АКУСТИЧЕСКИЙ ПЕНОГЕНЕРАТОР
ACOUSTIC FOAM GENERATOR

Изобретение относится к противопожарной технике, а именно к конструкциям пеногенераторов.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является пеногенератор (см. Рекомендации по проектированию автоматической системы подслойного пожаротушения в железобетонных резервуарах и стальных вертикальных резервуарах со стационарной и плавающей крышей на объектах АК «Транснефть», М., 1996 г., стр.20, рис.7; стр.23, рис.10), состоящий из полой цилиндрической обечайки, охватывающей наконечник, который соединен с обечайкой посредством диффузора с одной стороны и диском с другой.
Недостатком известного пеногенератора является невозможность выработки пены низкой кратности при граничных значениях условий работы пеногенератора. В системах подслойного тушения пожаров, пенообразователь подается в пеногенератор под давлением 8-10 атм., согласно «Норм пожарной безопасности 61-97». В случае когда пенообразователь подается в пеногенератор на нижнем пределе допустимого давления (8 атм.) или отрицательная температура окружающей среды близка к нижнему пределу допустимой температуры использования пенообразователя (-15°C), пеногенератор начинает вырабатывать пену кратностью ниже допустимого предела, т.е. менее 3.
Технически достижимый результат - повышение эффективности пеногенератора, вырабатывающего пену низкой кратности при граничных значениях условий работы пеногенератора.
1
1
2
2
Это достигается тем, что в акустическом пеногенераторе, состоящем из полой цилиндрической обечайки, охватывающей наконечник, который соединен с обечайкой посредством диффузора с одной стороны и диском с другой, наконечник выполнен акустическим и содержит корпус, коаксиально расположенной трубе, подающей водный раствор пенообразователя, а сам корпус выполнен в виде цилиндрической втулки с двумя каналами для подвода воздуха, причем по центру корпуса расположен стержень с соосным корпусу воздушным каналом, при этом жидкость из корпуса форсунки через трубку, воздушный канал и по крайней мере два противолежащих отверстия вытекает на кольцевую площадку через коническую поверхность резонаторной шайбы, причем угол между осью форсунки и направлением каждой струи жидкости из наклонных отверстий лежит в оптимальном диапазоне: 55÷65°, а перпендикулярно оси корпуса расположена трубка, которая соединена с двумя каналами для подвода воздуха, а в корпусе, соосно его оси, расположены дроссельная шайба с коническим отверстием и цилиндрическим и резонаторная шайба, в которой выполнены два противоположно направленных воздушных сопла прямоугольного сечения размером 1×3 мм и по крайней мере два объемных резонатора размером 1,5×3×1,5 мм, при этом шайбы скреплены между собой и с корпусом посредством обоймы, которая завальцована в проточке корпуса, а отношение диаметра d внутреннего отверстия резонатора к диаметру d внешней поверхности стержня лежит в оптимальном интервале величин: d/d=0,3÷0,7; отношение диаметра d внутреннего отверстия резонатора к диаметру d наклонных отверстий лежит в оптимальном интервале величин: d/d=1,5÷3,0.
На фиг.1 изображен фронтальный разрез А-А акустического пеногенератора, на фиг.2 - профильная проекция фиг.1.
Акустический пеногенератор состоит из трубы 2, подающей водный раствор пенообразователя из агрегата (на чертеже не показано), трубки 1 для подвода воздуха (газа) под давлением, расположенной перпендикулярно цилиндрической обечайки 19, охватывающей акустический наконечник, который соединен с обечайкой 19 посредством диффузора 20 с одной стороны и диском 21 с другой. Акустический наконечник содержит корпус 3, выполненный в виде соосной обечайки 19 цилиндрической втулки с двумя каналами 10 для подвода воздуха. По центру корпуса расположен стержень 16 с соосным корпусу 3 каналом 8, подающим водный раствор пенообразователя, который поступает через трубу 2, канал 8 и, по крайней мере, два наклонных отверстия 15 на кольцевую площадку 17. Угол между осью акустического наконечника и направлением каждой струи жидкости из наклонных отверстий 15 лежит в оптимальном диапазоне 55÷65°. В результате растекания струй жидкости образуется тонкая пленка над по крайней мере двумя выходными отверстиями 11, где эта пленка дробится пульсирующим потоком воздуха, поступающего из резонатора 4. Перпендикулярно оси корпуса 3 расположена трубка 1 для подвода воздуха, которая соединена с двумя каналами 10 для подвода воздуха. В корпусе, соосно его оси, расположены дроссельная шайба 7 с коническим отверстием 12 и цилиндрическим отверстием 13, а также резонаторная шайба 6 с конической поверхностью 14. В резонаторной шайбе 6 выполнены два противоположно направленных воздушных сопла 5 (прямоугольного сечения 1×3 мм) и по крайней мере два объемных резонатора 4 (размером 1,5×3×1,5 мм). Шайбы 6 и 7 скреплены между собой и с корпусом 3 посредством обоймы 9, которая завальцована в проточке 18 корпуса 3.
Для работы форсунки в оптимальном режиме предусмотрены следующие соотношения ее параметров:
1
1
отношение диаметра d внутреннего отверстия воздушного канала 8 резонатора 4 к диаметру d внешней поверхности стержня 16 лежит в оптимальном интервале величин: d/d=0,3÷0,7;
2
2
отношение диаметра d внутреннего отверстия воздушного канала 8 резонатора 4 к диаметру d наклонных отверстий 15 лежит в оптимальном интервале величин: d/d=1,5÷3,0.
Акустический пеногенератор работает следующим образом.
Водный раствор пенообразователя через трубу 2, корпус акустического наконечника 3, канал 8 и отверстия 15 вытекает на кольцевую площадку 17. Распыливающий агент, например воздух, подается по трубке 1, затем по каналам 10, выполненным в корпусе 3. После чего поступает по отверстиям 12 и 13 в дроссельной шайбе 7 и через коническую поверхность 14 резонаторной шайбы 6, минуя резонатор 4, через отверстия 11 и воздушные сопла 5 выходит в направлении наклонных отверстий 15. Акустические колебания распыливающего агента способствуют более тонкому распыливанию раствора пенообразователя, подаваемого в кольцевой зазор, при этом соударяясь, они создают звуковые колебания, воздействующие на струю жидкости. Опыты показали, что при давлении воздуха 100 кПа средний диаметр капель составляет 90 мкм, при увеличении давления воздуха примерно в 4 раза (до 400 кПа) средний диаметр капель уменьшается незначительно и составляет 87 мкм. Такая пена, состоящая из мелких пузырьков, легко проходит слой легковоспламеняющейся жидкости и практически вся всплывает на ее поверхности, обеспечивая эффективное тушение пожара. Устойчивость к раздавливанию мелких пузырьков объясняется тем, что силы поверхностного натяжения на маленьком пузырьке очень велики и для порыва оболочки пузырька требуются очень большие внешние усилия.
Даже при граничных условиях работы пеногенератора, пена, под давлением, создаваемым пеногенератором, подается в нижний слой ЛВЖ в резервуаре, всплывает на поверхность, где образует растекающуюся по поверхности, стойкую, не разрушаемую огнем пленку, которая прекращает доступ кислорода в зону горения, и пожар прекращается.