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(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)速高的對旋風(fēng)機(jī)安裝在舉高消防車上，對旋風(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”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年美國洛杉磯消防隊(duì)開始在建筑物火災(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)勢的一種常規(guī)手段。

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

對旋風(fēng)機(jī)是由安裝在同一軸線上的旋轉(zhuǎn)方向相反的兩個風(fēng)扇組成的風(fēng)機(jī)。從對旋風(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。釆用對旋式旋翼的直升機(jī)，旋翼直徑縮短，氣動性能提高，飛行穩(wěn)定性增強(qiáng)，取消了尾槳，使直升機(jī)的結(jié)構(gòu)簡化，被消防直升機(jī)和艦載直升機(jī)釆用。美國新研制的用于承擔(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)動機(jī)采用了對旋式渦輪。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“開式轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)”的飛機(jī)引擎，亦采用了對旋式風(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。

用于消防裝備的對旋風(fēng)機(jī)，與單級風(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的對旋風(fēng)機(jī)為例，風(fēng)機(jī)函道直徑為90cm，風(fēng)機(jī)長度為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、提高火場能見度的效果，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。葉片的氣動外型采用彎掠角設(shè)計(jì)，用于減輕葉片根、尖部位的氣動負(fù)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(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，無需再加裝導(dǎo)流葉片，風(fēng)機(jī)的內(nèi)阻減小，軸向尺寸縮短。前級葉片與后級葉片的數(shù)量互為質(zhì)數(shù)（例如前7片后6片），可避免前后級葉片氣流脈動的疊加影響，提高風(fēng)流的穩(wěn)定性，降低噪音。

2. 對旋風(fēng)機(jī)舉高消防車的結(jié)構(gòu)

對旋風(fēng)機(jī)舉高消防車，車由汽車底盤、高速對旋風(fēng)機(jī)、舉高臂架、液壓傳動系統(tǒng)、取力傳動及操縱系統(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，對旋風(fēng)機(jī)的舉升高度為15m，回轉(zhuǎn)角度為360°，對旋風(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)生提高能見度的效果。細(xì)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(fēng)機(jī)舉高消防車在對5層以下樓房火災(zāi)實(shí)施救援的作業(yè)中，針對受困人員所在樓層，對旋風(fēng)機(jī)可視情從火災(zāi)發(fā)生的同級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)動的對旋風(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。

對旋風(fēng)機(jī)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(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)，操縱對旋風(fēng)機(jī)對準(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”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。對旋風(fēng)機(jī)舉高消防車相當(dāng)于將一個小型渦噴發(fā)動機(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

為消防裝備研發(fā)的對旋風(fēng)機(jī)具有體積小、重量輕、風(fēng)速高的優(yōu)勢，噴射的氣體射流的動能比單級風(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)急場所。因此，本研發(fā)項(xiàng)目表明，安裝有不同噴射功率的對旋風(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］.中國消防協(xié)會科學(xué)技術(shù)年會論文集，2011：181.

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中圖分類號：TU998

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A