21世纪初国内、外消防车辆装备发展趋势的研究

121世纪初国内、外消防车辆装备发展趋势的研究范桦研究员万明副研究员公安部消防局消防部队装备质量管理站摘要：根据2000以来后国内、外消防技术装备的新发展，介绍了消防车底盘、泵、炮以及容罐的最新研究成果和消防车的新技术，并对它们的发展方向及应用前景作了预测和分析，这对于我国的消防车研制以及消防车的正确使用有一定指导意义。关键词：消防装备；消防车；使用；趋势Abstracts:Basedonthenewdevelopmentoffiretechniqueequipmentindomesticandaboardafter2000,thenewtechniqueandstudyresultareintroducedonthefollowingaspects,suchaschassis,pump,firemonitorandtankeroffirevehiclesinthisarticle.Thedevelopmentdirectionandforegroundarepredictedandanalyzed,whichcansupportacertainmeaningtothestudyandusingofthefirevehicles.Keywords:fireequipment;firevehicles;using;trend1．消防车辆装备发展方向1.1消防车底盘我国和欧洲的消防车，目前大多使用已定型的普通商用底盘。美国消防车多采用为消防车专门设计的专用底盘，而且底盘是由消防车辆制造厂按所设计消防车的特殊要求进行制造。尤其是机场消防车使用的底盘，由军用底盘改进而来，表现出的优异性能远优于使用普通商用底盘的消防车辆。但是，这种专用底盘由于产量很小，配件供应和维修网点很难满足需要。为了兼顾这两种模式的优点，避免缺点，近年来欧洲正在考虑由汽车制造厂在已定型的普通商用底盘的基础上做适应消防车辆的二次开发，来满足消防车的特殊要求。由于这种底盘是从普通商用底盘经二次开发而来，其零、部件大部分与商用底盘相同，所以兼顾了配件和维修网点。1.2消防泵近几年我国消防泵，从早先的单级泵一种品种形成了今天常压消防泵、中压消防泵、中低压消防泵、高低压消防泵等多品种、多规格的格局，可以满足各种消防车对水泵的要求。而在欧美国家，车用消防泵的设计理念和研发水平较国内又达到了一个新高度。以压力为泵设计原则的概念已经淡化，普遍采用通过流量的调节来实现从低压到高压的作战功能,采用这种设计原则设计的消防泵，当流量小时工作压力很高，可以达到1.8MPa甚至更高，随着流量的增加，其出口压力也随着降低，这样当单车做战时，可以通过高压将水送到较远的火场，当接力供水时，又可采用大流量供水向火场输送大量水流，摆脱了外界条件对消防车使用的限制,在客观上取得了更大的主动。1.3消防炮目前，一般国内重型消防车配备的水炮流量在每秒60升左右,射程可达到60米以上，并正朝着每秒80升、100升更大流量和更远射程的趋势发展。而且发展了有线遥控、无线遥控技术，使电控炮逐渐取代老式手动操纵炮。国外近年来积极发展大流量，远射程的消防炮。已有10000l/min(166l/sec)de炮装上了消防车。另外已有300l/sec的移动炮问世。还发展了多用途炮，将泡沫炮和干粉炮或其他炮2集成在一起。通过模拟技术实现了在驾驶室内通过操纵杆控制消防炮流量、压力和喷射角度。1.4容罐近年来我国消防车的容罐体材质，已经实现由普通碳钢向不锈钢转变，但由于不锈钢这几年连续涨价使制造成本大幅增加。在国外，消防车容罐的90%以上都使用一种新材质。这种由PP及PE两种材质混合而成的材料，结构上有一定强度，抗腐蚀性极佳，并能抗紫外线的照射，不会硬化或脆化。国内不少进口的消防车上也有应用。1．5系列化、标准化和通用化由于地域、使用习惯及保护的对象不同，消防队对消防车的要求都不相同，但这样会给生产带来很大不便，而且使生产成本增加。为了解决这个问题，国外采用了以下几种方法：①相同的器材在不同车上尽量放在相同位置；②将能够标准化的部件尽量标准化，例如：泵房、器材箱等；③将尽可能多的部件通用化；④尽量采用同一生产企业的底盘；1．6微型消防车、消防摩托车和森林消防车为解决普通消防车因道路等原因而到不了的现场及时扑灭火灾的问题，近年来国内开发了多种微型消防车和消防摩托车。消防摩托车是在摩托车底盘上固定安装了便携式脉冲、连续喷射灭火装置和手抬机动消防泵等消防器具。另外，森林消防车以越野性好、爬坡能力强、使用安全可靠的履带式底盘为基础，在提高发动机功率后，上车部分配备了消防水泵、水箱、水炮、水枪、等消防灭火设备，前部安装了一个全液压驱动的绞盘用于沼泽地的自救，后部设置了一个全液压操纵可折叠的特种悬挂犁用于开辟防火隔离带。2．消防车新技术2.1CAFSCAFS是英文CompressAirFoamSystem的缩写，中文意为“压缩空气泡沫系统”。又由于这种系统大多用于A类泡沫，所以国内一般称为“压缩空气A类泡沫系统”。但近年来这种系统越来越多的用于A类和B类泡沫。CAFS的研究始与50年代初，但真正大规模使用是在80年代中、后期。下2．1．1CAFS工作原理CAFS采用机械方式将压缩空气与水和泡沫原液相混合产生高度气泡化和高能量的机械泡沫。其工作原理图见图1。3图1CAFS工作原理图1-泡沫泵2-消防泵3-单向阀4-消防炮5、6-压缩空气接入口7-压缩空气气源8-喷射器9-卷盘系统由消防泵2供水，在泵的出口处有一转换阀，不出泡沫时，转换阀接通左侧的管路，水直接流向消防炮。当需要出泡沫时，使转换阀接通左侧管路，此时消防泵的出水与从泡沫泵1输出的泡沫原液相混。混合液延管路向至各喷射口输送，在管路的适当位置（例如5和6处）加入压缩空气，最后由喷射器喷出。①在消防泵的整个流量范围内保证水与泡沫原液的比例正确为了达到这个要求，机械控制方式已很难满足要求，所以美国和欧洲的CAFS普遍采用了电动泡沫泵与信号反馈式控制的组合方式。这种控制方式见图2。4图2电动泡沫泵与信号反馈式控制原理图1-流量计2-电动泡沫泵安装在消防泵出口处的流量计1采集泵的流量参数并将此参数反馈至控制单元，控制单元将流量计采集的流量参数与预先设定的水－A类泡沫原液的比例进行计算并将计算得到的所需泡沫原液流量值转变为电信号用以控制电动泡沫泵2的转速从而达到在消防泵整个流量范围内保持混合比不变的要求。②水和压缩空气压力均衡在CAFS工作时，水和压缩空气的压力始终要保持均衡。为了达到这一目的，目前CAFS均预先设定压缩空气的压力（一般为0.7-0.9MPa），然后由控制装置均衡消防泵出口压力。水和压缩空气的压力差应控制在±10％内。由于系统的压力是动态平衡，当原动机转速变化或外部条件变化（如喷射口数量的改变等）时均能引起系统压力的波动。为了防止水、泡沫原液和压缩空气相互倒流，在系统的出水管路、泡沫管路和压缩空气管路内均应安装单向阀。2．1．2CAFS系统的发展趋势①简化操作CAFS操作时除调节泵出水压力外还要同时调节压缩空气压力和泡沫泵出口压力并使这三者均衡。除此之外还要调节压缩空气流量、水流量和泡沫液流量来调节泡沫的干、湿度。如此复杂的操作不但容易误操作，操作人员须经过严格培训而且工作时操作人员非常容易疲劳。欧美各国都借助于电子和自动控制技术，大力开发操作简单的压缩空气泡沫系统，并取得了很大进展。目前，高度自动化的CAFS系统操作人员只须打开出水球阀，压缩空气开关和泡沫泵开关，设定好水和泡沫液比例即可，其他的一切均是自动控制的。见图3和图4：5图3简化前的压缩空气泡沫A类泡沫系统操纵面板图4简化后的压缩空气泡沫A类泡沫系统操纵面板②简化结构由于多了压缩空气系统，所以CAFS结构比普通泡沫系统复杂的多。结构复杂造成制造成本高，售价高、维护困难、容易损坏。这也是制约CAFS普及的几个主要因素。美国目前正在开发使用压缩空气瓶替代空气压缩机的系统(储能式压缩空气泡沫系统)。6③小型化国外研制一种小型化，组合式的CAFS。其基本原理是，动力和泵采用普通的手抬泵，用高强度玻璃钢做水罐和泡沫罐，用压缩空气瓶做空气源，将这些组合在一块平板上。平时系统放在库房内，一旦需要，吊起直接放到皮卡车上即可使用。④多功能国外已成功将CAFS用于B类泡沫，生产出了既能产生A类泡沫又能产生B类泡沫的消防车。二种泡沫都使用压缩空气泡沫系统来产生泡沫。通过转换阀来切换泡沫类型。2.2车载式细水雾灭火装置这种装置的优点是灭火效率高，水渍损失小，有一定的消烟效果，省水。缺点是射程较近，在露天场所使用时效果下降，所以这种装置用于扑救建筑内火灾，初起火灾比较合适。装置见图5。图5高压泵细水雾喷雾灭火装置结构示意图1-汽油机2-高压泵3-溢流阀4-水箱5-细水雾组合喷枪6-胶管卷盘车载式细水雾灭火装置的发展方向是：①完善雾化目前，细水雾灭火装置的雾化情况还有待改善，因为雾化的越好，则灭火效率越高，但由于喷嘴和流道设计及加工还不能十全十美，所以有一部分水的雾化还达不到细水雾的尺寸，而且不同的细水雾装置，这方面的差异非常大。②提高射程细水雾的一个很大缺陷就是射程短。射程短就意味着消防员要离火焰很近，这将给消防员造成一定的风险。另外，射程短还意味着水雾的穿透力不足。但细水雾的射程和穿透力又与细水雾的雾化情况相矛盾，即雾化越好则射程和穿透力就越差，如何在两者取得平衡将是今后应该研究的方向。2.3消防车控制系统目前，国内消防车和国外消防车比较大的差距在控制系统上。国内的控制还是比较传统的，一般采用模拟技术，而且集成度很小。而国外一般采用数字控制技术，控制的集成度也很高，可以实时显示消防车的工作状态和故障情况。目前，国外正在发展远程控制技术，即通过卫星通信方式，采用先进的传感技术将远程的消防车工作7状态和故障情况采集后发往生产企业，生产企业据此可以了解消防车的使用情况，若发现问题可及时通知用户采取措施。消防车发动机控制器在国外消防车上已经普遍使用，它通过消防车发动机的ECU接口对发动机进行控制，主要有以下功能：①控制发动机转速，可以按照事先设定的要求对发动机转速进行精确控制。②可以按事先设定的消防泵出口压力对发动机进行控制，当出水流量减小时自动降低转速以保证泵出口压力不变，反之也是如此。③可以将消防泵压力设定在一个范围内，这样不管流量如何，消防泵出口压力始终在设定的范围内。④可以紧急停车。⑤可以对发动机的故障进行诊断和显示。⑥可以人工随意调节发动机转速。⑦可以预先设定发动机最大转速和最小转速。⑧可以显示与发动机相联的部件的工作状况（例如：取力器与发动机的连接情况、出水阀的开度等）发动机控制器见图6。8图6发动机控制器2．4其它新型消防车此外，其他一些新型消防车也不断问世，如脉冲喷射消防车、带破拆功能的举高喷射消防车、液氮消防车、隧道用消防车和跑道泡沫敷设消防车等。参考资料：1．中国消防手册第十二卷第二篇2．NFPA1901-2003，StandardforAutomotiveFireApparatus