消防車泵供水能力實戰(zhàn)應(yīng)用研究

朱偉峰，蘇 琳

1.上海市消防救援總隊，上海 200051； 2.應(yīng)急管理部上海消防研究所，上海 200438

火場供水是滅火救援行動的重要組成部分，也是滅火救援行動成敗的關(guān)鍵所在。消防救援隊伍歷來十分重視火場供水研究，在火場取水方法、火場供水方法、供水流量計算等方面都有突出的研究成果，但對消防車泵供水能力的研究還停留在其最大流量和最遠供液距離上。然而，消防車泵的最大流量和最遠供液距離往往無法在實際火場中實現(xiàn)，如何發(fā)揮消防車泵的最佳供水效能是困擾滅火救援作戰(zhàn)行動的一大難題。筆者在不同車泵轉(zhuǎn)速、水帶干線、射水器具、供液距離等供液條件下，針對搭載CB10/60型消防泵的消防泡沫水罐車，開展供液流量、車泵壓力等消防車泵供水能力測試研究，得出消防車泵實戰(zhàn)應(yīng)用的最佳供水技術(shù)方案，以供參考。

1 消防車泵轉(zhuǎn)速、取水量與壓力

在不同車泵轉(zhuǎn)速和不同取水流量情況下，消防車泵加壓能力不盡相同，為驗證消防車泵的加壓能力、轉(zhuǎn)速和其所能吸取水流量的關(guān)聯(lián)性，選用CB10/60型消防車泵進行實際供水測試并得出相關(guān)數(shù)據(jù)。

1.1 消防車泵轉(zhuǎn)速與壓力

CB10/60型消防車泵[1-2]的額定轉(zhuǎn)速為3 286 r·min-1，額定壓力為1.0 MPa，流量為60 L·s-1。該數(shù)據(jù)為水泵標(biāo)準(zhǔn)測試臺所得[3-4]，沒有考慮裝車后的實際性能。為驗證車輛的實際供水能力，在車泵轉(zhuǎn)速為2 000，2 500，3 000 r·min-1工況下進行實測[5]，得到流量壓力曲線如圖1所示。

圖1 CB10/60型消防車泵實測流量壓力曲線

圖1中數(shù)據(jù)顯示：在2 000 r·min-1工況下，該消防車泵最大壓力≤0.5 MPa，流量≤20 L·s-1；在2 500 r·min-1工況下，該消防車泵的最大壓力≤0.7 MPa，流量≤30 L·s-1；在3 000 r·min-1工況下，該消防車泵的最大壓力≤1.0 MPa，流量≤50 L·s-1；其額定工況60 L·s-1@1.0 MPa需采用雙干線供水。

1.2 取水流量與壓力

測試顯示：當(dāng)采用消防炮射水，消防車泵進水口取水流量不能滿足其額定工況時，消防車泵會出現(xiàn)明顯失壓狀況；當(dāng)進水口取水流量為26 L·s-1時，消防車泵最大供水壓力為0.6 MPa，轉(zhuǎn)速未能超過2 700 r·min-1；當(dāng)進水口取水流量為31 L·s-1時，消防車泵最大供水壓力為0.85 MPa，轉(zhuǎn)速未能超過3 300 r·min-1。

1.3 測試結(jié)果分析

通過上述測試，可以得出：(1)消防車泵的最大流量和壓力與轉(zhuǎn)速有關(guān)，高轉(zhuǎn)速工況下的流量壓力明顯大于低轉(zhuǎn)速工況。(2)進水口取水流量與射水器具的工況不匹配時，加壓是徒勞的，進水口取水流量越低失壓情況越嚴(yán)重。只有在提高進水口流量的前提下，才能提高出水口壓力。(3)當(dāng)流量壓力都能滿足火場需求時，可以采用中低轉(zhuǎn)速加壓供水；否則，應(yīng)采用高轉(zhuǎn)速加壓供水。

2 消防車泵供液流量與距離

消防車泵的供液流量與距離主要和水帶口徑、射水器具、供液方式等有關(guān)。

2.1 水帶口徑與供液流量

供液流量是槍炮類型選擇和出槍數(shù)量選擇的依據(jù)。目前，消防車配備的Φ90 mm或Φ80 mm干線水帶和Φ65 mm支線水帶一般均不少于200 m。按200 m供液距離計，Φ90 mm和Φ65 mm水帶水平供液最大流量實測數(shù)據(jù)見表1。

表1 Φ90 mm和Φ65 mm水帶200 m水平供液流量實測數(shù)據(jù)

從表1中數(shù)據(jù)可以看出：(1)車泵的加壓值與轉(zhuǎn)速有關(guān)，與水帶口徑無關(guān)；(2)200 m供液距離情況下Φ90 mm水帶的最大供液流量為34 L·s-1；(3)200 m供液距離情況下Φ65 mm水帶的最大供液流量為16 L·s-1；(4)Φ90 mm水帶的最大供液流量約為Φ65 mm水帶的2倍；(5)采用雙干線供液時，Φ65 mm雙干線供液最大總流量為單干線供液的2倍，Φ65 mm雙干線供液最大總流量提升明顯。

2.2 水帶口徑與供液距離

通過流體力學(xué)伯努利方程可知，消防車泵的供水壓力與水帶線路阻力損失、供水附件阻力損失、射水器具噴口壓力及供液高度之和守恒[6]。利用火場供水輔助決策軟件[7]對消防車供水壓力、供液距離、水帶口徑等之間的關(guān)系進行研究，并用公式(1)來表示：

P泵-P噴-Z=[(8λL)/(π2D5)+ 8ξ/(π2d5)]Q2

(1)

式中，P泵為消防車泵出水口壓力；P噴為射水器具噴口壓力；λ為水帶的阻抗系數(shù)；L為供液距離；D為水帶口徑；d為供水附件口徑；ξ為供水附件阻抗系數(shù)；Z為供液高度；Q為供液流量。

利用火場供水輔助決策軟件計算出不同口徑水帶的水平單干線理論供液距離，結(jié)果見表2。

表2 不同口徑水帶的水平單干線理論供液距離

Φ90 mm水帶水平單干線供液，不同距離下的實測流量見表3。

表3 Φ90 mm水帶不同距離下實測流量

由表2、表3可知，Φ90 mm水帶實測值與理論值基本一致。同時也可看出，在相同的流量需求和相同的供液壓力條件下，采用Φ90 mm水帶供液的最大距離約為Φ80 mm水帶的2倍、Φ65 mm水帶的4倍。

2.3 射水器具與供液流量

消防救援隊伍常用的射水器具主要有多功能水槍、快攻炮和移動炮。多功能水槍的額定流量為7.5 L·s-1，快攻炮的額定流量為33 L·s-1，移動炮的額定流量為40 L·s-1。

2.3.1 多功能水槍。采用Φ90 mm水帶供液時，不同供液距離下同時出多支多功能水槍的實測流量如表4所示。

表4 Φ90 mm水帶供液時單支多功能水槍實測流量

采用Φ65 mm水帶供液時，200 m供液距離下同時出多支多功能水槍的實測流量如表5所示。

表5 Φ65 mm水帶供液時單支多功能水槍實測流量

從表4、表5可以得出：(1)該型號消防車泵供液距離不到200 m時，采用Φ90 mm水帶供液，單干線供液可以出槍數(shù)量為4支，雙干線供液出槍數(shù)量為8支；采用Φ65 mm水帶供液，單干線供液可以出槍數(shù)量為2支，雙干線供液出槍數(shù)量為4支。(2)采用Φ90 mm水帶單干線供液800 m范圍內(nèi)至少可以出2支水槍。(3)車泵壓力在0.8 MPa以下時，實測水槍的單支流量均未能到達或接近額定工況。

2.3.2 TFT快攻炮。采用Φ90 mm和Φ65 mm水帶供液時TFT快攻炮的實測流量如表6所示。

表6 Φ90 mm和Φ65 mm水帶供液TFT快攻炮的實測流量

從表6中可以看出，TFT快攻炮采用Φ90 mm水帶供液，供液距離在200 m以下的情況下，基本能夠滿足其工況需求；而采用Φ65 mm水帶供液時，流量遠遠不能滿足其工況需求。同時，使用TFT快攻炮的車泵工作壓力應(yīng)為1.3 MPa左右。

2.3.3 40炮。不同供液距離下40炮的實測流量如表7所示。

表7 不同供液距離下40炮的實測流量

從表7中可以看出，200 m以上的供液距離采用單干線供液不能滿足40炮的額定工況，必須采用Φ90 mm水帶雙干線供液的方式才能保證火場正常使用。

3 實戰(zhàn)應(yīng)用建議

3.1 車泵加壓

消防車泵加壓的目的是提升供液距離和供液流量。目前，大部分駕駛員習(xí)慣把車泵加壓值控制在0.5～0.8 MPa。通過測試發(fā)現(xiàn)，車泵壓力值在0.5～0.8 MPa的情況下，前場的流量值往往無法滿足射水器具的流量需求，進而導(dǎo)致滅火效能下降。從實測結(jié)果看，為確保消防車泵效能有效發(fā)揮，其加壓值應(yīng)控制在1.0～1.3 MPa。不同消防車泵的性能不同，應(yīng)通過實測掌握具體消防車泵的加壓技術(shù)。當(dāng)然，使用小流量滅火時，消防車泵的壓力值可控制在0.8 MPa以下。

3.2 水源保障

由于消防車泵進水口的流量不足會導(dǎo)致車泵加壓時產(chǎn)生失壓狀況，因此，保障水源供應(yīng)是發(fā)揮消防車泵效能的前提。無論是采用水帶代替吸水管供水還是用Φ90 mm水帶串聯(lián)供水，其流量都在30 L·s-1左右，甚至更少。因此，建議采用吸水管直接取水的方式供水，當(dāng)采用Φ90 mm水帶串聯(lián)前后車供水時，建議采用雙干線串聯(lián)供水，以保證火場出水車輛的水源供應(yīng)。

3.3 槍炮數(shù)量

目前，大部分消防車采用的是10/50或10/60泵[1-2]。從實測數(shù)據(jù)看，在水源得到保障的前提下，該型號消防車泵基本能滿足單車出8支多功能水槍或2門快攻炮(1門移動炮)的供液需求，應(yīng)加強對一車多槍戰(zhàn)術(shù)的研究和應(yīng)用。

3.4 水帶配置

水帶配置決定了消防車的作戰(zhàn)半徑?！冻鞘邢勒窘ㄔO(shè)標(biāo)準(zhǔn)》[8]規(guī)定的水帶配置長度最少應(yīng)達到400 m。目前消防車配備的水帶數(shù)量一般為Φ90 mm和Φ65 mm水帶各11根，Φ90 mm水帶也有消防救援站配備16根的情況，但這只是個例。按16根Φ90 mm水帶計，其出炮的最大作戰(zhàn)半徑也只有160 m，未能達到該型號車泵260 m最大作戰(zhàn)半徑。建議將Φ90 mm水帶的配置數(shù)量增加到20根，以契合其作戰(zhàn)半徑性能。同時，對于大功率水罐消防車，建議配置Φ100 mm以上的水帶，以增加其供液距離。

3.5 快攻戰(zhàn)術(shù)

從表2中可以看出，在180～240 m距離內(nèi)，鋪設(shè)Φ65 mm水帶干線供液流量可以滿足2支水槍的流量需求。為減少水帶線路造成的水量損耗和對消防員的體能損耗，減少水帶鋪設(shè)和供水用時，建議對于1～2支水槍出水就能撲滅的小型火災(zāi)，應(yīng)考慮消防車就近?？恐饒鏊佋O(shè)Φ65 mm水帶線路供水滅火。

4 結(jié)語

本文通過對消防車泵供液流量和距離測試，分析車泵轉(zhuǎn)速與壓力、取水流量與壓力、水帶口徑與供液流量、水帶口徑與供液距離、射水器具與供液流量之間的關(guān)聯(lián)性。根據(jù)測試結(jié)果對車泵加壓、水源保障、槍炮數(shù)量、水帶配置、快攻戰(zhàn)術(shù)等提出了建議。