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柴油转子发动机在风力灭火机上的应用前景探讨

时间:2019-10-28 09:20:57    

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   责任编辑:gaohailin

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摘要:风力灭火机作为基本的灭火装备,在公安消防部队、森林消防部队的灭火实践中发挥重要作用,其工作原理是通过二冲程汽油机带动吹风机

    摘要:风力灭火机作为基本的灭火装备,在公安消防部队、森林消防部队的灭火实践中发挥重要作用,其工作原理是通过二冲程汽油机带动吹风机风轮产生高速气流进行灭火,其中,发动机是风力灭火机最重要的组成部分。本文通过介绍当前小型二冲程汽油机在风力灭火机应用上具备的优势及存在的弊病,并从柴油转子发动机主要特点、在风力灭火机上的应用探究及应用难点等三个方面作出我国风力灭火机用柴油转子发动机的可行性分析,进一步提出发展对策,指出消防装备用发动机的研发方向。最终得出结论,旨在为快速推动风力灭火机等消防装备机械化的发展提供参考。
    关键词:风力灭火机;柴油转子发动机;应用
    作者简介:杨怡天  江苏省消防总队镇江市消防支队军需装备科

    随着国家对消防技术支持力度的不断增加,作为基本的灭火装备,风力灭火机将进一步应用于基层消防部队的灭火实践中。风力灭火机主要由灭火部分、离心式风机和风筒三个部分组成,发动机通过输出轴带动离心式叶轮旋转,吸入外部空气并增压形成高速的空气射流,当射流冲击到燃烧物,能起到降温和隔绝火焰的效果,从而吹灭火苗及杂物。风力灭火机主要适用扑打幼林或次生林、草原、荒山草坡等火灾,有时也用于公路上稀浆封层工作前的清扫工作。
发动机是风力灭火机最重要的组成部分,是动力来源,其出风功率、续航能力和装备轻便程度等性能参数将直接影响消防员在使用风力灭火机时能达到的灭火效果。本文,笔者主要对柴油转子发动机在风力灭火机上的应用前景和发展趋势进行了论述。

    一、汽油机在风力灭火机上的应用现状
    以6MF-28A型背负式风力灭火机为例,该风力灭火机采用的是小型二冲程汽油机,由于该汽油机已发展成熟,具有扭矩大、制造成本低、小巧轻便等优点,目前已普遍应用于摩托车和航空模型等领域。虽然,小型二冲程汽油机技术成熟,在风力灭火机、消防手抬泵、移动式排烟机等装备上也普遍使用,但仍存在一些弊病:
    1.小型二冲程汽油机以汽油为燃料,汽油本身属于易燃物品,但是由于存储介质的关系(汽车运输、加油站存放),通常着火之后也可能引起爆炸,所以我们称之易燃易爆物品。这就造成灭火救援战斗中,消防员携带汽油作为燃料补给时极其危险与不便,从而导致风力灭火机燃料补给不足,不利于灭火战斗的持续进行。其实,大部分柴油的闪点高于60度,不属于《危险化学品名录》内,采用柴油转子发动机就不存在此类问题。
    2.小型二冲程发动机由于其结构原因,存在发热快、油耗大、发动机件磨损大、慢速不稳定、机油消耗量大等问题。
    3.小型二冲程发动机的热负荷和机械负荷高,燃油利用率低,且有相当一部分的油气没有燃烧或燃烧不充分就被排放出去,尾气中HC、CO排放较高,对空气造成污染。

    二、柴油转子发动机在风力灭火机应用的可行性分析
    1.柴油转子发动机主要特点
    柴油转子发动机不同于一般的往复式发动机,转子的作用相当于往复式发动机中的活塞和连杆,被设计成三角锥形,在转子回转的过程中完成进气和排气的功能,从而达到做功的目的。目前,美军MC-1C“天空勇士”无人机采用的就是Thielert柴油转子发动机。柴油转子发动机以燃用柴油为主,是在汽油转子发动机基础上发展起来的更适合于军用的新一代三角转子发动机,同时它克服了汽油转子发动机油耗高、温度高、油品易燃易爆等问题,也克服了往复式柴油机重量大、气缸压力大、速度慢等弊端。所以柴油转子发动机兼具了汽油转子发动机和柴油机的优点,具有以下特点:一是发动机功率高,油耗低;二是结构紧凑、重量轻、体积小,易于安装和维修;三是只有旋转运动,没有曲柄连杆和气门机构等往复联动的活塞运动,故运转平稳、振动小、噪音低、充气效率高;四是可以燃用柴油和航空煤油等燃料,相对汽油而言,更能适应灭火战斗实践。
    基于柴油转子发动机在燃料安全性、设备轻便性和工作稳定性等方面的突出特点,柴油转子机的开发应用对实现消防装备小型化、轻型化,提高装备安全性、实用性有重要意义。
    2.柴油转子发动机在风力灭火机上的应用探究
    风力灭火机按操作方式可分为手提式和背负式,按功能可分为风力灭火机和风水灭火机。风力灭火机在结构上是由发动机和风动机构两部分组成,发动机的输出轴直接与风动机构的风轮联接,发动机高速旋转时协同进气口、风壳和出风筒,产生高速气流把燃烧时释放出来的热量带走,使温度降到燃点以下,从而达到灭火的效果。如果风力灭火机等消防装备搭载柴油转子发动机,国内消防装备的发展趋势将呈现以下特点:
    一是装备更轻便。考虑消防员灭火战斗的高体力消耗,更轻便的装备有利于减少消防员无谓的体力消耗,柴油转子发动机相较于传统发动机更轻便小巧,符合应用场景的现实需求。
    二是使用更持久。随着火灾形势的多样化和灭火战斗的持久性发展趋势,要求消防装备无论是在耐高温、耐磨损、长时间作业还是燃料补给等方面表现得更出色,柴油转子发动机通过优化燃烧系统,提高了压缩比和燃烧速度,降低了燃油消耗,同时柴油便于储存携带,提高了装备的续航能力。
    三是装备更环保。目前,环保问题是全世界面临的难题,很大一部分消防器材装备都需要靠发动机驱动,柴油转子发动机通过增大进气涡流、滚流比,同时加装催化转换器,使空气与燃油的充分混合,提高燃烧效率,降低环境污染气体的排放。
四是战斗更安全。火灾环境复杂多变,未来的消防装备应朝着更加安全可靠的方向发展,柴油转子发动机使用柴油作为燃料,柴油油品危险性低,不易爆,属于理想的消防装备选用燃料。
    3.柴油转子发动机在风力灭火机上应用的难点
    一是技术发展缓慢。上世纪末,我国的转子发动机新技术研究工作基本上处于停滞状态,我国研发的汽油转子机虽然有很大突破和技术改良,但总的说来技术水平与国外的差距较大,尤其与美国、德国等发达国家相去甚远。
    二是科研成果的产业化水平不高。我国的汽油转子发动机科研成果虽然已应用在汽车、工程机械等产品研发中,但批量化生产的成功案例寥寥无几。因为转子发动机是高科技高工艺的科研产品,生产难度大、资金投入需求高,难以形成规模化生产。如果没有高度发达的工业协作和社会分工体系,难以实现转子发动机的产业化、商品化。
    三是成本等因素原因的限制。风力灭火机作为众多消防器材品种之一,采用先进的发动机技术,尤显“杀鸡用牛刀”,在柴油转子发动机技术没有成熟、柴油转子发动机没有产量化之前,价格优势不明显。
    三、发展对策
    1.加强基础研究,深入学习美国、德国等发达国家关于柴油转子机的开发经验和先进技术,加强柴油转子机相关技术的基础研究,从单一的引进国外产品和技术设备转变到自主研发和技术改良,尽快达到具备参与国际竞争的实力。
    2.提高自主技术创新。在日益激烈的国际竞争中,要完善自主开发体系,就必须要有更多的创新理念,技术创新可以提高生产效率、降低生产成本,柴油转子机研究要以市场需求向导,开发满足不同需求的柴油转子机,通过市场校验并吸引更多的资源投入。
    3.加大投资力度,重点进行柴油转子机实用化研究和商品开发,探索在消防泵、消防排烟机等其他消防装备开展多领域开发应用。

    四、结语
    1.在国内风力灭火机用柴油转子发动机仍然具有广泛的应用前景和市场潜力,而且国内柴油转子发动机可研院所已具有一定的自主研发的实力。
    2.采用柴油转子发动机为动力直接驱动风力灭火机与传统应用汽油机为动力直接驱动的方案相比,在消防领域的应用有无可比拟的优越性。
    3.随着军用装备的快速发展以及逐步转为民用的发展势头,将促使柴油转子发动机在消防装备的应用领域和应用数量上得到高速发展。
 

参考文献:
[1]梁健光,杨道荫.我国转子发动机的发展与展望[J].动力工程,1997,(05):78-82.
[2]任继文,张然治.电传动与转子发动机在坦克装甲车辆上的应用分析[J].车用发动机,1997,(05):1-6.

此文刊登于《消防界》2017年5月刊

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