消防车用正压式泡沫比例混合器的原理和应用

□魏永建

山东省天河消防车辆装备有限公司 山东临沂 276000

消防车用正压式泡沫比例混合器的原理和应用

□魏永建

山东省天河消防车辆装备有限公司 山东临沂 276000

对消防车用正压式泡沫比例混合器的结构、工作原理和技术特点等进行了介绍，结合生产实际指出应用正压式泡沫比例混合器时应注意的问题，并对应用前景进行了展望。

消防车；泡沫比例混合器；原理；应用

泡沫比例混合器是泡沫灭火系统的核心设备和关键部件[1]，其作用是将泡沫原液与水按一定比例混合，形成具有理想灭火效果的泡沫混合液，一般由泡沫液进出管道、泡沫比例混合器、压力水管道和各接口球阀结构组成。泡沫灭火系统主要包括固定式泡沫灭火系统和车载泡沫灭火系统两种。在固定式泡沫灭火系统中，泡沫比例混合器主要包括管线式泡沫比例混合器[2]、环泵式泡沫比例混合器[3]、压力式泡沫比例混合器[4]、平衡压力式泡沫比例混合器[5]等。车载泡沫灭火系统主要用于泡沫消防车，泡沫比例混合器主要分为负压、正压泡沫比例混合器[6]。笔者主要就泡沫消防车用正压泡沫比例混合器进行介绍。

1 消防车用泡沫比例混合器结构与组成

泡沫消防车是目前市场上需求量和保有量最大的罐类灭火消防车。根据国家标准GB 7956.3— 2014《消防车第3部分：泡沫消防车》的规定，泡沫消防车主要装备有车用消防泵、水罐、泡沫液罐和水泡沫液混合设备，利用主要部件系统——车用泡沫系统将泡沫液、水与空气充分混合，产生泡沫实施灭火。泡沫系统由安装在消防车上的泡沫比例混合器、泡沫产生或喷射装置、专用组件（泡沫液罐、泡沫液泵）及管道等组成，其中核心部件泡沫比例混合器是通过负压或正压供给泡沫液，使泡沫液和水按一定比例混合。

1.1 负压式泡沫比例混合器

车用负压式泡沫比例混合器一般安装在消防泵的出水管和进水管之间，泡沫管道形成环流状，所以也称为环泵式负压泡沫比例混合器[7]，其工作原理是利用水泵出口引出的水流在经过文丘里管的入口和出口时产生的负压将从泡沫计量控制阀流出的泡沫原液吸入到车载水泵中，按照设定的比例，使泡沫原液和水混合为具有良好灭火能力的泡沫混合液，再经水泵出口沿管道输送至车载消防炮或消防枪喷射出去。按照调节方式的不同，负压式泡沫比例混合器分为手动式调节和自动式调节两大类。

手动式调节负压泡沫比例混合器工作时需要人工操纵计量控制阀调节手柄，根据水泵出水量的大小调整计量控制阀开度，进而保证获得固定的泡沫比例。由于该类型泡沫比例混合器在安装和使用上存在诸多不便，且泡沫比例调节不够精准，因此在消防车应用中越来越少，正逐步被淘汰。手动式负压泡沫比例混合器系统安装示意图如图1所示。

图1 手动式负压泡沫比例混合器系统安装示意图

自动式调节负压泡沫比例混合器一般采用可编程序控制器（PLC）进行系统控制，泡沫量随出水口流量变化自动增减，从而使泡沫比例始终维持在设定范围内。该类型泡沫比例混合器具有控制准确、操作简单、可靠稳定等优点，同时配有手动应急操作模式，确保系统的使用安全。该类型泡沫比例混合器以优越的性能和简便的操作在消防车应用中正越来越广泛。自动式负压泡沫比例混合器一般由控制单元、显示单元、计量控制阀、流量检测计和文丘里管组成，其系统安装示意图如图2所示。

负压式泡沫比例混合器由于采用文丘里管原理进行工作，因此为了保证系统的工作精度和效率，要求水泵的入水口和出水口必须存在压力差，否则会对系统的正常工作造成一定影响。具体入水口和出水口压力差见表1。

另外，要保证泡沫液位与计量阀位置的高度差。为了保证能可靠快速地吸入泡沫，泡沫桶高度不能太低，否则容易造成泡沫液吸入困难，严重情况下有可能造成泡沫比例达不到预设比例值。

1.2 正压式泡沫比例混合器

图2 自动式负压泡沫比例混合器系统安装示意图

表1 负压式泡沫比例混合器水泵入水口与出水口压力 MPa

正压式泡沫比例混合器主要组成部件为泡沫泵、泡沫液流量计量及压力调节集成模块、混合器、显示器、阀门和管道等，其结构原理及系统组成如图3所示。

正压式泡沫比例混合器工作原理为：系统工作时，消防水泵和泡沫泵同时工作；消防水泵提供高压消防水，泡沫泵为系统提供足够的泡沫液；两种灭火剂同时注入混合器中，混合成灭火所需的混合液[8]，通过管道提供给设备喷射出去。混合比例由泡沫液流量计量及压力调节集成模块进行调节和控制，根据混合器中水流量的增减，泡沫泵依据设定的泡沫比例提供不同流量的泡沫液。泡沫泵输出的泡沫液经泡沫液流量计量及压力调节集成模块控制后分为两路，一路经过出液口通过泡沫液主管道进入混合器中，另外一路经溢流口回流至泡沫泵。

正压式泡沫比例混合器运行时，泡沫液经泡沫泵注入，对系统压力水流量不会造成影响。混合比例通过泡沫液流量计量及压力调节集成模块控制，混合精度高，所允许的泡沫液流量范围大，同时具有较好的系统稳定性。由于系统需要单独的泡沫泵进行工作，安装和调试需要专业人员进行，且安装位置和空间要求较高，因此成本也较负压式泡沫比例混合器高，实际应用中受到一定的限制。

图3 正压式泡沫比例混合器结构原理示意图

2 正压式泡沫比例混合器设备概述

正压式泡沫比例混合器结构中，泡沫泵、泡沫液流量计量及压力调节集成模块、显示控制单元是系统的关键部件。

2.1 泡沫泵

泡沫泵将泡沫液以一定压力从泡沫液罐输送到系统管道内，是正压式泡沫比例混合器的重要组成部件。泡沫泵的选择根据泡沫灭火的理化性质来决定，泡沫灭火剂是具有一定黏度的流体，因此在选择泡沫泵时要充分考虑泡沫液黏度对泡沫泵输送能力的影响。在应用正压式泡沫比例混合器时，泡沫泵采用的是高性能齿轮泵。齿轮泵相较于离心泵更适应泡沫的特性，用于输送泡沫液性能更优，且具有以下优点。

（1）在相同流量、扬程参数情况下，齿轮泵的转速更低，对泡沫液的搅动、剪切小，对泡沫液性能影响较小，不会产生气蚀和气阻。

（2）齿轮泵具有自吸功能，而普通结构离心泵没有自吸功能。

（3）齿轮泵适合任意黏度的泡沫液，而离心泵只能输送黏度低于10 mPa·s的泡沫液。

（4）齿轮泵内腔采用机械密封和轴承转动，可长时间使用水代替泡沫进行调试。

（5）泡沫泵具有干摩运转功能，为满足标准要求，泡沫液消防泵至少应空转10 min而不出现任何损坏[10]。

2.2 泡沫液流量计量及压力调节集成模块

这一模块主要作用是根据消防车灭火系统水流量及压力数值，通过内部PLC控制模块进行计算，得出相应流量及压力下系统所需的泡沫比例，进行精准的泡沫供给。通过该模块，可以按设定泡沫比例实时调节系统泡沫注入量，保证泡沫混合液的混合精度、性能和要求。与此同时，该模块通过对系统压力实时反馈，自动调节泡沫泵转速，保证泡沫注入时的压力，避免对水系统压力造成影响，保证消防灭火系统的压力稳定。

2.3 显示控制单元

显示控制单元采用触摸屏进行参数显示、功能模块选择、参数设定和原理说明等。通过控制单元可以对泡沫系统各工作状态参数实时进行查看，同时具备手动调节功能，可以保证系统的正常使用和维护。显示控制单元主要由以下几部分构成。

（1）按键开关。由系统电源、泡沫比例调节、外吸、自动冲洗、充液、输转等按钮组成。

（2）界面显示。在显示屏上有水流量、泡沫流量、设定比、混合比、水压、泡沫压力、泡沫系统开关等信息，同时可显示工作模式、阀门开关等参数。

（3）参数设定。包括水和泡沫流量校准、泡沫计量阀修正等调试功能。

（4）原理说明。可以显示原理图和操作说明等文件。

3 正压式泡沫比例混合器技术优势

正压式泡沫比例混合器采用独立泡沫泵进行泡沫供给，并采用智能控制模块进行泡沫比例控制，可以实现消防系统泡沫比例及泡沫液的精准控制。同时，独立泡沫泵可以实现泡沫液的外吸、输转等功能，使车辆具有一车多用的功能，在车辆应用中较负压式泡沫比例混合器具有明显的技术优势。

3.1 精准的泡沫比例和广泛的应用范围

正压式泡沫比例混合器通过智能控制模块由独立泡沫泵进行泡沫注入，泡沫比例控制精准，调节范围宽，可以实现1%～10%的电脑自动无级控制比例，比例调节幅度为0.1个百分点，可以适应不同的水流量泡沫注入要求,具体参数见表2。

表2 正压式泡沫比例混合器混合比例适用范围

3.2 智能化控制方式和可视化操作界面

通过内置PLC智能控制模块进行各项控制，外部采用按钮式控制，通过外置触摸屏实时显示水和泡沫流量、水压及泡沫比例、阀门动作，并可实现一键自动冲洗等功能。

3.3 泡沫注入压力恒定

系统可以实现外供水压力≤1.0 MPa工况和出水管道压力≤1.6 MPa工况下的正压泡沫自动比例注入，泡沫泵通过泄压阀保证注入压力恒定。在使用泡沫枪时，单、双枪在0.5 MPa工况下，泡沫压力恒定在一定范围内，通常泡沫注入压力需要比水的压力高出0.1～0.2 MPa，以消除间隙性泡沫喷射现象，保持泡沫喷射的连续性。

3.4 泡沫功能多样化，实现一车多用功能

正压式泡沫比例混合器通过独立泡沫泵，不仅可以实现泡沫比例的精准控制，还可以实现以下功能。

（1）自吸、外吸泡沫液，实现泡沫液的外输转功能。可以通过泡沫泵将车辆泡沫罐内的泡沫液输转给其它车辆使用，或通过泡沫泵吸取外部泡沫液供本车辆或其它车辆使用，进而具备泡沫输转功能。

（2）车辆自主加注泡沫液功能。通过泡沫泵可以将外部泡沫液吸入本车泡沫罐内，方便了泡沫的加注和使用。

4 正压式泡沫比例混合器应用和注意事项

正压式泡沫比例混合器以精准的泡沫比例控制和多样化功能等优点在大流量泡沫消防车上得到了广泛应用。由于系统中泡沫泵及动力传输系统体积较大，在实际应用中需要注意以下事项。

4.1 安装空间要求

正压式泡沫比例混合器由于泡沫泵集成体（包括泵体、弹性连接支撑底座、减速箱和泡沫泵转速开关）体积较大，安装时需要足够的空间，因此在底盘选型上应注意，一般安装在8×4底盘上，以保证安装位置要求。

4.2 动力传输要求

正压式泡沫比例混合器的泡沫泵一般功率较大，需要底盘提供足够的动力。由于在实际消防灭火时，泡沫泵一般和消防水泵同时工作，因此要充分考虑底盘动力的富余量，一般不得低于40%车辆额定功率，以保证整个消防系统的正常运行。通常采用侧取力和分动箱进行动力驱动，且需要注意动力传输路径的合理布置，避免与底盘主传动系统生产干涉。

4.3 压力流量要求

正压式泡沫比例混合器泡沫注入压力需要高于水压力0.1～0.2 MPa，以保证整个消防系统的工作压力。与此同时，流量也需要根据泡沫比例进行精确控制。在实际使用时，需要增加泄压阀对泡沫泵多余的压力和流量进行及时准确的溢流，避免泡沫注入管道压力过高，对整个消防系统产生影响。

4.4 管道布置要求

正压式泡沫比例混合器由于泡沫注入的特点，需要将泡沫管道独立设置。泡沫泵安装位置一般较低，且距离消防控制面板较远，因此应尽可能采用软管连接方式，利于管道在车辆底盘上的布置。同时应设置多个外吸泡沫口，以实现交替式吸入泡沫液，可以不间断外吸泡沫液，避免火灾现场人工持续车顶加注泡沫液的工作强度及危险。需要注意的是，在更换泡沫空桶前，要关闭设置于外吸泡沫口处的手动球阀，以防止空气进入，导致外吸失败。

4.5 流量计安装及数量要求

液体流量计的最佳安装位置为管道的上半部，最佳方向为垂直方向。如安装在底部，可能受积聚物的影响而导致精度下降。流量计数量需要考虑流量变化对计量精度的影响，如果配备一个水流量计，单枪或数量较少的枪（6.0～15.0 L/s）及消防炮（60.0～120.0 L/s）流量变化较大时，校准过程中只能兼顾一个量程段，存在较大的计量误差，会导致泡沫混合比的误差较大。因此需要为每个出口配置一个流量计，共计三个流量计，即在消防炮出口和左右枪出水管道上各设一个流量计，保证计量的准确性。

5 正压式泡沫比例混合器应用前景展望

随着国内市场，特别是石化企业对于大流量泡沫消防车的需求不断增大，正压式泡沫比例混合器以泡沫比例控制精准、泡沫注入对系统水流量和压力影响轻微、功能多样、可以实现一车多用等特点，正得到越来越多的应用，并不断得到用户的首肯和青睐。但是正压式泡沫比例混合器仍存在以下问题：采用的独立式泡沫泵及其配套部件体积较大，造成安装位置要求较为苛刻；控制模式采用按钮操作，集成度有待进一步提高；独立式泡沫泵在压力流量控制方面存在溢流反应速度过慢问题，易造成泡沫管道压力过高，损坏管道。为进一步推广和应用该类型泡沫比例混合器，可以从以下几个方面进行优化设计，以更好地满足消防实战要求。

（1）轻量化设计。泡沫泵选型时注意体积的选择，同时优化动力驱动模式，减小整体安装尺寸和质量，满足不同车型的应用。

（2）智能化设计。不断提高功能集成化，采用智能化控制技术，使各项功能操作更加简便快捷。

（3）可靠性设计。不断提高产品使用可靠性，如增加安全互锁功能，以满足客户的使用要求。

相信随着不断完善和改进，正压式泡沫比例混合器凭借自身突出的技术优势，必将在今后的消防车市场中得到越来越多的推广和应用。

[1]唐黎明，郝敏.泡沫比例混合器的种类与应用[J].石油库与加油站,2010,19(5):28-30.

[2]吴海卫，朱立强.管线式负压比例混合器的设计方法探讨[J].消防科学与技术,2001(2):35-37.

[3]秘义行.论几种泡沫比例混合装置之短长[J].消防技术与产品信息,2000(12)：11-14.

[4]闵永林.压力式空气泡沫比例混合器的结构设计与计算[J].消防科学与技术,2001(2):37-39.

[5]杨志军，吴海卫.泵入平衡压力式泡沫比例混合装置的应用设计[J].消防科学与技术,2006,25(4):505-507.

[6]消防车第3部分：泡沫消防车：GB7956.3—2014[S].

[7]傅然.环泵式负压泡沫比例混合器在消防车灭火中的正确使用[J].消防技术与产品信息,2005(10):43-44.

[8]王灿.平衡式泡沫比例混合装置的研究与开发[D].上海：上海海洋大学,2013

[9]白殿涛，俞颖飞，田立伟,等.平衡式泡沫比例混合装置及检测中常见问题 [J].消防科学与技术,2009,28(10):755 -756，764.

[10]消防泵：GB6245—2006[S].

上海电气出口菲律宾2×660 MW电站锅炉

据“中国上海”门户网站报道，近日，上海电气集团股份有限公司与上海电力建设有限责任公司签署菲律宾马力万斯Ⅱ期两台660 MW燃煤机组锅炉设备交货合同，这是目前为止上海电气出口菲律宾市场的最大容量电站单机设备。作为项目的总承包方，上海电建于2015年10月与业主签订电站设计施工总承包（EPC）合同，至2016年9月初正式生效。加上此前的考斯瓦根四台135 MW机组，上海电建在菲律宾获得的两个电站EPC项目都采用了上海电气的电站锅炉产品，充分体现了上海电建对上海电气产品的信任和青睐。双方将进一步加强在海外项目中的合作，发挥各自优势，共同进军国际市场。

An introduction on the structure,working principle and technical characteristics of the positive pressure foam proportioner in fire-fighting vehicle was presented,as well as the key issues that should be observed during operation of positive pressure foam proportioner in actual production practice and prospects in its future applications.

Fire-fighting Vehicle；Foam Proportioner；Principle；Application

TH188.1；TU998.13

B

1672-0555（2016）04-048-05

2016年5月

魏永建（1976—），男，本科，高级工程师，主要从事消防车及取力器的设计开发工作