摘要：本文简单阐述了干粉消防车的主要结构，并结合笔者在徐工消防安全装备有限公司的工作经验，从主参数的设计、校核减压阀输气量、干粉罐参数计算、确定干粉炮/枪管路管径几方面入手，说明了干粉消防车的关键件设计计算方法，为相关从业人员提供参考。
关键词：干粉消防车；关键件设计；参数计算
引言：干粉消防车中配置了干粉灭火剂罐及干粉喷射装置消防水泵和消防器材等，主要使用干粉扑救可燃和易燃液体。当前，干粉消防车被广泛应用于城镇公安消防队、石油化工、厂矿企业、森林、港口、码头等部门，可迅速接近火场展开灭火战斗，扑救各种火灾，是理想的消防装备。因此，对其结构与关键件的设计展开分析具有极高的现实价值。
一、干粉消防车的结构分析
（一）总体结构
干粉消防车的上装部分主要由干粉容器、加压装置、起动加压装置的操作部件、干粉炮/枪、吹扫装置、放余气装置构成[1]。其中，干粉容器承担着保存干粉灭火剂的任务；加压装置则为灭火剂的输送提供了动力源。
（二）各功能结构
1.干粉容器
主要为安全阀、单向阀、干粉开关等。一般来说，干粉容器的设计压力稳定在1.373-1.765MPa的范围内，并需结合实际情况定期展开耐压测试。当罐内压力较高时，安全阀自动开启，实施压力泄放，直至罐内压力低于安全阀开启压力。
2.加压装置
主要为压力控制阀、压力调节器、加压输送压力源（氮气瓶）等。目前，使用的高压氮气瓶压力为15MPa，依托减压阀，将其压力下调至1.5MPa（工作压力）。
3.起动装置
可以划分为气动自动与全手动两种。其中，气动自动控制中使用的气体为底盘压缩空气，起动迅速。而全手动控制需要对所有高压氮气瓶的瓶头阀进行手动旋开。
4.吹扫装置
主要依托氮气瓶内残余的气体经减压阀展开工作，实现对管道、干粉炮/枪中残粉的清扫。
5.放余气装置
完成干粉喷射后，关闭氮气瓶阀门并开启放气阀，促使罐内余气排出后关闭放气阀。
二、干粉消防车的关键件设计计算探究
（一）主参数的设计
现阶段，干粉消防车的工作压力一般稳定在1.5MPa，在关键件的设计中，需要着重参考《干粉消防车通用技术条件》、《消防车消防性能要求与试验方法》等内容完成。通常来说，干粉消防车喷射系统的主要性能参数如下所示：
在干粉额定装填量为500千克时，充气时间不高于60秒，剩余率不高于10%，干粉炮有效喷射率不低于每秒10千克，有效射程不低于18米；在干粉额定装填量为750千克时，充气时间不高于60秒，剩余率不高于10%，干粉炮有效喷射率不低于每秒10千克，有效射程不低于18米；在干粉额定装填量为1000千克时，充气时间不高于60秒，剩余率不高于10%，干粉炮有效喷射率不低于每秒20千克，有效射程不低于20米；在干粉额定装填量为1500千克时，充气时间不高于120s秒，剩余率不高于15%，干粉炮有效喷射率不低于每秒20千克，有效射程不低于20米；在干粉额定装填量为2000千克时，充气时间不高于120秒，剩余率不高于15%，干粉炮有效喷射率不低于每秒30千克，有效射程不低于35米；在干粉额定装填量为3000千克时，充气时间不高于180秒，剩余率不高于15%，干粉炮有效喷射率不低于每秒40千克，有效射程不低于40米。
同时，在不同的干粉额定装填量调条件下，均要实现：干粉罐最高工作压力不高于1700kPa，干粉罐最低工作压力不低于500kPa，干粉枪有效喷射率控制在每秒0.17-2.85千克之间，有效射程不低于10米。
（二）氮气系统的设计
1.确定用气量
在本次研究中，主要以3吨干粉消防车为例进行说明。
实践表明，当用气量与干粉之间的比例稳定在每千克16.6升的条件下时，可以获取更好的喷射效果。此时，设定剩余粉率为5%，则3吨干粉所需要的有效用气量计算式如下：
（3000-3000×5%）×16.6=47310（升）
将氮气瓶的工作压力设定为15MPa，容积设定为40升，瓶数使用N表示。假设在完成干粉的喷射后，单一氮气瓶中剩余的压力为4MPa，此时，由于在常温条件下我国氮气瓶的压力最低为14MPa，则可以得出计算气体运动状态平衡方程如下：
40×40×N+47310=140×40×N
对该方程求解，可以得出，当瓶数为12时，即可满足3吨干粉的喷射需求。因此，3吨干粉消防车的用气量为12个容积为40升氮气瓶的总体气量。
2.校核减压阀输气量
在减压阀的支持下，氮气瓶中高压气体可以在国家规定的充气时间内输转至干粉罐中，为了实现这一目标，需要校核减压阀的输气量。本文主要以型号为525Q44-57JT型高压空气减压阀为例进行说明。该型号减压阀的关键参数有：进口压力稳定在8-20MPa范围内，出口压力稳定在1-4MPa范围内，容积流量不低于每秒1.967立方米。实践表明，1000千克干粉第一次充气到最高工作压力1.4MPa时，该减压阀的平均流量计算式为：
（1.967+0）/2=0.9835（m3/s）
1000千克干粉充入最高工作压力1.4MPa，需要氮气9720升。由此可以得出，3吨干粉的充气时间计算式为：
9720×3/0.9835×1000=29.65（秒）
对比国家标准要求中的45秒可以看出，在该减压阀的支持下，3吨干粉的充气时间达到标准要求。
3.设计干粉罐
对于干粉来说，其充装系数为1，换言之，1吨干粉所需的干粉罐体积为1000升[2]。本文主要以1.5吨干粉罐为例进行说明，根据《钢制压力容器》中的相关规定，在设计干粉罐的过程中需要完成以下几项参数的计算。
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4.选择干粉炮/枪管路管径
设定灭火时间为14秒，则不同管径条件下最小干粉流量的相关数据如下所示：当管径为10毫米时，最小流量为每秒0.3千克；当管径为15毫米时，最小流量为每秒0.5千克；当管径为20毫米时，最小流量为每秒0.9千克；当管径为25毫米时，最小流量为每秒1.5千克；当管径为32毫米时，最小流量为每秒2.5千克；当管径为40毫米时，最小流量为每秒3.2千克；当管径为50毫米时，最小流量为每秒5.7千克；当管径为65毫米时，最小流量为每秒9.6千克；当管径为80毫米时，最小流量为每秒13.5千克；当管径为90毫米时，最小流量为每秒18千克；当管径为100毫米时，最小流量为每秒23.5千克；当管径为125毫米时，最小流量为每秒35千克。
同时，将输送干粉管道的最大流量控制在最小流量的4-5倍。基于此，对于有效喷射率为每秒30千克的干粉炮来说，其管路管径的取值稳定在65-80毫米的范围内即可。而对于干粉枪而言，因为其有效喷射率相对较小，因此管路管径需控制在25毫米。
总结：综上所述，干粉消防车主要由干粉容器、加压装置、起动加压装置的操作部件、干粉炮/枪、吹扫装置、放余气装置构成。在设计计算的过程中，需要着重完成主参数的设计、校核减压阀输气量、确定干粉炮/枪管路管径，并计算干粉罐的封头厚度、筒身壁厚、干粉罐体积，以此保证干粉消防车中的关键件参数满足规定要求。
参考文献：
[1]刘勇.“三合一”多功能机场消防车结构简析[J].专用汽车,2020(06):58-61+65.
[2]钟琳,陈强,吴艳国,等.消防车工况及装备状态实时监测系统设计[J].消防科学与技术,2019,38(03):397-399.
作者简介：李银波，男，汉，四川射洪人，本科，助理工程师，研究方向，消防车设计，干粉系统设计。