一种便携式、通用化排烟消防车风量风压测试装置的研究与实现

朱义　蒋旭东　张岚

摘要：消防车消防性能的验收、年检越来越受到相关部门的重视。风量、风压是排烟消防车关键技术参数，但由于标准测试方法成本高、难度大，在消防车验收、年检场合难以使用。本文参照GB/T 10178-2006《工业通风机 现场性能试验》，研制了一套便携式、通用化的测试装置，采用“固定架+旋转轴”的方案，能够快速测量风量、风压并输出性能变化曲线，通过实际应用和比对验证，证明装置工作可靠、精度理想。

关键词：排烟消防车；风机；风量；风压；测试装置

引言

排烟消防车是消防员进行排烟、送风、水雾灭火降尘等灭火救援作业依靠的重要装备，在控制火场烟雾方面发挥着重要作用[1-2]。近几年，该类产品的市场规模增长较大、技术水平发展较快。据不完全统计，目前在我国消防救援队伍中排烟消防车的保有量约有300辆左右，同时每年新购排烟消防车约50辆左右，对该类产品的验收及年检有较大需求。排烟风机的风量、风压是表征排烟消防车消防性能的关键技术参数，在新车验收及在用车辆年检时，测试风机风量、风压对保障排烟消防车的作战效能具有重要意义。

根据风机性能测试相关标准[3-5]，风量、风压测试方法主要有以下两种：一是利用专用测试风筒进行测试[6-7]，依据标准为GB/T1236-2017《工业通风机用标准化风道性能试验》。这种测试方法精度高，但是需要制造大型专用测试风筒配合试验，设备体积巨大、成本很高、风筒直径不通用，不适用于消防队进行现场产品验收或年检（如图1）；二是利用速度场法进行测试[8-9]，依据标准为GB/T10178-2006《工业通风机现场性能试验》。这种方法通过风速仪测试风机出风口截面各位置的风速计算平均风速，从而计算出风机风量，并计算平均风压。这种测试方法相较前一种方法精度较低，成本较低，比较适合在使用现场进行测试。不过由于目前市场上没有专用测试装置，尚存在以下不足：现场测试点偏差大，造成误差较大；测试人员需紧靠风机出风口测试，噪音极大且有安全隐患；耗时较长，24个测点测完再手动计算才得到一个数据点，难以形成变化曲线，无法捕捉性能异常；对测试人员的专业要求较高，需要在风机出风截面上自己选点、手动计算。

为解决以上问题，本文设计开发了一种适用于消防队现场验收、年检使用的排烟消防车风量风压测试装置，该装置具备以下特点：能快速测量排烟消防车风量、风压，实时输出排烟风机性能变化曲线；小型化、轻量化，方便携带，方便装备巡检；具备通用、可靠的固定方式，测试范围能够涵盖目前所有排烟消防车的风机直径；具备快速、便捷的现场安装方式，能够在20min内完成组装和固定。

一、总体方案设计

测试原理参照GB/T10178-2006《工业通风机现场性能试验》的速度场法。根据标准要求，测试点不得少于24个测点，至少分布在3条直径、各半径上分布不少于3个测试点，测点位置可按照切贝切夫法确定（如图2）。

若在24个测点布全传感器同步测量、计算，固然能够得到风机性能的动态曲线，但是一方面传感器多、可靠性差，且装置较大，另一方面在风机截面上遮挡物较多，可能对风机性能造成影响。为解决上述问题，本文创新设计了“固定架+旋转轴”整体设计方案：3个可伸缩电机固定杆利用夹紧器固定在排烟风机外罩上，3个风速及3个风压传感器分别按标准固定在传感器固定杆的相应位置，传感器固定杆由电机驱动缓慢绕风机轴线转动，同步实时测量当前位置的风速、风压，每旋转一圈软件自动计算一次风量和平均风压，从而在客户端实时显示排烟消防车风量、风压变化曲线。装置总重30kg，方便携带。装置主体结构如图3。

二、主要结构设计

（一）伸缩杆

1.电机固定杆

电机固定杆一共3根，均为2节不锈钢伸缩杆，中间采用ABS定位器，通过定位器可将固定杆第二管节定位在任意位置，从而适应风机的不同直径。三根电机固定杆相互呈120°夹角，通过两端的螺纹与电机组件及风机固定装置连接（如图4）。

2.传感器安装杆

传感器安装杆分为风速传感器安装杆和风压传感器安装杆，均为2节不锈钢伸缩杆，一端通过螺纹与电机组件旋转轴连接。每个传感器安装杆上套有3个管夹，管夹可在杆上移动，每个管夹装有一个传感器固定座，上面安装传感器，如图5和图6。

排烟消防车风机的出口风速一般不大于50m/s，风压一般不超过2000Pa，据此要求对传感器选型。风速传感器技术参数：量程0.1～60m/s，精度FS0.02%，RS485/RS232输出，供电DC24V，防護等级IP65。风压传感器技术参数：0～10000Pa，精度FS0.5%，RS485/RS232输出，供电DC24V，防护等级IP65。

（二）电机组件

电机组件结构如图7所示，其中旋转轴两端分别与风速/风压传感器安装杆螺纹连接，固定杆座与分别与3条电机固定杆螺纹连接。为每一圈采集更多数据点、并尽可能减少传感器运动带来的干扰，同时增加试验过程的安全性，旋转轴的运动速度应尽量降低，基于此为电机配置了3级减速，减速后输出转速为9.9rpm。滑环可解决风速/风压传感器安装杆连续转动时传感器导线缠绕问题。

电源箱组件包含移动电源、信号收发器、箱体及电池夹紧器，主要为装置供电，并收集各传感器采集的风速、风压信息传送给终端平板电脑。

（四）固定装置

由3个拉紧装置分别把3根电机固定杆固定在风机罩外壁上。拉紧装置通过收紧带将橡胶板压在风机罩外壁上，利用橡胶头和风机罩外壁的摩擦力固定电机固定杆及电机组件。

三、强度校核

为保证试验安全，对风机伸缩杆的强度进行了校核。按照最大风机直径2200mm、风机截面风速50m/s，风压1500Pa计算，受力面为3个电机固定杆、2个风速计杆及电机组件的迎风面，总迎风面积为0.0867m2，所受风阻力为130N，如图8所示，产生的最大应力为45MPa，材料屈服极限为206MPa，安全系数为4.5，符合设计要求。

四、数据传输及处理

各风速/风压传感器通过串口数据通信，将数据传送至无线数据收发装置，经该装置通过4G网络上传至云服务器，用户端通过4G网络读取所采集的风速、风压数据，最大采样频率为5Hz（如图9）。根据设计，电机旋转轴转一圈为6.1s，各风速传感器采集的风速均值与风筒截面面积的乘积即为当前风量、风压传感器采集的风压均值即为当前风压，软件可输出风机风量、风压波形图。

五、比对试验验证

对某排烟消防车风机性能进行现场比测试验，分别用标准风筒以及本文研制的装置进行实际测试，比对风机相同转速下的风量、风压（如图10）。

根据实际试验结果（见表1），用本装置得到的结果与用标准测试风筒得到的测试结果相比较，平均风量约偏小2.1%、平均风压约偏小4.2%，整体而言达到了较为理想的效果。

结语

本文研制了一套适用于消防队伍现场验收、年检场合使用的排烟消防车风量风压测试装置，相对于标准测试方法，本装置具有成本低、可携带、易安装等优点，且通过实测比对，测试精度达到了误差小于5%的满意结果。本项目的研究将大幅提高消防救援队伍对排烟消防车的验收和年检能力，从而为作战装备把好质量关，为灭火救援做好保障。

参考文献

[1]徐建国.消防负压排烟车实战效能研究[J].今日消防，2021，6（01）：27-28.

[2]王戈，姬永兴，熊慧明.正压送风消防车发展趋势[J].消防技术与产品信息，2010（10）：37-39.

[3]GB7956.17-2019，消防车第17部分：排烟消防车[S].

[4]GB/T1236-2017，工业通风机用标准化风道性能试验[S].

[5]GB/T10178-2006，工业通风机现场性能试验[S].

[6]孙胜登，吕蒙.正压式排烟装置性能测试装置应用研究[J].专用汽车，2023（06）：88-92.

[7]李希全.消防排烟风机常规性能测试装置分析[J].消防科学与技术，2018，37（03）：358-360.

[8]吳志芳.通风机风量测试系统设计及试验验证[J].机械研究与应用，2023，36（04）：34-37.

[9]曹旭光.通风机风量风压测定系统的研发[J].机械管理开发，2022，37（11）：216-218.

作者简介：朱义（1983- ），男，汉族，上海人，硕士，助理研究员，研究方向：消防车辆装备技术及检测认证。

项目来源：1.国家消防救援局科技计划项目：消防车验收规范及测试装置的研究（编号：2020XFCX25）；2.应急管理部上海消防研究所科技计划项目：便携式、通用化排烟消防车风量风压测试装置研究（编号：23SX34）