shù)據(jù)-輸入過(guò)程實(shí)際上開始于掃入背包單元上附著的條形碼序號(hào)。針對(duì)纜繩數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)記錄將已經(jīng)存在其在纏繞到纜繩卷軸之前的1,000磅證明測(cè)試、其指定長(zhǎng)度以及其重量測(cè)量確認(rèn)(例如，西爾斯大廈背包單元比帝國(guó)大廈背包單元稍微重2磅，等等)。在此最終驗(yàn)證測(cè)試中，數(shù)據(jù)采樣開始于電磁體釋放假人之前的一秒，結(jié)束于假人接觸到底部彈簧之后的一秒。因此，三個(gè)采樣記錄大約8秒鐘長(zhǎng)。對(duì)于32位的采樣分辨率，三個(gè)記錄將包含接近100KB的數(shù)據(jù)。隨后，一個(gè)計(jì)算機(jī)程序計(jì)算并保存另外兩個(gè)時(shí)域的記錄通過(guò)將2G應(yīng)力測(cè)試加速度計(jì)的記錄對(duì)時(shí)間做積分獲得的速度記錄，以及將速度記錄對(duì)時(shí)間做積分得到的位移記錄。在釋放之前，所有三個(gè)記錄都是歸零的。程序使用兩條已知的信息確認(rèn)加速計(jì)的正確校準(zhǔn)-自由下落中的加速度(釋放后的最初600個(gè)采樣點(diǎn))必須為1G(32.2英尺/秒2)，以及最終位移必須是精確的24英尺。在釋放前，負(fù)載單元記錄的讀數(shù)應(yīng)該接近但不是精確地為零(因?yàn)榉?松弛彈簧將對(duì)負(fù)載單元施加幾磅拉力)。在舍去任何噪聲尖峰后，程序在負(fù)載單元記錄中定位第一最高點(diǎn)，讀出該最高點(diǎn)并標(biāo)記采樣點(diǎn)編號(hào)為“采樣點(diǎn)A”(同時(shí)，確認(rèn)沒有其他點(diǎn)超過(guò)該力值。)該點(diǎn)是纜繩中最大的力，在預(yù)定的偏差內(nèi)，其讀數(shù)應(yīng)該為700磅。采樣點(diǎn)A也是扭矩限制器開始滑動(dòng)的點(diǎn)，程序在高頻加速度計(jì)的記錄中查找并確認(rèn)一個(gè)相應(yīng)的輸出級(jí)別的突然增加。在采樣點(diǎn)A，程序還驗(yàn)證大約6英尺的位移讀數(shù)和大約20英尺/秒的速度讀數(shù)。程序接下來(lái)找到高頻加速度計(jì)的輸出級(jí)別突然降低的位置，并將其稱為采樣點(diǎn)B。此處大約是摩擦片重新夾持齒輪#1的板的位置。程序隨后確認(rèn)在預(yù)定偏差范圍內(nèi)，在B點(diǎn)的速度讀數(shù)為2.46英尺/秒。程序隨后對(duì)點(diǎn)A和點(diǎn)B之間的全部加速度采樣點(diǎn)進(jìn)行平均，并確認(rèn)在預(yù)先確定的偏差范圍內(nèi)該讀數(shù)為-0.64G/s(-20.69英尺/秒2)。程序隨后平均點(diǎn)A和點(diǎn)B之間的力采樣值并確認(rèn)在預(yù)先確定的偏差范圍內(nèi)該讀數(shù)為657磅。該程序隨后使用重疊處理對(duì)點(diǎn)A和點(diǎn)B之間的高頻加速度計(jì)的記錄進(jìn)行快速傅立葉變換(一次512點(diǎn)，大約800個(gè)采樣點(diǎn))，并隨后使用包括在226HZ附近的3個(gè)臨近頻率點(diǎn)的振幅計(jì)算結(jié)果，以比快速傅立葉變換的分辨率(該值為1.953125HZ)更好的分辨率來(lái)計(jì)算齒輪#1和齒輪#2的“準(zhǔn)確”齒嚙合頻率。該程序隨后通過(guò)將所得結(jié)果乘以60再除以144來(lái)計(jì)算齒輪#1的RPM，并確認(rèn)在預(yù)先確定的偏差范圍內(nèi)其等于94RPM。注意風(fēng)扇6的RPM是計(jì)算得到的數(shù)值的20倍。該程序隨后指定“點(diǎn)B加上100個(gè)采樣點(diǎn)”作為點(diǎn)C，并確認(rèn)在點(diǎn)C處的加速度在預(yù)先確定的偏差范圍內(nèi)重新回到0G’s。該程序隨后找到加速度負(fù)向的另一個(gè)最高點(diǎn)(與在底部的壓縮彈簧接觸)，并將該點(diǎn)標(biāo)記為點(diǎn)D。程序隨后平均點(diǎn)C和點(diǎn)D之間的所有速度讀數(shù)，首先將所有的速度讀數(shù)分為10個(gè)連續(xù)的組，隨后確認(rèn)每個(gè)組的平均值在預(yù)先確定的偏差范圍內(nèi)為1.92英尺/秒。程序隨后類似地平均點(diǎn)C和點(diǎn)D之間的負(fù)載單元力。
在第126段中的負(fù)載單元力和其他數(shù)值將根據(jù)整體重量輕微地變化，整體重量顯然由背包組件中的纜繩長(zhǎng)度決定。計(jì)算機(jī)程序?qū)⒖梢詮臈l形碼記錄上知道纜繩長(zhǎng)度并自動(dòng)地將其納入考慮范圍內(nèi)。除非程序提示超出容錯(cuò)范圍的情況，技術(shù)人員可以假設(shè)所有事情都在可接受的限制范圍內(nèi)。在肉眼檢查柵格以確認(rèn)纜繩被防-松弛彈簧7恰當(dāng)?shù)刂匦戮砝@在其纜繩卷軸上以后，背包單元被放置并密封在其存儲(chǔ)盒子內(nèi)(該盒子被設(shè)計(jì)為可以放在辦公隔間中)，并確保所述一分鐘計(jì)算測(cè)試證明了以下事實(shí)甚至對(duì)于最重的人(360磅)，扭矩限制器在恰當(dāng)?shù)牧?jí)別滑動(dòng)，從而在冗長(zhǎng)的初始自由下落后保護(hù)纜繩；在滑動(dòng)中扭矩限制器恰當(dāng)?shù)毓ぷ?；后續(xù)地對(duì)齒輪#1的板的摩擦片重新夾緊在恰當(dāng)?shù)乃俣群团ぞ匕l(fā)生；風(fēng)扇(全部依靠自己)隨后迅速及簡(jiǎn)便地將纜繩力下降為整體重量的數(shù)值，同時(shí)將速度下降到恰當(dāng)?shù)南陆邓俣?，該下降速度維持穩(wěn)定；防-松弛彈簧7恰當(dāng)?shù)貜男戮砝@30英尺長(zhǎng)的纜繩；并且最后彈簧鉤簧72、連接繩索13和拉緊設(shè)備15都正常工作。
所有的采樣數(shù)據(jù)，加上測(cè)試運(yùn)行后由程序自動(dòng)執(zhí)行的計(jì)算都被歸檔在背包組件的序列號(hào)之下。數(shù)據(jù)的數(shù)量可能高達(dá)1兆字節(jié)，因此每個(gè)測(cè)試站可能每天存儲(chǔ)十億字節(jié)的可管理數(shù)據(jù)(在兩個(gè)八小時(shí)倒班中每個(gè)測(cè)試站每分鐘測(cè)試一個(gè)單元)。每個(gè)單元的性能最好不是依賴特定的功能性測(cè)試。所述測(cè)試僅僅有效地驗(yàn)證了性能。一個(gè)更低科技含量的測(cè)試也可以實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證性能的最終目的。
盡管在本發(fā)明中描述或限定了背包組件、帽子組件、扭矩-限制器、綜合功能性測(cè)試和的其他部件，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到在本發(fā)明范圍內(nèi)的其他可選布置方式也是可行的。本領(lǐng)普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道，可以在不偏離本發(fā)明的廣泛發(fā)明概念的前提下，對(duì)上述具體實(shí)施例進(jìn)行改變或修改。因此，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不局限于在此公開的特定實(shí)施例，而是希望包含在本發(fā)明的范圍和主旨內(nèi)的全部實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種疏散裝置，用于使人員以足夠緩慢的速度從多層建筑物的一預(yù)定高度的出發(fā)點(diǎn)下降到較低支撐平面從而不受傷害地落地，該裝置包括一殼體；一用于將殼體牢固地固定到人員身上的背帶；該殼體中的一纜繩，該纜繩的預(yù)定長(zhǎng)度足夠從出發(fā)點(diǎn)到達(dá)較低的支撐平面，該纜繩具有一個(gè)自由端，該自由端包括一個(gè)用于將該端連接到最接近出發(fā)點(diǎn)的一固定的固定點(diǎn)上的固定部件；以及該殼體中的一能量消散機(jī)構(gòu)，當(dāng)人員下落時(shí)，該機(jī)構(gòu)由從殼體放出的纜繩驅(qū)動(dòng)，該機(jī)構(gòu)的特征在于，在交點(diǎn)處，能量消散的斜率超過(guò)作為下降速度的函數(shù)的勢(shì)能釋放的斜率，以及在無(wú)人控制的情況下，該交點(diǎn)出現(xiàn)在足夠緩慢的下降速度處。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，在下降中達(dá)到的下降速度小于4英尺/秒。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該裝置包括一位于殼體內(nèi)的可旋轉(zhuǎn)部件，并且從殼體放出纜繩將引起可旋轉(zhuǎn)部件旋轉(zhuǎn)。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，該可旋轉(zhuǎn)部件是一容納纜繩的卷軸。
5.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，該能量消散機(jī)構(gòu)通過(guò)增速器被該可旋轉(zhuǎn)部件旋轉(zhuǎn)所驅(qū)動(dòng)。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，該增速器包括多個(gè)齒輪的配置。
7.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，該增速器包括一皮帶和滑輪的配置。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該能量消散機(jī)構(gòu)包括一帶有多個(gè)葉片的氣阻風(fēng)扇。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，該風(fēng)扇的葉片基本為半圓柱形。
10.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該能量消散機(jī)構(gòu)包括一產(chǎn)生器和阻抗。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，該阻抗包括多個(gè)電阻器，所述電阻器在下降前是開關(guān)-可選擇的。
12.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該能量消散機(jī)構(gòu)包括一渦流制動(dòng)器。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，該渦流制動(dòng)器包括一定子和一轉(zhuǎn)子，其間有一個(gè)縫隙，其中在定子和轉(zhuǎn)子之間的縫隙的大小在下降前是可以調(diào)節(jié)的。
14.如權(quán)利要求4所述的裝置，還包括在殼體內(nèi)的一纜繩防-松弛機(jī)構(gòu)。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，所述纜繩防-松弛機(jī)構(gòu)在下降以前，除去纜繩的松弛。
16.如權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，所述纜繩防-松弛機(jī)構(gòu)在從位于預(yù)定高度以下的另一支撐平面的后續(xù)下降之前，除去纜繩的松弛。
17.如權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，所述纜繩防-松弛機(jī)構(gòu)包括一重繞容納纜繩的該卷軸的基本常-扭矩彈簧。
18.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該裝置還包括一保護(hù)纜繩不會(huì)瞬時(shí)過(guò)載的纜繩力限制機(jī)構(gòu)。
19.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，該裝置還包括一保護(hù)纜繩不會(huì)瞬時(shí)過(guò)載的纜繩力限制機(jī)構(gòu)。
20.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，該纜繩力限制機(jī)構(gòu)為至少一與纜繩成一直線的能量吸收網(wǎng)狀物。
21.如權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于，該纜繩力限制機(jī)構(gòu)是一應(yīng)用于可旋轉(zhuǎn)組件的扭矩限制機(jī)構(gòu)。
22.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，該纜繩力限制機(jī)構(gòu)是該放出的纜繩的減小的彈簧-常數(shù)。
23.如權(quán)利要求21所述的裝置，還包括一熱離合器，當(dāng)周圍溫度升高到預(yù)設(shè)溫度以上時(shí)，該離合器自動(dòng)地去耦該能量消散機(jī)構(gòu)。
24.如權(quán)利要求23所述的裝置，其特征在于，當(dāng)周圍溫度降低到預(yù)設(shè)溫度之下時(shí)，該熱離合器自動(dòng)地重耦合該能量消散機(jī)構(gòu)。
25.如權(quán)利要求23所述的裝置，其特征在于，該背帶包括至少以下之一吊帶、繩索、系繩、夾子、帶扣、搭扣、帶子、環(huán)形物、維可牢尼龍搭扣、拉緊器、跳簧、帶條、繩圈和皮帶，所述背帶與人員的尺寸相適應(yīng)。
26.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該纜繩能夠支撐的重量是最大下降重量的至少兩倍半。
27.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該纜繩是鋼絲繩。
28.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該纜繩是高強(qiáng)度聚合物纜繩。
29.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該纜繩由混合材料制成。
30.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，固定部件是鉤環(huán)。
31.如權(quán)利要求30所述的裝置，其特征在于，該固定的固定點(diǎn)可以容納多個(gè)鉤環(huán)。
32.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該固定的固定點(diǎn)位于鄰近建筑物的出路開口處。
33.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該固定的固定點(diǎn)固定在建筑物的一結(jié)構(gòu)部件上。
34.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括一由人員佩帶的保護(hù)頭盔。
35.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括一空氣過(guò)濾系統(tǒng)。
36.如權(quán)利要求35所述的裝置，其特征在于，該空氣過(guò)濾系統(tǒng)在至少30分鐘的時(shí)間內(nèi)過(guò)濾掉煙和其它燃燒產(chǎn)物。
37.一種用于使人員以足夠緩慢的速度從多層建筑物中的一預(yù)定高度的出發(fā)點(diǎn)下降到較低支撐平面從而不受傷害地落地的方法，該方法使用一種疏散裝置，該裝置包括一殼體，該殼體包含一長(zhǎng)度足夠從出發(fā)點(diǎn)到達(dá)較低支撐平面的纜繩和一能量消散機(jī)構(gòu)，所述纜繩具有一自由端，該自由端帶有一連接到最接近出發(fā)點(diǎn)的固定的固定點(diǎn)上的固定部件，以及一背帶，所述方法包括以下步驟使用該背帶將殼體牢固地固定到人員身上；將纜繩的該自由端連接到固定的固定點(diǎn)上；在下降的該出發(fā)點(diǎn)離開建筑物；以及以足夠緩慢的下降速度下降到該較低支撐平面上。
38.一種疏散裝置，用于使人員以足夠緩慢的速度從多層建筑物的一預(yù)定高度的出發(fā)點(diǎn)下降到較低支撐平面從而不受傷害地落地，該裝置包括一用于容納纜繩和速度減緩設(shè)備的殼體設(shè)備；一用于將殼體牢固地固定到人員身上的背帶；一預(yù)定長(zhǎng)度足夠從出發(fā)點(diǎn)到達(dá)較低的支撐平面的纜繩，該纜繩具有一個(gè)自由端，該自由端包括一個(gè)用于將該自由端固定到最接近出發(fā)點(diǎn)的一固定的固定點(diǎn)上的裝置；以及一能量消散裝置，當(dāng)人員下落時(shí)，該裝置由從殼體放出的纜繩驅(qū)動(dòng)，該能量消散裝置的特征在于，在交點(diǎn)處，能量消散的斜率超過(guò)作為下降速度的函數(shù)的勢(shì)能釋放的斜率，以及在無(wú)人控制的情況下，該交點(diǎn)出現(xiàn)在足夠緩慢的下降速度處。
39.一種大規(guī)模疏散系統(tǒng)，用于將多人從多層建筑物的預(yù)定高度的出發(fā)點(diǎn)處救援到較低支撐表面，該系統(tǒng)包括多個(gè)疏散裝置，每個(gè)疏散裝置允許一個(gè)人以足夠緩慢的速度下降從而不受傷害地落地，每個(gè)救援裝置包括一殼體；一用于將殼體牢固地固定到人員身上的背帶；該殼體中的一纜繩，該纜繩的預(yù)定長(zhǎng)度足夠從出發(fā)點(diǎn)到達(dá)較低的支撐平面，該纜繩具有一個(gè)自由端，該自由端包括一用于將該端連接到最接近出發(fā)點(diǎn)的一固定的固定點(diǎn)上的固定部件；以及該殼體中的一能量消散機(jī)構(gòu)，當(dāng)人員下落時(shí)，該機(jī)構(gòu)由從殼體放出的纜繩驅(qū)動(dòng)，該機(jī)構(gòu)的特征在于，在交點(diǎn)處，能量消散的斜率超過(guò)作為下降速度的函數(shù)的勢(shì)能釋放的斜率，以及在無(wú)人控制的情況下，該交點(diǎn)出現(xiàn)在足夠緩慢的下降速度處。
40.一種疏散裝置，用于使人員從多層建筑物的一預(yù)定高度的出發(fā)點(diǎn)下降到較低的支撐平面，該裝置包括一與纜繩回縮機(jī)構(gòu)結(jié)合的纜繩，以消除纜繩中的任何松弛，從而在初始和可能的后續(xù)下降中減少自由降落。
41.一種疏散裝置，用于使人員從多層建筑物的一預(yù)定高度的出發(fā)點(diǎn)下降到較低支撐平面，該裝置包括與一機(jī)構(gòu)結(jié)合的纜繩，以在下落中保護(hù)該纜繩不會(huì)承受超過(guò)其承受能力的瞬時(shí)負(fù)載，所述機(jī)構(gòu)包括至少一個(gè)以下組件一與纜繩成直線的能量-吸收網(wǎng)狀物、一扭矩-限制機(jī)構(gòu)、一放出纜繩的減小的有效彈簧常數(shù)。
42.一種疏散裝置，用于使人員從多層建筑物的一預(yù)定高度的出發(fā)點(diǎn)下降到較低支撐平面，該裝置與一空氣過(guò)濾系統(tǒng)結(jié)合，所述空氣過(guò)濾系統(tǒng)能夠?yàn)V除煙和其他燃燒產(chǎn)物，從而允許人員在離開建筑物以前的時(shí)間內(nèi)呼吸安全的空氣。
43.一種疏散裝置，用于使人員從多層建筑物的一預(yù)定高度下降到較低支撐平面，該裝置與一設(shè)備結(jié)合以防護(hù)熱輻射傷害，該設(shè)備包括至少一個(gè)以下組件一可展開的熱-反射護(hù)罩、一熱-反射防護(hù)服、一種在穿過(guò)熱區(qū)時(shí)增加下降速度的熱機(jī)構(gòu)。
44.一種疏散裝置，用于使人員從多層建筑物的一預(yù)定高度下降到較低支撐平面，該裝置與一整個(gè)頭部保護(hù)頭盔結(jié)合，該頭盔在下降中防止下落殘片以及與障礙物的偶然接觸。
全文摘要
一種用于從多層建筑中安全地疏散人員的裝置，該裝置通過(guò)使人員迅速?gòu)慕ㄖ飪?nèi)部逃離到外部及沿建筑物外部很慢地下降到地面或較低的表面從而無(wú)傷地著陸來(lái)實(shí)現(xiàn)安全疏散，該裝置包括一殼體、一用于將殼體固定到人體的背帶，一在殼體內(nèi)部的預(yù)定長(zhǎng)度的纜繩，該纜繩具有帶有一將該纜繩與下降點(diǎn)附近的固定點(diǎn)連接的固定部件的自由端，并且具有一在殼體內(nèi)部的、在人員下降時(shí)由纜繩的放出所驅(qū)動(dòng)的能量消散機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)具有能量消散的速率的斜率在其交點(diǎn)處超過(guò)作為下降速度函數(shù)釋放的勢(shì)能的速率斜率的特征，和不用借助人員的控制，交點(diǎn)在足夠緩慢的下降速度中出現(xiàn)的特征。
文檔編號(hào)A61B1/06GK1964761SQ200480004882
公開日2007年5月16日 申請(qǐng)日期2004年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月21日
發(fā)明者羅伯特·L·利昂 申請(qǐng)人:救生袋技術(shù)公司