РАСПЫЛИТЕЛЬНЫЙ КАНАЛ, ПРИМЕНЯЕМЫЙ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ОГНЕТУЩАЩЕЙ СМЕСИ

Распылительный канал, применяемый для получения огнетушащей смеси
Предлагаемая полезная модель относится к области водяного орошения и пожаротушения и может быть использована для тушения огня в автоматическом и ручном режиме, в стационарных и мобильных установках пожаротушения.
Известен патент [RU2248826, МПК A62C31/02, 27.03.2005], в котором описаны несколько вариантов создания водяного тумана с мелкими частицами (огнетушащее вещество или смесь) посредством различных распылительных головок, в которых взаимозависимые по длине и ширине каналы, изготовленные сверлением, расположены последовательно друг за другом. При этом выдавливаемая под большим давлением 80-100 Атм жидкость из камеры, через канал меньшего диаметра (канал подачи водяного потока) должна попадать на стенки канала большего диаметра (дюза) через конусный переход с одного диаметра на другой. При этом, для создания максимальной вихревой диспергации выдавливаемой жидкости, используется эффект поверхностного натяжения в канале большего диаметра. При этом максимальная диспергация вихревого водяного потока в описанном в указанном патенте способе и устройствах происходит на внешней кромке большего из двух каналов, то есть на внешней стороне распылительной головки.
Недостатками описанного технического решения является: 1. Необходимость большого давления в системе (140-200 Атм) для обеспечения давления на входе оросителя 80-100 Атм. Методом наблюдения работы указанных устройств выявлено, что при меньшем давлении, не смотря на обратное утверждение в патенте, эффект тумана не достигается по причинам, описанным в том же патенте. Наиболее точное описание конденсатного состояния распыляемой воды давлением менее 80 Атм на оросителе с использованием указанного способа и устройств это - роса. 2. Требование к максимальной соосности взаимозависимых распылительных каналов, изготавливаемых высверливанием. 3. Жесткая взаимоувязанная зависимость длин и диаметров взаимозависимых распылительных каналов. 4. Значительный расход воды на удельную единицу теплоотдачи очага горения. 5. Высокая потребляемая мощность электромоторов (15-37кВт/на 100 л воды), обеспечивающих работу насосов высокого давления 140-200 Атм.
Известный распылительный канал, в сущности, образован из двух сообщающихся и соосно расположенных канала подачи водяного потока и дюзы, причем диаметр дюзы выполнен больше диаметра канала подачи водяного потока. При этом в месте перехода из канала подачи водяного потока в дюзу образован конусообразный переход водяного потока.
Задачей настоящей полезной модели является создание нового распылительного канала, применяемого для получения огнетушащей смеси, с достижением следующего технического результата: повышение эффективности тушения локальных и объемных огневых очагов классов А и В любой категории сложности за счет повышения проникающей способности создаваемой огнетушащей смеси, при одновременном упрощении изготовления распылительного канала.
Поставленная задача решена за счет того, что в известном распылительном канале, применяемом для получения огнетушащей смеси, образованном из сообщающихся и расположенных друг за другом по меньшей мере одного канала подачи водяного потока и дюзы, при этом диаметр дюзы выполнен больше диаметра канала подачи водяного потока, согласно настоящей полезной модели, дюза представляет собой стакан, через дно которого проходит каждый канал подачи водяного потока, при этом наименьший угол между внутренней стенкой стакана и его дном выполнен не более 90 градусов, дополнительно введен по меньшей мере один канал подачи воздуха, сообщающийся с дюзой вблизи ее дна.
Таким образом с помощью заявляемой полезной модели повышается эффективность тушения локальных и объемных огневых очагов классов А и В любой категории сложности за счет повышения проникающей способности создаваемой огнетушащей смеси, благодаря способности создаваемой смеси, представляющей собой сверхплотный мелкодисперсный водяной туман, мгновенно заполнять защищаемый объем помещения и высокой эффективностью тушения локальных и объемных огневых очагов классов А и В, любой категории сложности, что свойственно, в основном, газовым объемным системам тушения пожара. Причем при смешивании мелкодисперсной водяной пыли с атмосферным воздухом путем его всасывания в поток мелкодисперсных капель распыляемого водяного потока повышается эффективность получаемой огнетушащей смеси.
При этом распыляемая с помощью настоящего распылительного канала жидкая среда определяется как поток совместно движущегося множества отдельных микрокапель, получающих избыточный заряд кинетической энергии избыточным давлением, принуждающим капли водяного потока к поступательному движению и стремлению ими высвободить накопленную энергию. Высвобождение накопленной энергии каждой отдельной микрокаплей происходит в момент ее выхода, на кромке срыва водяного потока, которая образована с помощью прохода канала подачи водяного потока через дно дюзы, расположенное под углом не более 90 градусов ко внутренней стенке дюзы. Причем поток мелких капель, сорвавшихся с кромки, стремится к внутренним стенкам дюзы. При этом каждая микрокапля приобретает индивидуальное ускорение и траекторию движения, в зависимости от количества накопленной кинетической энергии. При этом в физическом смысле все капли пытаются оттолкнуться друг от друга, увеличивая дистанцию убегания. Дальнейшая траектория движения подавляющего большинства отдельных капель преломляется стенками дюзы, направляя отраженные капли навстречу друг другу. Следует дальнейшее столкновение встречно движущихся капель, с еще большей диспергацией и увеличением числа свободно и хаотично движущихся капель. Процесс хаотичного отражения и столкновения свободных капель продолжается с увеличивающейся интенсивностью. На выходе из распылительного канала формируют мелкодиспергированную огнетушащую смесь, формулируемую как сверхплотный мелкодисперсный водяной туман, обладающий высокой проникающей способностью, способностью мгновенно заполнять защищаемый объем помещения и высокой эффективностью тушения локальных и объемных огневых очагов классов А и В, любой категории сложности. Причем при поступлении атмосферного воздуха в дюзу микрокапли, обладающие большим зарядом кинетической энергии, захватывают слабозаряженные молекулы воздуха из воздушного потока, всасываемого методом инжекции в поток заряженных микрокапель, увеличивая тем самым собственную летучесть. Таким образом формируется процесс инжекции воздуха в дюзу, с последующим формированием воздушно-капельной мелкодиспергированной огнетушащей смеси.
В отличие от распылительного канала, известного из прототипа, где формирование мелкодисперсного водяного вещества, обеспечивается эффектом поверхностного натяжения и связанного с этим вихревого закручивания водяной струи, находящейся под давлением 80 - 100 Атм на входе оросителя, распыляемой на внешней кромке известных оросителей. Только при соблюдении указанных условий изготовления предлагаемого распылительного канала формируется мелкодиспергированная огнетушащая смесь, формулируемая как сверхплотный мелкодисперсный водяной туман, обладающий высокой проникающей способностью, способностью мгновенно заполнять защищаемый объем помещения и высокой эффективностью тушения локальных и объемных огневых очагов классов А и В, любой категории сложности. В сущности, с помощью заявляемого распылительного канала образуют взвесь, т.е. множество водяных капель, накрывающих и окутывающих очаг пожара и создают условия их разбегания. При этом имеет место быть двухкомпонентная смесь, поскольку вода и воздух работают совместно, в отличие от аналогов, в которых образуют однокомпонентное вещество.
При этом экспериментально установлено, что эффект сверхплотного мелкодисперсного водяного тумана, способного мгновенно заполнять объем защищаемого помещения, достигается при существенно более низком давлении смеси, равном 30 - 60 Атм (и давлении в системе пожаротушения 50-80 Атм, соответственно), что обеспечивает существенно меньшее потребление электрической энергии, необходимой для работы как минимум одной насосной установки, формирующей водяной поток, подаваемый к кромке срыва.
Сущность заявляемой полезной модели и возможность ее практической реализации поясняется приведенным ниже описанием и чертежами.
На Фиг. 1 - 7 показаны варианты реализации общего вида распылительного канала (вид сбоку в разрезе).
На Фиг. 8 - 9 показана форсунка, применяемая в распылительных головках разного типа.
На Фиг. 10 показано применение заявляемого распылительного канала в составе распылительной конической головки спринклерного типа (вид сбоку в разрезе).
На Фиг. 11 показано применение заявляемого распылительного канала в составе распылительной цилиндрической головки спринклерного типа (вид сбоку в разрезе).
На Фиг. 12 показано применение заявляемого распылительного канала в составе распылительной конической головки дренчерного типа (вид сбоку в разрезе).
На Фиг. 13 показано применение заявляемого распылительного канала в составе распылительной цилиндрической головки дренчерного типа (вид сбоку в разрезе).
Распылительный канал, применяемый для получения огнетушащей смеси (Фиг. 1-13), образован из сообщающихся и расположенных друг за другом как соосно, так и не соосно под углом, отличающимся от 180°, по меньшей мере одного канала 1 подачи водяного потока (выполненного с возможностью сообщения с клапанным каналом распылительной головки) и дюзы 2, при этом диаметр дюзы 2 выполнен больше диаметра каждого канала 1 подачи водяного потока. Дюза 2 в общем случае представляет собой стакан, через дно которого проходит каждый канал 1 подачи водяного потока, при этом угол между внутренней стенкой стакана и его дном выполнен не более 90 градусов (≤ 90°), причем имеется ввиду, наименьший из образующихся углов. Таким образом внутри распылительного канала образуют по меньшей мере одну кромку 3 срыва водяного потока, после перехода через которую водяной поток разбивают на множество совместно движущихся отдельных микрокапель с последующим инициированием процесса их хаотичного отражения от внутренних стенок распылительного канала и столкновения друг с другом, получая на выходе наружу из распылительного канала мелкодисперсную водяную пыль.
После разбиения водяного потока его насыщают атмосферным воздухом путем всасывания атмосферного воздуха в распылительный канал после кромки 3 срыва водяного потока, но до выхода наружу из распылительного канала. Для этого в распылительный канал введен по меньшей мере один канал 4 подачи воздуха, сообщающийся с дюзой 2 вблизи ее дна, а именно, между дном и местом соударения основного потока капель с внутренними стенками дюзы 2. При этом канал 1 подачи водяного потока входит в дно дюзы 2 под таким углом, чтобы исключить попадание большей части водяного потока в канал 4 подачи воздуха, т.е. при образовании распылительного канала учитывают взаимное расположение каналов 4 подачи воздуха и каналаов 1 подачи водяного потока. Возможен вариант, когда канал 4 подачи воздуха примыкает к стенке дюзы 2 сразу после кромки 3 срыва водяного потока (Фиг. 1, 2, 4 - 7, 10 - 13). В этом случае канал 4 подачи воздуха обычно образуют с помощью сверла. Он обеспечивает подачу воздуха снаружи распылительной головки в дюзу 2. Он может быть составным, т.е. в виде совокупности нескольких сообщающихся каналов, ведущих снаружи в дюзу 2. Возможен другой вариант, когда имеется воздушная камера 5 (Фиг. 2, 4, 9, 10, 12), образованная с помощью расположенной между каналом 1 подачи водяного потока и дюзой 2 стойки 6, в которой выполнены отверстия для прохода воздуха внутрь дюзы 2, и канал 4 подачи воздуха образован вокруг дюзы 2. Причем каналов 4 подачи воздуха может быть несколько и они могут быть расположены по окружности вокруг дюзы 2 (Фиг. 8).
Стоит отметить, что в прототипе для изготовления дюзы используется метод сверления, что обуславливает образование конуса в ней. В заявляемом распылительном канале дюзу 2 образуют, например, методом фрезерования, что позволяет добиться различных вариантов исполнения дна, например, плоского (Фиг. 1, 2, 6, 7) (без учета технологических скруглений по краям из-за использования фрезы), вогнутого или любой другой формы, при которой наименьший угол между дном и внутренней стенкой стакана дюзы 2 выполнен не более 90 градусов (≤ 90°). Т.е. в случае образования вогнутого дна угол отсчитывается между стенкой и касательной к окружности, содержащей дно, в случае наклонного дна (Фиг. 6) имеется в виду наименьший из двух углов между дном и стенкой, возможен также вариант выполнения дна в виде вдавленного конуса (Фиг. 3 - 5), через вершину которого проходит канал 1 подачи водяного потока. Причем стенки дюзы 2 также могут быть выполнены наклонными (Фиг. 6). А каналов 1 подачи водяного потока может быть выполнено несколько (Фиг. 7), в месте перехода из каждого канала 1 в дюзу 2 образована кромка 3 срыва водяного потока.
При этом угол, под которым канал 1 подачи водяного потока проходит через дно дюзы 2 не влияет на достижение технического результата, так же как и форма дна и соосность или несоосность расположения канала 1 подачи водяного потока и дюзы 2. Поскольку основное значение имеет образующаяся при прохождении канала 1 подачи водяного потока через дно дюзы 2 кромка 3 срыва водяного потока именно внутри распылительного канала, в отличие от прототипа, где на выходе из распылительного канала наружу образована кромка срыва для уже завихренного с помощью конусного перехода водяного потока. В заявляемом техническом решении предпринято все, чтобы в месте перехода из канала 1 подачи водяного потока в дюзу 2 не происходило завихрение водяного потока, а, наоборот, происходило его множественное разбиение.
Дюза 2 и каналы 4 подачи воздуха могут быть образованы как в теле распылительной головки, так и выполнены в виде отдельной форсунки 7 (Фиг. 8, 9), вставляемой или вкручивающейся в распылительную головку соответственно каналу 1 подачи водяного потока.
В распылительной головке может применяться как распылительные каналы без канала 4 подачи воздуха (Фиг. 3), так и вместе с каналом 4 подачи воздуха (Фиг. 1 - 2, 4 - 7, 10 - 13), а также их различные комбинации (Фиг. 10, 12).
С помощью заявляемой полезной модели предлагается создание огнетушащей смеси, содержащей в качестве активных компонентов пресную или опресненную морскую воду и атмосферный воздух (в случае его всасывания).
По меньшей мере один распылительный канал применяется в составе системы пожаротушения (на чертеже не показано), включающей распылительные головки (Фиг. 10 - 13), систему (на чертеже не показано) компоновки перечисленных элементов, соединительный трубопровод (на чертеже не показано), трубные соединения (на чертеже не показано), гибкие рукава (на чертеже не показано) и соединения (на чертеже не показано), клапанные устройства (на чертеже не показано) управления и насосные установки (на чертеже не показано) с электрическим и пневматическим приводом, совместно обеспечивающие подачу огнетушащей смеси к источнику горения.
На Фиг. 10 - 13 показано применение заявляемого распылительного канала в составе распылительных головок различного типа.
На Фиг. 10 приведена распылительная коническая головка спринклерного типа. Коническая форма корпуса 8 головки обуславливается необходимостью направить выходное отверстие дюзы 2, расположенной внутри вкручиваемой форсунки 7, имеющей также воздушную камеру 5 и как минимум один канал 4 подачи воздуха, под углом 75 - 30 градусов к защищаемой поверхности. Форсунка 7 имеет резьбу и вкручивается в корпус 8 распылительной головки соответственно каналу 1 подачи водяного потока. Корпус 8 снабжен уплотнением 9 и резьбой (на чертеже показано условно) посадки головки в сборе в трубный адаптер (на чертеже не показано). С обратной стороны в корпус 8 вкручивается, имеющая резьбу гайка 10, с как минимум одним сквозным отверстием (на чертеже не показано), обеспечивающим подачу воды из трубы (на чертеже не показано), через трубный адаптер (на чертеже не показано) в клапанный канал 11 головки, резиновое уплотнение 12 и сетчатый фильтр 13, предотвращающий от попадания внутрь головки любых механических примесей или взвесей. Внутри головки вытачивается клапанный канал 11, обеспечивающий перемещение штока 14 запорного клапана и сообщающийся с каналом 1 подачи водяного потока. Шток 14 запорного клапана с резиновыми уплотнениями 15 располагается внутри корпуса 8, продольно клапанному каналу 11, совместно с гайкой 10 корпуса 8 обеспечивающими удержание воды в трубопроводе (на чертеже не показано) до момента срабатывания (разрыва) термозависимой колбы 16. Термозависимая колба 16 располагается в корзинке корпуса 8, имеющей как минимум одно фрезеруемое окно 17 для обеспечения подачи нагретого огневым очагом воздуха к колбе 16. Колба 16 удерживает шток 14 запорного клапана внутри гайки 10 и фиксируется стопорным винтом 18. Стопорный винт 18, имеющий резьбу и вкручиваемый в торец корзинки корпуса 8, предназначен для удержания и стопорения термозависимой колбы 16 в рабочем положении. При разрыве колбы 16, шток 14 запорного клапана освобождается и напором воды, находящейся под давлением 40 - 60 кг/см2, выходит из гайки 10, тем самым обеспечивая подачу воды через клапанный канал 11 в как минимум один распылительный канал и образованная в нем огнетушащая смесь направляется наружу к защищаемой поверхности.
На Фиг. 11 показана реализация заявляемого распылительного канала на примере распылительной цилиндрической головки спринклерного типа. Принцип работы данной головки полностью совпадает с принципом работы описанной выше конической головки спринклерного типа. При этом цилиндрическая форма корпуса 8 обусловлена необходимостью взаимоувязанно расположить канал 1 подачи водяного потока, соединить его с дюзой 2, связанные с нею воздушную камеру 5 и канал 4 подачи воздуха строго относительно друг-друга, и направить выходное отверстие дюзы, под углом 75 - 30 градусов к защищаемой поверхности.
На Фиг. 12 показана реализация заявляемого распылительного канала на примере распылительной конической головки дренчерного типа. Коническая форма корпуса 19 обусловлена необходимостью направить выходное отверстие дюзы 2, расположенной внутри вкручиваемой форсунки 7, имеющей также воздушную камеру 6 и как минимум один канал 4 подачи воздуха под углом 75 - 30 градусов к защищаемой поверхности. Форсунка 7 имеет резьбу и вкручивается в корпус 19 распылительной конической головки дренчерного типа соответственно каналу 1 подачи водяного потока. Корпус 19 снабжен уплотнением 20 и резьбой посадки головки в сборе в трубный адаптер (на чертеже не показано). В корпус 19 вкручивается, имеющая резьбу гайка 21, с как минимум одним сквозным отверстием (на чертеже не показано), обеспечивающим подачу воды из трубы (на чертеже не показано), через трубный адаптер (на чертеже не показано) в клапанный канал 22 головки, резиновое уплотнение (на чертеже не показано) и сетчатый фильтр 23, предотвращающий от попадания внутрь головки любых механических примесей или взвесей. Внутри головки вытачивается внутренняя камера (клапанный канал 22). По команде, после открытия внешнего запорного устройства (на чертеже не показано), напор воды, находящейся под давлением 40 - 60 кг/см2, проходит через гайку 21, внутреннюю камеру (клапанный канал 22) и как минимум один канал 1 подачи водяного потока к кромке 3 срыва водяного потока бесконечного множества независимых микрокапель, стремящихся к стенкам дюзы 2. Куда, посредством воздушной камеры 5 и как минимум одного канала 4 подачи воздуха, расположенных совместно с дюзой 2, внутри вкручиваемой в корпус 19 форсунки 7, подается атмосферный воздух, захватываемый хаотично движущимися микрокаплями, в целом составляющими поток всасывания и смешивания, который, в свою очередь, стремится наружу головки, высвобождая накопленную потенциальную энергию микрокапель. Тем самым формируя высоко диспергированное насыщенное молекулами воздуха облако водяной пыли, иначе именуемое "плотный высокодисперсный водяной туман".
На Фиг. 13 показана реализация заявляемого распылительного канала на примере распылительной цилиндрической головки дренчерного типа. Принцип работы данной головки полностью совпадает с принципом работы описанной выше конической головки дренчерного типа. При этом цилиндрическая форма корпуса 19 обуславливается необходимостью взаимоувязанно расположить канал 1 подачи водяного потока, соответственно к нему располагаемую дюзу 2, связанные с нею воздушную камеру 5 и канал 4 подачи воздуха строго относительно друг друга, и направить выходное отверстие дюзы 2 под углом 75 - 30 градусов к защищаемой поверхности.
Высвобождение накопленной энергии каждой отдельной микрокаплей происходит через клапанный канал 6 распылительной головки 7 в момент выхода из выходного канала 4. При этом каждая микрокапля приобретает индивидуальное ускорение и траекторию движения, в зависимости от количества накопленной кинетической энергии. При этом в физическом смысле все капли пытаются оттолкнуться друг от друга, увеличивая дистанцию убегания. Дальнейшая траектория движения подавляющего большинства отдельных капель преломляется стенками камеры 5 смешивания, направляя отраженные капли навстречу друг другу. Следует дальнейшее столкновение встречно движущихся капель, с еще большей диспергацией и увеличением числа свободно и хаотично движущихся капель. Процесс хаотичного отражения и столкновения свободных капель продолжается с увеличивающейся интенсивностью. При этом микрокапли, обладающие большим зарядом кинетической энергии, захватывают слабозаряженные молекулы воздуха из воздушного потока, увеличивая тем самым собственную летучесть. Таким образом формируется процесс инжекции воздуха по каналу 3 подачи атмосферного воздуха в камеру 5 смешивания, с последующим формированием воздушно-капельной мелкодиспергированной огнетушащей смеси, формулируемой как сверхплотный мелкодисперсный водяной туман, обладающий высокой проникающей способностью, способностью мгновенно заполнять защищаемый объем помещения и высокой эффективностью тушения локальных и объемных огневых очагов классов А и В, любой категории сложности.
После проведения ряда экспериментальных исследований было установлено, что наиболее эффективным является размер диаметра канала 1 подачи водяного потока равный 0,5 - 1,0 мм, а диаметр дюзы 2 должен быть кратен диаметру канала 1 подачи водяного потока в соотношении 1:5 - 1:10. При этом длина канала 1 подачи водяного потока должна быть минимально 2 мм и максимально 10 мм, а длина дюзы 2 должна иметь кратность 2 - 3 относительно ее диаметра. Для обеспечения формирования воздушного потока и эффективного всасывания молекул воздуха в поток заряженных микрокапель под давлением 30- 60 Атм, минимум один канал 4 подачи воздуха располагается максимально близко, но не ближе 1,0 мм к кромке 3 срыва водяного потока, под углом 35 - 45° к плоскости кромки 3 срыва водяного потока. При этом эффективный диаметр канала 4 подачи воздуха должен быть 1,0 - 3,0 мм.