一种车载压缩空气泡沫系统移动测试装置

金义重 朱义 蒋旭东

公安部上海消防研究所 上海 201199

一种车载压缩空气泡沫系统移动测试装置

金义重 朱义 蒋旭东

公安部上海消防研究所 上海 201199

设计了一种车载式压缩空气泡沫系统（CAFS, Compress Air Foam System）的移动测试装置。根据目前CAFS系统水、泡沫、压缩空气的流量范围，设计了相应的测试管路。该装置能够精准地完成水流量、泡沫液流量、压缩空气流量、泡沫混合比、气液比等项目的测试，并自动对检测结果进行分析报警，同时测试所用泡沫液可循环使用，从而实现对车载压缩空气泡沫系统更科学、更精确、更智能、更经济环保的检验。

车载式 压缩空气泡沫系统 移动式 测试装置

1 前言

压缩空气泡沫消防车已在消防部队中大量配备，并在灭火实战中发挥着巨大作用。其灭火的核心部件是CAFS（Compress Air Foam System）系统，该系统所输出的高储能泡沫混合液能够降低水的表面张力、增加水的表面积、提高水的渗透能力和加大水的覆盖面积，从而大大提高了灭火效率，并明显节省灭火用水[1-2]。

CAFS系统由水泵、泡沫泵、空压机、泡沫比例混合器、管路、阀门和控制显示面板组成。空压机、水泵由车辆发动机通过取力器驱动，泡沫泵通过汽车底盘电瓶驱动。水泵和泡沫泵分别从水罐和泡沫罐内吸取水和泡沫原液，经泡沫比例混合器混合形成未发泡的泡沫与水的混合液，混合液与空压机压缩过的空气混合到一起，经过管路、控制阀门、水带内的混合，形成用于灭火的最终泡沫，最后由专用的喷射器材喷射出去。泡沫的比例、干湿度等状态可由控制面板操控。整个系统结构及工作原理如图1所示。

目前，对于CAFS系统的性能检测主要以实际喷射后测试泡沫形态为主。这种检测方法容易受外界气候因素、泡沫接收人员人为因素等干扰，从而影响检测的准确性。同时由于需要做大量实际喷射试验，泡沫液喷射后不可回收，造成经济浪费和环境污染。

为解决以上问题，特设计开发出一套车载压缩空气泡沫系统的移动式测试装置。该装置分别与压缩空气泡沫系统的水力管路、泡沫液管路及压缩空气管路连接，自动记录水流量、泡沫液流量、空气流量，并在后台自动计算出泡沫混合比和气液比，同时按照已经报批的国家标准GB 7956.6《消防车 第6部分：压缩空气泡沫消防车》要求对检验结果进行评价，不合格的自动报警，从而使CAFS系统性能测试更科学、精确、智能和经济环保。

2 技术方案

2.1 需求分析

在GB 7956.6《消防车 第6部分：压缩空气泡沫消防车》报批稿中，对压缩空气泡沫消防车有如下技术要求：

a. CAFS系统干泡沫状态下，单只枪的混合液（即泡沫原液+水）流量不小于1.5 L/s，湿泡沫状态下，单只枪混合液流量不小于3 L/s；

b. CAFS系统在干泡沫状态下气液比（即空气流量/总的泡沫混合液流量）不小于12，在湿泡沫状态下不小于6；

c. 从0.2%～1.0%调节CAFS系统的混合液泡沫比例，记录泡沫液与水的实时流量参数，通过计算〔泡沫液流量/（泡沫液流量+水流量）〕得到的泡沫液混合比应符合：测量值/设定值=（100～140）%。

根据以上要求，拟定测量参数如下：水流量、泡沫原液流量及空压机气流量。同时，后端软件自动计算泡沫混合比、气液比，并与标准值相比较，若超出标准要求，则弹出报警信息提醒用户。

2.2 整体方案

整套测试装置主要由水力测试管路、泡沫原液测试管路、压缩空气测试管路、控制箱（主要包括数据采集模块和供电模块）及台架组成。各测试管路上用法兰连接流量计，用夹具水平横向固定安装至可移动台架上。流量计测量的数据传送到控制箱，由其中的控制器进行数据采集，并传送至上位机进行数据处理，如图2所示。

试验装置的整体结构设计如下：试验台架为矩形中空，沿台架长度方向平行配置水力测试管路、泡沫原液测试管路及压缩空气测试管路，并用若干夹具固定安装。台架外侧覆盖盖板，压缩空气流量计，水流量计和泡沫原液流量计的显示仪表盘伸出盖板外侧，控制箱安装在试验台架内，其面板外露在盖板上。试验台架底部配置滚轮，试验时将试验台架移动到合适位置即可，省时省力。

3 测试装置的具体设计

3.1 测试管路设计

根据调研，目前CAFS系统在喷射泡沫时，其水流量范围在1.5～40 L/s，泡沫原液流量范围在0.005～0.4 L/s，气流量范围在18～100 L/s，水压及气压范围在0.7～1.0 MPa。

测试装置的流量测试范围及管路承压范围应覆盖前述要求，并适量放宽。根据此要求，装置的各条管路及流量计设计如下。

3.1.1 水力测试管路

由于水流量范围较大，单条管路难以覆盖整个流量范围，故设计2条测试管路。

水力测试管路A：口径DN50，配置水流量计A，流量测量范围为0.83～16.67 L/s，管路口径与流量计口径相匹配。

水力测试管路B：口径DN100，配置水流量计B，流量测量范围为3.33～66.67 L/s，管路口径与流量计口径相匹配。

由于压缩空气泡沫系统一般能同时出2支水枪，为最大程度的模拟实际喷射时的水流量，该管路的两端呈两个对称的“Y”字型布置（如图2）。

为保证测试精度，流量计上游的测试管路长度不小于水流量计口径的5倍，下游的测试管路长度不小于水流量计口径的3倍。

3.1.2 泡沫原液测试管路

由于泡沫原液流量范围较大，单条管路难以覆盖整个流量范围，故设计2条测试管路。

泡沫原液测试管路A：口径DN4，配置泡沫液流量计A，流量测试范围为0.001～0.183 L/s。管路口径与流量计口径相匹配。

泡沫原液测试管路B：口径DN15，配置泡沫液流量计B，流量测试范围为0.083～1.670 L/s。管路口径与流量计口径相匹配。

为保证测试精度，流量计上游的测试管路长度不小于泡沫原液流量计口径的5倍，下游的测试管路长度不小于泡沫原液流量计口径的3倍。

3.1.3 压缩空气测试管路

压缩空气管路上配置压缩空气流量计，压缩空气流量计的口径为DN50，测量范围为8.33～125 L/s，压缩空气管路的管径与压缩空气流量计的口径相匹配。

为保证测试精度，流量计上游的测试管路长度不小于压缩空气流量计口径的10倍，下游的测试管路长度不小于压缩空气流量计口径的5倍。

装置具体结构如图3所示。

3.2 传感器选型

水流量计及泡沫液流量计优选为电磁流量计，压缩空气流量计优选为涡街流量计，所有流量计均自带LED数字显示，以便于实时读数。

3.3 测试软件

测试软件基于.NET Framework4.0平台，采用三层体系结构，即表示层、逻辑层、数据层。表示层使用C#.NET实现，能够提供交互功能丰富的用户操作界面[2]；逻辑层处理并封装了一些共享的模块，如气液比、混合比算法等；数据层由数据访问和数据库组成，数据访问采用流行的ADO.NET技术，数据库采用桌面式数据库Access2007。

标准GB 7956.6中关于水流量、气液比和混合比的要求已设置到软件数据库中。软件在用户登录后，实时采集装置流量计传送的流量信号，显示水流量、泡沫液流量及气流量，并在后台运算得到混合比、气液比。通过与GB 7956.6标准要求对比，一旦超出标准范围便能够自动提示相关信息。软件的主界面如图4所示。

3.4 试验流程

具体试验流程如下：首先确定待测CAFS系统的流量范围，选定采用管路A还是管路B。以A为例，将待测CAFS的水、泡沫原液、压缩空气三条管路分别串连接到该装置的水力测试管路、泡沫原液测试管路、压缩空气测试管路上，系统运行后，分别采集水流量计、泡沫液流量计、压缩空气流量计的数据，传输到控制箱，然后由计算机的软件程序对数据进行处理，分别计算泡沫液和水的比例、空气和水的比例，从而判定被测消防车所装备的压缩空气泡沫系统是否符合标准要求。

4 结语

该套CAFS系统的移动测试装置的流量测试范围及压力承压等级能够满足目前所有CAFS系统的性能要求。与传统的实际喷射测试方法相比，利用该移动测试装置进行试验操作更加方便、数据更加精确、结果判定更加简单、泡沫液可循环使用更加经济环保。

[1] 王沁林,李明才,阎秉立.第二代泡沫消防车-压缩空气泡沫系统在灭火中的运用[J] 消防技术与产品信息, 2005(2):14-19.

[2] 俞雪兴,刘雪峰,吴京峰. 缩空气泡沫系统的特点及应用[J].安全、健康和环境, 2008(8):2-4.

[3] 王健,王举.基于C# 的砝码检测系统开发[J].现代测量与实验室管理,2013(5):10-12.

A Mobile Testing Device for Vehicle Mounted Compressed Air Foam System

JIN Yi-zhong et al

In this paper, a mobile testing device for vehicle mounted compressed air foam system (CAFS, Compress Air Foam System) was designed. The testing pipelines and flow meters are designed according to CAFS's water, foam and compressed air flow range. The device can test the flow of water, foam and compressed air, and calculate the mixture ratio and gas-liquid ratio accurately, and the testing foam can be used recyclable at the same time. In summary, the device can make the CAFS's test more scientific, more accurate, more intelligent, more economical and more environmental protection.

vehicle mounted; compressed air foam system; mobile; testing device

U469.6+8.02

A

1004-0226(2015)05-0098-03

金义重，男，1955年生，副研究员，主要从事消防装备技术研究、消防装备检测技术研究工作。

2015-03-01