朱義 蔣旭東 張嵐
摘要:消防車消防性能的驗(yàn)收、年檢越來(lái)越受到相關(guān)部門的重視。風(fēng)量、風(fēng)壓是排煙消防車關(guān)鍵技術(shù)參數(shù),但由于標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法成本高、難度大,在消防車驗(yàn)收、年檢場(chǎng)合難以使用。本文參照GB/T 10178-2006《工業(yè)通風(fēng)機(jī) 現(xiàn)場(chǎng)性能試驗(yàn)》,研制了一套便攜式、通用化的測(cè)試裝置,采用“固定架+旋轉(zhuǎn)軸”的方案,能夠快速測(cè)量風(fēng)量、風(fēng)壓并輸出性能變化曲線,通過(guò)實(shí)際應(yīng)用和比對(duì)驗(yàn)證,證明裝置工作可靠、精度理想。
關(guān)鍵詞:排煙消防車;風(fēng)機(jī);風(fēng)量;風(fēng)壓;測(cè)試裝置
引言
排煙消防車是消防員進(jìn)行排煙、送風(fēng)、水霧滅火降塵等滅火救援作業(yè)依靠的重要裝備,在控制火場(chǎng)煙霧方面發(fā)揮著重要作用[1-2]。近幾年,該類產(chǎn)品的市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)較大、技術(shù)水平發(fā)展較快。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),目前在我國(guó)消防救援隊(duì)伍中排煙消防車的保有量約有300輛左右,同時(shí)每年新購(gòu)排煙消防車約50輛左右,對(duì)該類產(chǎn)品的驗(yàn)收及年檢有較大需求。排煙風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、風(fēng)壓是表征排煙消防車消防性能的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù),在新車驗(yàn)收及在用車輛年檢時(shí),測(cè)試風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)壓對(duì)保障排煙消防車的作戰(zhàn)效能具有重要意義。
根據(jù)風(fēng)機(jī)性能測(cè)試相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[3-5],風(fēng)量、風(fēng)壓測(cè)試方法主要有以下兩種:一是利用專用測(cè)試風(fēng)筒進(jìn)行測(cè)試[6-7],依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為GB/T1236-2017《工業(yè)通風(fēng)機(jī)用標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)道性能試驗(yàn)》。這種測(cè)試方法精度高,但是需要制造大型專用測(cè)試風(fēng)筒配合試驗(yàn),設(shè)備體積巨大、成本很高、風(fēng)筒直徑不通用,不適用于消防隊(duì)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)品驗(yàn)收或年檢(如圖1);二是利用速度場(chǎng)法進(jìn)行測(cè)試[8-9],依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為GB/T10178-2006《工業(yè)通風(fēng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)性能試驗(yàn)》。這種方法通過(guò)風(fēng)速儀測(cè)試風(fēng)機(jī)出風(fēng)口截面各位置的風(fēng)速計(jì)算平均風(fēng)速,從而計(jì)算出風(fēng)機(jī)風(fēng)量,并計(jì)算平均風(fēng)壓。這種測(cè)試方法相較前一種方法精度較低,成本較低,比較適合在使用現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試。不過(guò)由于目前市場(chǎng)上沒(méi)有專用測(cè)試裝置,尚存在以下不足:現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試點(diǎn)偏差大,造成誤差較大;測(cè)試人員需緊靠風(fēng)機(jī)出風(fēng)口測(cè)試,噪音極大且有安全隱患;耗時(shí)較長(zhǎng),24個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)完再手動(dòng)計(jì)算才得到一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn),難以形成變化曲線,無(wú)法捕捉性能異常;對(duì)測(cè)試人員的專業(yè)要求較高,需要在風(fēng)機(jī)出風(fēng)截面上自己選點(diǎn)、手動(dòng)計(jì)算。
為解決以上問(wèn)題,本文設(shè)計(jì)開發(fā)了一種適用于消防隊(duì)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收、年檢使用的排煙消防車風(fēng)量風(fēng)壓測(cè)試裝置,該裝置具備以下特點(diǎn):能快速測(cè)量排煙消防車風(fēng)量、風(fēng)壓,實(shí)時(shí)輸出排煙風(fēng)機(jī)性能變化曲線;小型化、輕量化,方便攜帶,方便裝備巡檢;具備通用、可靠的固定方式,測(cè)試范圍能夠涵蓋目前所有排煙消防車的風(fēng)機(jī)直徑;具備快速、便捷的現(xiàn)場(chǎng)安裝方式,能夠在20min內(nèi)完成組裝和固定。
一、總體方案設(shè)計(jì)
測(cè)試原理參照GB/T10178-2006《工業(yè)通風(fēng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)性能試驗(yàn)》的速度場(chǎng)法。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求,測(cè)試點(diǎn)不得少于24個(gè)測(cè)點(diǎn),至少分布在3條直徑、各半徑上分布不少于3個(gè)測(cè)試點(diǎn),測(cè)點(diǎn)位置可按照切貝切夫法確定(如圖2)。
若在24個(gè)測(cè)點(diǎn)布全傳感器同步測(cè)量、計(jì)算,固然能夠得到風(fēng)機(jī)性能的動(dòng)態(tài)曲線,但是一方面?zhèn)鞲衅鞫?、可靠性差,且裝置較大,另一方面在風(fēng)機(jī)截面上遮擋物較多,可能對(duì)風(fēng)機(jī)性能造成影響。為解決上述問(wèn)題,本文創(chuàng)新設(shè)計(jì)了“固定架+旋轉(zhuǎn)軸”整體設(shè)計(jì)方案:3個(gè)可伸縮電機(jī)固定桿利用夾緊器固定在排煙風(fēng)機(jī)外罩上,3個(gè)風(fēng)速及3個(gè)風(fēng)壓傳感器分別按標(biāo)準(zhǔn)固定在傳感器固定桿的相應(yīng)位置,傳感器固定桿由電機(jī)驅(qū)動(dòng)緩慢繞風(fēng)機(jī)軸線轉(zhuǎn)動(dòng),同步實(shí)時(shí)測(cè)量當(dāng)前位置的風(fēng)速、風(fēng)壓,每旋轉(zhuǎn)一圈軟件自動(dòng)計(jì)算一次風(fēng)量和平均風(fēng)壓,從而在客戶端實(shí)時(shí)顯示排煙消防車風(fēng)量、風(fēng)壓變化曲線。裝置總重30kg,方便攜帶。裝置主體結(jié)構(gòu)如圖3。
二、主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
(一)伸縮桿
1.電機(jī)固定桿
電機(jī)固定桿一共3根,均為2節(jié)不銹鋼伸縮桿,中間采用ABS定位器,通過(guò)定位器可將固定桿第二管節(jié)定位在任意位置,從而適應(yīng)風(fēng)機(jī)的不同直徑。三根電機(jī)固定桿相互呈120°夾角,通過(guò)兩端的螺紋與電機(jī)組件及風(fēng)機(jī)固定裝置連接(如圖4)。
2.傳感器安裝桿
傳感器安裝桿分為風(fēng)速傳感器安裝桿和風(fēng)壓傳感器安裝桿,均為2節(jié)不銹鋼伸縮桿,一端通過(guò)螺紋與電機(jī)組件旋轉(zhuǎn)軸連接。每個(gè)傳感器安裝桿上套有3個(gè)管夾,管夾可在桿上移動(dòng),每個(gè)管夾裝有一個(gè)傳感器固定座,上面安裝傳感器,如圖5和圖6。
排煙消防車風(fēng)機(jī)的出口風(fēng)速一般不大于50m/s,風(fēng)壓一般不超過(guò)2000Pa,據(jù)此要求對(duì)傳感器選型。風(fēng)速傳感器技術(shù)參數(shù):量程0.1~60m/s,精度FS0.02%,RS485/RS232輸出,供電DC24V,防護(hù)等級(jí)IP65。風(fēng)壓傳感器技術(shù)參數(shù):0~10000Pa,精度FS0.5%,RS485/RS232輸出,供電DC24V,防護(hù)等級(jí)IP65。
(二)電機(jī)組件
電機(jī)組件結(jié)構(gòu)如圖7所示,其中旋轉(zhuǎn)軸兩端分別與風(fēng)速/風(fēng)壓傳感器安裝桿螺紋連接,固定桿座與分別與3條電機(jī)固定桿螺紋連接。為每一圈采集更多數(shù)據(jù)點(diǎn)、并盡可能減少傳感器運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的干擾,同時(shí)增加試驗(yàn)過(guò)程的安全性,旋轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動(dòng)速度應(yīng)盡量降低,基于此為電機(jī)配置了3級(jí)減速,減速后輸出轉(zhuǎn)速為9.9rpm。滑環(huán)可解決風(fēng)速/風(fēng)壓傳感器安裝桿連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)傳感器導(dǎo)線纏繞問(wèn)題。
電源箱組件包含移動(dòng)電源、信號(hào)收發(fā)器、箱體及電池夾緊器,主要為裝置供電,并收集各傳感器采集的風(fēng)速、風(fēng)壓信息傳送給終端平板電腦。
(四)固定裝置
由3個(gè)拉緊裝置分別把3根電機(jī)固定桿固定在風(fēng)機(jī)罩外壁上。拉緊裝置通過(guò)收緊帶將橡膠板壓在風(fēng)機(jī)罩外壁上,利用橡膠頭和風(fēng)機(jī)罩外壁的摩擦力固定電機(jī)固定桿及電機(jī)組件。
三、強(qiáng)度校核
為保證試驗(yàn)安全,對(duì)風(fēng)機(jī)伸縮桿的強(qiáng)度進(jìn)行了校核。按照最大風(fēng)機(jī)直徑2200mm、風(fēng)機(jī)截面風(fēng)速50m/s,風(fēng)壓1500Pa計(jì)算,受力面為3個(gè)電機(jī)固定桿、2個(gè)風(fēng)速計(jì)桿及電機(jī)組件的迎風(fēng)面,總迎風(fēng)面積為0.0867m2,所受風(fēng)阻力為130N,如圖8所示,產(chǎn)生的最大應(yīng)力為45MPa,材料屈服極限為206MPa,安全系數(shù)為4.5,符合設(shè)計(jì)要求。
四、數(shù)據(jù)傳輸及處理
各風(fēng)速/風(fēng)壓傳感器通過(guò)串口數(shù)據(jù)通信,將數(shù)據(jù)傳送至無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)裝置,經(jīng)該裝置通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)上傳至云服務(wù)器,用戶端通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)讀取所采集的風(fēng)速、風(fēng)壓數(shù)據(jù),最大采樣頻率為5Hz(如圖9)。根據(jù)設(shè)計(jì),電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)一圈為6.1s,各風(fēng)速傳感器采集的風(fēng)速均值與風(fēng)筒截面面積的乘積即為當(dāng)前風(fēng)量、風(fēng)壓傳感器采集的風(fēng)壓均值即為當(dāng)前風(fēng)壓,軟件可輸出風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)壓波形圖。
五、比對(duì)試驗(yàn)驗(yàn)證
對(duì)某排煙消防車風(fēng)機(jī)性能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)比測(cè)試驗(yàn),分別用標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)筒以及本文研制的裝置進(jìn)行實(shí)際測(cè)試,比對(duì)風(fēng)機(jī)相同轉(zhuǎn)速下的風(fēng)量、風(fēng)壓(如圖10)。
根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果(見表1),用本裝置得到的結(jié)果與用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試風(fēng)筒得到的測(cè)試結(jié)果相比較,平均風(fēng)量約偏小2.1%、平均風(fēng)壓約偏小4.2%,整體而言達(dá)到了較為理想的效果。
結(jié)語(yǔ)
本文研制了一套適用于消防隊(duì)伍現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收、年檢場(chǎng)合使用的排煙消防車風(fēng)量風(fēng)壓測(cè)試裝置,相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法,本裝置具有成本低、可攜帶、易安裝等優(yōu)點(diǎn),且通過(guò)實(shí)測(cè)比對(duì),測(cè)試精度達(dá)到了誤差小于5%的滿意結(jié)果。本項(xiàng)目的研究將大幅提高消防救援隊(duì)伍對(duì)排煙消防車的驗(yàn)收和年檢能力,從而為作戰(zhàn)裝備把好質(zhì)量關(guān),為滅火救援做好保障。
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作者簡(jiǎn)介:朱義(1983- ),男,漢族,上海人,碩士,助理研究員,研究方向:消防車輛裝備技術(shù)及檢測(cè)認(rèn)證。
項(xiàng)目來(lái)源:1.國(guó)家消防救援局科技計(jì)劃項(xiàng)目:消防車驗(yàn)收規(guī)范及測(cè)試裝置的研究(編號(hào):2020XFCX25);2.應(yīng)急管理部上海消防研究所科技計(jì)劃項(xiàng)目:便攜式、通用化排煙消防車風(fēng)量風(fēng)壓測(cè)試裝置研究(編號(hào):23SX34)