УСТРОЙСТВО СОЗДАНИЯ ДАЛЬНОБОЙНОЙ ГАЗОКАПЕЛЬНОЙ СТРУИ
LONG-RANGE GAS-DROP JET GENERATOR

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 №2107554, 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.
Технический результат - повышение эффективности пожаротушения путем увеличения дальности полета газокапельной струи и ее мелкодисперсности при взаимодействии с объектом.
Это достигается тем, что в устройстве для создания дальнобойной газокапельной струи, содержащем системы подачи жидкости и газа и сопло, система подачи жидкости осуществляется по двум направлениям, включающим осевую подачу жидкости через подводящий патрубок и последовательно соединенные и соосные с ним конфузор и цилиндрическое сопло, а тангенциальная подача жидкости осуществляется через коаксиальный с цилиндрическим соплом корпус в виде цилиндроконической гильзы, на цилиндрической части которой закреплена вихревая кольцевая камера с патрубком для подачи жидкости, при этом по краям кольцевой камеры выполнены два ряда подводящих жидкость тангенциальных каналов, при этом в каждом ряду имеется, по крайней мере, три тангенциальных канала, соединяющих кольцевую камеру с цилиндрической полостью корпуса, а в конической части корпуса для создания повышенной скорости двухфазного потока осесимметрично и соосно корпусу закреплено центральное обтекаемое тело каплевидной формы с небольшим лобовым сопротивлением движению потока, которое закреплено к внутренней поверхности полости конической части корпуса посредством, по крайней мере, трех стержней, причем система подачи газа включает в себя турбокомпрессор, кольцевой, коаксиальный подводящему жидкость патрубку ввод и камеру смешения, образованную цилиндрической полостью корпуса, с размещенными в нем рядами подводящих жидкость тангенциальных каналов, а центральное обтекаемое тело каплевидной формы выполнено с центральным сквозным отверстием, соосным с конической частью корпуса.
На фиг.1 изображена функциональная схема устройства для 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 подачу жидкости через подводящий патрубок 1 и последовательно соединенные и соосные с ним конфузор 3 и цилиндрическое сопло 4. Тангенциальная подача жидкости осуществляется через коаксиальный с цилиндрическим соплом 4 корпус 5 в виде цилиндроконической гильзы, на цилиндрической части которой закреплена вихревая кольцевая камера 6 с патрубком 7 для подачи жидкости, при этом по краям кольцевой камеры 6 выполнены два ряда 8 и 9 подводящих жидкость тангенциальных каналов (фиг.2), при этом в каждом ряду имеется, по крайней мере, три тангенциальных канала, соединяющих кольцевую камеру 6 с цилиндрической полостью 10 корпуса 5.
В конической части 11 корпуса 5 для создания повышенной скорости двухфазного потока осесимметрично и соосно корпусу закреплено центральное обтекаемое тело 12 каплевидной формы с небольшим лобовым сопротивлением движению потока, которое закреплено к внутренней поверхности полости 14 конической части 11 корпуса 5 посредством, по крайней мере, трех стержней 13. Центральное обтекаемое тело каплевидной формы выполнено с центральным сквозным отверстием 15, соосным с конической частью 11 корпуса 5.
Система подачи газа включает в себя турбокомпрессор (на чертеже не показан), кольцевой, коаксиальный подводящему жидкость патрубку 1 ввод 2 и камеру смешения, образованную цилиндрической полостью 10 корпуса 5, с размещенными в нем рядами 8 и 9 подводящих жидкость тангенциальных каналов.
Устройство для создания дальнобойной газокапельной струи работает следующим образом.
Устройство перемещается в исходное положение с помощью транспортного средства (на чертеже не показано) и направляется в сторону объекта, к которому должна осуществляться подача газокапельной струи, посредством управляющего воздействия системы управления перемещением сопла (на чертеже не показано). Включается турбокомпрессорная установка, являющаяся частью системы подачи газа, и ускоренный воздушный поток из выходного устройства силовой установки направляется в ввод 2 подачи газа в камеру смешения 10, где происходит образование двухфазного потока.
Вихри жидкости впрыскиваются в камеру смешения 10 через размещенные в ней рядами 8 и 9 тангенциальные каналы, 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 цилиндроконической гильзы; 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 с центральным телом 12. 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.