СПОСОБ КОЧЕТОВА СОЗДАНИЯ ДАЛЬНОБОЙНОЙ ГАЗОКАПЕЛЬНОЙ СТРУИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
KOCHETOV'S METHOD OF LONG RANGE GAS-DROPLET JET CREATION AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к технологии генерации газокапельных струй повышенной дальнобойности и может использоваться в противопожарной технике, в сельском хозяйстве при орошении земель и других отраслях, связанных с необходимостью создания дальнобойных газожидкостных струй.
Наиболее близким объектом заявленного устройства является установка для создания газокапельной струи по патенту РФ №2487763, которая содержит систему подачи жидкости и газа и газодинамическое сопло с камерой смешения жидкости и газа.
Недостаток известного устройства заключается в невозможности увеличения с помощью известных средств дальности полета газокапельной струи свыше 50 м, что необходимо, например, для тушения пожаров в многоэтажных зданиях и высотных сооружениях. Кроме того, сравнительно невелика мелкодисперсность газокапельных струй.
Технический результат - повышение эффективности генерации мелкодисперсных газокапельных струй повышенной дальнобойности.
Это достигается тем, что в способе создания дальнобойной газокапельной струи, заключающемся в том, что систему подачи жидкости в цилиндрическом корпусе организуют по двум направлениям, включающим осевую и тангенциальную подачу жидкости, при этом одновременно осуществляют осевую подачу газа, при этом осевую систему подачи газа осуществляют через кольцевой канал между внутренней поверхностью корпуса, выполненного в виде цилиндрической гильзы, и внешнюю цилиндрическую поверхность подводящего жидкость патрубка, который располагают осесимметрично и коаксиально цилиндрическому корпусу, и закрепляют в нем посредством, по крайней мере, трех радиально расположенных спиц, а осевую подачу жидкости осуществляют через подводящий патрубок и последовательно соединенные и соосные с ним конфузор и цилиндрическое сопло, при этом тангенциальная подачу жидкости осуществляют через коаксиальные с цилиндрическим корпусом и закрепленные на нем две вихревые кольцевые камеры, разделенные между собой кольцевой перегородкой и имеющие соответственно патрубки для подачи жидкости, при этом в каждой кольцевой камере выполняют, по крайней мере, три подводящих жидкость тангенциальных каналов, и соединяют кольцевые камеры с цилиндрической полостью корпуса, представляющей собой камеру смешения, при этом направление тангенциальных каналов в кольцевых камерах выполняют противоположным, а соосно камере смешения к корпусу прикрепляют профилированное сопло.
На фиг.1 изображено устройство для реализации способа создания дальнобойной газокапельной струи, на фиг.2 - разрез А-А фиг.1.
Устройство для создания дальнобойной газокапельной струи (фиг.1) содержит систему подачи жидкости по двум направлениям, включающую осевую и тангенциальную подачу жидкости, а также осевую систему подачи газа через кольцевой канал 17 между внутренней поверхностью корпуса 5, выполненного в виде цилиндрической гильзы, и внешнюю цилиндрическую поверхность подводящего жидкость патрубка 1, который расположен осесимметрично и коаксиально цилиндрическому корпусу 5, и закреплен в нем посредством, по крайней мере, трех радиально расположенных спиц 2. Газ (воздух) подается под давлением, например, от турбокомпрессорной установки, являющейся частью системы подачи газа (на чертеже не показано).
Осевая подача жидкости осуществляется через подводящий патрубок 1 и последовательно соединенные и соосные с ним конфузор 3 и цилиндрическое сопло 4.
Тангенциальная подача жидкости осуществляется через коаксиальные с цилиндрическим корпусом 5 и закрепленные на нем две вихревые кольцевые камеры 6 и 15, разделенные между собой кольцевой перегородкой 14, и имеющие соответственно патрубки 7 и 16 для подачи жидкости, при этом в каждой кольцевой камере 6 и 15 выполнены, по крайней мере, три подводящие жидкость тангенциальных каналов 8 и 9 (фиг. 2), соединяющих кольцевые камеры 6 и 15 с камерой смешения 10 корпуса 5, представляющей собой камеру, где происходит образование двухфазного газожидкостного мелкодисперсного потока, при этом направление тангенциальных каналов 8 и 9 в кольцевых камерах 6 и 15 выполнено противоположным. Соосно камере смешения 10 к корпусу 5 прикреплено профилированное сопло, выполненное в виде двух последовательно соединенных конфузоров 11 и 12, причем у первого конфузора 11, соединенного с цилиндрической полостью корпуса 5, угол при вершине конуса конической обечайки меньше, чем у второго конфузора 12, соединенного с выходным соплом 13, поперечное сечение которого на выходе может быть выполнено круглым, прямоугольным или эллиптическим.
Способ для создания дальнобойной газокапельной струи осуществляют следующим образом.
Устройство перемещают в исходное положение с помощью транспортного средства (на чертеже не показано) и направляют в сторону объекта, к которому должна осуществляться подача газокапельной струи, посредством управляющего воздействия системы управления перемещением сопла (на чертеже не показано). Включают турбокомпрессорную установку, являющуюся частью системы подачи газа и ускоренный воздушный поток из выходного устройства силовой установки направляют в кольцевой канал 17 между внутренней поверхностью корпуса 5, выполненного в виде цилиндрической гильзы, и внешнюю цилиндрическую поверхность подводящего жидкость патрубка 1, а из него - в камеру смешения 10, где происходит образование двухфазного газожидкостного мелкодисперсного потока.
Вихревые потоки жидкости, закрученные в противоположных направлениях жидкости в кольцевых камерах 6 и 15, впрыскиваются в камеру смешения 10 через размещенные в ней рядами тангенциальные каналы 8 и 9, которые смешиваются с набегающим воздушным потоком, в результате чего образуется газокапельный поток. Максимальные значения давления воздуха на входе в сопло и относительной концентрации воды в двухфазном потоке выбираются из условия предельно плотной упаковки частиц воды в воздушном потоке: gP=5,7108 Па, где P - давление газа на входе в сопло; g - относительная концентрация воды в двухфазном потоке. Для достижения необходимой (свыше 50 м) дальности полета газокапельной струи давление газа (воздуха) на входе в сопло должно превышать:
P=5,5105 Па;
g=Gввoд/Gвoз=4,9,
где Gввод=26 кг/с - массовый расход воды; Gвоз=5,3 кг/с - массовый расход воздуха; Tсм=298 K - температура двухфазного потока; L=1500 мм - длина корпуса 5 цилиндрической гильзы с соплом 11; D=50 мкм - средний диаметр капель воды в воздушном потоке.
Созданный в камере смешения 10 двухфазный поток при указанных выше параметрах разгоняется в профилированном канале сопла 11 с конфузором 12 и выходным соплом 13. Использование кольцевого сопла позволяет компактировать газокапельную струю при относительно однородном распределении капель воды по сечению струи.
Обоснование технического результата по заявке №2014101441/05(002048)
Технический результат - повышение эффективности генерации мелкодисперсных газокапельных струй повышенной дальнобойности.
Вихревые потоки жидкости, закрученные в противоположных направлениях жидкости в кольцевых камерах 6 и 15, впрыскиваются в камеру смешения 10 через размещенные в ней рядами тангенциальные каналы 8 и 9, которые смешиваются с набегающим воздушным потоком, в результате чего образуется газокапельный поток.
Максимальные значения давления воздуха на входе в сопло и относительной концентрации воды в двухфазном потоке выбираются из условия предельно плотной упаковки частиц воды в воздушном потоке:
gP=5,7108 Па,
где P - давление газа на входе в сопло;
g - относительная концентрация воды в двухфазном потоке.
Для достижения необходимой (свыше 50 м) дальности полета газокапельной струи давление газа (воздуха) на входе в сопло должно превышать Р=5,5105 Па;
g=Gввoд/Gвoз=4,9,
где Gввод=26 кг/с - массовый расход воды; Gвоз=5,3 кг/с - массовый расход воздуха;
Например, при температуре 25C (по Кельвину Тсм=298 K) - температура (смешанного) двухфазного потока;
L=1500 мм - длина корпуса 5 цилиндрической гильзы с соплом 11;
D=50 мкм - средний диаметр капель воды в воздушном потоке.
Созданный в камере смешения 10 двухфазный поток при указанных выше параметрах разгоняется в профилированном канале сопла 11 с конфузором 12 и выходным соплом 13.
При таких параметрах дальность полета газокапельной струи свыше 50 м.
Использование кольцевого сопла позволяет компактировать газокапельную струю при относительно однородном распределении капель воды по сечению струи.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что двухфазный поток, параметры которого выбираются согласно вышеуказанным условиям, разгоняется в газодинамическом корпусе до скорости, при которой дальность полета газокапельной струи составляет 65 м.
Предложенное изобретение может использоваться в различных отраслях техники, где требуется генерация дальнобойных газокапельных струй, дальность полета которых превышает 50 м. Наиболее эффективно использование изобретения в противопожарной технике, особенно при тушении пожаров в труднодоступных очагах и объектах, и в сельском хозяйстве при орошении земель.