對(duì)旋風(fēng)機(jī)舉高消防車的研發(fā)和應(yīng)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）

?

對(duì)旋風(fēng)機(jī)舉高消防車的研發(fā)和應(yīng)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(jīng)先進(jìn)工藝制造的體積小、重量輕、風(fēng)速高的對(duì)旋風(fēng)機(jī)安裝在舉高消防車上，對(duì)旋風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的高速氣體射流攜帶高密度細(xì)水霧射入失火建筑物深處，強(qiáng)力驅(qū)煙降溫，可幫助火災(zāi)中受困人員逃生；也可噴射高速氣流與細(xì)水霧和超細(xì)干粉滅火劑的混合射流，以近似于“全淹沒(méi)”的方式快速撲滅建筑物內(nèi)的火災(zāi)；還可用于強(qiáng)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(yīng)急救援現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)有關(guān)人員緊急處置，成為可在更大空間作業(yè)的多用途的滅火救援消防裝備。

關(guān)鍵詞：消防；對(duì)旋風(fēng)機(jī)；舉高噴射；混合射流

0. 概述

城市樓房火災(zāi)的撲救難度遠(yuǎn)高于低層建筑?？山M織滅火救援的內(nèi)部空間狹小，火災(zāi)向上層樓房蔓延的速度快，產(chǎn)生大量高溫有毒煙霧，嚴(yán)重阻礙消防人員內(nèi)攻滅火救援，也嚴(yán)重阻礙受困人員的逃生疏散。驅(qū)散和稀釋火災(zāi)煙霧對(duì)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(zhàn)斗得不到強(qiáng)力排煙降溫裝備的有效保障。

1. 排煙降溫是贏得滅火作戰(zhàn)優(yōu)勢(shì)的一種常規(guī)手段

1.1排煙可改變建筑物內(nèi)局部的環(huán)境條件

樓內(nèi)火災(zāi)撲救中，當(dāng)消防人員進(jìn)入充滿濃密煙霧的建筑物內(nèi)時(shí)的視野幾乎降低為零，方向感迷失，煙霧嚴(yán)重阻礙滅火救援。為克服這一障礙，1961年美國(guó)洛杉磯消防隊(duì)開(kāi)始在建筑物火災(zāi)撲救中使用一種正壓通風(fēng)技術(shù)。至今，移動(dòng)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(huán)境條件的重要裝備，也是對(duì)建筑物內(nèi)火災(zāi)煙氣進(jìn)行人工干涉，贏得滅火作戰(zhàn)優(yōu)勢(shì)的一種常規(guī)手段。

1.2將對(duì)旋風(fēng)機(jī)引入消防裝備領(lǐng)域的著眼點(diǎn)

對(duì)旋風(fēng)機(jī)是由安裝在同一軸線上的旋轉(zhuǎn)方向相反的兩個(gè)風(fēng)扇組成的風(fēng)機(jī)。從對(duì)旋風(fēng)扇在航空裝備上的應(yīng)用可以看出其具有的顯著優(yōu)勢(shì)。釆用對(duì)旋式旋翼的直升機(jī)，旋翼直徑縮短，氣動(dòng)性能提高，飛行穩(wěn)定性增強(qiáng)，取消了尾槳，使直升機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，被消防直升機(jī)和艦載直升機(jī)釆用。美國(guó)新研制的用于承擔(dān)特種作戰(zhàn)任務(wù)的高速武裝直升機(jī)S-97“侵襲者”，也選用了對(duì)旋式旋翼，使其最大飛行速度達(dá)到462km/h，是常規(guī)直升機(jī)的2倍，提高了快速反應(yīng)能力。美軍的第四代戰(zhàn)斗機(jī)F-22、F-35的發(fā)動(dòng)機(jī)采用了對(duì)旋式渦輪。為執(zhí)行“潔凈天空計(jì)劃”，歐美正在為下一代運(yùn)輸機(jī)研發(fā)的被稱為“開(kāi)式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)”的飛機(jī)引擎，亦采用了對(duì)旋式風(fēng)扇技術(shù)，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(yùn)輸機(jī)和民航客機(jī)上投入使用。

用于消防裝備的對(duì)旋風(fēng)機(jī)，與單級(jí)風(fēng)扇相比，風(fēng)扇的直徑大幅縮小，重量減輕，在相同軸功率下風(fēng)機(jī)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(duì)旋風(fēng)機(jī)為例，風(fēng)機(jī)函道直徑為90cm，風(fēng)機(jī)長(zhǎng)度為170cm，出口處風(fēng)速達(dá)80m/s～90m/s，流量達(dá)9×104m3/h，氣體射流的動(dòng)能顯著增大，不僅可將更高密度的細(xì)水霧射入建筑物深處，產(chǎn)生更好的驅(qū)煙降溫、提高火場(chǎng)能見(jiàn)度的效果，而且能攜帶有極高滅火效能的化學(xué)粉體滅火劑射入建筑物內(nèi)，實(shí)現(xiàn)快速滅火。

1.3消防用對(duì)旋風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

用于消防裝備舉高噴射的對(duì)旋風(fēng)機(jī)，其設(shè)計(jì)和制造工藝大幅領(lǐng)先于常規(guī)軸流風(fēng)機(jī)。對(duì)旋風(fēng)機(jī)的風(fēng)扇葉片選用高強(qiáng)度碳纖維復(fù)合材料制造，碳纖維復(fù)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(dòng)外型采用彎掠角設(shè)計(jì)，用于減輕葉片根、尖部位的氣動(dòng)負(fù)荷，控制葉片根尖的二次流動(dòng)，最大限度地利用葉片中部的高效流動(dòng)區(qū)，提高葉片的效率，擴(kuò)大風(fēng)扇穩(wěn)定工作范圍，同時(shí)也增大了葉片剛度，降低葉片應(yīng)力，符合風(fēng)機(jī)在高轉(zhuǎn)速下的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)的要求。風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)方向相反，產(chǎn)生出的高速氣流沿風(fēng)機(jī)縱軸線平穩(wěn)流動(dòng)，無(wú)需再加裝導(dǎo)流葉片，風(fēng)機(jī)的內(nèi)阻減小，軸向尺寸縮短。前級(jí)葉片與后級(jí)葉片的數(shù)量互為質(zhì)數(shù)（例如前7片后6片），可避免前后級(jí)葉片氣流脈動(dòng)的疊加影響，提高風(fēng)流的穩(wěn)定性，降低噪音。

2. 對(duì)旋風(fēng)機(jī)舉高消防車的結(jié)構(gòu)

對(duì)旋風(fēng)機(jī)舉高消防車，車由汽車底盤(pán)、高速對(duì)旋風(fēng)機(jī)、舉高臂架、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)、取力傳動(dòng)及操縱系統(tǒng)、副車架、罐體、泵房、中壓消防泵、水泵管路及操作系統(tǒng)、油缸總成、回轉(zhuǎn)支承總成、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、電氣及操縱系統(tǒng)、液壓操控的支腿等組成。其中，水罐容量為7000L，對(duì)旋風(fēng)機(jī)的舉升高度為15m，回轉(zhuǎn)角度為360°，對(duì)旋風(fēng)機(jī)的俯仰角度為-80°～80°，風(fēng)機(jī)噴口處的射流速度達(dá)85m/s，額定流量90000m3/h。射入高速氣流中的細(xì)水霧流量≧15L/s，超細(xì)干粉滅火劑流量≧20kg/s。

3. 對(duì)旋風(fēng)機(jī)舉高消防車的應(yīng)用

3.1用于火災(zāi)撲救中的強(qiáng)力排煙降溫和應(yīng)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(jī)器人，所噴射的細(xì)水霧都不具有熄滅大火的能力。這是因?yàn)榛旌显跉怏w射流中的細(xì)水霧的霧通量很低，不足以滅火。但細(xì)水霧有良好的吸熱降溫能力。對(duì)旋風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的高速氣體射流與更高密度的細(xì)水霧（約600g/m3）混合射出，當(dāng)射入建筑物深處時(shí)風(fēng)速和水霧密度均有大幅降低，但仍可產(chǎn)生出強(qiáng)力驅(qū)煙降溫，產(chǎn)生提高能見(jiàn)度的效果。細(xì)水霧對(duì)人友好，不影響人的呼吸，有利于開(kāi)辟受困人員的逃生通路。

對(duì)旋風(fēng)機(jī)舉高消防車在對(duì)5層以下樓房火災(zāi)實(shí)施救援的作業(yè)中，針對(duì)受困人員所在樓層，對(duì)旋風(fēng)機(jī)可視情從火災(zāi)發(fā)生的同級(jí)樓層或較低樓層將攜帶超細(xì)水霧的高速氣流射入，高速氣流在建筑物內(nèi)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(kuò)散，另一部分從窗戶等通風(fēng)口排出樓外。沿氣流方向的溫度和煙氣的濃度降低，能見(jiàn)度轉(zhuǎn)好，有利于受困人員經(jīng)樓梯通道向下疏散，或者向未著火的區(qū)域轉(zhuǎn)移，等待救援。由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的對(duì)旋風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以調(diào)整，使其射出的氣流的速度適合于救援的需要。攜帶超細(xì)水霧的高速氣流也用于保護(hù)消防人員進(jìn)入建筑物內(nèi)滅火救援。

對(duì)旋風(fēng)機(jī)舉高消防車可用于對(duì)意外泄漏出的易燃易爆和有毒有害氣體及易爆粉塵進(jìn)行吹除。當(dāng)石化工廠、天然氣輸送管道、運(yùn)輸危險(xiǎn)化工品的車輛發(fā)生泄漏事故時(shí)，可對(duì)泄漏出的易燃易爆和有毒有害氣體及粉塵進(jìn)行強(qiáng)力吹散，掩護(hù)有關(guān)人員處置搶險(xiǎn)，防止發(fā)生爆燃爆炸，減少人員吸入性中毒風(fēng)險(xiǎn)。舉高消防車的臂架也可沿水平方向伸縮，加之對(duì)旋風(fēng)機(jī)的俯仰角度達(dá)-80°～80°，增大了自由作業(yè)范圍，高速氣流可實(shí)施平射、上射和下射。

3.2用于噴射氣溶膠態(tài)滅火劑射流快速滅火

在樓房火災(zāi)撲救中，當(dāng)確認(rèn)內(nèi)部人員已撤離時(shí)，操縱對(duì)旋風(fēng)機(jī)對(duì)準(zhǔn)進(jìn)風(fēng)通道噴射“強(qiáng)風(fēng)-超細(xì)水霧”射流，并迅即按下噴射超細(xì)干粉滅火劑的按鈕，將高速氣體與超細(xì)水霧和超細(xì)干粉滅火劑混合的射流射入猛烈燃燒的建筑物內(nèi)。這種氣溶膠態(tài)的流體受障礙物阻擋時(shí)，射流流速降低、體積增大，以近似于“全淹沒(méi)”的形態(tài)籠罩火焰，有極高滅火效能的超細(xì)干粉滅火劑以阻斷燃燒反應(yīng)鏈的方式快速熄滅火焰，超細(xì)水霧吸熱降溫阻止火焰復(fù)燃，可快速撲滅各角落的明火。

因在建筑物內(nèi)點(diǎn)火的試驗(yàn)條件尚不具備，未進(jìn)行對(duì)旋風(fēng)機(jī)舉高消防車撲滅樓房建筑物內(nèi)大火的驗(yàn)證性檢測(cè)試驗(yàn)，但可以用渦噴消防車噴射這種氣溶膠態(tài)的滅火劑射流進(jìn)行替代性試驗(yàn)，以撲滅油池大火的方式的來(lái)驗(yàn)證這種氣溶膠態(tài)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(xì)水霧流量為40L/s，超細(xì)干粉滅火劑流量為50kg/s，在室外條件下?lián)錅?0m2油池大火用時(shí)約為2s。對(duì)旋風(fēng)機(jī)舉高消防車相當(dāng)于將一個(gè)小型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在舉高消防車的臂架上，產(chǎn)生的高速氣體射流用于攜帶超細(xì)水霧和超細(xì)干粉滅火劑進(jìn)行噴射，一旦快速撲滅樓房火災(zāi)的案例被證實(shí)，就意味著是建筑物火災(zāi)撲救技術(shù)的一次突破，不僅可縮短滅火時(shí)間，減少消防裝備投入，也規(guī)避了消防人員內(nèi)攻滅火面臨的人身安全風(fēng)險(xiǎn)。

結(jié)語(yǔ)

為消防裝備研發(fā)的對(duì)旋風(fēng)機(jī)具有體積小、重量輕、風(fēng)速高的優(yōu)勢(shì)，噴射的氣體射流的動(dòng)能比單級(jí)風(fēng)扇顯著增大。其突出特點(diǎn)在于：產(chǎn)生的高速氣體射流可攜帶更高密度的細(xì)水霧進(jìn)行強(qiáng)力噴射，有更好的驅(qū)煙降溫能力，有利于火災(zāi)中受困人員的救援和疏散；高速氣體射流可與超細(xì)水霧和超細(xì)干粉滅火劑混合噴射，形成氣溶膠態(tài)滅火劑射流，可快速阻斷燃燒反應(yīng)鏈熄滅建筑物內(nèi)的火災(zāi)，大幅度提高滅火效率；對(duì)旋風(fēng)機(jī)可安裝在舉高消防車上用于樓房火災(zāi)的滅火救援，擴(kuò)展了強(qiáng)風(fēng)排煙消防車的作業(yè)范圍。對(duì)旋風(fēng)機(jī)舉高消防車也可用于包括石化工廠等的需要強(qiáng)力通風(fēng)和強(qiáng)力吹除泄漏出的易燃易爆氣體的其他應(yīng)急場(chǎng)所。因此，本研發(fā)項(xiàng)目表明，安裝有不同噴射功率的對(duì)旋風(fēng)機(jī)舉高消防車，將成為現(xiàn)有排煙消防車的換代產(chǎn)品，將在滅火救援中發(fā)揮更好作用。

參考文獻(xiàn)

［1］王麗晶，何寧，薛林.關(guān)于《城市消防站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》車輛裝備修訂的探討［C］.中國(guó)消防協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)年會(huì)論文集，2011：181.

［2］公安部消防局.公安消防部隊(duì)2012-2015年滅火救援裝備建設(shè)規(guī)劃［R］.北京：公安部消防局，2012.

中圖分類號(hào)：TU998

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A