УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ДВУХФАЗНОГО ПОТОКА И ПЕРЕНОСНОЙ РАСПЫЛИТЕЛЬ ДВУХФАЗНОГО ПОТОКА
DEVICE FOR TWO-PHASE FLOW ADJUSTMENT AND PORTABLE SPRAYER OF TWO-PHASE FLOW

Предметом настоящего изобретения является устройство для регулирования двухфазного потока и переносной распылитель двухфазного потока, предназначенный для распыления жидкостей для пожаротушения, а также химических веществ, используемых для дезинфекции, инактивации, дезодорации и дезактивации вредных веществ, для использования с распылителями (форсунками), оборудованными сосудом для содержания жидкой фазы и источником давления газовой фазы.
Хорошо известны переносные огнетушители на основе двухфазного потока, состоящие из сосуда, содержащего жидкую фазу, соединенного с источником давления газовой фазы, и головной узел (головку) с отсечным (запорным) клапаном и напорным (разрядным) соплом. При введении газовой фазы в жидкую фазу и освобождении отсечного клапана обе фазы начинают течь через головку устройства или некоторый другой промежуточный элемент к напорному соплу. Газовой фазой, как правило, является диоксид углерода (углекислый газ), азот или сжатый воздух. В качестве жидкой фазы используют воду или другие жидкости, обладающие способностями к пожаротушению, иногда с добавкой пенообразующего вещества. Сосуд под давлением газовой фазы, расположенной внутри или вне сосуда, содержащего жидкую фазу, является источником газовой фазы. Газовую фазу вводят через газовую трубку, погруженную в сосуд с жидкой фазой вблизи впускного отверстия проточной трубки. После повышения давления внутри сосуда, содержащего жидкую фазу, обе фазы пропускаются через проточную трубку к сопловому узлу, в котором во время непрерывного течения газовой фазы имеет место смешивание двух фаз. Недостатком этих решений является то, что относительная величина содержания смеси фаз является переменной величиной и давление и расход быстро падают во время цикла выпуска, а это вызывает возмущение (пертурбацию) потока и постепенное ухудшение производительности огнетушителя.
Также известны распылители жидкостей, оборудованные сосудом, содержащим жидкую фазу, связанным через посредство газового клапана с сосудом газовой фазы, где газообразная и жидкая фазы передаются к смесительной камере через посредство отдельных каналов, и смесительная камера затем соединена с распылительным соплом через посредство отдельной проточной трубки.
В патентной публикации ЕР 1197245 описан переносной пенный огнетушитель с сопловым узлом в форме пистолета, соединенным через смесительную камеру с резервуаром, хранящим жидкую фазу, и источником газовой фазы. После открытия газового клапана жидкая фаза побуждается к поступлению в смесительную камеру, в которой поток жидкости сталкивается с потоком газа, поступающим через газовую трубку из источника газовой фазы. Затем обе фазы проходят через отводной канал, выполненный в головке блока, к распылительному соплу (форсунке). Дополнительное оборудование используют для регулировки относительной пропорции газовой и жидкой фаз, передаваемых в смесительную камеру. Эта конструкция позволяет формировать двухфазный поток в смесительной камере и передавать двухфазную смесь под давлением к распылительному соплу, где пожаротушительное средство расширяется. Этот огнетушитель предназначен для работы при рабочем давлении, находящемся в диапазоне 25-35 бар.
В патентной заявке WO 9524274 описано устройство для тушения пожаров, в котором двухфазный поток формируется в смесительной камере. После введения обеих фаз в камеру поток, в котором части газовой и жидкой фаз остаются отдельными, формируют в канале, соединяющем смесительную камеру с соплом. Это устройство обеспечивает возможность формирования дисперсного потока жидкости на выходе сопла с пульсирующими характеристиками выпускаемого потока. В области техники патентной заявки WO9524274 представлены устройства для формирования двухфазных потоков с заданной относительной пропорцией газовой фазы в жидкой фазе, в которых система дозировочных клапанов или манипуляторов открывает и закрывает с возможностью чередования каналы подачи фаз в смесительную камеру. Это требует быстрой подачи газовой фазы, смешанной с жидкой фазой. Использование таких фазовых коммутаторов на основе пульсирующих потоков ограничено для фиксированных систем, работающих под давлением, которое является постоянным, и для которых перепад давления между фазами остается ограниченным, или для систем, имеющих внешний источник энергии для приведения в действие манипулятора.
Задачей настоящего изобретения является создание устройства для регулирования двухфазного потока в переносных распылителях жидкостей для использования в качестве переносных ручных огнетушителей и других распылителей, которые обеспечены их собственными источниками давления газовой фазы.
Устройство для регулирования двухфазного потока в распылителях жидкостей, содержащее смесительную камеру, образованную в корпусе, оборудованном отдельными впускными каналами для подачи под давлением жидкой фазы и газовой фазы и выпускным каналом, связывающим смесительную камеру с распылительным соплом через проточную трубку, характеризуется в соответствии с настоящим изобретением отдельной цилиндрической компоновочной камерой, образованной в корпусе, в которой установлен ротор с лопастями. Лопасти ротора периодически закрывают впускные каналы обеих фаз, образованные в отдельных секторах компоновочной камеры, как разграниченных лопастями ротора, в которых впускной канал газовой фазы закрывается поочередно, по меньшей мере, с одним впускным каналом жидкой фазы, подающим жидкую фазу в смесительную камеру через открытые каналы между лопастями. Кроме того, сектор компоновочной камеры, который содержит впускной канал газовой фазы, отделен от смесительной камеры непрерывной секцией перегородки, которая блокирует каналы между лопастями ротора в этом секторе.
Предпочтительно ротор имеет от 3 до 7 лопастей, причем каждая лопасть имеет углубленную (вырезом наружу) полость, наклонную в направлении боковой стенки компоновочной камеры и обращенную к впускному каналу газовой фазы.
Также предпочтительно, балансировочный канал образован в боковой стенке компоновочной камеры на той же высоте, что и полости.
Предпочтительно ротор установлен между основанием компоновочной камеры, в котором образован, по меньшей мере, один впускной канал жидкой фазы, и перегородкой, которая отделяет компоновочную камеру от смесительной камеры, в перегородке которой образовано, по меньшей мере, одно проточное отверстие.
Предпочтительно каждый впускной канал жидкой фазы образован в основании компоновочной камеры под углом наклона к плоскости поверхности лопастей.
Также предпочтительно впускные каналы двух фаз расположены под углом наклона к плоскости поверхности лопастей.
Переносной распылитель двухфазного потока, состоящий из сосуда для жидкой фазы, источника давления газовой фазы а также устройства для регулирования двухфазного потока по п.1, причем устройство включает в себя смесительную камеру, образованную в корпусе, имеющем отдельные каналы для подачи под давлением жидкой фазы и газовой фазы и выпускной канал, связывающий смесительную камеру с распылительным соплом через посредство проточной трубки, в котором впускной канал газовой фазы соединен с источником газовой фазы посредством газовой трубки, характеризуется в соответствии с настоящим изобретением отдельной цилиндрической компоновочной камерой, образованной в корпусе, где установлен ротор с лопастями. Лопасти ротора периодически закрывают впускные каналы обеих фаз, образованные в отдельных секторах компоновочной камеры, разграниченной лопастями ротора, в которой впускной канал газовой фазы периодически закрывается, по меньшей мере, с одним впускным каналом жидкой фазы, подающим жидкую фазу в смесительную камеру посредством открытых каналов между лопастями. Кроме того, сектор компоновочной камеры, содержащий впускной канал газовой фазы, отделен от смесительной камеры посредством непрерывной секции перегородки, которая блокирует каналы между лопастями ротора в этом секторе. Кроме того, корпус размещен внутри сосуда для жидкой фазы, а газовая трубка, расположенная в сосуде для жидкой фазы, имеет в ее стенке ряд небольших отверстий.
В предпочтительном исполнении распылителя газовая трубка соединена с внутренним источником газовой фазы, который содержит контейнер, содержащий газовую фазу, который расположен внутри сосуда для жидкой фазы.
В другом исполнении распылителя газовая трубка соединена с внешним источником газовой фазы, который состоит из контейнера, содержащего газовую фазу, расположенного вне сосуда для жидкой фазы.
Также предпочтительно исполнение распылителя, в котором газовая трубка соединена с внутренним источником давления газовой фазы, который создан в свободном объеме над поверхностью жидкой фазы в сосуде для жидкой фазы, где свободный объем образован в контейнере, содержащем газовую фазу.
Благодаря использованию ротора для регулирования потока двух фаз жидкую фазу подводят к смесительной камере поочередно с газовой фазой и оттуда через посредство сингулярного проточного канала к распылительному соплу или набору таких сопел, соединенных вместе через посредство фитингов, из которых затем имеет место пульсирующий выпуск. Подходящее взаимное расположение отдельных элементов устройства дает возможность создания средства пожаротушения в виде водяного тумана или пены, обладающего очень хорошими свойствами пожаротушения. Кроме того, использование ротора вызывает продление срока службы распылителя и формирование устойчивой (стабильной) струи диспергированной жидкой фазы на протяжении всего цикла расширения газовой фазы.
Решение, соответствующее настоящему изобретению, предназначено для использования в различных типах огнетушителей, оборудованных сосудом высокого давления для содержания жидкой фазы и отдельным сосудом высокого давления для газовой фазы, в огнетушителях с одним сосудом высокого давления, используемым одновременно для содержания источников жидкой и газовой фаз, где свободный объем над поверхностью жидкости является местоположением для содержания сжатого газа; в огнетушителях, где газовую фазу хранят в картриджах высокого давления; а также в ручных распылителях химических веществ на водной основе, водяного тумана, пены, обладающей свойствами пожаротушения, и других веществ, обладающих свойствами пожаротушения.
Предмет настоящего изобретения иллюстрируется в примере осуществления на прилагаемых сопроводительных чертежах, где фиг.1 - осевое сечение устройства для регулирования двухфазного потока, фиг.2 - вид сверху перегородки между смесительной камерой и компоновочной камерой с одним проточным отверстием, фиг.2а - вид сверху перегородки между смесительной камерой и компоновочной камерой с тремя проточными отверстиями, фиг.3 - вид сверху ротора с его углубленными полостями, фиг.4 - поперечное сечение, сделанное по линии В - В показанного на фиг.3 ротора с его полостями, фиг.5 - вид сверху основания компоновочной камеры с двумя впускными каналами, фиг.6 - вид сбоку основания компоновочной камеры, иллюстрируемого на фиг.5, фиг.7 - сечение сосуда для жидкой фазы, который содержит отдельный контейнер для газовой фазы, и устройство для регулирования двухфазного потока, фиг.8 - схематичное изображение ручного распылителя, содержащего отдельный контейнер для размещения газовой фазы, фиг.9 - схематичная иллюстрация ручного распылителя, использующего расположенный внешне контейнер для размещения газовой фазы, фиг.10 - схематичное изображение ручного распылителя, где свободный (незаполненный веществом) объем над жидкостью в сосуде для жидкой фазы служит в качестве внутреннего контейнера для размещения газовой фазы.
Как показано на фиг.1, устройство для регулирования двухфазного потока имеет смесительную камеру 2 в корпусе 8, оснащенном отдельными впускными каналами для подачи под давлением жидкой фазы и газовой фазы. В верхней части 4 корпуса 8 образован выпускной канал 19, связывающий смесительную камеру с распылительным соплом посредством проточной трубки 20. Под смесительной камерой 2 имеется цилиндрическая компоновочная камера 1 в корпусе 8, в которой установлен ротор 3 с лопастями 5, лопасти которого периодически закрывают впускные каналы двух фаз.
Эти впускные каналы образованы в отдельных секторах компоновочной камеры 1, как разграниченных лопастями 5 ротора, в которой впускной канал 11 газовой фазы поочередно закрывается, по меньшей мере, с одним впускным каналом 12 жидкой фазы, который является транспортирующим жидкость в смесительную камеру 2 через посредство открытых внутри лопастных каналов. Кроме того, секция компоновочной камеры 1, содержащая впускной канал 11, отделена от смесительной камеры 2 непрерывной секцией перегородки 7, которая блокирует каналы между лопастями ротора 3 в этом секторе. За этим сектором перегородка 7, которая отделяет компоновочную камеру 1 от смесительной камеры 2, имеет проточные отверстия 14, соединяющие каналы между лопастями ротора 3 со смесительной камерой 2. Эта перегородка 7 может быть выполнена как отдельная деталь или образована в одной технологической операции вместе с верхней частью 4 корпуса 8.
Ротор 3 имеет от 3 до 7 лопастей 5 и установлен между основанием 15 компоновочной камеры и перегородкой 7. Основание 15 компоновочной камеры имеет образованный в ней, по меньшей мере, один впускной канал 12 жидкой фазы. В случае когда образован один впускной канал 12 жидкой фазы, этот канал смещен в осевой плоскости ротора на 180 градусов относительно впускного канала 11 газовой фазы. Гнезда 23 для опоры штырей ротора 3 образованы в центре основания 15 и перегородки 7. Основание присоединено отдельно к корпусу 8 посредством использования пружинного стопорного кольца 17 и уплотнено по периметру при использовании уплотнительного кольца 16. Фланец в корпусе 8 ниже пружинного стопорного кольца 17 обеспечивает возможность установки сетчатого фильтра грубой очистки, используемого в огнетушителях, работающих при использовании воды.
Перегородка 7, показанная на фиг.2, имеет одно проточное отверстие 14 и один впускной канал 11 газовой фазы, которые расположены друг против друга относительно оси вращения ротора 3. Впускной канал 11 газовой фазы образован в непрерывной секции перегородки 7 под углом к поверхности лопастей 5 в направлении, которое сходится с направлением вращения ротора 3.
Исполнение перегородки 7, иллюстрируемой на фиг.2а, имеет три проточных отверстия 14, равномерно разнесенных относительно оси вращения ротора 3, а также впускное отверстие 11 газовой фазы, которое расположено между двумя проточными отверстиями 14, в которой впускное отверстие 11 газовой фазы образовано под углом в непрерывной секции перегородки 7.
Ротор 3, иллюстрируемый на фиг.3, имеет три лопасти 5, каждая из которых имеет углубленную полость 6, наклонную в сторону боковой стенки 1 компоновочной камеры и обращена к впускному каналу 11 газовой фазы.
Как показано на фиг.4, когда полости 6 ротора ориентированы в направлении перегородки 7, они обращены к впускному отверстию 11 газовой фазы, в то время как в направлении боковой стенки 1 компоновочной камеры они имеют балансировочное отверстие 13, расположенное на такой же высоте, что и балансировочный канал 18, образованный в корпусе 8. Использование балансировочного канала 18 и балансировочного отверстия 13 обеспечивает возможность снижения перепада давления между газовой и жидкой фазами, подаваемыми в компоновочную камеру 1, и тем самым обеспечивает стабилизацию вращения ротора 3.
Основание 15, иллюстрируемое на фиг.5, имеет впускные каналы 12 жидкой фазы, разнесенные равномерно относительно оси вращения ротора 3, в котором эти впускные каналы 12 жидкой фазы образованы под углом к поверхности лопастей 5 и ориентированы в направлении вращения ротора 3 компоновочной камеры 1. В случаях когда в основании 15 имеется только один впускной канал 12 жидкой фазы, впускной канал 12 жидкой фазы расположен против впускного канала 11 газовой фазы относительно оси вращения ротора 3.
Как показано на фиг.6, угол наклона осей впускных каналов 12 жидкой фазы относительно поверхности основания 15 составляет приблизительно 45 градусов. Этот угол может изменяться от 30 градусов до 60 градусов в зависимости от требуемого расчетного значения осевой скорости потока жидкости.
Как показано на фиг.7, переносной ручной распылитель двухфазного потока имеет устройство для регулирования двухфазного потока, соединенное посредством газовой трубки 9 с внутренним источником газовой фазы, который является контейнером 21 газовой фазы, размещенным внутри сосуда 22 для жидкой фазы. Корпус 8 устройства расположен внутри сосуда 22 для жидкой фазы ниже поверхности жидкости фазы, в то время как газовая трубка 9 соединена с впускным каналом 11 газовой фазы. Кроме того, газовая трубка 9 имеет ряд небольших отверстий 10 в ее стенке для обеспечения истечения (выпуска) газовой фазы в сосуде 22 для жидкой фазы. Диаметр этих отверстий 10 значительно меньше диаметра газовой трубки 9.
Устройство для регулирования двухфазного потока имеет смесительную камеру 2, образованную в корпусе 8, оснащенную отдельными впускными каналами для подачи под давлением жидкой фазы и газовой фазы, и выпускным каналом 19, связывающим смесительную камеру с распылительным соплом посредством проточной трубки 20. Корпус 8 содержит, кроме того, цилиндрическую компоновочную камеру 1, в которой установлен ротор 3 компоновочной камеры с лопастями 5, лопасти ротора которой периодически закрывают впускные каналы двух фаз, образованные в отдельных секторах упомянутой компоновочной камеры 1, разграниченных лопастями 5 ротора. Впускной канал 11 газовой фазы закрывается поочередно, по меньшей мере, с одним впускным каналом 12 жидкой фазы, подающим жидкую фазу в смесительную камеру 2 посредством открытых каналов между лопастями, причем сектор компоновочной камеры 1, содержащий впускной канал 11 газовой фазы, отделен от смесительной камеры 2 непрерывной секцией перегородки 7, которая закрывает каналы между лопастями ротора 3 в этом секторе. Балансировочный канал 18 образован в боковой стенке компоновочной камеры 1 на высоте балансировочного отверстия 13, которое можно видеть на фиг.4. Угловое расположение балансировочного канала 18 относительно впускного канала 11 газовой фазы определяется в зависимости от того, какие рабочие характеристики требуются от устройства.
Как иллюстрируется на фиг.8, 9 и 10, ручной распылитель имеет устройство для регулирования двухфазного потока, расположенное внутри сосуда 22 для жидкой фазы, в котором в зависимости от требуемой реализации источник газовой фазы может быть расположен внутри или снаружи сосуда. Во всех случаях реализации газовая трубка 9, которая расположена внутри сосуда 22 для жидкой фазы, имеет в ее стенке небольшие отверстия 10.
На фиг.8 приведена схематичная иллюстрация распылителя, подробно показанного на фиг.7, в котором отдельный контейнер 21, содержащий газовую фазу, расположен внутри сосуда 22 для жидкой фазы. Распылитель оснащен головным узлом с захватной рукояткой, распылительным соплом и отсечным клапаном.
На фиг.9 приведена схематичная иллюстрация распылителя, оснащенного источником газовой фазы в отдельном контейнере 21, содержащем газовую фазу и расположенном вне сосуда 22 для жидкой фазы.
На фиг.10 представлено исполнение, в котором источник газовой фазы создается в свободном объеме над поверхностью жидкой фазы в сосуде 22 для жидкой фазы, где свободный объем представляет собой контейнер 21, хранящий газовую фазу. В этом исполнении запорный клапан смонтирован в корпусе головного узла.
Переносной распылитель двухфазного потока предназначен для использования в огнетушителях и других переносных распылителях, которые функционируют в условиях снижения рабочего давления. Исходное значение рабочего давления в огнетушителях и других ручных разбрызгивателях, как правило, не превышает 25 бар. Использование в распылителях устройства для регулирования двухфазного потока в соответствии с настоящим изобретением гарантирует формирование стабильного (устойчивого) потока дисперсной жидкой фазы в течение всего процесса падения давления от его исходного значения вниз до уровня атмосферного давления.
Активация распылителя, который является предметом настоящего изобретения, происходит при открывании запорного клапана, установленного в сопловом или головном узле. Сжатый газ от источника газовой фазы подается по газовой трубке 9 в компоновочную камеру 1 устройства для регулирования двухфазного потока. Отверстия 10 в стенке газовой трубки позволяют постепенно выравнивать перепады давления. В исполнениях, где используют отдельный контейнер 21, хранящий газовую фазу, независимо от его расположения внутри или снаружи сосуда 22 для жидкой фазы отверстия 10 в стенке газовой трубки 9 обеспечивают постепенную подачу сжатой газовой фазы в сосуд. Если источник сжатой газовой фазы расположен в свободном объеме над поверхностью жидкости в сосуде 22 для жидкой фазы, в котором свободный объем представляет собой контейнер 21, хранящий газовую фазу, то отверстия 10 газовой трубки обеспечивают возможность постепенной передачи сжатой газовой фазы в газовую трубку 9 и затем далее в компоновочную камеру 1, содержащую ротор 3. Поток как жидкой, так и газовой фазы через компоновочную камеру 1 заставляет ротор 3 вращаться. Во время вращения ротора 3 происходит разделение фаз, жидкой фазы поочередно с газовой фазой, вместе с их подачей через смесительную камеру 2 к проточной трубке 20.