消防車用正壓式泡沫比例混合器的原理和應(yīng)用

□魏永建

山東省天河消防車輛裝備有限公司 山東臨沂 276000

消防車用正壓式泡沫比例混合器的原理和應(yīng)用

□魏永建

山東省天河消防車輛裝備有限公司 山東臨沂 276000

對(duì)消防車用正壓式泡沫比例混合器的結(jié)構(gòu)、工作原理和技術(shù)特點(diǎn)等進(jìn)行了介紹，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際指出應(yīng)用正壓式泡沫比例混合器時(shí)應(yīng)注意的問題，并對(duì)應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

消防車；泡沫比例混合器；原理；應(yīng)用

泡沫比例混合器是泡沫滅火系統(tǒng)的核心設(shè)備和關(guān)鍵部件[1]，其作用是將泡沫原液與水按一定比例混合，形成具有理想滅火效果的泡沫混合液，一般由泡沫液進(jìn)出管道、泡沫比例混合器、壓力水管道和各接口球閥結(jié)構(gòu)組成。泡沫滅火系統(tǒng)主要包括固定式泡沫滅火系統(tǒng)和車載泡沫滅火系統(tǒng)兩種。在固定式泡沫滅火系統(tǒng)中，泡沫比例混合器主要包括管線式泡沫比例混合器[2]、環(huán)泵式泡沫比例混合器[3]、壓力式泡沫比例混合器[4]、平衡壓力式泡沫比例混合器[5]等。車載泡沫滅火系統(tǒng)主要用于泡沫消防車，泡沫比例混合器主要分為負(fù)壓、正壓泡沫比例混合器[6]。筆者主要就泡沫消防車用正壓泡沫比例混合器進(jìn)行介紹。

1 消防車用泡沫比例混合器結(jié)構(gòu)與組成

泡沫消防車是目前市場(chǎng)上需求量和保有量最大的罐類滅火消防車。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 7956.3— 2014《消防車第3部分：泡沫消防車》的規(guī)定，泡沫消防車主要裝備有車用消防泵、水罐、泡沫液罐和水泡沫液混合設(shè)備，利用主要部件系統(tǒng)——車用泡沫系統(tǒng)將泡沫液、水與空氣充分混合，產(chǎn)生泡沫實(shí)施滅火。泡沫系統(tǒng)由安裝在消防車上的泡沫比例混合器、泡沫產(chǎn)生或噴射裝置、專用組件（泡沫液罐、泡沫液泵）及管道等組成，其中核心部件泡沫比例混合器是通過負(fù)壓或正壓供給泡沫液，使泡沫液和水按一定比例混合。

1.1 負(fù)壓式泡沫比例混合器

車用負(fù)壓式泡沫比例混合器一般安裝在消防泵的出水管和進(jìn)水管之間，泡沫管道形成環(huán)流狀，所以也稱為環(huán)泵式負(fù)壓泡沫比例混合器[7]，其工作原理是利用水泵出口引出的水流在經(jīng)過文丘里管的入口和出口時(shí)產(chǎn)生的負(fù)壓將從泡沫計(jì)量控制閥流出的泡沫原液吸入到車載水泵中，按照設(shè)定的比例，使泡沫原液和水混合為具有良好滅火能力的泡沫混合液，再經(jīng)水泵出口沿管道輸送至車載消防炮或消防槍噴射出去。按照調(diào)節(jié)方式的不同，負(fù)壓式泡沫比例混合器分為手動(dòng)式調(diào)節(jié)和自動(dòng)式調(diào)節(jié)兩大類。

手動(dòng)式調(diào)節(jié)負(fù)壓泡沫比例混合器工作時(shí)需要人工操縱計(jì)量控制閥調(diào)節(jié)手柄，根據(jù)水泵出水量的大小調(diào)整計(jì)量控制閥開度，進(jìn)而保證獲得固定的泡沫比例。由于該類型泡沫比例混合器在安裝和使用上存在諸多不便，且泡沫比例調(diào)節(jié)不夠精準(zhǔn)，因此在消防車應(yīng)用中越來越少，正逐步被淘汰。手動(dòng)式負(fù)壓泡沫比例混合器系統(tǒng)安裝示意圖如圖1所示。

圖1 手動(dòng)式負(fù)壓泡沫比例混合器系統(tǒng)安裝示意圖

自動(dòng)式調(diào)節(jié)負(fù)壓泡沫比例混合器一般采用可編程序控制器（PLC）進(jìn)行系統(tǒng)控制，泡沫量隨出水口流量變化自動(dòng)增減，從而使泡沫比例始終維持在設(shè)定范圍內(nèi)。該類型泡沫比例混合器具有控制準(zhǔn)確、操作簡(jiǎn)單、可靠穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)配有手動(dòng)應(yīng)急操作模式，確保系統(tǒng)的使用安全。該類型泡沫比例混合器以優(yōu)越的性能和簡(jiǎn)便的操作在消防車應(yīng)用中正越來越廣泛。自動(dòng)式負(fù)壓泡沫比例混合器一般由控制單元、顯示單元、計(jì)量控制閥、流量檢測(cè)計(jì)和文丘里管組成，其系統(tǒng)安裝示意圖如圖2所示。

負(fù)壓式泡沫比例混合器由于采用文丘里管原理進(jìn)行工作，因此為了保證系統(tǒng)的工作精度和效率，要求水泵的入水口和出水口必須存在壓力差，否則會(huì)對(duì)系統(tǒng)的正常工作造成一定影響。具體入水口和出水口壓力差見表1。

另外，要保證泡沫液位與計(jì)量閥位置的高度差。為了保證能可靠快速地吸入泡沫，泡沫桶高度不能太低，否則容易造成泡沫液吸入困難，嚴(yán)重情況下有可能造成泡沫比例達(dá)不到預(yù)設(shè)比例值。

1.2 正壓式泡沫比例混合器

圖2 自動(dòng)式負(fù)壓泡沫比例混合器系統(tǒng)安裝示意圖

表1 負(fù)壓式泡沫比例混合器水泵入水口與出水口壓力 MPa

正壓式泡沫比例混合器主要組成部件為泡沫泵、泡沫液流量計(jì)量及壓力調(diào)節(jié)集成模塊、混合器、顯示器、閥門和管道等，其結(jié)構(gòu)原理及系統(tǒng)組成如圖3所示。

正壓式泡沫比例混合器工作原理為：系統(tǒng)工作時(shí)，消防水泵和泡沫泵同時(shí)工作；消防水泵提供高壓消防水，泡沫泵為系統(tǒng)提供足夠的泡沫液；兩種滅火劑同時(shí)注入混合器中，混合成滅火所需的混合液[8]，通過管道提供給設(shè)備噴射出去。混合比例由泡沫液流量計(jì)量及壓力調(diào)節(jié)集成模塊進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，根據(jù)混合器中水流量的增減，泡沫泵依據(jù)設(shè)定的泡沫比例提供不同流量的泡沫液。泡沫泵輸出的泡沫液經(jīng)泡沫液流量計(jì)量及壓力調(diào)節(jié)集成模塊控制后分為兩路，一路經(jīng)過出液口通過泡沫液主管道進(jìn)入混合器中，另外一路經(jīng)溢流口回流至泡沫泵。

正壓式泡沫比例混合器運(yùn)行時(shí)，泡沫液經(jīng)泡沫泵注入，對(duì)系統(tǒng)壓力水流量不會(huì)造成影響。混合比例通過泡沫液流量計(jì)量及壓力調(diào)節(jié)集成模塊控制，混合精度高，所允許的泡沫液流量范圍大，同時(shí)具有較好的系統(tǒng)穩(wěn)定性。由于系統(tǒng)需要單獨(dú)的泡沫泵進(jìn)行工作，安裝和調(diào)試需要專業(yè)人員進(jìn)行，且安裝位置和空間要求較高，因此成本也較負(fù)壓式泡沫比例混合器高，實(shí)際應(yīng)用中受到一定的限制。

圖3 正壓式泡沫比例混合器結(jié)構(gòu)原理示意圖

2 正壓式泡沫比例混合器設(shè)備概述

正壓式泡沫比例混合器結(jié)構(gòu)中，泡沫泵、泡沫液流量計(jì)量及壓力調(diào)節(jié)集成模塊、顯示控制單元是系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。

2.1 泡沫泵

泡沫泵將泡沫液以一定壓力從泡沫液罐輸送到系統(tǒng)管道內(nèi)，是正壓式泡沫比例混合器的重要組成部件。泡沫泵的選擇根據(jù)泡沫滅火的理化性質(zhì)來決定，泡沫滅火劑是具有一定黏度的流體，因此在選擇泡沫泵時(shí)要充分考慮泡沫液黏度對(duì)泡沫泵輸送能力的影響。在應(yīng)用正壓式泡沫比例混合器時(shí)，泡沫泵采用的是高性能齒輪泵。齒輪泵相較于離心泵更適應(yīng)泡沫的特性，用于輸送泡沫液性能更優(yōu)，且具有以下優(yōu)點(diǎn)。

（1）在相同流量、揚(yáng)程參數(shù)情況下，齒輪泵的轉(zhuǎn)速更低，對(duì)泡沫液的攪動(dòng)、剪切小，對(duì)泡沫液性能影響較小，不會(huì)產(chǎn)生氣蝕和氣阻。

（2）齒輪泵具有自吸功能，而普通結(jié)構(gòu)離心泵沒有自吸功能。

（3）齒輪泵適合任意黏度的泡沫液，而離心泵只能輸送黏度低于10 mPa·s的泡沫液。

（4）齒輪泵內(nèi)腔采用機(jī)械密封和軸承轉(zhuǎn)動(dòng)，可長(zhǎng)時(shí)間使用水代替泡沫進(jìn)行調(diào)試。

（5）泡沫泵具有干摩運(yùn)轉(zhuǎn)功能，為滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，泡沫液消防泵至少應(yīng)空轉(zhuǎn)10 min而不出現(xiàn)任何損壞[10]。

2.2 泡沫液流量計(jì)量及壓力調(diào)節(jié)集成模塊

這一模塊主要作用是根據(jù)消防車滅火系統(tǒng)水流量及壓力數(shù)值，通過內(nèi)部PLC控制模塊進(jìn)行計(jì)算，得出相應(yīng)流量及壓力下系統(tǒng)所需的泡沫比例，進(jìn)行精準(zhǔn)的泡沫供給。通過該模塊，可以按設(shè)定泡沫比例實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)泡沫注入量，保證泡沫混合液的混合精度、性能和要求。與此同時(shí)，該模塊通過對(duì)系統(tǒng)壓力實(shí)時(shí)反饋，自動(dòng)調(diào)節(jié)泡沫泵轉(zhuǎn)速，保證泡沫注入時(shí)的壓力，避免對(duì)水系統(tǒng)壓力造成影響，保證消防滅火系統(tǒng)的壓力穩(wěn)定。

2.3 顯示控制單元

顯示控制單元采用觸摸屏進(jìn)行參數(shù)顯示、功能模塊選擇、參數(shù)設(shè)定和原理說明等。通過控制單元可以對(duì)泡沫系統(tǒng)各工作狀態(tài)參數(shù)實(shí)時(shí)進(jìn)行查看，同時(shí)具備手動(dòng)調(diào)節(jié)功能，可以保證系統(tǒng)的正常使用和維護(hù)。顯示控制單元主要由以下幾部分構(gòu)成。

（1）按鍵開關(guān)。由系統(tǒng)電源、泡沫比例調(diào)節(jié)、外吸、自動(dòng)沖洗、充液、輸轉(zhuǎn)等按鈕組成。

（2）界面顯示。在顯示屏上有水流量、泡沫流量、設(shè)定比、混合比、水壓、泡沫壓力、泡沫系統(tǒng)開關(guān)等信息，同時(shí)可顯示工作模式、閥門開關(guān)等參數(shù)。

（3）參數(shù)設(shè)定。包括水和泡沫流量校準(zhǔn)、泡沫計(jì)量閥修正等調(diào)試功能。

（4）原理說明。可以顯示原理圖和操作說明等文件。

3 正壓式泡沫比例混合器技術(shù)優(yōu)勢(shì)

正壓式泡沫比例混合器采用獨(dú)立泡沫泵進(jìn)行泡沫供給，并采用智能控制模塊進(jìn)行泡沫比例控制，可以實(shí)現(xiàn)消防系統(tǒng)泡沫比例及泡沫液的精準(zhǔn)控制。同時(shí)，獨(dú)立泡沫泵可以實(shí)現(xiàn)泡沫液的外吸、輸轉(zhuǎn)等功能，使車輛具有一車多用的功能，在車輛應(yīng)用中較負(fù)壓式泡沫比例混合器具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

3.1 精準(zhǔn)的泡沫比例和廣泛的應(yīng)用范圍

正壓式泡沫比例混合器通過智能控制模塊由獨(dú)立泡沫泵進(jìn)行泡沫注入，泡沫比例控制精準(zhǔn)，調(diào)節(jié)范圍寬，可以實(shí)現(xiàn)1%～10%的電腦自動(dòng)無級(jí)控制比例，比例調(diào)節(jié)幅度為0.1個(gè)百分點(diǎn)，可以適應(yīng)不同的水流量泡沫注入要求,具體參數(shù)見表2。

表2 正壓式泡沫比例混合器混合比例適用范圍

3.2 智能化控制方式和可視化操作界面

通過內(nèi)置PLC智能控制模塊進(jìn)行各項(xiàng)控制，外部采用按鈕式控制，通過外置觸摸屏實(shí)時(shí)顯示水和泡沫流量、水壓及泡沫比例、閥門動(dòng)作，并可實(shí)現(xiàn)一鍵自動(dòng)沖洗等功能。

3.3 泡沫注入壓力恒定

系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)外供水壓力≤1.0 MPa工況和出水管道壓力≤1.6 MPa工況下的正壓泡沫自動(dòng)比例注入，泡沫泵通過泄壓閥保證注入壓力恒定。在使用泡沫槍時(shí)，單、雙槍在0.5 MPa工況下，泡沫壓力恒定在一定范圍內(nèi)，通常泡沫注入壓力需要比水的壓力高出0.1～0.2 MPa，以消除間隙性泡沫噴射現(xiàn)象，保持泡沫噴射的連續(xù)性。

3.4 泡沫功能多樣化，實(shí)現(xiàn)一車多用功能

正壓式泡沫比例混合器通過獨(dú)立泡沫泵，不僅可以實(shí)現(xiàn)泡沫比例的精準(zhǔn)控制，還可以實(shí)現(xiàn)以下功能。

（1）自吸、外吸泡沫液，實(shí)現(xiàn)泡沫液的外輸轉(zhuǎn)功能。可以通過泡沫泵將車輛泡沫罐內(nèi)的泡沫液輸轉(zhuǎn)給其它車輛使用，或通過泡沫泵吸取外部泡沫液供本車輛或其它車輛使用，進(jìn)而具備泡沫輸轉(zhuǎn)功能。

（2）車輛自主加注泡沫液功能。通過泡沫泵可以將外部泡沫液吸入本車泡沫罐內(nèi)，方便了泡沫的加注和使用。

4 正壓式泡沫比例混合器應(yīng)用和注意事項(xiàng)

正壓式泡沫比例混合器以精準(zhǔn)的泡沫比例控制和多樣化功能等優(yōu)點(diǎn)在大流量泡沫消防車上得到了廣泛應(yīng)用。由于系統(tǒng)中泡沫泵及動(dòng)力傳輸系統(tǒng)體積較大，在實(shí)際應(yīng)用中需要注意以下事項(xiàng)。

4.1 安裝空間要求

正壓式泡沫比例混合器由于泡沫泵集成體（包括泵體、彈性連接支撐底座、減速箱和泡沫泵轉(zhuǎn)速開關(guān)）體積較大，安裝時(shí)需要足夠的空間，因此在底盤選型上應(yīng)注意，一般安裝在8×4底盤上，以保證安裝位置要求。

4.2 動(dòng)力傳輸要求

正壓式泡沫比例混合器的泡沫泵一般功率較大，需要底盤提供足夠的動(dòng)力。由于在實(shí)際消防滅火時(shí)，泡沫泵一般和消防水泵同時(shí)工作，因此要充分考慮底盤動(dòng)力的富余量，一般不得低于40%車輛額定功率，以保證整個(gè)消防系統(tǒng)的正常運(yùn)行。通常采用側(cè)取力和分動(dòng)箱進(jìn)行動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，且需要注意動(dòng)力傳輸路徑的合理布置，避免與底盤主傳動(dòng)系統(tǒng)生產(chǎn)干涉。

4.3 壓力流量要求

正壓式泡沫比例混合器泡沫注入壓力需要高于水壓力0.1～0.2 MPa，以保證整個(gè)消防系統(tǒng)的工作壓力。與此同時(shí)，流量也需要根據(jù)泡沫比例進(jìn)行精確控制。在實(shí)際使用時(shí)，需要增加泄壓閥對(duì)泡沫泵多余的壓力和流量進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確的溢流，避免泡沫注入管道壓力過高，對(duì)整個(gè)消防系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

4.4 管道布置要求

正壓式泡沫比例混合器由于泡沫注入的特點(diǎn)，需要將泡沫管道獨(dú)立設(shè)置。泡沫泵安裝位置一般較低，且距離消防控制面板較遠(yuǎn)，因此應(yīng)盡可能采用軟管連接方式，利于管道在車輛底盤上的布置。同時(shí)應(yīng)設(shè)置多個(gè)外吸泡沫口，以實(shí)現(xiàn)交替式吸入泡沫液，可以不間斷外吸泡沫液，避免火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)人工持續(xù)車頂加注泡沫液的工作強(qiáng)度及危險(xiǎn)。需要注意的是，在更換泡沫空桶前，要關(guān)閉設(shè)置于外吸泡沫口處的手動(dòng)球閥，以防止空氣進(jìn)入，導(dǎo)致外吸失敗。

4.5 流量計(jì)安裝及數(shù)量要求

液體流量計(jì)的最佳安裝位置為管道的上半部，最佳方向?yàn)榇怪狈较颉Ｈ绨惭b在底部，可能受積聚物的影響而導(dǎo)致精度下降。流量計(jì)數(shù)量需要考慮流量變化對(duì)計(jì)量精度的影響，如果配備一個(gè)水流量計(jì)，單槍或數(shù)量較少的槍（6.0～15.0 L/s）及消防炮（60.0～120.0 L/s）流量變化較大時(shí)，校準(zhǔn)過程中只能兼顧一個(gè)量程段，存在較大的計(jì)量誤差，會(huì)導(dǎo)致泡沫混合比的誤差較大。因此需要為每個(gè)出口配置一個(gè)流量計(jì)，共計(jì)三個(gè)流量計(jì)，即在消防炮出口和左右槍出水管道上各設(shè)一個(gè)流量計(jì)，保證計(jì)量的準(zhǔn)確性。

5 正壓式泡沫比例混合器應(yīng)用前景展望

隨著國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，特別是石化企業(yè)對(duì)于大流量泡沫消防車的需求不斷增大，正壓式泡沫比例混合器以泡沫比例控制精準(zhǔn)、泡沫注入對(duì)系統(tǒng)水流量和壓力影響輕微、功能多樣、可以實(shí)現(xiàn)一車多用等特點(diǎn)，正得到越來越多的應(yīng)用，并不斷得到用戶的首肯和青睞。但是正壓式泡沫比例混合器仍存在以下問題：采用的獨(dú)立式泡沫泵及其配套部件體積較大，造成安裝位置要求較為苛刻；控制模式采用按鈕操作，集成度有待進(jìn)一步提高；獨(dú)立式泡沫泵在壓力流量控制方面存在溢流反應(yīng)速度過慢問題，易造成泡沫管道壓力過高，損壞管道。為進(jìn)一步推廣和應(yīng)用該類型泡沫比例混合器，可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以更好地滿足消防實(shí)戰(zhàn)要求。

（1）輕量化設(shè)計(jì)。泡沫泵選型時(shí)注意體積的選擇，同時(shí)優(yōu)化動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模式，減小整體安裝尺寸和質(zhì)量，滿足不同車型的應(yīng)用。

（2）智能化設(shè)計(jì)。不斷提高功能集成化，采用智能化控制技術(shù)，使各項(xiàng)功能操作更加簡(jiǎn)便快捷。

（3）可靠性設(shè)計(jì)。不斷提高產(chǎn)品使用可靠性，如增加安全互鎖功能，以滿足客戶的使用要求。

相信隨著不斷完善和改進(jìn)，正壓式泡沫比例混合器憑借自身突出的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，必將在今后的消防車市場(chǎng)中得到越來越多的推廣和應(yīng)用。

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上海電氣出口菲律賓2×660 MW電站鍋爐

據(jù)“中國(guó)上海”門戶網(wǎng)站報(bào)道，近日，上海電氣集團(tuán)股份有限公司與上海電力建設(shè)有限責(zé)任公司簽署菲律賓馬力萬斯Ⅱ期兩臺(tái)660 MW燃煤機(jī)組鍋爐設(shè)備交貨合同，這是目前為止上海電氣出口菲律賓市場(chǎng)的最大容量電站單機(jī)設(shè)備。作為項(xiàng)目的總承包方，上海電建于2015年10月與業(yè)主簽訂電站設(shè)計(jì)施工總承包（EPC）合同，至2016年9月初正式生效。加上此前的考斯瓦根四臺(tái)135 MW機(jī)組，上海電建在菲律賓獲得的兩個(gè)電站EPC項(xiàng)目都采用了上海電氣的電站鍋爐產(chǎn)品，充分體現(xiàn)了上海電建對(duì)上海電氣產(chǎn)品的信任和青睞。雙方將進(jìn)一步加強(qiáng)在海外項(xiàng)目中的合作，發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，共同進(jìn)軍國(guó)際市場(chǎng)。

An introduction on the structure,working principle and technical characteristics of the positive pressure foam proportioner in fire-fighting vehicle was presented,as well as the key issues that should be observed during operation of positive pressure foam proportioner in actual production practice and prospects in its future applications.

Fire-fighting Vehicle；Foam Proportioner；Principle；Application

TH188.1；TU998.13

B

1672-0555（2016）04-048-05

2016年5月

魏永建（1976—），男，本科，高級(jí)工程師，主要從事消防車及取力器的設(shè)計(jì)開發(fā)工作