смеситель и устройство пожаротушения

Формула изобретения

1. Смеситель, содержащий герметичный корпус с полостью, заполняемой жидкостью, эжектор, расположенный внутри герметичного корпуса, включающий в свой состав проточный канал, служащий камерой смешения жидкостей, входную часть, по меньшей мере, с одним эжектирующим отверстием, сообщающим проточный канал с полостью герметичного корпуса, и выходную часть, выполненную, по меньшей мере, с одним отверстием, через которое проточный канал сообщается с полостью герметичного корпуса, отличающийся тем, что площадь S _B поперечного сечения отверстия или отверстий, выполненных в выходной части эжектора, выбирается из условия

S _B=(0,01÷0,1)S_K,

где S _K - минимальная площадь поперечного сечения проточного канала эжектора.

2. Смеситель по п.1, отличающийся тем, что площадь поперечных сечений отверстий одинакового размера, выполненных в выходной части эжектора, определяется из условия

S_B=nS_i,

где n - количество отверстий, S_i - площадь поперечного сечения каждого отверстия, выполненного в выходной части эжектора.

3. Смеситель по п.1, отличающийся тем, что каждое отверстие, выполненное в выходной части эжектора, расположено на расстоянии 1÷10 мм от внутренней поверхности близлежащей торцевой части герметичного корпуса.

4. Смеситель по п.1, отличающийся тем, что внутренний диаметр d _к проточного канала эжектора выбран из условия

d _к=(1,5÷2,6)d₀,

где d ₀ - внутренний диаметр канала входной части эжектора.

5. Смеситель по п.1, отличающийся тем, что входная часть эжектора смесителя выполнена в виде кольцевого сопла, сужающегося по направлению течения жидкости в проточном канале, с коаксиальным осевым цилиндрическим каналом, образованным во внутренней части кольцевого сопла, при этом эжектирующие отверстия, сообщающие проточный канал с полостью герметичного корпуса, выполнены во внешней части кольцевого сопла.

6. Смеситель по п.5, отличающийся тем, что во внешней части кольцевого сопла выполнены четыре эжектирующих отверстия одинакового размера, симметрично расположенные относительно оси симметрии кольцевого сопла.

7. Смеситель по п.5, отличающийся тем, что площадь S_э поперечных сечений эжектирующих отверстий одинакового размера, выполненных во внешней части кольцевого сопла, выбирают из условия

S_э=kS _эi=(1÷3)S₀,

где k - количество эжектирующих отверстий, S_эi - площадь поперечного сечения каждого эжектирующего отверстия, S₀ - площадь поперечного сечения проточного канала входной части эжектора.

8. Смеситель по п.5, отличающийся тем, что канал кольцевого сопла образован коническими поверхностями, при этом угол наклона образующих конических поверхностей к оси симметрии проточного канала составляет от 5 до 20°.

9. Устройство пожаротушения, содержащее систему подачи воды, выходной трубопровод, соединенный со стволом, предназначенным для подачи пенообразного потока на очаг возгорания, емкость, заполняемую пенообразователем, и смеситель, содержащий эжектор, включающий в свой состав входную часть, проточный канал, служащий камерой смешения воды и пенообразователя, и выходную часть, отличающееся тем, что смеситель снабжен герметичным корпусом, внутренняя полость которого образует емкость, заполняемую пенообразователем, при этом эжектор расположен внутри герметичного корпуса, входная часть эжектора выполнена, по меньшей мере, с одним эжектирующим отверстием, сообщающим проточный канал с полостью герметичного корпуса, выходная часть выполнена, по меньшей мере, с одним отверстием, через которое проточный канал сообщается с полостью герметичного корпуса, причем площадь S _B поперечного сечения отверстия или отверстий, выполненных в выходной части эжектора, выбирается из условия

S _B=(0,01÷0,1)S_K,

где S _K - минимальная площадь поперечного сечения проточного канала эжектора.

10. Устройство пожаротушения по п.9, отличающееся тем, что площадь поперечных сечений отверстий одинакового размера, выполненных в выходной части эжектора, определяется из условия

S_B=nS_i,

где n - количество отверстий, S_i - площадь поперечного сечения каждого отверстия, выполненного в выходной части эжектора.

11. Устройство пожаротушения по п.9, отличающееся тем, что каждое отверстие, выполненное в выходной части эжектора, расположено на расстоянии 1÷10 мм от внутренней поверхности близлежащей торцевой части герметичного корпуса.

12. Устройство пожаротушения по п.9, отличающееся тем, что внутренний диаметр d_к проточного канала эжектора выбран из условия

d_к=(1,5÷2,6)d ₀,

где d₀ - внутренний диаметр канала входной части эжектора.

13. Устройство пожаротушения по п.9, отличающееся тем, что входная часть эжектора смесителя выполнена в виде кольцевого сопла, сужающегося по направлению течения жидкости в проточном канале, с коаксиальным осевым цилиндрическим каналом, образованным во внутренней части кольцевого сопла, при этом эжектирующие отверстия, сообщающие проточный канал с полостью герметичного корпуса, выполнены во внешней части кольцевого сопла.

14. Устройство пожаротушения по п.13, отличающееся тем, что во внешней части кольцевого сопла выполнены четыре эжектирующих отверстия одинакового размера, симметрично расположенные относительно оси симметрии кольцевого сопла.

15. Устройство пожаротушения по п.13, отличающееся тем, что площадь S_э поперечных сечений эжектирующих отверстий одинакового размера, выполненных во внешней части кольцевого сопла, выбирается из условия

S_э=kS_эi =(1÷3)S₀,

где k - количество эжектирующих отверстий, S_эi - площадь поперечного сечения каждого эжектирующего отверстия, S₀ - площадь поперечного сечения проточного канала входной части эжектора.

16. Устройство пожаротушения по п.13, отличающееся тем, что канал кольцевого сопла образован коническими поверхностями, при этом угол наклона образующих конических поверхностей к оси симметрии кольцевого сопла составляет от 5 до 20°.

17. Устройство пожаротушения по п.9, отличающееся тем, что система подачи воды включает последовательно расположенные фильтр, обратный клапан и входной вентиль, подключенный к входу смесителя, при этом выходной трубопровод соединен со стволом через запорное устройство.

18. Устройство пожаротушения по п.17, отличающееся тем, что запорное устройство выполнено в виде вентиля.

19. Устройство пожаротушения по п.17, отличающееся тем, что запорное устройство выполнено в виде обратного клапана.

20. Устройство пожаротушения по п.17, отличающееся тем, что запорное устройство выполнено в виде разрушаемой мембраны.

21. Устройство пожаротушения по п.9, отличающееся тем, что ствол снабжен распылительной форсункой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам, предназначенньм для смешивания жидкостей, которые могут использоваться в составе различного оборудования, в частности в устройствах пожаротушения. Изобретение может быть использовано в различных технологических процессах производства, где требуется непрерывное смешивание различных жидких компонентов в определенном массовом или объемном соотношении.

В настоящее время известны различные типы смесителей, которые применяются для смешивания жидких компонентов. Так, например, из описания к патенту JP 11028478 (МПК C02F 1/68, опубл. 02.02.1999) известен смеситель жидкостей, предназначенный для минерализации воды за счет циркуляции потока в закрытом резервуаре. Вдоль оси резервуара расположена емкость, заполненная жидким раствором лекарственного средства. В верхней и в нижней частях этой емкости выполнены отверстия для циркуляции жидкости. Внутри емкости расположена осевая трубка для подачи воздуха, нагнетаемого компрессором.

Устройство работает следующим образом: воздух от компрессора подается по осевой трубке в емкость, заполненную жидким раствором лекарственного средства. Жидкость из емкости, увлекаемая выходящим из трубки воздухом, вытесняется через верхние отверстия емкости в полость резервуара. В свою очередь, вытесняемая жидкость эжектирует через нижние отверстия емкости воду из резервуара и вовлекает ее в циркуляционное движение. Вода циркулирует до тех пор, пока ее минерализация или однородность смешения не достигнет требуемых значений.

Однако при работе известного устройства требуется продолжительный период времени для достижения требуемой степени смешения компонентов, вследствие чего возникают дополнительные затраты электроэнергии на прокачку воздуха.

Из описания к патенту RU 2146556 (МПК B01J 19/24, опубл. 20.03.2000) известен смеситель, содержащий корпус, поперечную перегородку с входным отверстием и камеру смешения, выполненную в виде коаксиально расположенной трубы с заглушенной торцевой частью. В верхней части трубы с заглушенной торцевой частью выполнены отверстия.

В процессе работы устройства жидкость и газ подаются к входному отверстию, образованному в поперечной перегородке. При их прохождении через отверстие в перегородке формируется затопленная газожидкостная струя, при этом происходит дробление газовой фазы турбулентными пульсациями жидкости. Смешанный поток поступает в камеру смешения, где происходит выравнивание поля скоростей за счет торможения потока и частично восстанавливается давление. После прохождения через перфорированные стенки камеры смешения поток раздваивается. Основная часть потока по кольцевому зазору между корпусом и камерой смешения циркулирует к нижней части камеры смешения, а часть потока, равная объемной подаче компонентов, поступает в пространство выше верхнего торца камеры смешения и выводится из реактора. Образуется внутренний циркуляционный контур. Рециркулирующий поток обогащается газовой фазой до предельного газосодержания, при котором в сквозной поток начинает поступать доля газовой фазы, соответствующая балансовому равновесию.

Известное устройство обладает высокой производительностью, однако оно не позволяет регулировать соотношение смешиваемых компонентов.

Наиболее близким аналогом патентуемого смесителя является устройство, раскрытое в авторском свидетельстве SU 253476 (МПК B62D, опубл. 30.09.1969). Смеситель выполнен в виде горизонтально установленного герметичного корпуса, заполненного жидкостью. Эжектор расположен осесимметрично внутри корпуса и состоит из входной части, выполненной в виде сопла с отверстиями, камеры смешения и диффузора с кольцевым отверстием для создания циркулирующего потока смешиваемых жидкостей. Входная часть эжектора осесимметрично размещена внутри конического раструба с отверстиями. Камера смешения выполнена в виде проточного канала, установленного в полости корпуса смесителя.

Известное техническое решение направлено на улучшение теплообмена смешиваемых жидкостей. Герметичный корпус смесителя заполняется жидкостью, а через штуцер в сопло эжектора подают основной поток смешиваемой жидкости, который через отверстия конического раструба эжектирует жидкость, заполняющую корпус, и смешивается с ней в камере смешения эжектора. Затем часть смешанного потока рециркулирует в корпус через кольцевое щелевое отверстие диффузора, а другая часть потока подается через выходной патрубок к приемному устройству.

Известное устройство обладает большими габаритами из-за необходимости образования газовой полости над поверхностью жидкости, заполняющей герметичный корпус. Вследствие этого устройство не может использоваться при расположении корпуса в вертикальном положении.

Известны также устройства пожаротушения, снабженные эжекторными смесителями. К таким устройствам относится, например, устройство, описанное в авторском свидетельстве SU 1683784 А1 (МПК А62С 35/00, опубл. 15.10.1991). Известное устройство пожаротушения содержит водопроводную магистраль, побудитель расхода жидкости, эжекторный смеситель, пожарный шланг, устройство с насадком для подачи огнетушащего вещества к поверхности очага пожара.

При работе устройства жидкость под давлением подается в эжекторный смеситель. При этом в корпусе смесителя создается разрежение, под действием которого воздух поступает в камеру смешения, где смешивается с жидкостью. Полученная газожидкостная смесь по трубопроводу и пожарному рукаву поступает в устройство подачи жидкости и через насадок выходит в виде распыленной струи наружу и направляется на очаг пожара.

Известное устройство имеет большие габариты и массу конструкции и обладает высоким энергопотреблением.

Из описания к авторскому свидетельству SU 183798 А1 (МПК В61С 17/00, опубл. 01.01.1966) известно устройство, состоящее из резервуара с готовой пенообразующей смесью, смесителя, воздушной магистрали, шлангов, клапанов и редукторов.

При открытии крана воздух из воздушной магистрали подается через редукторы в емкость с пенообразующей смесью и в смеситель. Под действием давления воздуха пенообразующая смесь из емкости по трубопроводам вытесняется в смеситель. При открытии крана смесителя в него одновременно поступают пенообразующая смесь и сжатый воздух. Смесь дробится сеткой, установленной в смесителе, и сжатым воздухом. В результате, на выходе раструба смесителя образуется пена высокой кратности, которая направляется на очаг возгорания.

Устройство имеет сложную конструкцию и обладает большими габаритами из-за наличия емкости с готовым водным раствором пенообразователя. Кроме того, в процессе работы устройства потребляется достаточно много электроэнергии из-за необходимости предварительной подготовки водного раствора пенообразователя.

Наиболее близким аналогом патентуемого устройства пожаротушения, снабженного смесителем, является устройство, раскрытое в описании к авторскому свидетельству SU 286503 (МПК А62С 5/16, опубл. 10.11.1970). Известное устройство пожаротушения содержит систему подачи воды (водопроводную магистраль), регулятор давления, емкость с пенообразователем, выходной трубопровод, ствол для подачи пенообразного потока и эжекторный смеситель, предназначенный для смешивания пенообразователя с водой. Эжекторный смеситель содержит входную часть, проточный канал, служащий камерой смешения воды и пенообразователя.

Из внешнего резервуара вода насосом подается по трубопроводу в сопло эжектора. В момент, когда через регулятор давления, установленный на водопроводной магистрали, протекает наибольшее количество воды, открывается проходное сечение на всасывающем патрубке эжекторного смесителя. Пенообразователь эжектируется и смешивается с основным потоком воды в смесительной камере эжектора и поступает на вход насоса. С помощью насоса водный раствор пенообразователя подается в пожарный ствол и направляется на очаг возгорания.

Известное устройство также обладает сложной конструкцией, что связано с наличием емкости с пенообразователем, регуляторов, дозатора и насоса. Вместе с тем насос устройства потребляет достаточно много энергии при прокачке жидкости через разветвленную систему трубопроводов.

Задачей патентуемого изобретения является создание компактного, простого в эксплуатации устройства, позволяющего осуществлять смешение жидких компонентов не только в горизонтальном, но и в вертикальном положении, а также сокращение времени вывода смесителя на рабочий режим. Другой задачей является обеспечение стабилизации соотношения расходов пенообразователя и основного потока (коэффициента эжекции) при различных вариациях объемных расходов смешиваемых компонентов. При этом смеситель должен работать в широком диапазоне давлений подачи основного потока. Эта задача обусловлена тем, что при подключении смесителя к водопроводной системе в зависимости от высоты здания и интенсивности потребления воды из общей водопроводной сети наблюдается значительное отклонение давления в диапазоне от 3 до 10 атм.

Решение указанных выше задач позволяет эффективно использовать смеситель в пожарно-техническом оборудовании.

Достигаемый технический результат заключается в повышении эффективности работы смесителя при полном заполнении внутренней полости корпуса без образования воздушного пространства. В этом случае смеситель может работать при различных пространственных положениях: как в горизонтальном, так и в вертикальном положении. Достигаемый технический результат заключается также в сокращении времени выхода смесителя на рабочий режим и обеспечении заданного соотношения расходов пенообразователя и основного потока вне зависимости от расхода и давления внешнего циркуляционного потока.

В отношении устройства пожаротушения достигаемый технический результат заключается в повышении эффективности пожаротушения за счет уменьшения времени выхода на рабочий режим и поддержания расхода пенообразующей смеси на заданном уровне в течение процесса пожаротушения. Кроме того, изобретение направлено на снижение массы и габаритов устройства пожаротушения, а также на удобство установки устройства в жилых и производственных помещениях в условиях ограниченного пространства.

Указанные выше технические результаты обеспечиваются за счет использования смесителя, содержащего герметичный корпус с полостью, заполняемой жидкостью, и эжектор, расположенный внутри герметичного корпуса. Эжектор включает в свой состав проточный канал, служащий камерой смешения жидкостей, входную часть, по меньшей мере, с одним эжектирующим отверстием, сообщающим проточный канал с полостью корпуса, и выходную часть, выполненную, по меньшей мере, с одним отверстием, через которое проточный канал сообщается с полостью корпуса.

Согласно настоящему изобретению площадь S_в поперечного сечения отверстия или отверстий, выполненных в выходной части эжектора, выбирается из условия:

S_B =(0,01÷0,1)S_K,

где S _K - минимальная площадь поперечного сечения проточного канала эжектора.

В случае выполнения в выходной части эжектора нескольких отверстий одинакового размера площадь S _в поперечного сечения отверстий одинакового размера, выполненных в выходной части эжектора, определяется из соотношения:

S_B=nS_i,

где n - число отверстий, S_i - площадь поперечного сечения каждого отверстия, выполненного в выходной части эжектора.

Изобретение основано на следующих физических принципах.

В результате эжекции в основной поток жидкости, протекающий через проточный канал, дополнительного компонента, например пенообразователя, в полости герметичного корпуса возникает разрежение. Очевидно, что по прошествии некоторого времени эжектор выйдет на предельный режим работы по величине остаточного давления. При этом давление дополнительного жидкого компонента в полости корпуса смесителя снизится до определенного уровня, после чего процесс эжекции жидкого компонента в основной поток прекратится.

Для обеспечения непрерывного режима работы смесителя необходимо постоянно компенсировать возникающее разрежение в камере, в которой находится дополнительный жидкий компонент. С этой целью в выходной части эжектора выполняют, по меньшей мере, одно боковое отверстие с достаточно малым поперечным сечением. Через данное отверстие часть смешанного потока из проточного канала эжектора поступает в полость корпуса смесителя. Площадь поперечного сечения такого отверстия или отверстий выбирается из условия поддержания заданного расхода жидкости, обеспечивающего полную компенсацию снижения давления в полости герметичного корпуса смесителя.

Изменяя диаметр боковых отверстий, служащих для рециркуляции смешанного потока, можно варьировать соотношение объемных расходов смешиваемых жидких компонентов. При этом отверстия, выполненные в выходной части эжектора, преимущественно выполняются одинакового размера.

Диапазон значений площади поперечных сечений отверстий, выполненных в выходной части эжектора, выбран в зависимости от площади поперечного сечения проточного канала эжектора. При соблюдении установленной зависимости между площадью сечений отверстий в выходной части эжектора и площадью сечения проточного канала обеспечивается стабильное соотношение расходов основного и эжектируемого потоков жидкости и их смешение вне зависимости от изменений расхода и давления подачи основного потока.

Минимальный предел данного диапазона обусловлен тем, что при значениях площади поперечного сечения отверстия S_B 0,01S_K достаточно велико гидравлическое сопротивление канала, через который проточный канал эжектора сообщается с полостью корпуса смесителя и происходит рециркуляция потока жидкости. В связи с этим рециркуляция жидкости через такое отверстие будет существенно затруднена. Вследствие этого компенсация падения давления в корпусе смесителя будет происходить достаточно медленно.

Что касается верхнего предела диапазона площади поперечного сечения отверстия S_B 0,1S_K, то данное условие определяет возможность дозированной подачи дополнительного жидкого компонента в основной поток жидкости, подаваемый под давлением через проточный канал эжектора, и возможность регулирования соотношения смешиваемых компонентов за счет изменения размеров отверстий.

С целью эффективного использования всего объема эжектора для смешивания жидких компонентов каждое отверстие, выполненное в выходной части эжектора, располагают на расстоянии 1÷10 мм от внутренней поверхности близлежащей торцевой части корпуса смесителя.

С целью обеспечения требуемой интенсивности и однородности перемешивания компонентов внутренний диаметр d _к проточного канала выбирается из условия: d _к=(1,5÷2,6)d₀, где d ₀ - внутренний диаметр канала входной части эжектора. При этом входная часть канала входной части эжектора выполняется в виде осевого цилиндрического канала. При выборе диаметра проточного канала из указанного диапазона обеспечивается не только эжекция потока дополнительного жидкого компонента из полости корпуса, но и высокая интенсивность перемешивания жидких компонентов.

При увеличении внутреннего диаметра проточного канала более 2,6d₀ возрастет разница в скоростях основного и эжектируемого потоков на начальном участке проточного канала, что может привести к ухудшению однородности смешивания из-за существенных различий в распределении скоростей по сечению проточного канала (камеры смешения). С другой стороны, при уменьшении диаметра проточного канала менее 1,5d₀ происходит снижение интенсивности и однородности перемешивания жидких компонентов.

Входная часть эжектора смесителя может быть выполнена в виде кольцевого сопла, сужающегося по направлению течения жидкости в проточном канале, с коаксиальным осевым цилиндрическим каналом, образованным во внутренней части кольцевого сопла, при этом эжектирующие отверстия, сообщающие проточный канал с полостью корпуса, выполнены во внешней части кольцевого сопла.

В предпочтительном варианте выполнения смесителя во внешней части кольцевого сопла выполняется четыре эжектирующих отверстия одинакового размера, которые симметрично расположены относительно оси симметрии осевого цилиндрического канала.

Эжектирующие отверстия одинакового размера могут быть выполнены различной конфигурации, например с круглым или прямоугольным поперечньм сечением. Форма и количество эжектирующих отверстий определяются требуемым коэффициентом эжекции (дозирования) и зависят от используемой технологии изготовления эжектора.

Проведенные эксперименты показали, что для обеспечения эффективной эжекции дополнительного жидкого компонента и для создания циркуляционного течения со стабильно поддерживаемым соотношением компонентов вне зависимости от расхода и давления основного потока целесообразно, чтобы площадь S_э эжектирующих отверстий одинакового размера, выполненных во внешней части кольцевого сопла, была выбрана из условия:

S_э =kS_эi(1÷3)S₀

где k - количество эжектирующих отверстий, S _эi - площадь поперечного сечения каждого эжектирующего отверстия, S₀ - площадь поперечного сечения проточного канала входной части эжектора.

Причем, если площадь S_э эжектирующих отверстий будет меньше площади S₀ поперечного сечения входной части проточного канала эжектора, то это приведет к снижению коэффициента эжекции, а следовательно, к увеличенному расходу основного жидкого компонента по сравнению с заданным.

Следует также отметить, что в случае использования смесителя в составе устройства пожаротушения при отклонении величины площади S _э эжектирующих отверстий от заданного соотношения произойдет нерегулируемое снижение кратности генерируемой пены при смешении воды и пенообразователя. С другой стороны, если площадь S _э эжектирующих отверстий превысит 3S₀ , то существенно увеличится расход пенообразователя.

В предпочтительном варианте выполнения канал кольцевого сопла образован коническими поверхностями, при этом угол наклона образующих конических поверхностей к оси симметрии проточного канала выбирается в диапазоне от 5 до 20°.

Указанные выше технические результаты достигаются также с помощью устройства пожаротушения, состоящего из системы подачи воды, выходного трубопровода, соединенного со стволом, предназначенным для подачи пенообразного потока на очаг возгорания, емкости, заполняемой пенообразователем, и смесителя, содержащего эжектор. При этом эжектор включает в свой состав входную часть, проточный канал, служащий камерой смешения воды и пенообразователя, и выходную часть.

Согласно настоящему изобретению смеситель снабжен герметичным корпусом, внутренняя полость которого образует емкость, заполняемую пенообразователем. Эжектор устанавливается внутри герметичного корпуса. Входная часть эжектора выполнена, по меньшей мере, с одним эжектирующим отверстием, сообщающим проточный канал с полостью корпуса. Выходная часть эжектора выполнена, по меньшей мере, с одним отверстием, через которое проточный канал сообщается с полостью корпуса. Площадь S_B поперечного сечения отверстия или отверстий, выполненных в выходной части эжектора, выбирается из условия:

S_B=(0,01÷0,1)S _K,

где S_K - минимальная площадь сечения проточного канала эжектора.

При использовании изобретения возможно как горизонтальное, так и вертикальное расположение корпуса смесителя из-за того, что в герметичном корпусе смесителя в процессе работы практически отсутствует газовая полость. Компенсация падения давления в корпусе смесителя осуществляется автоматически за счет рециркуляции смешиваемых компонентов.

Вследствие автоматического регулирования давления в герметичном корпусе смесителя патентуемое устройство пожаротушения может подключаться к различным системам подачи жидкости, в том числе и к стационарной водопроводной магистрали, в которой возможны колебания давления и расхода жидкости.

В случае выполнения в выходной части эжектора нескольких отверстий одинакового размера площадь S _в поперечных сечений отверстий определяется из условия: S_B=nS_i, где n - количество отверстий, S_i - площадь поперечного сечения каждого отверстия, выполненного в выходной части эжектора.

В различных вариантах выполнения устройства пожаротушения возможны следующие дополнения:

каждое отверстие, выполненное в выходной части эжектора, располагают на расстоянии 1÷10 мм от внутренней поверхности близлежащей торцевой части корпуса;

внутренний диаметр d_к проточного канала выбирается из условия:

d_к=(1,5÷2,6)d ₀, где d₀ - внутренний диаметр канала входной части эжектора;

- входная часть эжектора смесителя выполняется в виде кольцевого сопла, сужающегося по направлению течения жидкости в проточном канале, с коаксиальным осевым цилиндрическим каналом, образованным во внутренней части кольцевого сопла, а эжектирующие отверстия, сообщающие проточный канал с полостью корпуса, выполняются во внешней части кольцевого сопла;

- во внешней части кольцевого сопла выполняются четыре эжектирующих отверстия одинакового размера, симметрично расположенных относительно оси симметрии кольцевого сопла. При этом эжектирующие отверстия могут иметь круглую или прямоугольную форму сечения;

- площадь S_э эжектирующих отверстий, выполненных во внешней части кольцевого сопла, выбирается из условия: S _э=kS_эi=(1÷3)S ₀, где k - количество эжектирующих отверстий, S _эi - площадь поперечного сечения каждого эжектирующего отверстия. S₀ - площадь сечения проточного канала входной части эжектора;

- канал кольцевого сопла может быть образован коническими поверхностями, при этом угол наклона образующих конических поверхностей к оси симметрии смесителя преимущественно выбирается в диапазоне от 5 до 20°;

- система подачи воды может включать в свой соостав последовательно расположенные фильтр, обратный клапан и входной вентиль, подключенный к входу смесителя, при этом выходной трубопровод соединяется со стволом через запорное устройство;

- ствол устройства пожаротушения может быть снабжен распылительной форсункой;

- запорное устройство системы подачи воды может быть выполнено в виде вентиля, обратного клапана либо разрушаемой мембраны.

Далее изобретение поясняется примерами конкретного выполнения со ссылками на поясняющие чертежи. В качестве примера реализации изобретения рассматривается смеситель, предназначенный для образования огнетушащего вещества, в котором в основной поток воды подмешивается пенообразователь.

На поясняющих чертежах изображено следующее:

на фиг.1 - продольный разрез смесителя в масштабе 1:2;

на фиг.2 - принципиальная схема устройства пожаротушения;

на фиг.3 - вид на устройство пожаротушения в масштабе 1:4.

Смеситель, изображенный на фиг.1, конструктивно представляет в целом жидкостно-жидкостный эжектор, в котором поток основной жидкости, в частности воды, эжектирует из трубопровода пенообразователя за счет гидродинамического эффекта. Конструкция смесителя приведена на фиг.1. Смеситель предназначен для образования огнетушащей смеси из воды и пенообразователя.

Смеситель состоит из герметичного корпуса 1, входного и выходного штуцеров 2 и 3 соответственно. Внутри корпуса установлен эжектор 4. Эжектор 4 включает в свой состав входную часть 5, проточный канал 6, служащий камерой смешения, и выходную часть 7. Входной штуцер 2 предназначен для подключения смесителя к напорному водопроводу и подачи воды в эжектор 4. Выходной штуцер 3 используется для подачи огнетушащего вещества, образующегося в проточном канале 6 эжектора 4, в выходной трубопровод, подключенный через вентиль с пожарным шлангом.

Корпус 1 герметично закрыт с торцов плоскими крышками 8 и 9, в которых осесимметрично установлены входной и выходной штуцеры 2 и 3 соответственно. На крышке 9 установлен также штуцер 10 с герметичной заглушкой 11 для заливки в полость корпуса 1 пенообразователя. Входная часть 5 эжектора представляет собой кольцевое сопло 12, сужающееся в направлении течения жидкости в проточном канале. Канал кольцевого сопла 12 образован коническими поверхностями.

Во внутренней части кольцевого сопла 12 выполнен коаксиальный осевой цилиндрический канал 13. Во внешней части кольцевого сопла 12 выполнены эжектирующие отверстия 14, с помощью которых в основном потоке жидкости формируется зона эжекции. Проточный канал 6 эжектора выполняет функцию камеры смешения и предназначен для получения смеси воды и пенообразователя.

Выходная часть 7 эжектора в рассматриваемом примере выполнена в виде диффузора, выходная часть которого герметично соединена с выходным штуцером 3. В выходной части эжектора 7 на расстоянии 6 мм от внутренней поверхности близлежащей торцевой части корпуса 1 (поверхности крышки 9) выполнено одно отверстие 15, служащее для компенсации разрежения, возникающего в корпусе 1 в результате эжекции пенообразователя в основной поток воды.

Диаметр d_B отверстия 15 выбран в соответствии с существенным условием изобретения S_B=(0,01÷0,1)S _K и равен 1,5 мм. Площадь SB поперечного сечения отверстия 15 составляет S_B= мм². При этом минимальная площадь SK поперечного сечения проточного канала 6 эжектора равна 113 мм².

В рассматриваемом примере выполнения смесителя (см. фиг.1) во внешней части кольцевого сопла образовано четыре эжектирующих отверстия 14 прямоугольного сечения. Суммарная площадь S_э поперечного сечения эжектирующих отверстий 14 равна 132 мм², что соответствует условию:

S_э=kS_эi =(1÷3)S₀,

где k=4 - количество эжектирующих отверстий;

S_э=33 мм ² - площадь поперечного сечения каждого эжектирующего отверстия 14.

S₀= 50 мм² - площадь сечения выходного отверстия сопла эжектора;

d₀=8 мм - внутренний диаметр проточного канала входной части эжектора (диаметр осевого цилиндрического канала 13).

Угол наклона образующих конических поверхностей кольцевого канала к оси симметрии проточного канала (см. фиг.1) в рассматриваемом примере составляет 17°, что соответствует выбранному диапазону: 5°÷20°.

Внутренний диаметр d _к проточного канала 6 эжектора выбран в соответствии с условием d_к=(1,5÷2,6)d ₀ и составляет 12 мм.

Объем внутреннего объема корпуса 1 смесителя 20 выбирается в зависимости от требуемой длительности работы устройства пожаротушения в режиме смешения воды с заданным количеством пенообразователя (как правило, 40÷60 секунд для тушения очагов возгорания в помещениях).

Устройство пожаротушения, принципиальная схема которого изображена на фиг.2, содержит систему подачи воды, включающую последовательно расположенные фильтр 16, соединенный с участком водопроводной магистрали 17, обратный клапан 18, входной вентиль 19, подключенный к входу смесителя 20.

Выходной трубопровод смесителя 20 соединен со стволом 21, предназначенным для подачи пенообразного потока на очаг возгорания, через запорное устройство, в качестве которого в рассматриваемом примере используется вентиль 22. Ствол 21 снабжен распылительной форсункой 23 для эффективного распыления пенообразного потока на максимальной площади очага возгорания.

В рассматриваемом примере ствол 21 с распылительной форсункой 23 конструктивно объединены с управляемым гидравлическим клапаном, обеспечивающим регулируемую подачу пенообразного огнетушащего потока. Данный единый конструктивный узел сообщен с выходом вентиля 22 через гибкий пожарный шланг 24.

В качестве запорного устройства в конкретных примерах реализации изобретения могут использоваться обратный клапан или разрушаемая мембрана.

Устройство пожаротушения, изображенное на фиг.3, обеспечивает направленную подачу пенообразного огнетушащего потока, предварительно образованного в смесителе 20, через ствол 21 с распылительной форсункой 23. Управляемый гидравлический клапан включает в свой состав рычаг 25, с помощью которого оператор регулирует подачу огнетушащего состава на очаг возгорания.

Единый конструктивный узел, включающий гидравлический клапан и ствол 21 с распылительной форсункой, соединен с гибким пожарным шлангом 24 с помощью хомутов 26. С противоположной стороны шланг 24 соединен с запорным вентилем 22 с помощью хомутов 27. Вентиль 22 сообщен через участок трубопровода 28 с выходом смесителя 20, вход которого подключен к участку 17 водопроводной магистрали.

Работа устройства пожаротушения и входящего в его состав смесителя осуществляется следующим образом.

Внутренний объем корпуса 1 смесителя 20 предварительно заполняют пенообразователем через штуцер 10. После полного заполнения полости корпуса 1 пенообразователем штуцер 10 закрывают герметичной заглушкой 11. Смеситель в данном примере реализации изобретения устанавливают в горизонтальном положении в соответствии с условиями монтажа устройства.

При возникновении очага возгорания открывают кран (на чертеже не показан), установленный на водопроводной магистрали. Затем переводят входной вентиль 19 и запорный вентиль 22 в открытое положение. После этого вода поступает во входной участок 17 водопроводной магистрали. В фильтре 16 происходит очистка водопроводной воды от твердых примесей. Обратный клапан 18 предотвращает попадание пенообразователя в водопроводную магистраль. Далее очищенная от твердых примесей вода подается через открытый входной вентиль 19 во входной штуцер 2 и протекает в проточный канал 6 эжектора через осевой цилиндрический канал 13 кольцевого сопла 12.

Вследствие использования эффекта эжекции при протекании струи жидкости через сужающееся кольцевое сопло происходит дозированная подача пенообразователя из полости корпуса 1 через эжектирующие отверстия 14 и кольцевой канал, образованный внешней и внутренней частями кольцевого сопла 12. При этом расход пенообразователя зависит не только от размера эжектирующих отверстий 14, но и от величины давления в полости корпуса 1. Эжекция пенообразователя осуществляется равномерно по периметру поперечного сечения основного потока жидкости за счет использования эжектирующих отверстий одинакового сечения, которые равномерно расположены по окружности внешней части кольцевого сопла 12.

Эжектируемый поток пенообразователя поступает вместе с основньм потоком воды в проточный канал 6 эжектора 4, в котором осуществляется интенсивное смешивание жидких компонентов. Проточный канал 6 выполняет в данном устройстве функцию камеры смешения. Эффективность перемешивания компонентов зависит от соотношения размеров сечений проточного канала 6 эжектора 4 и осевого цилиндрического канала 13 кольцевого сопла 12.

Наиболее эффективное перемешивание жидких компонентов наблюдается при реализации следующего условия:

d_к =(1,5÷2,6)d₀,

где d _к - внутренний диаметр проточного канала эжектора; d ₀ - внутренний диаметр канала входной части эжектора (диаметр осевого цилиндрического канала 13).

В результате эжекции пенообразователя из корпуса 1 в проточный канал 6 в полости корпуса 1 возникает разрежение. Во время движения воды с пенообразователем вдоль проточного канала 6 происходит смешивание пенообразователя и воды. За счет торможения смеси в выходной части эжектора давление потока в выходном штуцере 3 увеличивается. В связи с чем через отверстие 15, выполненное в выходной части эжектора 7, часть смешанного потока начинает поступать во внутренний объем корпуса 1, из которого отбирается пенообразователь. В результате рециркуляции смеси через отверстие 15, выполненное в выходной части эжектора, компенсируется разрежение во внутреннем объеме корпуса 1. Компенсация давления осуществляется при минимальном расходе огнетушащего состава, поступающего через отверстие 15 в полость корпуса 1. В результате этого концентрация пенообразователя, заполняющего полость корпуса 1, поддерживается на требуемом уровне в течение процесса подачи пенообразного огнетушащего потока на очаг возгорания.

Обеспечение дозированной подачи пенообразователя в основной поток жидкости при одновременной автоматической компенсации разрежения в полости корпуса 1 определяется заданным соотношением между величиной площади S_B поперечного сечения отверстия 15 и площадью S_K поперечного сечения проточного канала 6 эжектора 4: S_B =(0,01÷0,1)S_K.

Смешанный в проточном канале 6 эжектора пенообразный огнетушащий состав поступает через выходной штуцер 3, соединенный участком трубопровода 28 с открытым запорным вентилем 22, в гибкий пожарный шланг 24. Пожарный шланг 24 разматывают до очага возгорания. При заполнении всего объема пожарного шланга 24 оператор направляет ствол 21 на очаг возгорания, нажимает на рычаг 25 гидравлического клапана. После этого огнетушащий состав начинает поступать через ствол 21 в распылительную форсунку 23. На выходе из распылительной форсунки 23 формируется распыленный пенообразный поток огнетушащего вещества, который направляется на очаг возгорания.

Применение патентуемого устройства для тушения очагов возгорания пенообразными потоками огнетушащего вещества позволяет сократить время выхода на рабочий режим генерации огнетушащего вещества и обеспечить дозированный ввод пенообразователя в поток жидкости при изменениях давления и расхода жидкости на входе в устройство. Вследствие этого устройство пожаротушения, содержащее смеситель, позволяет оперативно подавлять и локализовать очаги возгорания до прибытия подразделения пожарной службы.

Устройство пожаротушения может использоваться в пожарно-техническом оборудовании для подавления очагов возгорания на различных объектах: в жилых и офисных помещениях, в помещениях больниц, библиотек и музеев.

Патентуемый смеситель может применяться как отдельный узел в составе различного технологического оборудования для непрерывного смешивания жидких компонентов при заданном соотношении компонентов.