一种泡沫消防车注入式正负压泡沫比例混合系统

摘要

本发明介绍了一种泡沫消防车注入式正负压泡沫比例混合系统，通过泡沫泵出液管路(9)与外进水管路(5)连接，外进水管路(5)末端连接压力水泵(8)入水口，压力水泵(8)出水口连接出水管路(10)。所述正负压状态泡沫比例混合系统上设有泡沫罐(24)，泡沫罐(24)通过泡沫泵注入管路(15)与泡沫泵(1)入口连接，泡沫泵(1)出口分别连接泡沫泵出液管路(9)和泄流旁路(16)；泡沫泵出液管路(9)上设有注液单向阀(13)，泡沫泵出液管路(9)下端并联有外进液管路(7)；所述泄流旁路(16)另一端与泡沫罐(24)相通。本发明以正压系统为基础，将注入口设置在水泵进水口，同时增设一些传感装置，并通过PLC控制平台，有效解决水泵进水分别为“吸入”或“注入”状态下的泡沫准确混合，同时解决当水泵在“耦合”时水泵转速不升反降且流量会大大超过额定值时的泡沫原液供应能力变化的系统匹配问题。

权利要求

1.一种泡沫消防车注入式正负压泡沫比例混合系统，其特征是：所述正负压状态泡沫比例混合系统通过泡沫泵出液管路(9)与外进水管路(5)连接，外进水管路(5)末端连接压力水泵(8)入水口，压力水泵(8)出水口连接出水管路(10)；泡沫泵出液管路(9)上设有注液单向阀(13)，泡沫泵出液管路(9)下端并联有外进液管路(7)；所述泡沫泵注入管路(15)上连接有进液管路(14)。

2.据权利要求1所述的泡沫消防车注入式正负压泡沫比例混合系统，其特征是：所述外进水管路(5)耦合压力范围：0～1.0MPa，负压时压力值：-90kPa；所述泡沫泵出液管路(9)压力范围：0～2.0MPa，流量范围：0～16L/s。

3.根据权利要求1所述的泡沫消防车注入式正负压泡沫比例混合系统，其特征是：所述正负压状态泡沫比例混合系统上设有泡沫罐(24)，泡沫罐(24)通过泡沫泵注入管路(15)与泡沫泵(1)入口连接，泡沫泵(1)出口分别连接泡沫泵出液管路(9)和泄流旁路(16)；所述泄流旁路(16)另一端与泡沫罐(24)相通。

4.根据权利要求1所述的泡沫消防车注入式正负压泡沫比例混合系统，其特征是：所述泡沫泵(1)的驱动系统包括底盘变速箱取力器(31)、液压油泵(33)、液压马达(36)、液压控制阀(35)及管路部件。

5.根据权利要求4所述的泡沫消防车注入式正负压泡沫比例混合系统，其特征是：所述泡沫泵(1)的驱动系统通过三种结构方式以适应不同底盘及系统要求；包括为从底盘侧取力器取力，通过传动轴驱动泡沫泵；或，从底盘侧取力器取力，通过液压泵、液压马达驱动泡沫泵；或，通过水泵传动轴取力。

6.根据权利要求1所述的泡沫消防车注入式正负压泡沫比例混合系统，其特征是：所述正负压泡沫比例混合系统还包括比例调节系统，所述比例调节系统包括PLC控制器(2)、显示器(3)以及通过PLC控制器(2)调节控制的真空压力传感器(20)、泡沫罐液位计(21)、水罐水位计(22)、水流量传感器(17)、泡沫流量传感器(18)和比例调节阀(19)。

7.据权利要求1或6所述的泡沫消防车注入式正负压泡沫比例混合系统，其特征是：所述真空压力传感器设于压力水泵(8)上，所述水流量传感器设于出水管路(10)上，所述泡沫流量传感器设于泡沫泵出液管路(9)上；所述比例调节阀(19)为电控式，分别设于泡沫泵出液管路(9)及泄流旁路(16)上。

8.根据权利要求1所述的泡沫消防车注入式正负压泡沫比例混合系统，其特征是：所述正负压泡沫比例混合系统上设有清洗管路(4)，清洗管路(4)分别连接压力水泵(8)出水口和泡沫泵注入管路(15)；所述清洗管路工作压力范围：0～1.0MPa。

9.根据权利要求1或6所述的泡沫消防车注入式正负压泡沫比例混合系统，其特征是：

所述水流量传感器(17)和泡沫流量传感器(18)采用浆轮式流量计。

10.根据权利要求3所述的泡沫消防车注入式正负压泡沫比例混合系统，其特征是：泡沫泵注入管路(15)上设有泡沫原液过滤器(11)。

说明书

一种泡沫消防车注入式正负压泡沫比例混合系统

技术领域

[0001] 本发明涉及消防器材领域，特别是涉及一种泡沫消防车注入式正负压泡沫比例混合系统。

背景技术

[0002] 泡沫消防车利用B类泡沫液进行灭火时，必须要把泡沫浓缩液(下称泡沫原液)按规定比例与水进行充分混合，通过喷射设备后发泡灭火。为保证灭火效果，正确的水与泡沫原液的混合比例以及混合的充分性是形成理想泡沫的重要前提之一。国产泡沫原液常用3％和6％两种规格。国家标准规定，对3％泡沫，正确的混合比为3％～4％；对6％泡沫，正确的混合比为6％～7％。

[0003] 目前国内外用于泡沫消防车的B类泡沫自动比例混合系统有两种：

[0004] 如图1所示的常见一种为负压系统：通过安装在水泵进水管路上的文丘里管，引自水泵出水口的一股压力水通过文丘里管内喷嘴喷射，在混合腔内产生真空，从而吸入定量泡沫原液，一同进入水泵入水口后进一步与水混合，经叶轮充分搅拌实现完全混合输出灭火。因泡沫进入水泵的原动力来自真空所形成的压差，故称其为负压系统。负压系统的局限性：(1)水泵进水管路一般为负压状态或不能有高于0.05MPa的正压，否则文丘里管所能产生的真空度就会大大降低，从而影响泡沫的吸入量，降低混合比的准确度和系统的最大吸入能力；也就是说，该系统只适合于水泵在吸水状态下作业时(包括吸罐内储水)的比例混合，不满足“耦合”作业的进水状态。(2)水泵要消耗一部分压力水用于文丘里管喷射产生真空，消防炮的喷射流量通常只能小于水泵的额定流量，或多或少影响了泡沫炮的喷射强度及喷射距离.

[0005] 如图2所示的常见另一种为正压系统：利用底盘的动力驱动泡沫泵，将一定量的泡沫原液直接注入到水泵出水管路中，并借助一个专用混合器实现与水的混合之后输出灭火。水泵出水口为正压状态，故称这种系统为正压系统。现有的正压系统虽然能在水泵进水口为正压状态下工作，克服了负压系统不能“耦合”作业的不足，但也存在一些致命缺点：(1)由于系统是向水泵出水口注入泡沫原液，实际注入压力会随着水泵输出压力的提高而提高。同时，泡沫原液输出管道的沿程阻力以及管路附件如：调节阀、单向阀、混合器等所产生的局部阻力，两者共要消耗泡沫泵近三分之一的输出压力，这对于工作压力最大能达到
20bar的进口(国产仅能达到17bar)专用大流量泡沫泵来说，损失十分巨大，导致水泵出水压力超过12bar即不能注入泡沫原液。显然不适用于“耦合”作业时水泵出水口压力能达到
15bar甚至更高时的泡沫混合，极大限制了“耦合”的实际效果；(2)注入水泵出水口的泡沫原液虽然经过专门的混合器后才进入水泵出水管道，但相比经水泵叶轮搅拌的负压系统来说，水与泡沫原液的混合充分性会有很大不同，导致由炮喷射出去的混合液发泡倍数有明显差距，极大影响了正压系统的灭火效果。

[0006] 目前泡沫消防车正在使用一种很具有推广前景的灭火作战方式--“耦合”作业。所谓“耦合”作业是将来自供水消防车或消火栓的压力水直接注入到主战消防车的水泵进水口中，通过主战车水泵的继续做功叠加能量，使其性能远远超过主战车额定技术指标的一种灭火作战方式。

[0007] 耦合作业方式不仅可以大大提高主战消防车的的灭火能力，还具有以下优点：(1)应急时，可以通过双车“耦合”提高水泵的流量和工作压力达20％以上，大大提高主战车的出枪数量；(2)可向140m高度提供支持数只水枪喷射的压力水；亦可向千米外的移动炮直接供水喷射；(3)可提高水炮喷射距离15m左右；(4)“耦合”作业可降低主战车发动机负荷，降低发动机转速，有利于提高消防车持续作战能力；(5)“耦合”作业是一种节能环保的作业模式：直接向水泵补水，可避免通过水罐补水时满罐后的溢水管流失，提高水的利用率；可有效利用消火栓或供水车的供水能量，将其直接叠加到主战车上，节能环保。

[0008] 本发明主要解决如何实现泡沫消防车在单车灭火作业状态下以及“耦合”作业时均能完成水与泡沫原液按正确比例混合的功能，使泡沫消防车运用“耦合”灭火作业方式成为可能。

发明内容

[0009] 本发明所要解决的技术问题是提供一种泡沫消防车注入式正负压泡沫比例混合系统，既能满足水泵吸水作业时的泡沫比例混合，又能满足水泵“耦合”作业时的泡沫比例混合、特别在水泵“耦合”状态下出水压力达到15bar以上、出水流量超过水泵额定流量时的泡沫正确混合，既融合现有两种混合系统的优点、克服其使用的局限性，又有助于在消防操作中使用“耦合”作业。

[0010] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

[0011] 一种泡沫消防车注入式正负压泡沫比例混合系统，所述正负压状态泡沫比例混合系统通过泡沫泵出液管路与外进水管路连接，外进水管路末端连接压力水泵入水口，压力水泵出水口连接出水管路。

[0012] 所述外进水管路耦合压力范围：0～1.0MPa，负压时压力值：-90kPa；所述泡沫泵出液管路压力范围：0～2.0MPa，流量范围：0～16L/s

[0013] 所述正负压状态泡沫比例混合系统上设有泡沫罐，泡沫罐通过泡沫泵注入管路与泡沫泵入口连接，泡沫泵出口分别连接泡沫泵出液管路和泄流旁路；泡沫泵出液管路上设有注液单向阀，泡沫泵出液管路下端并联有外进液管路；所述泄流旁路另一端与泡沫罐相通。

[0014] 所述泡沫泵的驱动系统包括底盘取力器、液压油泵、液压马达、液压控制阀及管路部件，有三种不同方式以适应不同底盘及系统要求，分别为从底盘侧取力器取力，通过传动轴驱动泡沫泵；从底盘侧取力器取力，通过液压泵、液压马达驱动泡沫泵；通过水泵传动轴取力。

[0015] 所述正负压泡沫比例混合系统还包括比例调节系统，所述比例调节系统包括PLC控制器、显示器以及通过PLC控制器调节控制的真空压力传感器、泡沫罐液位计、水罐水位计、水流量传感器、泡沫流量传感器和比例调节阀；

[0016] 所述真空压力传感器设于压力水泵上，所述水流量传感器设于出水管路上，所述泡沫流量传感器设于泡沫泵出液管路上；所述比例调节阀为电控式，分别设于泡沫泵出液管路及泄流旁路上。

[0017] 所述正负压泡沫比例混合系统上设有清洗管路，清洗管路分别连接压力水泵出水口和泡沫泵注入管路。清洗管路工作压力范围：0～1.0MPa。

[0018] 所述水流量传感器和泡沫流量传感器采用浆轮式流量计。

[0019] 所述泡沫泵注入管路上连接有进液管路，泡沫泵注入管路上设有泡沫原液过滤器。

[0020] 本发明采用上述技术方案所能实现的技术效果是：

[0021] (1)本发明以正压系统为基础，将注入口设置在水泵进水口，同时增设一些传感装置，并通过PLC控制平台，有效解决水泵进水分别为“吸入”或“注入”状态下的泡沫准确混合，同时解决当水泵在“耦合”时水泵转速不升反降且流量会大大超过额定值时的泡沫原液供应能力变化的系统匹配问题。

[0022] (2)保留了负压系统及正压系统的优点，克服了缺点，使消防车的整体性能以及适应性有很大提高，尤其是满足了消防车“耦合”作业时对泡沫系统的特殊要求，使这种有推广前景的灭火作业方式得以保证。

附图说明

[0023] 下面结合附图对本发明作进一步说明

[0024] 图1为现有负压系统工作原理图

[0025] 图2为现有正压系统工作原理图

[0026] 图3为本发明的结构示意图

[0027] 图4为本发明的常规作业与“耦合”作业的泡沫流量-水泵转速对比图[0028] 图5-1为本发明水泵传动轴取力示意图

[0029] 图5-2为本发明传动轴底盘侧取力示意图

[0030] 图5-3为本发明液压泵底盘侧取力示意图

[0031] 其中，1-泡沫泵，2-PLC控制器，3-显示器，4-清洗管路，5-外进水管路，6-水罐，7-外进液管路，8-压力水泵，9-泡沫泵出液管路，10-出水管路，11-泡沫原液过滤器，12-进液阀门，13-注液单向阀，14-进液管路，15-泡沫泵注入管路，16-泄流旁路，17-水流量传感器，18-泡沫流量传感器，19-比例调节阀，20-真空压力传感器，21-泡沫罐液位计，22-水罐水位计,23-进液阀，24-泡沫罐，25-外注液阀，26-后进水阀，27-清洗阀，28-传动轴，29-传动轴支座，30-传动皮带,31-底盘变速箱取力器，32-水泵传动系统，33-液压油泵，34-液压油管，
35-控制液压阀，36-液压马达

具体实施方式

[0032] 如图3所示的一种泡沫消防车注入式正负压泡沫比例混合系统，该混合系统通过泡沫泵出液管路9与外进水管路5连接，外进水管路5末端连接压力水泵8入水口，压力水泵8出水口连接出水管路10。本发明不同于传统正压系统将泡沫注入口连接在出水口处，而是创造性的将泡沫主入口与进水管路连接，能够克服但正压系统水泵出水压力超过12bar即不能注入泡沫原液的问题。

[0033] 正负压状态泡沫比例混合系统上设有泡沫罐24，泡沫罐24通过泡沫泵注入管路15与泡沫泵1入口连接，泡沫泵1出口分别连接泡沫泵出液管路9和泄流旁路16；泡沫泵出液管路9上设有注液单向阀13，泡沫泵出液管路9下端并联有外进液管路7，外进液管路7的作用是当泡沫泵系统出现故障时能够从外界泡沫桶中补充泡沫原液；所述泄流旁路16另一端与泡沫罐(24)相通。

[0034] 如图5所示的泡沫泵(1)驱动系统包括底盘变速箱取力器31、液压油泵33、液压马达36、液压控制阀35及管路部件，有三种不同方式以适应不同底盘及系统要求，分别为从底盘侧取力器取力，通过传动轴驱动泡沫泵；从底盘侧取力器取力，通过液压泵、液压马达驱动泡沫泵；通过水泵传动轴取力。

[0035] 正负压泡沫比例混合系统还包括比例调节系统，比例调节系统的PLC控制器2及显示器3可调节控制真空压力传感器20、泡沫罐液位计21、水罐水位计22、水流量传感器17、泡沫流量传感器18和比例调节阀19。真空压力传感器布置在压力水泵8上，水流量传感器安装在出水管路10上，泡沫流量传感器安放在泡沫泵出液管路9上；比例调节阀19为电控式，分别安装在泡沫泵出液管路9及泄流旁路16上。

[0036] 本发明的工作原理是：

[0037] 1、负压工作状态，即水泵进水为“吸入”状态：这种作业情况一般为消防车单车作业或其他非耦合作业情况，这种作业情况下外进水管5内的水压为负压状态或不能有高于0.05MPa的正压；泡沫来源有两个，一是通过负压作业从外进液管路7汲取消防桶中的泡沫原液，二是泡沫泵1运作将泡沫罐24中原液沿泡沫泵注入管路15-泡沫泵出液管路9的路线输送，即“正压泡沫，负压入水”的压力状态，二者通过外进水管路5进入压力水泵8进行混合到达要求的混合泡沫比例以实现良好的灭火效果。

[0038] 2、正压工作状态，即水泵进水为“注入”状态：这种作业情况一般为多台消防泵串联工作的“耦合”作业方式，在第一台消防车的外进水管路5中的水压远高于额定液压，即“正压”状态，泡沫泵1通过驱动系统将泡沫原液同样以“正压”状态注入到外进水管路5中，在压力水泵8内充分混合后，经由出水管路10进行灭火作业。

[0039] 两种作业状态的配合使用保留了负压系统及正压系统的优点，克服了缺点，使消防车的整体性能以及适应性有很大提高。

[0040] 清洗管路4的运作方式为：关闭出水管路10，外进水管路5正常供水，经由压力水泵-清洗管路-泡沫泵注入管路-泡沫泵出液管路-外进水管路的路线，实现一个循环，能够有效的清洗不同管路中残留的泡沫液，便于管路的日常维护。

[0041] 泄流旁路16的运行方式为：所述泄流管路16两端口分别连接泡沫泵1出口和泡沫罐24,能够在泡沫泵1过载运行或者泡沫泵进液管路9压力过大时，将多余的泡沫原液沿泄流管路16重新流入到泡沫罐24中，以达到减轻进液管路液压的目的，同时也避免了消防泡沫液的额外损耗。

[0042] 如图4所示的常规作业与“耦合”作业的泡沫流量-水泵转速对比图可见，两种作业方式中泡沫流量与水泵转速呈正比关系，泡沫流量随着水泵转速的提高而增大，而“耦合”作业方式与常规作业相比，相同的水泵转速情况下，“耦合”作业方式的泡沫流量更高，能够实现更好的灭火效果，提高灭火效率。

[0043] 本发明的主要适用参数如下：

[0044] 1、泡沫泵主管路压力范围：0～2.0MPa，流量范围：0～16L/s(泡沫泵最大工作压力1.4MPa，管路耐压能力2.0MPa)

[0045] 2、消防泵出水口流量范围：8～180L/s

[0046] 3、外注水耦合压力范围：0～1.0MPa，负压时压力值：-90kPa

[0047] 4、清洗管路工作压力范围：0～1.0MPa

[0048] 5、泡沫泵功率：16kW

[0049] 与现有灭火系统相比，本发明具有的优势有：

[0050] (1)泡沫泵额定工作压力低，体积小，故障率低；

[0051] (2)泡沫泵流量大，适用范围广，涵盖现有车辆所配各种流量消防泵；

[0052] (3)泡沫系统成本低，性价比高。

[0053] 本发明与现有的单正压比例系统和单负压比例系统的对比数据如下：

[0054] 1、负压泡沫比例系统单车负压注入式实验

[0055] 测定6％泡沫混合比例时数据如下

[0056]

[0057] 2、正压泡沫系统单车正压注入式实验

[0058] 测定6％泡沫混合比例时数据如下

[0059]

[0060] 3、本发明正负压泡沫比例混合系统注入式实验

[0061] 测定6％泡沫混合比例时水泵出水压力1.0MPa时数据如下

[0062]

[0063] 在上述实验数据中：

[0064] 负压泡沫比例系统：既可适应大流量喷射，又可适应小流量喷射；不适用耦合供水喷射。

[0065] 正压泡沫比例系统：水泵工作压力仅能在1.2MPa压力下工作，否则泡沫液会因为管道系统阻力过大而不能正常注入；不适合耦合喷射。因为耦合时功率叠加导致水泵流量和出水压力加大、转速反而有所降低，与水泵有固定速比的泡沫泵工作转速降低，输出流量与压力均不满足要求。

[0066] 正负压泡沫比例混合系统：本发明能够适用正常供水和耦合供水等多种消防作业情况，两种作业情况下泡沫混合比均在合格范围6％～7％之间。