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柴油轉子發動機在風力滅火機上的應用前景探討

郑州站街女图 www.yzycx.tw 時間:2019-10-28 09:20:57    

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   責任編輯:gaohailin

消防界訂閱號

摘要:風力滅火機作為基本的滅火裝備,在公安消防部隊、森林消防部隊的滅火實踐中發揮重要作用,其工作原理是通過二沖程汽油機帶動吹風機

    摘要:風力滅火機作為基本的滅火裝備,在公安消防部隊、森林消防部隊的滅火實踐中發揮重要作用,其工作原理是通過二沖程汽油機帶動吹風機風輪產生高速氣流進行滅火,其中,發動機是風力滅火機最重要的組成部分。本文通過介紹當前小型二沖程汽油機在風力滅火機應用上具備的優勢及存在的弊病,并從柴油轉子發動機主要特點、在風力滅火機上的應用探究及應用難點等三個方面作出我國風力滅火機用柴油轉子發動機的可行性分析,進一步提出發展對策,指出消防裝備用發動機的研發方向。最終得出結論,旨在為快速推動風力滅火機等消防裝備機械化的發展提供參考。
    關鍵詞:風力滅火機;柴油轉子發動機;應用
    作者簡介:楊怡天  江蘇省消防總隊鎮江市消防支隊軍需裝備科

    隨著國家對消防技術支持力度的不斷增加,作為基本的滅火裝備,風力滅火機將進一步應用于基層消防部隊的滅火實踐中。風力滅火機主要由滅火部分、離心式風機和風筒三個部分組成,發動機通過輸出軸帶動離心式葉輪旋轉,吸入外部空氣并增壓形成高速的空氣射流,當射流沖擊到燃燒物,能起到降溫和隔絕火焰的效果,從而吹滅火苗及雜物。風力滅火機主要適用撲打幼林或次生林、草原、荒山草坡等火災,有時也用于公路上稀漿封層工作前的清掃工作。
發動機是風力滅火機最重要的組成部分,是動力來源,其出風功率、續航能力和裝備輕便程度等性能參數將直接影響消防員在使用風力滅火機時能達到的滅火效果。本文,筆者主要對柴油轉子發動機在風力滅火機上的應用前景和發展趨勢進行了論述。

    一、汽油機在風力滅火機上的應用現狀
    以6MF-28A型背負式風力滅火機為例,該風力滅火機采用的是小型二沖程汽油機,由于該汽油機已發展成熟,具有扭矩大、制造成本低、小巧輕便等優點,目前已普遍應用于摩托車和航空模型等領域。雖然,小型二沖程汽油機技術成熟,在風力滅火機、消防手抬泵、移動式排煙機等裝備上也普遍使用,但仍存在一些弊?。?br />     1.小型二沖程汽油機以汽油為燃料,汽油本身屬于易燃物品,但是由于存儲介質的關系(汽車運輸、加油站存放),通常著火之后也可能引起爆炸,所以我們稱之易燃易爆物品。這就造成滅火救援戰斗中,消防員攜帶汽油作為燃料補給時極其危險與不便,從而導致風力滅火機燃料補給不足,不利于滅火戰斗的持續進行。其實,大部分柴油的閃點高于60度,不屬于《危險化學品名錄》內,采用柴油轉子發動機就不存在此類問題。
    2.小型二沖程發動機由于其結構原因,存在發熱快、油耗大、發動機件磨損大、慢速不穩定、機油消耗量大等問題。
    3.小型二沖程發動機的熱負荷和機械負荷高,燃油利用率低,且有相當一部分的油氣沒有燃燒或燃燒不充分就被排放出去,尾氣中HC、CO排放較高,對空氣造成污染。

    二、柴油轉子發動機在風力滅火機應用的可行性分析
    1.柴油轉子發動機主要特點
    柴油轉子發動機不同于一般的往復式發動機,轉子的作用相當于往復式發動機中的活塞和連桿,被設計成三角錐形,在轉子回轉的過程中完成進氣和排氣的功能,從而達到做功的目的。目前,美軍MC-1C“天空勇士”無人機采用的就是Thielert柴油轉子發動機。柴油轉子發動機以燃用柴油為主,是在汽油轉子發動機基礎上發展起來的更適合于軍用的新一代三角轉子發動機,同時它克服了汽油轉子發動機油耗高、溫度高、油品易燃易爆等問題,也克服了往復式柴油機重量大、氣缸壓力大、速度慢等弊端。所以柴油轉子發動機兼具了汽油轉子發動機和柴油機的優點,具有以下特點:一是發動機功率高,油耗低;二是結構緊湊、重量輕、體積小,易于安裝和維修;三是只有旋轉運動,沒有曲柄連桿和氣門機構等往復聯動的活塞運動,故運轉平穩、振動小、噪音低、充氣效率高;四是可以燃用柴油和航空煤油等燃料,相對汽油而言,更能適應滅火戰斗實踐。
    基于柴油轉子發動機在燃料安全性、設備輕便性和工作穩定性等方面的突出特點,柴油轉子機的開發應用對實現消防裝備小型化、輕型化,提高裝備安全性、實用性有重要意義。
    2.柴油轉子發動機在風力滅火機上的應用探究
    風力滅火機按操作方式可分為手提式和背負式,按功能可分為風力滅火機和風水滅火機。風力滅火機在結構上是由發動機和風動機構兩部分組成,發動機的輸出軸直接與風動機構的風輪聯接,發動機高速旋轉時協同進氣口、風殼和出風筒,產生高速氣流把燃燒時釋放出來的熱量帶走,使溫度降到燃點以下,從而達到滅火的效果。如果風力滅火機等消防裝備搭載柴油轉子發動機,國內消防裝備的發展趨勢將呈現以下特點:
    一是裝備更輕便??悸竅澇泵鴰鷲蕉返母嚀辶ο?,更輕便的裝備有利于減少消防員無謂的體力消耗,柴油轉子發動機相較于傳統發動機更輕便小巧,符合應用場景的現實需求。
    二是使用更持久。隨著火災形勢的多樣化和滅火戰斗的持久性發展趨勢,要求消防裝備無論是在耐高溫、耐磨損、長時間作業還是燃料補給等方面表現得更出色,柴油轉子發動機通過優化燃燒系統,提高了壓縮比和燃燒速度,降低了燃油消耗,同時柴油便于儲存攜帶,提高了裝備的續航能力。
    三是裝備更環保。目前,環保問題是全世界面臨的難題,很大一部分消防器材裝備都需要靠發動機驅動,柴油轉子發動機通過增大進氣渦流、滾流比,同時加裝催化轉換器,使空氣與燃油的充分混合,提高燃燒效率,降低環境污染氣體的排放。
四是戰斗更安全?;鷦只肪掣叢傭啾?,未來的消防裝備應朝著更加安全可靠的方向發展,柴油轉子發動機使用柴油作為燃料,柴油油品危險性低,不易爆,屬于理想的消防裝備選用燃料。
    3.柴油轉子發動機在風力滅火機上應用的難點
    一是技術發展緩慢。上世紀末,我國的轉子發動機新技術研究工作基本上處于停滯狀態,我國研發的汽油轉子機雖然有很大突破和技術改良,但總的說來技術水平與國外的差距較大,尤其與美國、德國等發達國家相去甚遠。
    二是科研成果的產業化水平不高。我國的汽油轉子發動機科研成果雖然已應用在汽車、工程機械等產品研發中,但批量化生產的成功案例寥寥無幾。因為轉子發動機是高科技高工藝的科研產品,生產難度大、資金投入需求高,難以形成規?;?。如果沒有高度發達的工業協作和社會分工體系,難以實現轉子發動機的產業化、商品化。
    三是成本等因素原因的限制。風力滅火機作為眾多消防器材品種之一,采用先進的發動機技術,尤顯“殺雞用牛刀”,在柴油轉子發動機技術沒有成熟、柴油轉子發動機沒有產量化之前,價格優勢不明顯。
    三、發展對策
    1.加強基礎研究,深入學習美國、德國等發達國家關于柴油轉子機的開發經驗和先進技術,加強柴油轉子機相關技術的基礎研究,從單一的引進國外產品和技術設備轉變到自主研發和技術改良,盡快達到具備參與國際競爭的實力。
    2.提高自主技術創新。在日益激烈的國際競爭中,要完善自主開發體系,就必須要有更多的創新理念,技術創新可以提高生產效率、降低生產成本,柴油轉子機研究要以市場需求向導,開發滿足不同需求的柴油轉子機,通過市場校驗并吸引更多的資源投入。
    3.加大投資力度,重點進行柴油轉子機實用化研究和商品開發,探索在消防泵、消防排煙機等其他消防裝備開展多領域開發應用。

    四、結語
    1.在國內風力滅火機用柴油轉子發動機仍然具有廣泛的應用前景和市場潛力,而且國內柴油轉子發動機可研院所已具有一定的自主研發的實力。
    2.采用柴油轉子發動機為動力直接驅動風力滅火機與傳統應用汽油機為動力直接驅動的方案相比,在消防領域的應用有無可比擬的優越性。
    3.隨著軍用裝備的快速發展以及逐步轉為民用的發展勢頭,將促使柴油轉子發動機在消防裝備的應用領域和應用數量上得到高速發展。
 

參考文獻:
[1]梁健光,楊道蔭.我國轉子發動機的發展與展望[J].動力工程,1997,(05):78-82.
[2]任繼文,張然治.電傳動與轉子發動機在坦克裝甲車輛上的應用分析[J].車用發動機,1997,(05):1-6.

此文刊登于《消防界》2017年5月刊

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