Ороситель системы пожаротушения

Область техники
Заявленная полезная модель относится к противопожарному оборудованию, применяемому в составе автоматических систем пожаротушения и, в частности, к оросителю для подачи огнетушащей жидкости (в частности воды) в форме тонкораспыленного потока, и его целью является создание конструкции сопел и их взаимное расположение, которое будет обеспечивать распыление чрезвычайно стабильного тонкораспыленного потока с равномерно распределением на всей защищаемой площади орошения и может быть использована для эффективного тушения.
Уровень техники
Из уровня техники известен центробежный распылитель (см. RU 165538, опубл. 20.10.2016). Ороситель спринклерный содержит тепловой замок, основой которого служит стеклянная термоколба. Корпус оросителя выполнен в виде детали, имеющей форму тела вращения с двумя или более ступенями, выполненными на внешней стороне, содержащей внутри цилиндрическую рабочую камеру с выходами через наклоненные к центральной оси оросителя отверстия, которые расположены в ступенях с возможностью формирования с их помощью конусообразных концентричных факелов распыла огнетушащего вещества. Ступени по направлению от входа к выходам оросителя выполнены уменьшающимися по диаметру, кроме того, количество отверстий и углы наклона отверстий к центральной оси в каждой ступени пропорциональны диаметрам соответствующих ступеней, в рабочей камере выполнен клапан с возможностью поступательного перемещения и открытия выходных отверстий, опирающийся через шток на стеклянную термоколбу, установленную в нижней части корпуса.
Из уровня техники также известен спринклерный ороситель. (RU 167481 U1, опубл. 10.01.2017). Полезная модель относится к спринклерным оросителям, осуществляющим автоматическое тушение посредством распыления водой, состоящей из мелкодисперсной водной среды и из крупнокапельных струй. Ороситель содержит полый цилиндрический корпус, внутри которого расположен клапан, выполненный в виде подвижного штока, с установленной на нем уплотнительной манжетой, наружный диаметр которой соответствует диаметру внутренней камеры, а внутренний диаметр соответствует посадочному диаметру на штоке, нижний торец штока опирается на капиллярную часть термоколбы, которая располагается в нижней части корпуса оросителя, выполненного в виде корзины, состоящей из дугообразных стоек.
Распыление воды в известном устройстве производится двумя соосными факелами распыления: внутренним конусообразным, состоящим из мелких капель, и внешним параболоидным, состоящим из более крупных капель, имеющих среднеарифметический диаметр около 200 мкм. Внешний факел, сформированный из крупных капель с большей кинетической энергией, препятствует выносу мелкодисперсной среды из зоны очага возгорания, при этом у крупных капель более высокая вероятность проникновения непосредственно к очагу, чем у мелких капель. В результате комбинированного воздействия на пожар обоих факелов достигается высокая эффективность тушения.
Из уровня техники также известен спринклерный ороситель. (RU 163093U1, опубл. 10.07.2016). Спринклерный распылитель, содержащий полый цилиндрический корпус с внутренней рабочей камерой, с расположенным в ней клапаном с возможностью поступательного перемещения, тепловой замок, соединенный с клапаном, форсунки, располагаемые в стенке корпуса и соединенные в внутренней рабочей камере. Цилиндрический корпус выполнен дополнительно ступенчатым, при этом верхняя ступень корпуса располагает рядом форсунок, который содержит четное число N отверстий, выполнен с возможностью формирования симметричного внешнего факела распыла огнетушащего вещества с высокой производительностью. Нижняя ступень корпуса выполнена меньшим диаметром, чем верхняя ступень, располагает рядом форсунок, который содержит число n=N/2 отверстий, выполнен с возможностью формирования концентричного с внешним факелом внутреннего факела распыла с производительностью в два раза ниже производительности верхнего ряда. Форсунки верхнего ряда смещены относительно друг друга по кругу на угол γ, каждая форсунка нижнего ряда смещена относительно пары форсунок верхнего ряда на угол γ/2, причем угол наклона к оси распылителя у форсунок верхнего ряда больше угла наклона форсунок нижнего ряда.
В приведенных аналогах не достигается равномерность орошения, в результате чего остаются «сухие зоны». Наличие сухих зон может отсрочить время до тушения пожара и, следовательно, увеличить вероятность большего ущерба от пожара и распыляемой воды. В отличие от приведенных аналогов заявленное техническое решение направлено на достижение более равномерного распределения тонкораспыленных потоков из сопел от одного спринклерного оросителя, что, в свою очередь, обеспечивает повышение эффективности тушения очага возгорания.
Сущность полезной модели
Задачей, решаемой заявленным техническим решением, является создание оросителя с соплами, в котором устранены перечисленные выше недостатки и которое с помощью нового способа изготовления позволяет конструировать сопла с входными конусными постепенно уменьшающимися сечениями, а также которое позволяет жидкости течь через цилиндрический канал с постепенным увеличением скорости потока, в отличие от резкого увеличения скорости, а также резкой потери давления и формирования стабильного и расширяющегося тонкораспыленного потока благодаря конической форме выходного отверстия.
Технический результат заявленной полезной модели заключается в обеспечении более равномерного и эффективного распределения потока огнетушащей жидкости по площади орошения, что соответственно направлено на повышение эффективности пожаротушения.
Технический результат заявленной полезной модели достигается за счет того, что ороситель системы пожаротушения содержит полый цилиндрический корпус с боковой и торцевой поверхностью и выполненный с внутренней рабочей камерой, сопла, выполненные в виде цилиндрических сквозных каналов в стенках корпуса и соединенные с внутренней рабочей камерой, отличающийся тем, что цилиндрический корпус дополнительно выполнен с наклонной поверхностью, образованной от боковой к торцевой поверхности, при этом на наклонной поверхности по окружности расположен ряд сопел, выполненный с возможностью формирования внешнего тонкораспыленного динамического потока огнетушащей жидкости, а на торцевой поверхности корпуса расположен по окружности ряд сопел, выполненный с возможностью формирования внутреннего тонкораспыленного динамического потока огнетушащей жидкости, при этом сопла каждого упомянутого ряда выполнены в виде выпускного усеченного конуса с расширением от канала к поверхности корпуса.
В частном случае реализации заявленного технического решения сопла, выполненные на наклонной поверхности корпуса и сопла, выполненные на торцевой поверхности корпуса, смещены по окружности относительно друг друга.
В частном случае реализации заявленного технического решения сквозные цилиндрические каналы со стороны рабочей камеры выполнены с расширением в виде впускного усеченного конуса.
В частном случае реализации заявленного технического решения в ряду, выполненном на торцевой поверхности корпуса оросителя, выполнено от 3 до 6 сопел, а в ряду, выполненном на наклонной поверхности корпуса оросителя, выполнено от 6 до 15 сопел.
В частном случае реализации заявленного технического решения сопла, выполненные на торцевой поверхности, выполнены симметрично под углом от 5 до 25° к оси оросителя.
В частном случае реализации заявленного технического решения сопла, выполненные на наклонной поверхности корпуса, выполнены симметрично под углом от 35 до 75° к оси оросителя.
В частном случае реализации заявленного технического решения усеченный конус к выполнен с углом между противолежащими образующими конуса не менее 30° и не более 90°, при этом высота усеченного конуса равна или превышает длину цилиндрического сквозного канала.
В частном случае реализации заявленного технического решения корпус оросителя выполнен разборным и состоит из двух соединенных резьбовым соединением частей, при этом части корпуса соединены через уплотнитель.
В частном случае реализации заявленного технического решения дополнительно содержит тепловой замок автоматического срабатывания, выполненный в виде клапана, размещенного в рабочей камере, и выполненного с возможностью поступательного перемещения и стеклянной термочувствительной колбы, при этом на торцевой поверхности корпуса оросителя выполнен кронштейн, в который установлена стеклянная термочувствительная колбы, при этом стеклянная термочувствительная колба сообщена с клапаном через отверстие, дополнительно выполненным в торцевой части корпуса оросителя.
Краткое описание чертежей
Детали, признаки, а также преимущества настоящей полезной модели следуют из нижеследующего описания вариантов реализации заявленного технического решения с использованием чертежей, на которых показано:
На Фиг. 1 - общий вид оросителя системы пожаротушения;
На Фиг. 2 - общий вид оросителя системы пожаротушения, выполненный с запорным устройством;
На фиг. 3- - вид с торца оросителя системы пожаротушения;
На фиг. 4 - сечение А-А, указанное на фиг. 3;
На фиг. 5 - варианта выполнения корпуса оросителя, сечение А-А, указанное на фиг. 3;
На фиг. 6 - вид с торца оросителя системы пожаротушения, выполненный с запорным устройством;
На фиг. 7 - сечение А-А, указанное на фиг. 6;
На фиг. 8 - варианта выполнения корпуса оросителя, сечение А-А, указанное на фиг. 6;
На фиг. 9 - каналы с конусным расширением на выходе;
На фиг. 10 - вид В, указанный на фиг. 4, фиг. 5, фиг. 7, фиг. 8;
На фиг. 11 - общий вид оросителя системы пожаротушения, выполненный с запорным устройством;
На фиг. 12 - а) распределение капель по поверхности зоны горения с использованием оросителей известных из уровня техники; б) тонкораспыленный динамический поток, образованный с использованием известных из уровня техники оросителей;
На фиг. 13 - а) распределение капель по поверхности зоны горения с использованием оросителя по заявленному техническому решению; б) тонкораспыленный динамический поток, образованный с использованием заявленного оросителя.
На фигурах цифрами обозначены следующие конструктивные элементы:
1 - корпус; 2 - стакан; 3 - уплотнитель; 4 - внутренняя рабочая камера; 5 - сопла, выполненные на торцевой поверхности корпуса оросителя; 6 - сопла, выполненные на наклонной поверхности корпуса оросителя; 7 - кронштейн; 8 - дугообразная стойка; 9 - термочувствительная колба; 10 - отверстие в торцевой части корпуса; 11 - сквозной канал; 12 - коническое расширение канала; 13 - коническое сужение канала.
Раскрытие полезной модели
Техническое решение относится к распылительным форсункам для производства объемной конусной струи тонкораспыленного потока с подходящим распределением струи из точки под соплами оросителя наружу на расстояние, удаленное от нее, и имеет отношение, в частности, к форме выходного отверстия, что увеличивает диапазон распыления и обеспечивает равномерное распределение зон орошения по всей защищаемой площади. Целью является создание конструкции сопел и их взаимное расположение, которое будет обеспечивать распыление чрезвычайно стабильного тонкораспыленного потока с равномерно распределением на всей защищаемой площади орошения и может быть использована для эффективного тушения.
Эффективность тушения обеспечивается формированием консолидированных относительно длинных и расширяющихся в осевом направлении потоков, состоящего из массы тонкораспыленной воды с перекрывающимися зонами орошения, обеспечивающих равномерность покрытия площади орошения, исключая возникновение «сухих» зон, и имеющих достаточную инерционную массу для проникновения в восходящие потоки, создаваемые огнем.
Ороситель системы пожаротушения состоит из цилиндрического корпуса (1) с внутренней рабочей камерой (4). Наружная поверхность цилиндрического корпуса (1) образована боковой, торцевой и наклонной от боковой к торцевой поверхностями. Внутренняя рабочая камера (4) соединена с подводящим воду каналом системы пожаротушения.
В корпусе (1) выполнены два ряда сопел. Один ряд сопел (5) выполнен на торцевой поверхности корпуса (1), а другой ряд сопел (6) выполнен на наклонной поверхности корпуса (1). При этом сопла (5) смещены по окружности относительно сопел (6). Расположение сопел отрегулировано так, чтобы конусообразный поток по мере продвижения вперед в общем направлении перекрывался потоком, создаваемым соседними соплами в проекции орошаемой площади.
Каждое сопло каждого ряда сопел выполнено в виде сквозного канала (11) от наружной поверхности корпуса (1) до внутренней рабочей камеры (4). Вход канала выполнен со стороны внутренней рабочей камеры (4), а выход канала выполнен с наружной стороны корпуса (1) оросителя.
При этом с наружной стороны каналы каждого ряда сопел выполнены с коническим расширением (12), с образованием конического выхода канала.
В варианте реализации заявленного технического решения со стороны рабочей камеры каналы каждого ряда сопел выполнены с коническим сужением (13) в сторону канала.
Угол конусной кромки (12, 13) относительно оси сквозного канала (11) составляет не менее 30 градусов и не более 90 градусов.
Длина усеченного конуса (12, 13), измеренная перпендикулярно передней кромке, равна или превышает длину сквозного канала (11).
Такая форма обеспечивает структуру распределения тонкораспыленного потока с гарантированным перекрытием площади орошения соседними потоками, исключая эффект «сухих» зон.
Расположение на пути жидкости, выпускаемой под большим давлением из переходящий в коническую горловину, для придания тонкораспыленному потоку такой формы и профиля, чтобы обеспечить однородную равномерно распределенную картину орошения.
Конфигурация спринклерного оросителя с элементами отверстия в виде усеченного конуса (12, 13), имеющего внешний угол от 30° до 90° может использоваться, чтобы влиять на распределение тонкораспыленного потока с большим диаметром, обеспечивая перекрытие активных соседних зон, тем самым выравнивая равномерность орошения площади защищаемой поверхности.
Конфигурация поверхности канала сопла влияет на стабильность и распределение тонкораспыленного потока и может быть сконфигурирована для дренчерных и спринклерных оросителей с разными коэффициентами расхода, как, например K-фактором от 2,0 до 8,0.
Было обнаружено, что формой распыляемого потока можно управлять, изменяя форму поперечного сечения выходного отверстия сопла, и что форма может быть предпочтительно выбрана для решения проблемы, вызванной неравномерностью орошения защищаемой площади. Вместо обычного цилиндрического канала выходная горловина имеет форму усеченного конуса (12), выбранную для получения необходимой формы распыления.
Предложенные формы распределения тонкораспыленного потока с одной форсунки используются для сценария их размещения по всей поверхности оросителя для моделирования схем перекрывания и равномерного орошения по всей площади.
Сопла (5) ряда, выполненного на торцевой поверхности, выполнены симметрично под углом β от 5 до 25° к оси оросителя.
Сопла (6) ряда, выполненного на наклонной поверхности корпуса, выполнены симметрично под углом γ от 35° до 75° к оси оросителя. Данные значения углов выбираются в зависимости от требований интенсивности орошения, таким образом, чем выше требуемая интенсивность орошения, тем больше значение угла и тем меньшая орошаемая площадь и, соответственно, наоборот чем ниже требуемая интенсивность, тем меньше значение угла и тем больше площадь орошения.
Количество сопел (5) ряда, выполненного на торцевой поверхности меньше, сопел (6), ряда, выполненного на наклонной поверхности корпуса (1).
В ряду, выполненном на торцевой поверхности корпуса (1) оросителя выполнено от 3 до 6 сопел (5).
В ряду, выполненном на наклонной поверхности корпуса (1) оросителя выполнено от 6 до 15 сопел (6).
Оптимальное количество отверстий выбирается также исходя из значений интенсивности орошения, защищаемой площади и высоты установки оросителя. Данные значения количества сопел в обоих рядах выбираются в зависимости от требований интенсивности орошения, таким образом, чем выше требуемая интенсивность орошения, тем больше количество выполненных сопел в обоих рядах и, соответственно, наоборот, чем ниже требуемая интенсивность, тем меньше количество сопел в обоих рядах.
На фигуре 12 (а) продемонстрировано распределение капель по поверхности зоны горения с использованием оросителей известных из уровня техники. На фигуре 12 (а) видно, что при использовании известных оросителей происходит неполное покрытие поверхности зоны горения с образованием «сухих зон», а следовательно, существует вероятность того, что пламя, на которое не воздействует тонкораспыленный динамический поток, не погаснет и выделяемое тепло будет противодействовать охлаждающему эффекту, а следовательно, и снижению эффективности пожаротушения. На фигуре 12 (б) проиллюстрирован тонкораспыленный динамический поток, образованный с использованием известных из уровня техники оросителей.
На фигуре 13 (а) продемонстрировано распределение капель по поверхности зоны горения с использованием оросителя по заявленному техническому решению. На фигуре 13 (а) видно, что при использовании заявленного оросителя происходит максимальное покрытие поверхности зоны горения с минимизацией «сухих зон», за счет увеличения зоны покрытия каждого сопла оросителя благодаря наличию конуса. Следовательно, пламя, на которое воздействует тонкораспыленный динамический поток, погаснет и существенно увеличиться охлаждающий эффект, а следовательно, и повыситься эффективность пожаротушения. На фигуре 13 (б) проиллюстрирован тонкораспыленный динамический поток, образованный с использованием заявленного оросителя.
Эффективность подавления пожара тонкораспыленной водой зависит от характерных параметров распределения капель по размерам, скорости и потока, расходом воды и углом распыления. Проведением полномасштабных огневых испытаний было исследовано влияния характеристик тонкораспыленной воды, таких как угол распыления, изменением угла выходного и входного конуса сопла, размера капель, скорости потока, давления нагнетания.
Результаты позволили сделать следующие выводы:
1. Необходимо более полное покрытие поверхности зоны горения без «сухих зон», иначе пламя, на которое не воздействует тонкораспыленный динамический поток, не погаснет и выделяемое тепло будет противодействовать охлаждающему эффекту.
2. Количество (объем) тонкораспыленной воды должно быть достаточным для удаления тепла и охлаждения зоны горения ниже температуры возгорания.
3. Поток тонкораспыленной воды должен иметь достаточный динамический импульс, по крайней мере равным импульсу огненного шлейфа, образованного массой дымовых газов и продуктов сгорания, для проникновения в зону горения, а не его уносу.
Полый распылительный конус, а также наличие «сухих зон» не допускают полного покрытия поверхности горения и как следствие не позволяют подавить горящие островки пожара, не покрытые потоком тонкораспыленной воды.
Наличие наружной конусной части по меньшей мере одного сопла позволяет увеличить зону покрытия горящей поверхности и устранить наличие «сухих зон». При этом давление нагнетания практически не влияет на угол раскрытия конуса тонкораспыленной воды.
Наличие внутренней конусной части сопла позволяет при том же значении давления воды увеличить расход (л/мин) тонкораспыленной воды, и соответственно позволяет повысить интенсивность орошения (л/с×кв.м).
Динамический импульс тонкораспыленной воды определяется давлением воды, размером и скорости капли и углом конуса распыления каждой выходного отверстия (сопла). Импульс тонкораспыленной струи повышается по мере того, как количество увлекаемого водяной струей воздуха увеличивается при раскрытии конуса струи.
Первая отклоняющая поверхность, обращена вовнутрь и расположена на пути жидкости, выходящей из рабочей камеры в корпусе оросителя. Поток, проходящий через воронкообразный конус, не имеет препятствий и не разделяется при ее движении и плавно увеличивает свою линейную скорость. Вторая отклоняющая поверхность в виде выпускного усеченного конуса расположена радиально наружу вызывает отклонение струи после выпуска и формирует распределение части движущейся воды таким образом, чтобы увеличить диаметр тонкораспыленного потока и уменьшить неравномерность окружного распределения орошения.
В дополнение к обеспечению более равномерной плотности тонкораспыленного потока по участкам защищаемых поверхностей (пола и стен), обеспечивается также его полное (лучшее) проникновение в восходящие воздушные потоки развивающегося пожара.
Распыление воды в заявленном устройстве производится двумя рядами сопел (5 и 6) распыления с образованием двух потоков капель: внутренним, состоящим из мелких капель, и внешним, состоящим из более крупных капель. Внешний поток капель, сформированный из крупных капель с большей кинетической энергией, препятствует выносу мелкодисперсной водяной завесы, образованной потоком мелких капель и, тем самым, препятствует выносу мелкодисперсной завесы из зоны тушения. Мелкодисперсная составляющая быстро охлаждает среду в зоне тушения, осаждая дым. В результате комбинированного воздействия на пожар двумя потоками капель достигается высокая эффективность тушения.
2
Новизна данного решения обеспечивается возможностью получения мелкодисперсного потока водных частиц, его однородного распределения в объеме, без возникновения так называемых "сухих зон" на площади распыления до 40 м, с расходом воды до 60 л/мин при использовании относительно низких рабочих давлений (4,0-8,0 МПа), что превосходит известные решения.
В варианте реализации заявленного технического решения корпус (1) выполнен разборным и состоящим из двух соединенных резьбовым соединением частей. Части корпуса соединены через уплотнитель (3). Данный вариант реализации представлен на фиг. 4 и фиг. 7.
Ороситель в варианте (Фиг. 11) реализации заявленного технического решения снабжен тепловым замком автоматического срабатывания. В данном варианте заявленного технического решения тепловой замок выполнен в виде клапана, выполненного с возможностью поступательного перемещения и стеклянной термочувствительной колбы. Клапан расположен во внутренней части корпуса оросителя (1). На торцевой поверхности корпуса (1) оросителя выполнен кронштейн (7), состоящий из трех, сопряженных в нижней точке дугообразных стоек (8), выполненных заодно. Место сопряжения стоек предназначено для установки нижней опорной поверхности стеклянной термочувствительной колбы (9). Термочувствительная колба сообщается с клапаном через отверстие (10), выполненным в варианте реализации заявленного решения в торцевой части корпуса оросителя (1). В нормальном состоянии клапан выполнен таким образом, что закрывает проход воды к соплам обоих рядов. В случае возникновения пожара стеклянная термочувствительная колба разбивается, и клапан открывается, совершая поступательное движение, и открывает проход воды к соплам.