机械泵入式泡沫比例混合装置的研制与典型应用

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1、火灾科学Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．１Ｊａｎ．２０１２第２１卷第１期２０１２年０１月ＦＩＲＥＳＡＦＥＴＹＳＣＩＥＮＣＥ文章编号：１００４－５３０９（２０１２）－００４０－０５机械泵入式泡沫比例混合装置的研制与典型应用刘益民（上海金盾消防安全设备有限公司，上海，２０１３１８）摘要：介绍了消防用泡沫比例混合装置的产品进化史与各代产品的优劣，给出了第五代产品（机械泵入式泡沫比例混合装置）的原理理论分析，参照叶片泵的内部结构和前人的研究，设计了泡沫比例混合装置的核心部件（一种特殊水轮机）。为使水轮机结构最优化，对核心部件的材质进行了合理选择，并使用运动模拟软

2、件分析了水轮机内腔结构，根据分析结果进行了优化设计，设计后试制的泡沫比例混合装置性能完全满足工程需要。最后举例说明了这种泡沫比例混合装置的典型应用。关键词：机械泵入；泡沫比例混合装置；水轮机；叶片泵中图分类号：Ｘ９１５．５引言文献标识码：Ａ从胶囊中挤出的泡沫液吸入消防水与之混合形成泡沫混合液［２－５］。这种泡沫比例混合装置的优点是泡沫混合比相对第一代产品较为稳定，缺点是泡沫液容量有限，用完后无法随时添加。第三代产品为压力平衡式泡沫比例混合装置，泡沫液储存在常压容器中，泡沫液通过泡沫泵加压输送至压力平衡阀，压力平衡阀通过平衡泡沫液压力与消防水压

3、，确保能够通过压力平衡阀进入比例混合器的泡沫液压力与消防水压保持压差基本恒定，多余泡沫液通过回液管道输送回到泡沫液罐［６－８］。由于压力平衡阀可以让进入比例混合器的消防水和泡沫液压力差保持相对稳定，因此，这种泡沫比例混合装置的泡沫混合比更加稳定，且泡沫液也可随时添加，但设备结构较第二代更为复杂，除了有能量浪费外，还存在平衡阀失效导致系统无法运行的风险。以上三代产品为现阶段消防系统设计应用的主流，它们共有一个核心部件：比例混合器。正因如此，这三代产品只适用于泡沫混合比较大的泡沫液，而且能够使用的消防水流量范围通常都较窄，最大的缺陷在于比例混合器

4、带来的消防水大幅压降。０消防用主流泡沫液有水成膜泡沫、蛋白泡沫、氟蛋白泡沫、抗溶泡沫、高倍泡沫、Ａ类泡沫和合成泡沫等几种［１］。其中只有合成泡沫可以与水预混后储存，在消防系统启动后直接将泡沫混合液喷出灭火。使用其他几种泡沫的消防系统中，泡沫比例混合装置是系统的核心，不管是泡沫喷头、泡沫产生器、泡沫炮还是其他某种泡沫系统，工作时泡沫原液都需要先按一定比例与水混合。目前泡沫比例混合装置主要有以下四代产品。第一代产品为负压式泡沫比例混合装置，泡沫液储存在常压容器中，消防水通过比例混合器的时候，泡沫液入口产生负压，将泡沫液吸入与消防水混合形成泡沫混合

5、液。这种泡沫比例混合装置的优点是结构简单、泡沫液随时可以添加，缺点是泡沫混合比无法稳定控制。第二代产品为压力式泡沫比例混合装置，泡沫液储存在耐压容器（泡沫液罐）中的胶囊内，一部分消防水进入泡沫液罐，将胶囊中的泡沫液挤出，而另一部分消防水通过比例混合器的时候产生负压，将收稿日期：２０１１－１１－３０；修改日期：２０１１－１２－２９作者简介：刘益民（１９７９－），男，中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室博士，安全技术及工程专业、研究方向为清洁高效灭火。刘益民：机械泵入式泡沫比例混合装置的研制与典型应用Ｖｏｌ．２１Ｎｏ．１４１第四代产品为计量注入

6、式泡沫比例混合装置，泡沫液储存在常压容器中，消防水管道中安装流量计，流量信号传送至控制器，控制器按照设定的泡沫混合比和消防水流量计算出所需的泡沫液流量，并通过控制变频器、变频电机、容积泵将需要的泡沫液从泡沫液罐中抽出注入消防水管道，与消防水混合形成泡沫混合液［９，１０］。这种泡沫比例混合装置拥有众多优点：可随时添加泡沫液；如果选用了合理的流量计，消防水流量范围可以很广；由于泡沫混合不再需要比例混合器，因此就不存在压降；泡沫混合比可随时在控制器中设置，混合比可大可小，使用非常方便。但缺点是系统构成比较复杂，且系统的供电可靠性要求较高。还有一些其

7、他的计量注入式泡沫比例混合方法，如同时在消防水管道和泡沫液管道安装流量计，两路流量信号传送至控制器计算泡沫混合比，并将计算值与预设值进行比对，如果计算值大于预设值，则通过泡沫液管道上电控阀门开度的减少调整泡沫液流量，反之则增加阀门开度［１１］。不管是何种原理的计量注入式泡沫比例混合装置，第四代产品的泡沫混合原理与前三代产品都有着本质的区别，也因此导致现有产品无法根据标准检测并实现工程应用［１２－１４］。基于前四代产品的优劣分析，本文参照相关文献［１５］设计了第五代泡沫比例混合装置：机械泵入式泡沫比例混合装置，及其核心部件：一种特殊水轮机。新一

8、代泡沫装置只有三个基本组成部件：水轮机、联轴器和泡沫泵，具有结构简单紧凑、系统能量利用率高、可靠性高、泡沫液可以随时添加等优点。系统工作时，由安装在消防供水管道上的