對旋風機舉高消防車的研發和應用

張　鉑　　梁申申（徐州海倫哲專用車輛股份有限公司，江蘇　徐州　221004）

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對旋風機舉高消防車的研發和應用

張鉑梁申申
（徐州海倫哲專用車輛股份有限公司，江蘇徐州221004）

摘要：將經先進工藝制造的體積小、重量輕、風速高的對旋風機安裝在舉高消防車上，對旋風機產生的高速氣體射流攜帶高密度細水霧射入失火建筑物深處，強力驅煙降溫，可幫助火災中受困人員逃生；也可噴射高速氣流與細水霧和超細干粉滅火劑的混合射流，以近似于“全淹沒”的方式快速撲滅建筑物內的火災；還可用于強力吹除意外泄漏出的易燃易爆和有毒有害氣體和粉塵，在應急救援現場保護有關人員緊急處置，成為可在更大空間作業的多用途的滅火救援消防裝備。

關鍵詞：消防；對旋風機；舉高噴射；混合射流

0. 概述

城市樓房火災的撲救難度遠高于低層建筑。可組織滅火救援的內部空間狹小，火災向上層樓房蔓延的速度快，產生大量高溫有毒煙霧，嚴重阻礙消防人員內攻滅火救援，也嚴重阻礙受困人員的逃生疏散。驅散和稀釋火災煙霧對提高滅火救援效率有重要意義。然而，舉高型的排煙消防車卻是空白，樓房滅火救援戰斗得不到強力排煙降溫裝備的有效保障。

1. 排煙降溫是贏得滅火作戰優勢的一種常規手段

1.1排煙可改變建筑物內局部的環境條件

樓內火災撲救中，當消防人員進入充滿濃密煙霧的建筑物內時的視野幾乎降低為零，方向感迷失，煙霧嚴重阻礙滅火救援。為克服這一障礙，1961年美國洛杉磯消防隊開始在建筑物火災撲救中使用一種正壓通風技術。至今，移動性排煙消防裝備的性能已有很大提升，成為在正壓呼吸器之外的改變消防人員外部環境條件的重要裝備，也是對建筑物內火災煙氣進行人工干涉，贏得滅火作戰優勢的一種常規手段。

1.2將對旋風機引入消防裝備領域的著眼點

對旋風機是由安裝在同一軸線上的旋轉方向相反的兩個風扇組成的風機。從對旋風扇在航空裝備上的應用可以看出其具有的顯著優勢。釆用對旋式旋翼的直升機，旋翼直徑縮短，氣動性能提高，飛行穩定性增強，取消了尾槳，使直升機的結構簡化，被消防直升機和艦載直升機釆用。美國新研制的用于承擔特種作戰任務的高速武裝直升機S-97“侵襲者”，也選用了對旋式旋翼，使其最大飛行速度達到462km/h，是常規直升機的2倍，提高了快速反應能力。美軍的第四代戰斗機F-22、F-35的發動機采用了對旋式渦輪。為執行“潔凈天空計劃”，歐美正在為下一代運輸機研發的被稱為“開式轉子發動機”的飛機引擎，亦采用了對旋式風扇技術，可使引擎油耗降低約25%，噪音降低約10分貝，二氧化碳排放量大幅降低，將于2020年前后在民用運輸機和民航客機上投入使用。

用于消防裝備的對旋風機，與單級風扇相比，風扇的直徑大幅縮小，重量減輕，在相同軸功率下風機出口處氣體射流的速度提高1倍，適合舉高噴射。以輸出功率為130kW的對旋風機為例，風機函道直徑為90cm，風機長度為170cm，出口處風速達80m/s～90m/s，流量達9×104m3/h，氣體射流的動能顯著增大，不僅可將更高密度的細水霧射入建筑物深處，產生更好的驅煙降溫、提高火場能見度的效果，而且能攜帶有極高滅火效能的化學粉體滅火劑射入建筑物內，實現快速滅火。

1.3消防用對旋風機的設計要點

用于消防裝備舉高噴射的對旋風機，其設計和制造工藝大幅領先于常規軸流風機。對旋風機的風扇葉片選用高強度碳纖維復合材料制造，碳纖維復合材料的密度為1.7g/cm3，是鋼葉片的1/5，是鋁合金葉片的2/3。葉片的氣動外型采用彎掠角設計，用于減輕葉片根、尖部位的氣動負荷，控制葉片根尖的二次流動，最大限度地利用葉片中部的高效流動區，提高葉片的效率，擴大風扇穩定工作范圍，同時也增大了葉片剛度，降低葉片應力，符合風機在高轉速下的平穩運轉的要求。風扇的旋轉方向相反，產生出的高速氣流沿風機縱軸線平穩流動，無需再加裝導流葉片，風機的內阻減小，軸向尺寸縮短。前級葉片與后級葉片的數量互為質數（例如前7片后6片），可避免前后級葉片氣流脈動的疊加影響，提高風流的穩定性，降低噪音。

2. 對旋風機舉高消防車的結構

對旋風機舉高消防車，車由汽車底盤、高速對旋風機、舉高臂架、液壓傳動系統、取力傳動及操縱系統、副車架、罐體、泵房、中壓消防泵、水泵管路及操作系統、油缸總成、回轉支承總成、回轉機構、電氣及操縱系統、液壓操控的支腿等組成。其中，水罐容量為7000L，對旋風機的舉升高度為15m，回轉角度為360°，對旋風機的俯仰角度為-80°～80°，風機噴口處的射流速度達85m/s，額定流量90000m3/h。射入高速氣流中的細水霧流量≧15L/s，超細干粉滅火劑流量≧20kg/s。

3. 對旋風機舉高消防車的應用

3.1用于火災撲救中的強力排煙降溫和應急救援中的吹除易燃易爆氣體

迄今為止所有排煙消防車，包括排煙機器人，所噴射的細水霧都不具有熄滅大火的能力。這是因為混合在氣體射流中的細水霧的霧通量很低，不足以滅火。但細水霧有良好的吸熱降溫能力。對旋風機產生的高速氣體射流與更高密度的細水霧（約600g/m3）混合射出，當射入建筑物深處時風速和水霧密度均有大幅降低，但仍可產生出強力驅煙降溫，產生提高能見度的效果。細水霧對人友好，不影響人的呼吸，有利于開辟受困人員的逃生通路。

對旋風機舉高消防車在對5層以下樓房火災實施救援的作業中，針對受困人員所在樓層，對旋風機可視情從火災發生的同級樓層或較低樓層將攜帶超細水霧的高速氣流射入，高速氣流在建筑物內受阻后流速降低，集聚的體積增大，一部分順樓梯通道向上和向下擴散，另一部分從窗戶等通風口排出樓外。沿氣流方向的溫度和煙氣的濃度降低，能見度轉好，有利于受困人員經樓梯通道向下疏散，或者向未著火的區域轉移，等待救援。由液壓馬達驅動的對旋風機的轉速可以調整，使其射出的氣流的速度適合于救援的需要。攜帶超細水霧的高速氣流也用于保護消防人員進入建筑物內滅火救援。

對旋風機舉高消防車可用于對意外泄漏出的易燃易爆和有毒有害氣體及易爆粉塵進行吹除。當石化工廠、天然氣輸送管道、運輸危險化工品的車輛發生泄漏事故時，可對泄漏出的易燃易爆和有毒有害氣體及粉塵進行強力吹散，掩護有關人員處置搶險，防止發生爆燃爆炸，減少人員吸入性中毒風險。舉高消防車的臂架也可沿水平方向伸縮，加之對旋風機的俯仰角度達-80°～80°，增大了自由作業范圍，高速氣流可實施平射、上射和下射。

3.2用于噴射氣溶膠態滅火劑射流快速滅火

在樓房火災撲救中，當確認內部人員已撤離時，操縱對旋風機對準進風通道噴射“強風-超細水霧”射流，并迅即按下噴射超細干粉滅火劑的按鈕，將高速氣體與超細水霧和超細干粉滅火劑混合的射流射入猛烈燃燒的建筑物內。這種氣溶膠態的流體受障礙物阻擋時，射流流速降低、體積增大，以近似于“全淹沒”的形態籠罩火焰，有極高滅火效能的超細干粉滅火劑以阻斷燃燒反應鏈的方式快速熄滅火焰，超細水霧吸熱降溫阻止火焰復燃，可快速撲滅各角落的明火。

因在建筑物內點火的試驗條件尚不具備，未進行對旋風機舉高消防車撲滅樓房建筑物內大火的驗證性檢測試驗，但可以用渦噴消防車噴射這種氣溶膠態的滅火劑射流進行替代性試驗，以撲滅油池大火的方式的來驗證這種氣溶膠態流體的滅火能力。渦噴消防車的氣體流量為30m3/s，噴射的超細水霧流量為40L/s，超細干粉滅火劑流量為50kg/s，在室外條件下撲滅70m2油池大火用時約為2s。對旋風機舉高消防車相當于將一個小型渦噴發動機安裝在舉高消防車的臂架上，產生的高速氣體射流用于攜帶超細水霧和超細干粉滅火劑進行噴射，一旦快速撲滅樓房火災的案例被證實，就意味著是建筑物火災撲救技術的一次突破，不僅可縮短滅火時間，減少消防裝備投入，也規避了消防人員內攻滅火面臨的人身安全風險。

結語

為消防裝備研發的對旋風機具有體積小、重量輕、風速高的優勢，噴射的氣體射流的動能比單級風扇顯著增大。其突出特點在于：產生的高速氣體射流可攜帶更高密度的細水霧進行強力噴射，有更好的驅煙降溫能力，有利于火災中受困人員的救援和疏散；高速氣體射流可與超細水霧和超細干粉滅火劑混合噴射，形成氣溶膠態滅火劑射流，可快速阻斷燃燒反應鏈熄滅建筑物內的火災，大幅度提高滅火效率；對旋風機可安裝在舉高消防車上用于樓房火災的滅火救援，擴展了強風排煙消防車的作業范圍。對旋風機舉高消防車也可用于包括石化工廠等的需要強力通風和強力吹除泄漏出的易燃易爆氣體的其他應急場所。因此，本研發項目表明，安裝有不同噴射功率的對旋風機舉高消防車，將成為現有排煙消防車的換代產品，將在滅火救援中發揮更好作用。

參考文獻

［1］王麗晶，何寧，薛林.關于《城市消防站建設標準》車輛裝備修訂的探討［C］.中國消防協會科學技術年會論文集，2011：181.

［2］公安部消防局.公安消防部隊2012-2015年滅火救援裝備建設規劃［R］.北京：公安部消防局，2012.

中圖分類號：TU998

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