распылитель жидкости и огнетушитель, снабженный распылителем

Формула изобретения

1. Распылитель жидкости, выполненный в виде корпуса с двумя соосными каналами одинакового поперечного сечения, предназначенными для встречной подачи жидкости, и соплом, входное отверстие которого образовано пересечением внутренних поверхностей каналов с образующей сопло поверхностью, отличающийся тем, что сопло имеет форму конического диффузора, ориентированного поперек каналов, при этом площадь входного отверстия диффузора не превышает суммарную площадь поперечного сечения каналов.

2. Распылитель по п.1, отличающийся тем, что угол между осью симметрии каналов и осью симметрии конической поверхности, образующей диффузор, составляет от 89 до 91^o.

3. Распылитель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что каналы имеют цилиндрическую форму.

4. Распылитель по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что угол при вершине конуса, образующего диффузор, составляет от 30 до 90^o.

5. Распылитель по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что диффузор образован коническим отверстием, выполненным в корпусе.

6. Огнетушитель, содержащий распылитель жидкости, емкость с жидкостью для пожаротушения, систему вытеснения жидкости, трубопровод, соединяющий жидкостную полость емкости с распылителем, и по меньшей мере один кран или клапан для управления подачей жидкости к распылителю, отличающийся тем, что распылитель жидкости выполнен в виде корпуса с двумя соосными каналами одинакового поперечного сечения, предназначенными для встречной подачи жидкости, и соплом, входное отверстие которого образовано пересечением внутренних поверхностей каналов с образующей сопло поверхностью, при этом сопло имеет форму конического диффузора и ориентировано поперек каналов, а площадь входного отверстия диффузора не превышает суммарную площадь поперечного сечения каналов.

7. Огнетушитель по п.6, отличающийся тем, что угол между осью симметрии каналов распылителя и осью симметрии конической поверхности, образующей диффузор распылителя, составляет от 89 до 91^o.

8. Огнетушитель по п.6 или 7, отличающийся тем, что каналы распылителя имеют цилиндрическую форму.

9. Огнетушитель по любому из пп.6 - 8, отличающийся тем, что угол при вершине конуса, образующего диффузор распылителя, составляет от 30 до 90^o.

10. Огнетушитель по любому из пп.6 - 9, отличающийся тем, что диффузор распылителя образован коническим отверстием, выполненным в корпусе.

11. Огнетушитель по любому из пп.6 - 10, отличающийся тем, что система вытеснения жидкости содержит сифонную трубку, установленную в полости емкости.

12. Огнетушитель по любому из пп.6 - 11, отличающийся тем, что в качестве жидкости для пожаротушения используется вода с пенообразователем.

13. Огнетушитель по любому из пп.6 - 12, отличающийся тем, что жидкость для пожаротушения содержит летучую жидкость.

14. Огнетушитель по п. 13, отличающийся тем, что в качестве летучей жидкости используется сжиженный углекислый газ - CO₂ и/или сжиженный элегаз - SF₆.

15. Огнетушитель по любому из пп.6 - 12, отличающийся тем, что система вытеснения жидкости снабжена эластичной разделительной мембраной, отделяющей газовую полость емкости от ее жидкостной полости.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике распыления жидкости и может быть использовано в системах пожаротушения, в составе технологического оборудования для сжигания топлива в теплоэнергетике и на транспорте, а также для увлажнения окружающей среды. Изобретение в качестве огнетушителя может использоваться в составе стационарных и мобильных установок для тушения пожаров на различных объектах: в помещениях больниц, библиотек, музеев, на судах, самолетах и др.

В настоящее время известны различные типы распылителей жидкости, которые применяются в пожарной технике.

Так, например, из описания к авторскому свидетельству SU 1220703 A, B 05 B 1/14, опубл. 30.03.86 известен распылитель жидкости, в состав которого входят распылительные сопла встречно-ударного действия. Указанные сопла выполнены в виде сквозных попарно встречно направленных каналов. Эти каналы наклонены к оси симметрии корпуса распылителя каналов. При этом угол между осями симметрии каналов выбирается в диапазоне от 30 до 150^o. Такое конструктивное выполнение распылителя позволяет снизить энергозатраты как на диспергирование жидкости, так и на ее рассеивание в окружающем пространстве.

Наиболее близким аналогом патентуемого распылителя жидкости является устройство, описанное в патенте RU 2111033 C1, A 62 C 31/02, опубл. 20.05.98. Известный распылитель содержит форсунки, расположенные рядами по внешней поверхности корпуса. При этом каждая форсунка образована двумя соосными каналами одинакового поперечного сечения, служащими для встречной подачи жидкости, и соплом, образованным частичным пересечением внешней конической проточки с поверхностью соосных каналов. Входное отверстие такого сопла образовано пересечением внутренних поверхностей цилиндрических каналов с образующими сопло конусообразными поверхностями. Распылитель описанной конструкции позволяет создать равномерный по объему поток капель мелкодисперсного распыла размером от 30 до 150 мкм. Однако данное техническое решение направлено на генерирование мелкодисперсного потока капель в объеме окружающей среды, а не на создание направленного потока капель заданного размера с определенным поперечным сечением, что необходимо, например, для эффективного тушения очага возгарания. Указанное требование имеет важное значение при использовании распылителя жидкости в составе огнетушителя.

Кроме того, известны различные типы огнетушителей, снабженных распылителями жидкости. К таким огнетушителям относится, например, устройство, раскрытое в описании к авторскому свидетельству SU 1657204 A1, A 62 C 35/00, опубл. 11.05.89. Известный огнетушитель содержит распылитель жидкости для пожаротушения, выполненный в виде выходного патрубка сифонной трубки, емкость жидкостью, систему вытеснения жидкости с баллоном для сжатого газа, сообщенным с газовой полостью емкости, и сифонную трубку, через которую жидкость поступает к распылителю. Данное техническое решение направлено на повышение эффективности пожаротушения за счет поддержания необходимого давления, обеспечивающего выброс всей массы огнетушащего вещества. Однако в этом устройстве отсутствуют какие-либо средства для создания направленного мелкодисперсного газокапельного потока заданного поперечного сечения и средства, необходимые для управления подачей жидкости для пожаротушения.

Наиболее близким аналогом патентуемого огнетушителя является устройство, которое описано в заявке DE 2635531 A1, A 62 C 31/02, опубл. 09.02.78. Известный огнетушитель содержит распылитель жидкости в виде мундштука, емкость с жидкостью для пожаротушения, систему вытеснения жидкости с баллоном сжатого газа, трубопровод, соединяющий жидкостную полость емкости с распылителем, и клапаны для управления подачей жидкости к распылителю. Данное техническое решение хотя и направлено на повышение эффективности пожаротушения (за счет одновременной подачи на очаг пожара пенообразующей жидкости и порошка), однако оно не касается усовершенствования системы распыления жидкости в окружающую среду.

Патентуемое изобретение направлено на создание устройства, позволяющего генерировать газокапельные потоки заданной пространственной конфигурации, которые могут применяться для эффективного тушения очагов пожаров с помощью переносных средств пожаротушения - огнетушителей. Достижение указанного технического результата связано с повышением равномерности и соответственно интенсивности распыления жидкости по всей поверхности заданной площади.

Решаемая изобретением задача, направленная на получение требуемого технического результата, состоит в создании с помощью специальных средств мелкодисперсного газокапельного потока с поперечным сечением в форме эллипса. Такая форма поперечного сечения направленного потока капель позволяет эффективно распылять жидкость с заданной интенсивностью на больших и малых площадях при последовательном перемещении распылителя вдоль поверхности очага пожара.

Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что в распылителе жидкости, выполненном в виде корпуса с двумя соосными каналами одинакового поперечного сечения, предназначенными для встречной подачи жидкости, и сопла, входное отверстие которого образовано пересечением внутренних поверхностей каналов с образующей сопло поверхностью, согласно настоящему изобретению сопло имеет форму конического диффузора, ориентированного поперек каналов, при этом площадь входного отверстия диффузора не превышает суммарную площадь поперечного сечения каналов.

В предпочтительном варианте исполнения конструкции распылителя угол между осью симметрии каналов и осью симметрии конической поверхности, образующей диффузор, составляет от 89 до 91^o. В этом случае достигается симметричное распределение мелкодисперсных капель газокапельного потока по площади его сечения.

Целесообразно, с технологической точки зрения, каналы выполнять цилиндрической формы.

Наиболее равномерное распределение капель в создаваемом потоке достигается в случае выбора угла при вершине конуса, образующего диффузор, от 30 до 90^o.

Желательно, чтобы диффузор распылителя был образован коническим отверстием, выполненным в корпусе. В этом случае упрощается технология изготовления распылителя.

Указанный технический результат достигается с помощью огнетушителя, содержащего распылитель жидкости, емкость жидкости для пожаротушения, систему вытеснения жидкости, трубопровод, соединяющий жидкостную полость емкости с распылителем, и по меньшей мере один кран или клапан для управления подачей жидкости к распылителю, в котором, согласно настоящему изобретению, распылитель жидкости выполнен в виде корпуса с двумя соосными каналами одинакового поперечного сечения, предназначенными для встречной подачи жидкости, и сопла, входное отверстие которого образовано пересечением внутренних поверхностей каналов с образующей сопло поверхностью, при этом сопло имеет форму конического диффузора и ориентировано поперек каналов, а площадь входного отверстия диффузора не превышает суммарную площадь поперечного сечения каналов.

В предпочтительных вариантах исполнения такого огнетушителя угол между осью симметрии каналов распылителя и осью симметрии конической поверхности, образующей диффузор, может составлять от 89 до 91^o, каналы распылителя могут иметь цилиндрическую форму, угол при вершине конуса, образующего диффузор распылителя, может составлять от 30 до 90^o, а диффузор распылителя может быть образован коническим отверстием, выполненным в корпусе.

Целесообразно, чтобы система вытеснения жидкости огнетушителя содержала сифонную трубку, установленную в полости емкости, для сообщения жидкостной полости с распылителем жидкости.

В качестве жидкости для пожаротушения предпочтительно используется вода с пенообразователем.

Для повышения эффективности вытеснения жидкости из емкости в нее могут добавляться летучие жидкости, преимущественно сжиженный углекислый газ CO₂ и/или сжиженный элегаз SF₆.

Система вытеснения жидкости может быть снабжена разделительной эластичной мембраной, отделяющей газовую полость емкости от ее жидкостной полости. Такое выполнение позволяет исключить взаимодействие газа наддува емкости с вытесняемой жидкостью.

Изобретение поясняется примером конкретного выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых изображено:

на фиг. 1 - схематичный разрез огнетушителя и соединенного с ним распылителя;

на фиг. 2 - поперечный разрез распылителя в области входного отверстия диффузора в увеличенном масштабе (увеличено в два раза).

Распылитель жидкости, изображенный на фиг. 1 и 2, содержит корпус 1, в котором выполнены два соосных цилиндрических канала 2, предназначенных для встречной подачи жидкости. Сопло распылителя выполнено в виде конического диффузора 3, образованного коническим отверстием в корпусе 1, и ориентировано поперек каналов 2. Угол между осью симметрии соосных цилиндрических каналов 2 и осью симметрии конической поверхности, образующей диффузор 3, составляет 90^o (с учетом технологической погрешности 30"). Угол при вершине конуса, образующего диффузор 3, составляет 40^o.

Входное отверстие сопла (диффузора 3) образовано пересечением внутренних поверхностей каналов с образующей сопло конической поверхностью. Площадь входного отверстия диффузора 3 составляет 0,7 от суммарной площади поперечного сечения каналов 2.

Огнетушитель, снабженный распылителем описанной конструкции, включает в свой состав также емкость 4 с жидкостью для пожаротушения, в качестве которой предпочтительно используется вода с добавкой пенообразователя. Емкость 4 состоит из жидкостной 5 и газовой 6 полостей. Система вытеснения жидкости содержит сифонную трубку 7, которая через управляемый клапан 8, включающий в свой состав подпружиненный запорный элемент 9 и управляющий рычаг 10, сообщена с гибким трубопроводом 11. Корпус 1 распылителя установлен в патрубке 12, полость которого сообщена с жидкостной полостью 5 емкости 4 через сифонную трубку 7, клапан 8 и гибкий трубопровод 11.

В состав жидкости, заполняющей емкость 4, может быть введена добавка летучей жидкости, например сжиженный углекислый газ (CO₂) или элегаз (SF₆), для повышения эффективности вытеснения жидкости из емкости 4. Для исключения взаимодействия газа наддува емкости 4 с жидкостью дополнительно может быть установлена разделительная эластичная мембрана (не показана).

Работа распылителя жидкости и огнетушителя, снабженного таким распылителем (см. фиг. 1 и 2), осуществляется следующим образом.

По соосным каналам 2 подается жидкость под давлением ~1 МПа (рабочий диапазон давления от 0,3 до 3 МПа) в виде двух встречных потоков, которые соударяются в области входного отверстия диффузора 3. При взаимодействии встречных потоков, истекающих через входное отверстие диффузора, площадь поперечного сечения которого меньше суммарной площади подводящих каналов 2, происходит кавитация жидкости в потоке. В процессе истечения жидкости через диффузор 3 формируется газокапельный мелкодисперсный поток с эллиптическим поперечным сечением. В результате проведенных экспериментов было установлено, что на расстоянии 2 м от выходного среза сопла распылителя создается газокапельный поток с сечением в форме эллипса с наибольшим поперечным размером 2,3 м и наименьшим поперечным размером 0,5 м. Дисперсность распыленных капель в пределах эллиптического сечения составляла от 100 до 130 мкм.

Аналогичным образом осуществляется работа распылителя в составе огнетушителя. Емкость с жидкостью для пожаротушения (водой) предварительно заполняется газом до требуемого давления хранения (до 3 МПа), причем в емкость могут вводиться в качестве добавки сжиженный углекислый газ либо элегаз.

Включение огнетушителя осуществляется следующим образом. При нажатии на рычаг 10 происходит отжатие запорного элемента 9 от седла клапана и жидкость под избыточным давлением, создаваемым сжатым газом в газовой полости 6, вытесняется из жидкостной полости 5 емкости 4 через сифонную трубку 7 и гибкий трубопровод 11 в полость патрубка 12. Далее жидкость поступает в соосные каналы 2, в которых создаются встречные потоки с одинаковыми скоростями, соударяющиеся в области входного отверстия сопла (диффузора 3). В результате соударения встречных потоков жидкости происходят их дробление на кромках отверстия и образование газокапельного потока с эллиптической формой поперечного сечения. Такая вытянутая в поперечном сечении форма потока позволяет распылять жидкость на очаг пожара достаточно большой площади при последовательном перемещении распылителя вдоль поверхности очага. Возможность перемещения распылителя жидкости вдоль поверхности очага пожара большой площади определяется длиной гибкого трубопровода 11 и общей массой огнетушителя.

Необходимая длительность и интенсивность подачи газокапельного потока регулируются управляющим рычагом 10 клапана 8, встроенного в емкость 4. Для повышения эффективности вытеснения жидкости могут использоваться летучие жидкости, в качестве которых преимущественно применяются сжиженный углекислый газ (CO₂) и элегаз (SF₆). Такие вещества вводятся в виде добавок в жидкость для пожаротушения (воду). При снижении давления в емкости 4 в процессе вытеснения жидкости менее давления насыщенных паров летучих добавок происходит их испарение, в результате чего давление в газовой полости 6 автоматически поддерживается на необходимом уровне и расход жидкости через распылитель не снижается менее допустимого уровня.

Для исключения взаимодействия газа наддува с вытесняемой жидкостью, в том числе химического взаимодействия и насыщения жидкости газом, жидкостная полость 5 отделяется от газовой полости 6 герметичной разделительной мембраной, выполненной из эластичного материала (не показана). Такое выполнение системы вытеснения жидкости хотя и усложняет конструкцию огнетушителя, однако в этом случае повышается надежность его работы. В простейшем варианте исполнения, при использовании в качестве жидкости для пожаротушения воды, а в качестве газа наддува инертного газа, необходимость в использовании разделительной мембраны отсутствует.

Для выключения огнетушителя требуется снять управляющее усилие с рычага 10 клапана 8. Запорный элемент 9 под действием сжатой пружины перемещается на седло клапана и перекрывает его проходное сечение, прекращая тем самым подачу жидкости через распылитель.

Эффективность пожаротушения с помощью огнетушителя, выполненного согласно настоящему изобретению, обеспечивается за счет возможности генерации газокапельного потока с поперечным сечением эллиптической формы с равномерной интенсивностью и дисперсностью капель по сечению потока. Такая вытянутая (приближающаяся к прямоугольной) форма сечения потока позволяет наиболее эффективно, по сравнению с обычно применяемой круглой формой сечения потока, распределять распыленную жидкость по поверхности очага пожара, площадь которого значительно превышает площадь сечения газокапельного потока. Решение этой задачи позволяет снизить расход жидкости, запас которой определяется объемом емкости 4, для тушения очага пожара.

В результате проведенных экспериментов было установлено, что генерация газокапельного потока с эллиптической формой сечения и равномерной интенсивностью и дисперсностью обеспечивается за счет использования сопла распылителя в форме конического диффузора, ориентированного поперек подводящих соосных каналов. При этом площадь входного отверстия диффузора, образованного пересечением внутренних поверхностей каналов с образующей диффузор поверхностью, не должна превышать суммарную площадь поперечного сечения каналов. Данные условия определяют возможность достижения требуемого технического результата.

Изобретение может использоваться в различных отраслях техники, где требуется создавать распыленные потоки жидкости как в замкнутом, так и в открытом пространстве. Распылитель может использоваться в системах пожаротушения, в составе технологического оборудования для сжигания топлива в теплоэнергетике и на транспорте, для увлажнения окружающей среды, а также для распыления различных веществ на сельскохозяйственных угодьях и в производственных помещениях. Огнетушитель, снабженный распылителем жидкости, выполненным согласно настоящему изобретению, может найти применение в качестве штатного оборудования для тушения пожаров на различных объектах: в помещениях больниц, библиотек, музеев, на судах, самолетах и на других важных объектах.