打破金属垄断！这家公司用碳纤维重塑消防泵，RFP6 型创流量纪录

从需求出发，开启 CFRP 消防泵技术突破之路

KASE 泵系统公司的故事，要从创始人凯尔・钱德勒（Kyle Chandler）的一段经历说起。约十年前，钱德勒还在先前任职的公司从事潜水泵研发工作。当时，一位消防局长提出了一个棘手的需求：需要一款可由云梯车部署、重量约 300 磅且抽水能力超过 4000 加仑 / 分钟的潜水泵。要知道，当时具备该性能的传统泵体重量约为 450 磅，这一需求在当时看来颇具挑战性。

为了满足这一需求，钱德勒团队开始尝试轻量化材料设计。经过不懈努力，他们成功研发出首款玻璃纤维复合材料泵体，既满足了重量要求，又保证了抽水性能。在随后的四年里，团队并未停下脚步，持续优化设计，最终决定采用碳纤维复合材料进一步减重，这也为 KASE 公司后来的核心技术奠定了坚实基础。

2019 年，KASE 泵系统公司正式成立。依托核心团队十余年的材料研究及工业消防系统制造经验，公司精准把握行业对新型消防泵材料的需求，全身心投入到 CFRP 泵体技术研发中，立志推动消防泵领域的材料升级与技术革新。

揭秘 CFRP 消防泵：精心选材与先进成型工艺

一款优秀的 CFRP 消防泵，从材料选择到成型工艺，每一个环节都至关重要。在材料选择上，KASE 公司有着自己严格的标准和独特的考量。

KASE 公司的泵体部件均以碳纤维复合材料为基础，同时会根据不同的应用场景，灵活整合凯夫拉纤维、玻璃纤维等增强材料。比如，用于污水处理的泵体，为了提升抗岩石冲击能力，会融入迪尼玛纤维或英纳格拉纤维。而在树脂选择方面，公司选用的是挥发性有机化合物（VOCs）排放量低且抗冲击性强的热固性树脂。通过不断调整配方和温度，不仅能将成型周期缩短至 5 分钟，还能有效避免热失控问题，兼顾环保与生产效率。

在成型工艺上，所有 CFRP 泵体均采用闭模成型工艺制造，主要包括高压压缩成型（HPCM）和树脂传递模塑（RTM）工艺。部件先模塑至近净形，之后再根据装配精度要求进行机械加工，确保能够与消防车的其他部件完美适配。

不过，目前 KASE 公司的生产能力受到了两台小型热压罐的限制。好在公司已有规划，新制造基地将配备更大规格的热压罐，未来有望实现更大尺寸、更高产量的部件生产。此外，针对树脂系统的特性，公司经过长期的探索与优化，成功解决了其与传统涂层及脱模剂的兼容性问题，为生产过程扫清了障碍。

设计核心要点：可靠性、循环利用与复杂结构突破

除了选材和工艺，设计也是 CFRP 消防泵不可或缺的核心环节。KASE 公司在设计过程中，始终将可靠性、循环利用以及复杂结构实现作为重点考量。

消防设备需要适应各种不可预测的应急场景，因此耐久性至关重要。KASE 设计的 CFRP 泵体，使用寿命可达 20 年以上。即便在恶劣工况下受损，也不会像金属部件那样立即开裂断裂，仍能维持基本工作状态，为消防救援争取宝贵时间。针对消防泵最突出的腐蚀问题，公司更是做出了有力承诺，为其复合材料泵体及流体处理设备提供海水腐蚀终身保修服务，足以见得 KASE 对自身产品在盐水环境中使用寿命的信心，其性能远超传统金属泵体。

在环保意识日益增强的当下，复合材料的末端处理问题也备受关注。为了解决这一难题，KASE 正与碳纤维回收企业积极合作，构建泵体全生命周期解决方案。对于达到使用寿命或过时的泵体，公司会引导其送至碳纤维回收机构。回收后的短切纤维，将被重新采购用于压缩成型部件的生产，实现资源的循环利用，减少对环境的负担，践行绿色发展理念。

经过多年的技术迭代，KASE 在复杂结构设计方面也取得了重大突破。公司优化了专有闭模成型工艺，成功实现了中空部件及盲孔腔部件的一体化制造。以封闭式叶轮为例，其内部弯曲叶片结构难以通过数控加工实现，而 KASE 通过工艺创新，在模塑过程中就能精准成型该复杂结构，同时还大幅降低了材料浪费，既提升了产品性能，又控制了生产成本。

消防车泵的工作原理其实并不复杂，以 KASE 的 RFP6 为例，叶轮（中）通过吸入筒（右）将水吸入，通过轴承壳（左）连接到电机（未示出），再通过排出扩散器（上）推进，从而实现抽水作业。

RFP6 型 CFRP 消防泵：三年联合研发，创 NFPA 流量纪录

如果说 KASE 公司在 CFRP 消防泵领域的探索是一段精彩的旅程，那么 RFP6 型 CFRP 消防泵无疑是这段旅程中一颗耀眼的明珠。这款消防泵是 KASE 与罗森鲍尔美国公司历经三年联合研发的成果，并且符合美国国家消防协会（NFPA）标准。

回溯其研发背景，当时客户提出了对 5500 加仑 / 分钟流量等级消防泵的需求，而罗森鲍尔美国公司此前的泵体产品最高流量仅为 3500 加仑 / 分钟，远不能满足客户需求，因此罗森鲍尔美国公司决定寻求外部技术合作。KASE 提出的 CFRP 材质方案，虽然突破了罗森鲍尔美国公司的传统材料体系，但凭借显著的轻量化优势，最终获得了对方的认可，双方开启了联合研发之路。

在设计与验证阶段，研发团队投入了大量的精力。首先，基于客户需求构建泵体内部几何结构的初步 CAD 模型，然后通过大量计算流体动力学（CFD）模拟确定性能参数范围，接着再通过有限元分析（FEA）验证泵体结构完整性。之后，制作全尺寸物理模型进行测试，并将测试数据反馈至 CFD 软件中优化设计。每款泵型的 CFD 分析次数都超过 100 次，同时还结合现场实测数据持续迭代，力求产品性能达到最佳。

首款原型泵的实测流量为 4800 加仑 / 分钟，并未达到预期目标。但研发团队并未气馁，他们通过扩展消防车水管系统分析范围、优化叶片几何结构，在第二次迭代中就实现了 5750 加仑 / 分钟的流量。最终，经过不断改进，将流量提升至 6500 加仑 / 分钟，并且保持了超紧凑轻量化设计，创下了 NFPA 消防泵流量等级的世界纪录。

从制造与装配来看，RFP6 型消防泵尺寸约为 2×2×2.5 英尺，由四个核心复合部件与电机系统连接组成，总重量不足 200 磅，其中最大部件泵壳仅重 58 磅。与传统 600-1200 磅的泵体组件相比，减重幅度高达 70%，这一轻量化优势在消防作业中，尤其是在需要灵活部署设备的场景下，发挥着重要作用。

具体来看各部件的制造工艺及特性：吸入喇叭口采用机械压缩干切碳纤维预成型体与高压树脂传递模塑（HP-RTM）工艺结合制造，成型后还会对结合面进行机械加工，保证连接的精准性；叶轮直径 18 英寸，最高转速 2200 转 / 分钟，包含 7 个弯曲叶片，配备不锈钢花键轴适配器与金属泵轴连接，通过 RTM 工艺将回收碳纤维短切纤维与热固性树脂模塑成型，叶片厚度为 3/8 至 7/16 英寸，独特的叶片入口角度设计降低了必需汽蚀余量（NPSHr），有效提升了吸水效率；蜗壳 / 泵壳为双蜗壳结构，外部为壳体，内部设有高压水流通道，采用 RTM 工艺成型，外层为美观编织面纱材料，内层为高强度碳纤维结构层，空隙填充碳纤维短切纤维，局部厚度可达 8 英寸，截面不均匀且包含内部通道；电机板厚度 4 英寸，主要用于固定轴承座并整合所有部件，通过 RTM 工艺采用回收碳纤维短切纤维制造。

在装配过程中，部件通过集成螺纹钢嵌件螺栓连接，嵌件深入泵壳内部，采用机械锁定并粘接固定的方式，具备优异的抗拔强度，能够承受反复的螺栓安装与拆卸操作，保证了设备在长期使用过程中的稳定性。

经过广泛的现场测试，RFP6 型消防泵于今年成功搭载在罗森鲍尔新型工业消防车系统上正式推出。它主要适用于石油、油气设施及其他重型基础设施的大容量供水或水与消防泡沫混合液输送，为快速响应火灾防护提供了有力支持。

展望未来：产能扩张、产品创新与跨领域探索

对于未来的发展，KASE 泵系统公司有着清晰且宏伟的规划。在产能与产品扩张方面，随着复合材料在防腐蚀领域的应用不断普及，KASE 计划在未来 3-5 年内成为全球产量领先的消防泵制造商。新制造基地投用后，公司将在未来几年内推进部分生产流程自动化，进一步提升产能与生产规模。

在产品研发上，除了持续生产 RFP6 型泵外，KASE 还在积极开发 300 磅 / 平方英寸的高压高空作业消防车泵，以及 2000-3000 加仑 / 分钟的标准化市政消防泵，不断丰富产品矩阵，满足不同场景的需求。

不仅如此，KASE 公司还计划突破消防泵单一应用领域，向规模更大的能源市场拓展。要知道，能源行业中频繁使用的盐水等腐蚀性介质，正好为 CFRP 泵体提供了广阔的应用空间，KASE 有望复制其在消防领域的技术优势，在能源市场开辟新的天地。

在人才培养方面，新制造基地将设立教育中心，延续与周边 STEM 重点高中的合作，为学生提供工程设计与复合材料制造的实践机会。这一举措不仅有助于为公司培养后备人才，也能为整个行业的人才储备贡献力量，推动行业持续发展。

从家庭车库起步，KASE 泵系统公司凭借对复合材料技术的持续深耕，成功将 CFRP 材料引入成熟的消防泵工业市场，打破了传统金属材料的垄断格局。其研发的 CFRP 消防泵在轻量化、耐腐蚀及长寿命方面实现了对传统产品的超越，尤其是 RFP6 型消防泵创下的 NFPA 消防泵流量等级世界纪录，更是彰显了公司的技术实力。

未来，随着新生产基地的建成与自动化技术的应用，以及在能源等跨领域市场的拓展，KASE 公司必将进一步推动复合材料在工业装备领域的应用创新，为行业技术升级提供可借鉴的范例。我们也期待看到，KASE 在未来能带来更多突破性的产品，为消防及其他相关行业的发展注入新的活力。