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)移動測試裝置

金義重 朱義 蔣旭東

公安部上海消防研究所 上海 201199

設(shè)計了一種車載式壓縮空氣泡沫系統(tǒng)（CAFS, Compress Air Foam System）的移動測試裝置。根據(jù)目前CAFS系統(tǒng)水、泡沫、壓縮空氣的流量范圍，設(shè)計了相應(yīng)的測試管路。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、氣液比等項目的測試，并自動對檢測結(jié)果進(jìn)行分析報警，同時測試所用泡沫液可循環(huán)使用，從而實現(xiàn)對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。

車載式 壓縮空氣泡沫系統(tǒng) 移動式 測試裝置

1 前言

壓縮空氣泡沫消防車已在消防部隊中大量配備，并在滅火實戰(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?？諌簷C(jī)、水泵由車輛發(fā)動機(jī)通過取力器驅(qū)動，泡沫泵通過汽車底盤電瓶驅(qū)動。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。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理如圖1所示。

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

為解決以上問題，特設(shè)計開發(fā)出一套車載壓縮空氣泡沫系統(tǒng)的移動式測試裝置。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，自動記錄水流量、泡沫液流量、空氣流量，并在后臺自動計算出泡沫混合比和氣液比，同時按照已經(jīng)報批的國家標(biāo)準(zhǔn)GB 7956.6《消防車 第6部分：壓縮空氣泡沫消防車》要求對檢驗結(jié)果進(jìn)行評價，不合格的自動報警，從而使CAFS系統(tǒng)性能測試更科學(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》報批稿中，對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時流量參數(shù)，通過計算〔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：測量值/設(shè)定值=（100～140）%。

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

2.2 整體方案

整套測試裝置主要由水力測試管路、泡沫原液測試管路、壓縮空氣測試管路、控制箱（主要包括數(shù)據(jù)采集模塊和供電模塊）及臺架組成。各測試管路上用法蘭連接流量計，用夾具水平橫向固定安裝至可移動臺架上。流量計測量的數(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。

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

3 測試裝置的具體設(shè)計

3.1 測試管路設(shè)計

根據(jù)調(diào)研，目前CAFS系統(tǒng)在噴射泡沫時，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。

測試裝置的流量測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設(shè)計如下。

3.1.1 水力測試管路

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

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

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

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

為保證測試精度，流量計上游的測試管路長度不小于水流量計口徑的5倍，下游的測試管路長度不小于水流量計口徑的3倍。

3.1.2 泡沫原液測試管路

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

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

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

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

3.1.3 壓縮空氣測試管路

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

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

裝置具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3.2 傳感器選型

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

3.3 測試軟件

測試軟件基于.NET Framework4.0平臺，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，實時采集裝置流量計傳送的流量信號，顯示水流量、泡沫液流量及氣流量，并在后臺運算得到混合比、氣液比。通過與GB 7956.6標(biāo)準(zhǔn)要求對比，一旦超出標(biāo)準(zhǔn)范圍便能夠自動提示相關(guān)信息。軟件的主界面如圖4所示。

3.4 試驗流程

具體試驗流程如下：首先確定待測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試管路、泡沫原液測試管路、壓縮空氣測試管路上，系統(tǒng)運行后，分別采集水流量計、泡沫液流量計、壓縮空氣流量計的數(shù)據(jù)，傳輸?shù)娇刂葡?，然后由計算機(jī)的軟件程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理，分別計算泡沫液和水的比例、空氣和水的比例，從而判定被測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)的移動測試裝置的流量測試范圍及壓力承壓等級能夠滿足目前所有CAFS系統(tǒng)的性能要求。與傳統(tǒng)的實際噴射測試方法相比，利用該移動測試裝置進(jìn)行試驗操作更加方便、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# 的砝碼檢測系統(tǒng)開發(fā)[J].現(xiàn)代測量與實驗室管理,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、消防裝備檢測技術(shù)研究工作。

2015-03-01