对旋风机举高消防车的研发和应用

张　铂　　梁申申（徐州海伦哲专用车辆股份有限公司，江苏　徐州　221004）



对旋风机举高消防车的研发和应用

张铂梁申申
（徐州海伦哲专用车辆股份有限公司，江苏徐州221004）

摘要：将经先进工艺制造的体积小、重量轻、风速高的对旋风机安装在举高消防车上，对旋风机产生的高速气体射流携带高密度细水雾射入失火建筑物深处，强力驱烟降温，可帮助火灾中受困人员逃生；也可喷射高速气流与细水雾和超细干粉灭火剂的混合射流，以近似于“全淹没”的方式快速扑灭建筑物内的火灾；还可用于强力吹除意外泄漏出的易燃易爆和有毒有害气体和粉尘，在应急救援现场保护有关人员紧急处置，成为可在更大空间作业的多用途的灭火救援消防装备。

关键词：消防；对旋风机；举高喷射；混合射流

0. 概述

城市楼房火灾的扑救难度远高于低层建筑。可组织灭火救援的内部空间狭小，火灾向上层楼房蔓延的速度快，产生大量高温有毒烟雾，严重阻碍消防人员内攻灭火救援，也严重阻碍受困人员的逃生疏散。驱散和稀释火灾烟雾对提高灭火救援效率有重要意义。然而，举高型的排烟消防车却是空白，楼房灭火救援战斗得不到强力排烟降温装备的有效保障。

1. 排烟降温是赢得灭火作战优势的一种常规手段

1.1排烟可改变建筑物内局部的环境条件

楼内火灾扑救中，当消防人员进入充满浓密烟雾的建筑物内时的视野几乎降低为零，方向感迷失，烟雾严重阻碍灭火救援。为克服这一障碍，1961年美国洛杉矶消防队开始在建筑物火灾扑救中使用一种正压通风技术。至今，移动性排烟消防装备的性能已有很大提升，成为在正压呼吸器之外的改变消防人员外部环境条件的重要装备，也是对建筑物内火灾烟气进行人工干涉，赢得灭火作战优势的一种常规手段。

1.2将对旋风机引入消防装备领域的着眼点

对旋风机是由安装在同一轴线上的旋转方向相反的两个风扇组成的风机。从对旋风扇在航空装备上的应用可以看出其具有的显著优势。釆用对旋式旋翼的直升机，旋翼直径缩短，气动性能提高，飞行稳定性增强，取消了尾桨，使直升机的结构简化，被消防直升机和舰载直升机釆用。美国新研制的用于承担特种作战任务的高速武装直升机S-97“侵袭者”，也选用了对旋式旋翼，使其最大飞行速度达到462km/h，是常规直升机的2倍，提高了快速反应能力。美军的第四代战斗机F-22、F-35的发动机采用了对旋式涡轮。为执行“洁净天空计划”，欧美正在为下一代运输机研发的被称为“开式转子发动机”的飞机引擎，亦采用了对旋式风扇技术，可使引擎油耗降低约25%，噪音降低约10分贝，二氧化碳排放量大幅降低，将于2020年前后在民用运输机和民航客机上投入使用。

用于消防装备的对旋风机，与单级风扇相比，风扇的直径大幅缩小，重量减轻，在相同轴功率下风机出口处气体射流的速度提高1倍，适合举高喷射。以输出功率为130kW的对旋风机为例，风机函道直径为90cm，风机长度为170cm，出口处风速达80m/s～90m/s，流量达9×104m3/h，气体射流的动能显著增大，不仅可将更高密度的细水雾射入建筑物深处，产生更好的驱烟降温、提高火场能见度的效果，而且能携带有极高灭火效能的化学粉体灭火剂射入建筑物内，实现快速灭火。

1.3消防用对旋风机的设计要点

用于消防装备举高喷射的对旋风机，其设计和制造工艺大幅领先于常规轴流风机。对旋风机的风扇叶片选用高强度碳纤维复合材料制造，碳纤维复合材料的密度为1.7g/cm3，是钢叶片的1/5，是铝合金叶片的2/3。叶片的气动外型采用弯掠角设计，用于减轻叶片根、尖部位的气动负荷，控制叶片根尖的二次流动，最大限度地利用叶片中部的高效流动区，提高叶片的效率，扩大风扇稳定工作范围，同时也增大了叶片刚度，降低叶片应力，符合风机在高转速下的平稳运转的要求。风扇的旋转方向相反，产生出的高速气流沿风机纵轴线平稳流动，无需再加装导流叶片，风机的内阻减小，轴向尺寸缩短。前级叶片与后级叶片的数量互为质数（例如前7片后6片），可避免前后级叶片气流脉动的叠加影响，提高风流的稳定性，降低噪音。

2. 对旋风机举高消防车的结构

对旋风机举高消防车，车由汽车底盘、高速对旋风机、举高臂架、液压传动系统、取力传动及操纵系统、副车架、罐体、泵房、中压消防泵、水泵管路及操作系统、油缸总成、回转支承总成、回转机构、电气及操纵系统、液压操控的支腿等组成。其中，水罐容量为7000L，对旋风机的举升高度为15m，回转角度为360°，对旋风机的俯仰角度为-80°～80°，风机喷口处的射流速度达85m/s，额定流量90000m3/h。射入高速气流中的细水雾流量≧15L/s，超细干粉灭火剂流量≧20kg/s。

3. 对旋风机举高消防车的应用

3.1用于火灾扑救中的强力排烟降温和应急救援中的吹除易燃易爆气体

迄今为止所有排烟消防车，包括排烟机器人，所喷射的细水雾都不具有熄灭大火的能力。这是因为混合在气体射流中的细水雾的雾通量很低，不足以灭火。但细水雾有良好的吸热降温能力。对旋风机产生的高速气体射流与更高密度的细水雾（约600g/m3）混合射出，当射入建筑物深处时风速和水雾密度均有大幅降低，但仍可产生出强力驱烟降温，产生提高能见度的效果。细水雾对人友好，不影响人的呼吸，有利于开辟受困人员的逃生通路。

对旋风机举高消防车在对5层以下楼房火灾实施救援的作业中，针对受困人员所在楼层，对旋风机可视情从火灾发生的同级楼层或较低楼层将携带超细水雾的高速气流射入，高速气流在建筑物内受阻后流速降低，集聚的体积增大，一部分顺楼梯通道向上和向下扩散，另一部分从窗户等通风口排出楼外。沿气流方向的温度和烟气的浓度降低，能见度转好，有利于受困人员经楼梯通道向下疏散，或者向未着火的区域转移，等待救援。由液压马达驱动的对旋风机的转速可以调整，使其射出的气流的速度适合于救援的需要。携带超细水雾的高速气流也用于保护消防人员进入建筑物内灭火救援。

对旋风机举高消防车可用于对意外泄漏出的易燃易爆和有毒有害气体及易爆粉尘进行吹除。当石化工厂、天然气输送管道、运输危险化工品的车辆发生泄漏事故时，可对泄漏出的易燃易爆和有毒有害气体及粉尘进行强力吹散，掩护有关人员处置抢险，防止发生爆燃爆炸，减少人员吸入性中毒风险。举高消防车的臂架也可沿水平方向伸缩，加之对旋风机的俯仰角度达-80°～80°，增大了自由作业范围，高速气流可实施平射、上射和下射。

3.2用于喷射气溶胶态灭火剂射流快速灭火

在楼房火灾扑救中，当确认内部人员已撤离时，操纵对旋风机对准进风通道喷射“强风-超细水雾”射流，并迅即按下喷射超细干粉灭火剂的按钮，将高速气体与超细水雾和超细干粉灭火剂混合的射流射入猛烈燃烧的建筑物内。这种气溶胶态的流体受障碍物阻挡时，射流流速降低、体积增大，以近似于“全淹没”的形态笼罩火焰，有极高灭火效能的超细干粉灭火剂以阻断燃烧反应链的方式快速熄灭火焰，超细水雾吸热降温阻止火焰复燃，可快速扑灭各角落的明火。

因在建筑物内点火的试验条件尚不具备，未进行对旋风机举高消防车扑灭楼房建筑物内大火的验证性检测试验，但可以用涡喷消防车喷射这种气溶胶态的灭火剂射流进行替代性试验，以扑灭油池大火的方式的来验证这种气溶胶态流体的灭火能力。涡喷消防车的气体流量为30m3/s，喷射的超细水雾流量为40L/s，超细干粉灭火剂流量为50kg/s，在室外条件下扑灭70m2油池大火用时约为2s。对旋风机举高消防车相当于将一个小型涡喷发动机安装在举高消防车的臂架上，产生的高速气体射流用于携带超细水雾和超细干粉灭火剂进行喷射，一旦快速扑灭楼房火灾的案例被证实，就意味着是建筑物火灾扑救技术的一次突破，不仅可缩短灭火时间，减少消防装备投入，也规避了消防人员内攻灭火面临的人身安全风险。

结语

为消防装备研发的对旋风机具有体积小、重量轻、风速高的优势，喷射的气体射流的动能比单级风扇显著增大。其突出特点在于：产生的高速气体射流可携带更高密度的细水雾进行强力喷射，有更好的驱烟降温能力，有利于火灾中受困人员的救援和疏散；高速气体射流可与超细水雾和超细干粉灭火剂混合喷射，形成气溶胶态灭火剂射流，可快速阻断燃烧反应链熄灭建筑物内的火灾，大幅度提高灭火效率；对旋风机可安装在举高消防车上用于楼房火灾的灭火救援，扩展了强风排烟消防车的作业范围。对旋风机举高消防车也可用于包括石化工厂等的需要强力通风和强力吹除泄漏出的易燃易爆气体的其他应急场所。因此，本研发项目表明，安装有不同喷射功率的对旋风机举高消防车，将成为现有排烟消防车的换代产品，将在灭火救援中发挥更好作用。

参考文献

［1］王丽晶，何宁，薛林.关于《城市消防站建设标准》车辆装备修订的探讨［C］.中国消防协会科学技术年会论文集，2011：181.

［2］公安部消防局.公安消防部队2012-2015年灭火救援装备建设规划［R］.北京：公安部消防局，2012.

中图分类号：TU998

文献标识码：A