一種車載壓縮空氣泡沫系統(tǒng)移動(dòng)測(cè)試裝置

金義重 朱義 蔣旭東

公安部上海消防研究所 上海 201199

一種車載壓縮空氣泡沫系統(tǒng)移動(dòng)測(cè)試裝置

金義重 朱義 蔣旭東

公安部上海消防研究所 上海 201199

設(shè)計(jì)了一種車載式壓縮空氣泡沫系統(tǒng)（CAFS, Compress Air Foam System）的移動(dòng)測(cè)試裝置。根據(jù)目前CAFS系統(tǒng)水、泡沫、壓縮空氣的流量范圍，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的測(cè)試管路。該裝置能夠精準(zhǔn)地完成水流量、泡沫液流量、壓縮空氣流量、泡沫混合比、氣液比等項(xiàng)目的測(cè)試，并自動(dòng)對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析報(bào)警，同時(shí)測(cè)試所用泡沫液可循環(huán)使用，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)車載壓縮空氣泡沫系統(tǒng)更科學(xué)、更精確、更智能、更經(jīng)濟(jì)環(huán)保的檢驗(yàn)。

車載式 壓縮空氣泡沫系統(tǒng) 移動(dòng)式 測(cè)試裝置

1 前言

壓縮空氣泡沫消防車已在消防部隊(duì)中大量配備，并在滅火實(shí)戰(zhàn)中發(fā)揮著巨大作用。其滅火的核心部件是CAFS（Compress Air Foam System）系統(tǒng)，該系統(tǒng)所輸出的高儲(chǔ)能泡沫混合液能夠降低水的表面張力、增加水的表面積、提高水的滲透能力和加大水的覆蓋面積，從而大大提高了滅火效率，并明顯節(jié)省滅火用水[1-2]。

CAFS系統(tǒng)由水泵、泡沫泵、空壓機(jī)、泡沫比例混合器、管路、閥門和控制顯示面板組成。空壓機(jī)、水泵由車輛發(fā)動(dòng)機(jī)通過取力器驅(qū)動(dòng)，泡沫泵通過汽車底盤電瓶驅(qū)動(dòng)。水泵和泡沫泵分別從水罐和泡沫罐內(nèi)吸取水和泡沫原液，經(jīng)泡沫比例混合器混合形成未發(fā)泡的泡沫與水的混合液，混合液與空壓機(jī)壓縮過的空氣混合到一起，經(jīng)過管路、控制閥門、水帶內(nèi)的混合，形成用于滅火的最終泡沫，最后由專用的噴射器材噴射出去。泡沫的比例、干濕度等狀態(tài)可由控制面板操控。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理如圖1所示。

目前，對(duì)于CAFS系統(tǒng)的性能檢測(cè)主要以實(shí)際噴射后測(cè)試泡沫形態(tài)為主。這種檢測(cè)方法容易受外界氣候因素、泡沫接收人員人為因素等干擾，從而影響檢測(cè)的準(zhǔn)確性。同時(shí)由于需要做大量實(shí)際噴射試驗(yàn)，泡沫液噴射后不可回收，造成經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)和環(huán)境污染。

為解決以上問題，特設(shè)計(jì)開發(fā)出一套車載壓縮空氣泡沫系統(tǒng)的移動(dòng)式測(cè)試裝置。該裝置分別與壓縮空氣泡沫系統(tǒng)的水力管路、泡沫液管路及壓縮空氣管路連接，自動(dòng)記錄水流量、泡沫液流量、空氣流量，并在后臺(tái)自動(dòng)計(jì)算出泡沫混合比和氣液比，同時(shí)按照已經(jīng)報(bào)批的國家標(biāo)準(zhǔn)GB 7956.6《消防車 第6部分：壓縮空氣泡沫消防車》要求對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，不合格的自動(dòng)報(bào)警，從而使CAFS系統(tǒng)性能測(cè)試更科學(xué)、精確、智能和經(jīng)濟(jì)環(huán)保。

2 技術(shù)方案

2.1 需求分析

在GB 7956.6《消防車 第6部分：壓縮空氣泡沫消防車》報(bào)批稿中，對(duì)壓縮空氣泡沫消防車有如下技術(shù)要求：

a. CAFS系統(tǒng)干泡沫狀態(tài)下，單只槍的混合液（即泡沫原液+水）流量不小于1.5 L/s，濕泡沫狀態(tài)下，單只槍混合液流量不小于3 L/s；

b. CAFS系統(tǒng)在干泡沫狀態(tài)下氣液比（即空氣流量/總的泡沫混合液流量）不小于12，在濕泡沫狀態(tài)下不小于6；

c. 從0.2%～1.0%調(diào)節(jié)CAFS系統(tǒng)的混合液泡沫比例，記錄泡沫液與水的實(shí)時(shí)流量參數(shù)，通過計(jì)算〔泡沫液流量/（泡沫液流量+水流量）〕得到的泡沫液混合比應(yīng)符合：測(cè)量值/設(shè)定值=（100～140）%。

根據(jù)以上要求，擬定測(cè)量參數(shù)如下：水流量、泡沫原液流量及空壓機(jī)氣流量。同時(shí)，后端軟件自動(dòng)計(jì)算泡沫混合比、氣液比，并與標(biāo)準(zhǔn)值相比較，若超出標(biāo)準(zhǔn)要求，則彈出報(bào)警信息提醒用戶。

2.2 整體方案

整套測(cè)試裝置主要由水力測(cè)試管路、泡沫原液測(cè)試管路、壓縮空氣測(cè)試管路、控制箱（主要包括數(shù)據(jù)采集模塊和供電模塊）及臺(tái)架組成。各測(cè)試管路上用法蘭連接流量計(jì)，用夾具水平橫向固定安裝至可移動(dòng)臺(tái)架上。流量計(jì)測(cè)量的數(shù)據(jù)傳送到控制箱，由其中的控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并傳送至上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，如圖2所示。

試驗(yàn)裝置的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下：試驗(yàn)臺(tái)架為矩形中空，沿臺(tái)架長度方向平行配置水力測(cè)試管路、泡沫原液測(cè)試管路及壓縮空氣測(cè)試管路，并用若干夾具固定安裝。臺(tái)架外側(cè)覆蓋蓋板，壓縮空氣流量計(jì)，水流量計(jì)和泡沫原液流量計(jì)的顯示儀表盤伸出蓋板外側(cè)，控制箱安裝在試驗(yàn)臺(tái)架內(nèi)，其面板外露在蓋板上。試驗(yàn)臺(tái)架底部配置滾輪，試驗(yàn)時(shí)將試驗(yàn)臺(tái)架移動(dòng)到合適位置即可，省時(shí)省力。

3 測(cè)試裝置的具體設(shè)計(jì)

3.1 測(cè)試管路設(shè)計(jì)

根據(jù)調(diào)研，目前CAFS系統(tǒng)在噴射泡沫時(shí)，其水流量范圍在1.5～40 L/s，泡沫原液流量范圍在0.005～0.4 L/s，氣流量范圍在18～100 L/s，水壓及氣壓范圍在0.7～1.0 MPa。

測(cè)試裝置的流量測(cè)試范圍及管路承壓范圍應(yīng)覆蓋前述要求，并適量放寬。根據(jù)此要求，裝置的各條管路及流量計(jì)設(shè)計(jì)如下。

3.1.1 水力測(cè)試管路

由于水流量范圍較大，單條管路難以覆蓋整個(gè)流量范圍，故設(shè)計(jì)2條測(cè)試管路。

水力測(cè)試管路A：口徑DN50，配置水流量計(jì)A，流量測(cè)量范圍為0.83～16.67 L/s，管路口徑與流量計(jì)口徑相匹配。

水力測(cè)試管路B：口徑DN100，配置水流量計(jì)B，流量測(cè)量范圍為3.33～66.67 L/s，管路口徑與流量計(jì)口徑相匹配。

由于壓縮空氣泡沫系統(tǒng)一般能同時(shí)出2支水槍，為最大程度的模擬實(shí)際噴射時(shí)的水流量，該管路的兩端呈兩個(gè)對(duì)稱的“Y”字型布置（如圖2）。

為保證測(cè)試精度，流量計(jì)上游的測(cè)試管路長度不小于水流量計(jì)口徑的5倍，下游的測(cè)試管路長度不小于水流量計(jì)口徑的3倍。

3.1.2 泡沫原液測(cè)試管路

由于泡沫原液流量范圍較大，單條管路難以覆蓋整個(gè)流量范圍，故設(shè)計(jì)2條測(cè)試管路。

泡沫原液測(cè)試管路A：口徑DN4，配置泡沫液流量計(jì)A，流量測(cè)試范圍為0.001～0.183 L/s。管路口徑與流量計(jì)口徑相匹配。

泡沫原液測(cè)試管路B：口徑DN15，配置泡沫液流量計(jì)B，流量測(cè)試范圍為0.083～1.670 L/s。管路口徑與流量計(jì)口徑相匹配。

為保證測(cè)試精度，流量計(jì)上游的測(cè)試管路長度不小于泡沫原液流量計(jì)口徑的5倍，下游的測(cè)試管路長度不小于泡沫原液流量計(jì)口徑的3倍。

3.1.3 壓縮空氣測(cè)試管路

壓縮空氣管路上配置壓縮空氣流量計(jì)，壓縮空氣流量計(jì)的口徑為DN50，測(cè)量范圍為8.33～125 L/s，壓縮空氣管路的管徑與壓縮空氣流量計(jì)的口徑相匹配。

為保證測(cè)試精度，流量計(jì)上游的測(cè)試管路長度不小于壓縮空氣流量計(jì)口徑的10倍，下游的測(cè)試管路長度不小于壓縮空氣流量計(jì)口徑的5倍。

裝置具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3.2 傳感器選型

水流量計(jì)及泡沫液流量計(jì)優(yōu)選為電磁流量計(jì)，壓縮空氣流量計(jì)優(yōu)選為渦街流量計(jì)，所有流量計(jì)均自帶LED數(shù)字顯示，以便于實(shí)時(shí)讀數(shù)。

3.3 測(cè)試軟件

測(cè)試軟件基于.NET Framework4.0平臺(tái)，采用三層體系結(jié)構(gòu)，即表示層、邏輯層、數(shù)據(jù)層。表示層使用C#.NET實(shí)現(xiàn)，能夠提供交互功能豐富的用戶操作界面[2]；邏輯層處理并封裝了一些共享的模塊，如氣液比、混合比算法等；數(shù)據(jù)層由數(shù)據(jù)訪問和數(shù)據(jù)庫組成，數(shù)據(jù)訪問采用流行的ADO.NET技術(shù)，數(shù)據(jù)庫采用桌面式數(shù)據(jù)庫Access2007。

標(biāo)準(zhǔn)GB 7956.6中關(guān)于水流量、氣液比和混合比的要求已設(shè)置到軟件數(shù)據(jù)庫中。軟件在用戶登錄后，實(shí)時(shí)采集裝置流量計(jì)傳送的流量信號(hào)，顯示水流量、泡沫液流量及氣流量，并在后臺(tái)運(yùn)算得到混合比、氣液比。通過與GB 7956.6標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)比，一旦超出標(biāo)準(zhǔn)范圍便能夠自動(dòng)提示相關(guān)信息。軟件的主界面如圖4所示。

3.4 試驗(yàn)流程

具體試驗(yàn)流程如下：首先確定待測(cè)CAFS系統(tǒng)的流量范圍，選定采用管路A還是管路B。以A為例，將待測(cè)CAFS的水、泡沫原液、壓縮空氣三條管路分別串連接到該裝置的水力測(cè)試管路、泡沫原液測(cè)試管路、壓縮空氣測(cè)試管路上，系統(tǒng)運(yùn)行后，分別采集水流量計(jì)、泡沫液流量計(jì)、壓縮空氣流量計(jì)的數(shù)據(jù)，傳輸?shù)娇刂葡洌缓笥捎?jì)算機(jī)的軟件程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理，分別計(jì)算泡沫液和水的比例、空氣和水的比例，從而判定被測(cè)消防車所裝備的壓縮空氣泡沫系統(tǒng)是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 結(jié)語

該套CAFS系統(tǒng)的移動(dòng)測(cè)試裝置的流量測(cè)試范圍及壓力承壓等級(jí)能夠滿足目前所有CAFS系統(tǒng)的性能要求。與傳統(tǒng)的實(shí)際噴射測(cè)試方法相比，利用該移動(dòng)測(cè)試裝置進(jìn)行試驗(yàn)操作更加方便、數(shù)據(jù)更加精確、結(jié)果判定更加簡單、泡沫液可循環(huán)使用更加經(jīng)濟(jì)環(huán)保。

[1] 王沁林,李明才,閻秉立.第二代泡沫消防車-壓縮空氣泡沫系統(tǒng)在滅火中的運(yùn)用[J] 消防技術(shù)與產(chǎn)品信息, 2005(2):14-19.

[2] 俞雪興,劉雪峰,吳京峰. 縮空氣泡沫系統(tǒng)的特點(diǎn)及應(yīng)用[J].安全、健康和環(huán)境, 2008(8):2-4.

[3] 王健,王舉.基于C# 的砝碼檢測(cè)系統(tǒng)開發(fā)[J].現(xiàn)代測(cè)量與實(shí)驗(yàn)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

金義重，男，1955年生，副研究員，主要從事消防裝備技術(shù)研究、消防裝備檢測(cè)技術(shù)研究工作。

2015-03-01