罐類消防車全天候作戰(zhàn)能力的提升

李冰 劉勇 宋淼 郭穎

1.應(yīng)急管理部上海消防研究所 上海 200000

2.北京中卓時(shí)代消防裝備科技有限公司 北京 101300

3.陸軍裝備部駐北京地區(qū)軍事代表局駐北京地區(qū)軍事代表室 北京 100030

常規(guī)罐類消防車（圖1）作為現(xiàn)有應(yīng)急救援消防隊(duì)的主要滅火車輛，主要由底盤、消防動(dòng)力系統(tǒng)、消防泵系統(tǒng)、消防炮、罐體系統(tǒng)、艙室系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及其他輔助系統(tǒng)組成[1]。

圖1 罐類消防車系統(tǒng)組成圖

對(duì)于低溫環(huán)境下（如東北、新疆等地）工作的車輛一般會(huì)額外增加保溫系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)，以增加在低溫環(huán)境下車輛的作戰(zhàn)能力（圖2～圖3）。

圖2 罐體保溫圖

圖3 艙室加熱系統(tǒng)圖

保溫系統(tǒng)主要針對(duì)于罐體內(nèi)部的水進(jìn)行保溫，以便在到達(dá)火場(chǎng)的情況下能及時(shí)出水；加熱能力主要針對(duì)于泵室及艙室工作部件進(jìn)行加熱，以防止管路和泵體內(nèi)部的水結(jié)冰導(dǎo)致無法正常出水[2]。

其實(shí)提升車輛低溫環(huán)境下的作業(yè)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止上述技術(shù)，需要從整車的設(shè)計(jì)角度結(jié)合車輛的結(jié)構(gòu)去多方面考慮。

1 提升罐體的保溫能力

現(xiàn)有保溫罐體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般采用三明治結(jié)構(gòu)，即由罐體鋼制內(nèi)膽、保溫板和外部覆蓋件組成（圖4）。而提升罐體的保溫能力則主要取決于保溫板的厚度以及覆蓋件的材料[3]。

圖4 罐體保溫截面圖

目前車輛所用的保溫板主要以XPS保溫板和聚氨酯保溫板兩種類型為主，根據(jù)戰(zhàn)績(jī)指標(biāo)要求保溫時(shí)間的長(zhǎng)短不同厚度設(shè)計(jì)基本集中在40～80 mm之間，在罐體六個(gè)面進(jìn)行保溫板粘接即可。而真正能提升車輛罐體的保溫技術(shù)主要在于覆蓋件材料的應(yīng)用?，F(xiàn)有外圍覆蓋件材料主要有鋁板、玻璃鋼及碳纖維三種材料。鋁板作為金屬材料導(dǎo)熱系數(shù)最高，故作為罐體覆蓋件后保溫效果較差。而碳纖維材料作為近幾年的新興材料，具有良好的絕熱性能已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。

碳纖維在物理性能上具有強(qiáng)度大、模量高、密度低、線膨脹系數(shù)小等特點(diǎn)，可以稱為新材料之王。在不接觸空氣和氧化劑時(shí)，碳纖維能夠耐受3 000 以上的高溫，具有突出的耐熱性能；另外碳纖維還具有良好的耐低溫性能，如在液氮溫度下也不脆化。

碳纖維復(fù)合材料具有輕而強(qiáng)、輕而剛、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定性好以及設(shè)計(jì)性好、可大面積整體成型等特點(diǎn)。罐體側(cè)面整體采用碳纖維覆蓋件（圖5），在減輕蒙皮重量的同時(shí)提高側(cè)面強(qiáng)度；碳纖維覆蓋件具有很高的隔熱性能，可以對(duì)罐體起到良好的保溫效果；碳纖維具有高耐腐蝕性能，覆蓋在罐體的外側(cè)可以提高整車的環(huán)境適應(yīng)性能。

圖5 罐體覆蓋件結(jié)構(gòu)圖

2 降低罐體的熱對(duì)流能力

現(xiàn)有消防車罐體基本全部采用彈性支撐等結(jié)構(gòu)將罐體托梁和副車架固定在一起，而副車架直接剛性連接于底盤車架，底盤車架直接暴露于大氣中。故如何降低罐體的熱對(duì)流能力主要取決于罐體托梁與副車架之間的金屬接觸面積。在罐體托梁和副車架之間采用耐高溫隔熱棉則可以有效減少熱量流失，進(jìn)而提升罐體的保溫能力。耐高溫隔熱棉具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，可以抵抗大多數(shù)腐蝕劑的侵襲。即使隔熱棉被水或蒸汽浸濕干燥后，其耐熱及物理性質(zhì)仍可完全恢復(fù)。具有重量輕、彈性好、抗溫度沖擊穩(wěn)定性好、保溫隔熱效果佳等特點(diǎn)。具體安裝布置方式如圖6所示。

圖6 罐體托梁與副車架彈性支撐之間采用隔熱棉減少金屬與金屬之間的接觸面積，降低熱量散失

3 提升加熱系統(tǒng)的加熱效率

另外一種則直接采用熱交換器的方法，增壓泵將罐體內(nèi)部的水抽出至換熱器中，加熱器加熱防凍液后也進(jìn)入至換熱器，通過熱交換的原理將抽出的水進(jìn)行加熱，然后打回至罐體中進(jìn)行循環(huán)。原理如圖8所示。

圖8 熱交換原理

上述兩者對(duì)比，很明顯可以看出采用第二種方式加熱效率更高，且罐體內(nèi)部無盤管，可以提升罐體的維修性。

4 利用壓縮空氣及時(shí)排空泵體和管路中的余水

消防車基于二類底盤進(jìn)行改裝，底盤的壓縮空氣可以直接供上裝使用。低溫環(huán)境下車輛進(jìn)行間斷性滅火作業(yè)或者供水作業(yè)時(shí)，需要保證管路和泵體中殘留的水能夠及時(shí)排出，否則短時(shí)間內(nèi)泵體或者管路中的水可能結(jié)冰，導(dǎo)致消防系統(tǒng)損壞。此時(shí)可利用底盤的壓縮空氣及時(shí)對(duì)管路及泵腔進(jìn)行吹掃，高壓空氣進(jìn)入至管路或者泵體內(nèi)部可迅速將殘留的余水排出，進(jìn)而降低管路和泵腔內(nèi)余水結(jié)冰的風(fēng)險(xiǎn)。

5 加熱閥門及低溫元器件的選用

現(xiàn)有消防車的控制技術(shù)基本全部采用底盤壓縮空氣驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件，罐體與管路之間的閥門采用氣動(dòng)蝶閥和氣動(dòng)球閥。上述閥門作業(yè)完成后表面難免有殘留水痕，在低溫環(huán)境下即使進(jìn)行吹掃作業(yè)也難以將水全部吹干，此時(shí)需要自身的加熱來將閥體內(nèi)部的余水進(jìn)行烘干，故管路系統(tǒng)閥門一般選用帶加熱形式的閥門。

其余如控制系統(tǒng)、顯示器、電磁閥等與作業(yè)系統(tǒng)相關(guān)的部件要選用市場(chǎng)上成熟的耐低溫產(chǎn)品，只有通過上述手段才能實(shí)現(xiàn)低溫環(huán)境下的可靠性作業(yè)。

6 結(jié)語

通過對(duì)我國(guó)罐類消防車現(xiàn)有保溫及加熱技術(shù)的闡述，針對(duì)低溫環(huán)境作業(yè)條件下提出其改進(jìn)的空間，通過采用不同的技術(shù)方案提升自身的環(huán)境適應(yīng)能力，使車輛能滿足全天候作戰(zhàn)的能力。