ГОЛОВКА, ПРОИЗВОДЯЩАЯ ВОДЯНОЙ ТУМАН
WATER MIST GENERATING HEAD

Предметом изобретения является головка для производства водяного тумана для цели тушения пожара и дезактивации химических и биологических загрязнений.
Известны сопла пожарных рукавов для производства водяного тумана с головкой двойного потока, где внутри головки имеет место взаимодействие двух фаз, жидкости и газа. Газ с высокой кинетической энергией, подаваемый через газовую магистраль, обеспечивает пневматическое распыление потока жидкости или пленки на выпускном отверстии канала для воды.
В одноструйных пневматических распылителях одна струя газа любой формы действует на струю жидкости. В многоструйных распылителях струя жидкости, текущая через кольцевой проход, окружается с двух сторон газовой струей или газовая струя взаимодействует со струями жидкости. [З.Ожеховски, Й.Прывер, «Распыление жидкостей», Раздел IX, страница 211, WNT, Варшава, 1991].
В немецкой заявке на полезную модель DE 29510976 раскрывается головка для производства водяного тумана, обеспечивающая два потока и содержащая центральное газовое сопло и двухстороннее водяное сопло с выходами, сходящимися по направлению к оси газового сопла.
Известны газодинамические распылители для производства водяного тумана с соплом Лаваля. Сопло имеет сквозной проход с площадью поперечного сечения, вначале уменьшающейся к горловине, а затем увеличивающейся в направлении выходного отверстия сопла. Такой профиль разреза сопла можно получить путем придания формы участку внутренней поверхности сопла или путем помещения расходящейся-сходящейся детали внутри сопла.
У головок для производства водяного тумана, используемых в настоящее время в борьбе с пожарами и в химическом восстановлении, имеются серьезные проблемы с созданием струи капелек с адекватной кинетической энергией. Поскольку качество тумана улучшается при снижении веса капелек, необходимо увеличивать скорость выпуска, чтобы повысить энергию. В то же время, чтобы получить достаточно маленький диаметр капельки, струя воды должна выпускаться через очень маленькие отверстия или разбиваться на рассеивающих устройствах. Если после этих процессов капельки должны набрать значительную скорость, необходимо использовать очень высокие давления в качестве движителя. Однако диапазон создающих туман сопел для пожарных рукавов, используемых сейчас, ограничен и в принципе не превышает 4-5 метров. Целью решения является разработка головки, производящей водяной туман, с более высоким выходом и диапазоном.
Головка, производящая водяной туман и имеющая корпус с двойным потоком с газовой и водной магистралью, аксиально симметричные газовые сопла и кольцевой водный канал, концентрически размещенный между соплами, согласно изобретению характеризуется каналом для воды, имеющимся у выпускного отверстия с соплом для воды, сходящимся к оси, а центральный и кольцевой внешний газовые сопла имеют разрез профиля сопла Лаваля с каналом выпускного отверстия, имеющего стенки, параллельные оси.
Полезно, если канал для воды образован трубкой, закрепленной на корпусе, составляющей внутреннюю часть внешнего кольцевого сопла. Трубка заканчивается у выпускного отверстия внутренней конической поверхностью, сходящейся к оси, и цилиндрическая поверхность сзади сходящейся-расходящейся детали образована на внешней поверхности. На окружности впускной части находится канал для воды с радиальными каналами, соединенными с водной магистралью. Водная магистраль имеет, по меньшей мере, два впускных отверстия, соединенных с радиальными каналами боковыми каналами.
В предпочтительном варианте центральное сопло имеет цилиндрический выпускной канал за сходящейся-расходящейся деталью, образованной на внутренней поверхности. В этом варианте каждый из газового сопла, центрального и внешнего кольцевого сопла имеет отношение площадей поперечного сечения выпускного отверстия к горловине 1,5 к 2,5. Более того, площади поперечного сечения горловины внешнего кольцевого сопла и центрального сопла равны, что полезно, с допуском от 0,8 до 1,2 площади поперечного сечения.
В другом варианте центральное сопло имеет центральный кольцевой выпускной канал, тогда как расходящаяся-сходящаяся деталь с внешней цилиндрической поверхностью концентрически размещена внутри центрального сопла. Полезно, что если расходящаяся-сходящаяся деталь составляет круглое сопло с профилем сопла Лаваля, причем выпускной канал имеет стенки, параллельные оси. В таком варианте центрального сопла площадь поперечного сечения горловины круглого сопла преимущественно равна площади поперечного сечения горловины центрального сопла с допуском 0,8-1,2 от площади поперечного сечения. Также полезно, если круглое сопло имеет отношение площадей поперечного сечения выпускного отверстия и горловины 1,5 к 2,5, а круглое сопло имеет отношение площадей поперечного сечения и горловины 5 к 8, и внешнее кольцевое сопло имеет отношение площадей поперечного сечения внешнего выпускного отверстия к горловине 1,5 к 2,5. Более того, площадь поперечного сечения горловины внешнего кольцевого сопла преимущественно вдвое больше, чем сумма площадей поперечного сечения горловины центрального сопла и горловины круглого сопла с допуском 0,8 до 1,2 площади поперечного сечения.
Согласно изобретению головка позволяет получать очень высокую степень распыления воды, ниже 200 микрон, высокую подачу распыленной жидкости и значительный диапазон тумана, производимого на расстояние примерно 8-10 метров. Головка характеризуется способностью высокого подавления огня и тушения, категориями АВСЕ, защитой области пожара и места пожара и поглощения дыма. Головка также позволяет проводить эффективную дезактивацию больших площадей химически или биологически загрязненной почвы, а также разбрызгивание жидкостей других специальных применений.
Согласно изобретению головка показана на иллюстрации в примерном варианте, где фиг.1 показывает головку в смещенном осевом положении, фиг.2 - вид головки на фиг.1, видимой из конца впускной магистрали, и фиг.3 - другой вариант головки в смещенном по оси сечении.
Производящая водяной туман головка имеет корпус 1 для двойного потока с магистралью для газа и воды, симметричные относительно оси газовые сопла и кольцевой канал 9 для воды, концентрически расположенный между соплами. Канал 9 для воды имеет сопло 8 на выпуске, сходящееся с осью, и газовые сопла, центральное 3 и внешнее кольцевое 5 имеют профиль сопла Лаваля с выпускным каналом со стенками, параллельными оси. Канал 9 для воды состоит из трубки 4, прикрепленной к корпусу 1, составляющей внутреннюю часть внешнего кольцевого сопла 5. Трубка 4 заканчивается у выпускного отверстия внутренней конической поверхностью, сходящейся с осью, и цилиндрической поверхностью сзади расходящейся-сходящейся детали, образованной на внешней поверхности. На окружности впускной части канал 9 для воды имеет радиальные каналы, соединенные с магистралью для воды. Магистраль для воды имеет, по меньшей мере, два впускных отверстия, соединенных с радиальными каналами посредством боковых каналов.
В варианте, представленном на фиг.1, центральное сопло 3 имеет цилиндрический выпускной канал сзади сходящейся-расходящейся детали, образованной на внутренней поверхности. В этом варианте центральное сопло 3 и внешнее кольцевое сопло 5 имеют отношение площадей поперечного сечения выпускного отверстия и горловины 1,5 к 2,5. Кроме того, площади поперечного сечения горловины внешнего кольцевого сопла 5 и горловины центрального сопла 3 преимущественно равны с допуском 0,8 до 1,2 от площади поперечного сечения. Корпус 1 головки имеет форму ступенчатого цилиндра с внешней резьбой на трех ступенях. Центральное сопло 3 навинчивается на первую ступень с меньшим диаметром. На следующую ступень с резьбой навинчивается трубка 4. Внешнее кольцевое сопло 5 навинчивается на третью ступень. Сопло 5 у выпускного отверстия соединено посредством разветвленного штуцера с осевым каналом корпуса 1, соединенного с газовой магистралью.
Вода подается в канал 9 для воды через боковую магистраль, боковой канал и два радиальных углубления, соединенных с впускным каналом его выпуска для воды. На выпуске канала для воды 9 вода вытекает через сопло 8 для воды. Скорость вытекания воды имеет радиальный компонент, указывающий в направлении оси. В результате действия гидродинамических сил и газовых струй, вытекающих из концентрических сопел, имеется очень высокая дисперсия частиц воды при сохранении компактной области струи тумана с высокой кинетической энергией.
На фиг.2 показано положение магистрали. Газовая магистраль расположена по центральной линии корпуса 1, и два впускных отверстия магистрали отстоят друг от друга на равное расстояние по окружности головки.
На фиг.3 показан вариант головки, где центральное сопло 3 имеет кольцевой выпускной канал 6. Внутри центрального сопла 3 размещена расходящаяся-сходящаяся деталь 2 с цилиндрической внешней поверхностью на выпускном отверстии сопла. Более того, расходящаяся-сходящася деталь 2 составляет круглое сопло с профилем сопла Лаваля, с выпускным каналом, стенки которого параллельны оси.
В таком варианте головки площадь поперечного сечения горловины круглого сопла преимущественно равна площади поперечного сечения горловины центрального сопла 3. Отклонение границы размера не должно превышать 0,8 до 1,2 номинального размера. В этом варианте головки круглое сопло имеет отношение площадей поперечного сечения выходного отверстия к горловине 1,5 к 2,5, что выражается следующей формулой:
2
2
o
d/d =1,5-2,5,
o
где d - диаметр выпускного отверстия, d - диаметр горловины.
Центральное сопло 3 имеет отношение площади поперечного сечения кольцевого выпускного канала 6 к площади поперечного сечения горловины 5-8, что выражается следующей формулой:
3
1
3
2
2
2
2
2
(D -D )/(D -D )=5-8,
1
2
3
где D - внутренний диаметр выпускного отверстия, D - диаметр горловины, D - внешний диаметр выпускного отверстия.
Внешнее кольцевое сопло 5 имеет отношение площади поперечного сечения выпускного отверстия к площади поперечного сечения горловины 1,5-2,5, что выражается следующей формулой:
6
4
6
5
2
2
2
2
(D -D )/(D -D )=1,5-2,5,
4
5
6
где D - внутренний диаметр выпускного отверстия, D - диаметр горловины, D - внешний диаметр выпускного отверстия.
Кроме того, площадь поперечного сечения горловины внешнего кольцевого сопла 5 вдвое больше суммы площадей поперечного сечения горловин центрального сопла 3 и круглого сопла. Отклонение предела размеров не должно превышать 0,8-1,2 от номинальных размеров такой площади поперечного сечения. Площади поперечного сечения горловины круглого сопла и центрального кольцевого сопла 3 равны с допуском в 20%.
Площадь поперечного сечения горловины кольцевого сопла 5 вдвое больше, чем площадь поперечного сечения горловины у других сопел с допуском не более 20%.
В головке, показанной на фиг.3, корпус 1 имеет форму ступенчатого цилиндра с охватываемой резьбой на трех последовательных ступенях. Первая ступень с наименьшим диаметром имеет охватываемую и охватывающую резьбу. Охватывающая резьба прорезана в осевом канале, соединенном с газовой магистралью. Расходящаяся-сходящаяся деталь 2, имеющая в своей впускной части отверстия, через которые газ протекает из осевого канала к центральному соплу 3, имеющему кольцевой выпускной канал 6, навинчивается на охватывающую резьбу. Центральное сопло 3 навинчивается на охватываемую резьбу. На следующей ступени с резьбой навинчена трубка 4. Внешнее кольцевое сопло 5 навинчено на последнюю ступень с резьбой. Это сопло соединено у впускного отверстия посредством разветвленного штуцера с осевым каналом в корпусе 1, соединенным с газовой магистралью. В своей расходящейся-сходящейся детали 2 круглое сопло может снабжаться краном для ограничения или перекрытия поперечного сечения этого выпускного канала сопла.
Сжатый газ и воздух, в частности, подаваемый в газовую магистраль по оси корпуса 1, проходит через осевой канал к круглому соплу и центральному соплу 3 и через посредство разветвленного штуцера ко внешнему соплу 5. Стрелка Р на фиг.2 указывает отверстие для впуска воздуха, стрелка W указывает на отверстие для впуска воды. Вода подается в канал 9 для воды через боковую магистраль, боковой канал и два радиальных углубления, соединенных с впускным отверстием. Симметричное расположение этих углублений вокруг оси позволяет нужное наполнение канала по всей его периферии. На выпускном отверстии канала 9 для воды вода выливается через сопло 8 для воды. Скорость вытекания воды имеет радиальный компонент, направленный в направлении оси.
В результате действия гидродинамических сил и газовых струй, вытекающих из концентрически расположенных сопел, достигается очень высокая диффузия частиц воды при сохранении компактной области произведенного тумана с высокой кинетической энергией. Масса водяного тумана, произведенного головкой, не состоит только из массы воды, но также из массы воздуха. Благодаря этому кинетическая энергия произведенного тумана увеличивается до такой степени, что можно направить фронт струи тумана на расстояние 8-10 метров, что является удовлетворительным расстоянием при тушении пожаров. Эффективность головки согласно изобретению можно улучшить посредством использования добавок, повышающих плотность воды, подаваемой в головку, таких как растворы солей, в частности NaCl. Введение водных растворов или других веществ, менее летучих, чем вода, в зону огня повышает эффективность тушения пламени, а испарившиеся твердые частицы, остающиеся в области огня, являются дополнительным агентом, подавляющим огонь.