СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКОРАСПЫЛЕННОЙ ВОДЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD OF OBTAINING FINELY DISPERSED WATER AND DEVICE FOR ITS REALISATION

Изобретение относится к противопожарной технике и предназначено для тушения пожаров распыленной водой. Кроме того, предлагаемые способ и устройство могут быть использованы для распыления жидкостей в технологических целях, где требуется покрывать жидкостью большие площади с равномерным распределением ее по площади.
Известно, что при создании капельного потока крупные капли воды диаметром до 1,0 мм, обладая большой кинетической энергией, разлетаясь, увлекают за собой мелкие капли диаметром 50-100 микрон и, тем самым, увеличивают угол раскрытия факела струи распыленной воды.
Крупные капли воды диаметром от 300 до 600 микрон, пролетая через факел пламени, не успевают испариться и орошают поверхность твердых горящих предметов (древесина, текстильные ткани и т.п.), охлаждая поверхность этих предметов до температуры ниже интенсивного пирофорного разложения (200°C и ниже) и прекращают их горение. Капли размером 200-300 микрон, пролетая в пламени, осаждают частицы сажи, твердых взвесей в зоне горения, а также дым. Капли размером 50-150 микрон быстро теряют скорость в газовой среде пожара, испаряются, образуя облако водяного пара, снижают концентрацию паров горючего в смеси с кислородом воздуха до пределов ниже воспламенения этой смеси и прекращают горение.
Проведенные исследования показали, что для тушения пожаров твердых веществ наиболее эффективны капли воды размером порядка 300 - 600 микрон.
При горении жидких нефтепродуктов или других горючих жидкостей наиболее эффективны капли воды размером 50-150 микрон. Таким образом, на стадии проектирования конструкция распылителя позволяет выбрать оптимальную степень дисперсности распыленной воды.
Исследованиями установлено (И.И.Петров, В.Ч.Реутт. Тушение пламени горючих жидкостей. Москва. 1961 г. Типография изд-ва Министерства коммунального хозяйства РСФСР. Стр. 3-143), что для успешного тушения пожара распыленной водой, устройство для создания потока тонкораспыленной воды должно удовлетворять следующим основным требованиям:
- покрывать сразу всю площадь горения;
- равномерно распределять поток распыленной воды по площади орошения;
- обеспечивать оптимальную интенсивность подачи распыленной воды на единицу площади горения;
- обеспечивать оптимальный средний размер капель воды (требуемую степень дисперсности).
2
Из всего многообразия известных способов распыления жидкостей и конструкций распылителей, как показали проводившиеся огневые опыты, наиболее полно удовлетворяет перечисленным требованиям винтовой распылитель, разработанный во ВНИИПО в 1957 г. (И.И.Петров, В.Ч.Реутт. Тушение пламени горючих жидкостей. Москва. 1961 г. Типография изд-ва Министерства коммунального хозяйства РСФСР. Стр.3-143). Как показали проводившиеся полигонные огневые испытания, один винтовой распылитель обеспечивал тушение пламени бензина в резервуаре с площадью горения 60 м. Поэтому винтовой распылитель выбран в качестве прототипа заявляемого способа и устройства.
Основным недостатком винтового распылителя является относительно малая площадь витка, на котором происходит растягивание пленки воды, срезаемой с цельной струи, вследствие чего, для получения необходимой степени дисперсности (среднего размера капель), требуется повышенный напор воды перед распылителем. Кроме того, винтовой распылитель оказался сложным в его изготовлении, что затрудняет массовое серийное производство.
Заявляемые способ и устройство для его реализации устраняют указанные недостатки.
Для этого в способе получения тонкораспыленной воды, заключающемся в формировании потока распыленной струи воды из сопла распылителя, струю воды, вытекающую из сопла распылителя при формировании потока, разбивают послойно на пленочные потоки тарелочками устройства для создания потока тонкораспыленной воды, затем эти пленочные потоки растягивают за счет увеличения площади поверхности каждой тарелочки и под действием скоростного напора дробят на капли.
В устройстве для создания потока тонкораспыленной воды, содержащем сопло распылителя, каркас и тарелочки, жестко смонтированные на каркасе, первая тарелочка от сопла выполнена в виде кругового кольца, а последующие тарелочки изготовлены в виде усеченного конуса, образующая которого выполнена равной толщине кольца первой тарелочки.
Технический эффект, реализуемый заявляемым способом, обуславливается следующим.
Разбивка струи воды послойно на пленочные потоки тарелочками устройством для создания потока тонкораспыленной воды позволяет получать широкий угол раскрытия распыленной струи воды и, следовательно, большую площадь орошения при равномерном распределении воды по площади.
Растягивание пленочных потоков за счет увеличения площади поверхности каждой тарелочки и дробление под действием скоростного напора на капли пленка воды позволяет повысить эффективность создания потока тонкораспыленной воды, которая заключается в следующем:
- процесс дробления пленочных потоков на капли в заявляемом способе происходит с меньшими затратами кинетической энергии за счет предварительного растягивания этих потоков на тарелочках, по сравнению со способом, реализуемом в устройстве, принятом за прототип;
- чем меньше толщина срезаемого пленочного потока и чем выше скоростной напор, тем меньшего диаметра образуются капли воды и, следовательно, выше степень дисперсности распыленной струи.
Технический эффект, реализуемый заявляемым устройством, обуславливается следующим.
Исполнение первой тарелочки в виде диска позволяет увеличить площадь, орошаемую распылителем.
Исполнение последующих тарелочек, изготовленных в виде усеченных конусов, образующая которых равны между собой, а также толщине кольца первой тарелочки, обеспечивает равномерное распределение потока распыленной воды по орошаемой площади за счет равномерного уменьшения телесного угла каждой последующей тарелочки.
Кроме того, данная конструкция заявляемого устройства позволяет, еще на стадии его проектирования, определять заданную степень дисперсности распыленной воды, необходимой при тушении пожаров определенных видов горючих материалов. Например, при тушении древесины и других твердых горючих материалов нужны относительно крупные капли воды, а для тушения горючих жидкостей наиболее эффективна тонкораспыленная вода.
Конструкция заявляемого устройства позволяет также минимизировать негативное влияние на его работу окалины, образующейся в подводящих трубопроводах или твердых взвесей в потоке воды.
На фиг.1 представлен общий вид (сечение вдоль продольной оси) устройства для создания потока тонкораспыленной воды, реализующего заявляемый способ; на фиг.2 - то же со схемой распределения направлений потоков воды, в том числе пленочных и капельных потоков, создаваемых заявляемым устройством; на фиг.3 - поперечное сечение устройства между отбойником и первой тарелочкой; на фиг.4 - фотография макета тарельчатого распылителя.
1
2
Устройство (фиг.1) состоит из сопла 1, через входное отверстие диаметром d которого подается вода в распылитель. На сопле жестко закреплен каркас 2, состоящий из отбойника 3 и трех спиц 4 (фиг.3). На спицах 4 смонтированы тарелочки, причем первая тарелочка 5 выполнена в виде плоского круглого диска с отверстием-диафрагмой в центре диска диаметром d, а последующие тарелочки 6, 7, 8 и 9 изготовлены в виде усеченного конуса, образующая которых L равны между собой, а также толщине В кольца первой тарелочки 5.
3
4
5
2
3
4
5
1
Каждая из тарелочек 6, 7 и 8 имеют в центре соответствующие калиброванные отверстия - диафрагмы d, d и d. Все тарелочки 5, 6, 7, 8 и 9 монтируются жестко на каркасе 2 с помощью спиц 4 на определенном расстоянии от торца 10 отбойника 3, а отверстия d, d, d и d должны быть соосны входному отверстию d, выполняя при этом следующее соотношение:
1
2
3
4
5
d>d, >d, >d>d,
причем диаметры отверстий-диафрагм и общее число рабочих тарелочек в распылителе определяется заданной степенью дисперсности распыленной воды.
6
Последняя тарелочка 9 выполнена с донышком 11 и диаметром d, при этом должно выполняться следующее соотношение:
5
6
d>d.
Устройство работает следующим образом.
1
1
2
2
3
4
5
При подаче воды через входное отверстие d сопла 1 первая тарелочка 5 срезает со струи воды пленку толщиной, равной разности между диаметрами d и d. Все последующие тарелочки 6, 7 и 8 аналогичным образом срезают пленку со струи воды толщиной, равной разности между диаметрами d, d, d и d (Фиг.2).
Остаток потока воды, дойдя до дна 11 тарелочки 9, растекается по поверхности последней в виде пленочного потока.
Таким образом, устройство разбивает выходящую из сопла 1 струю воды послойно на пленочные потоки своими тарелочками 5, 6, 7, 8 и 9, затем эти пленочные потоки растягиваются за счет увеличения площади поверхности каждой тарелочки и под действием скоростного напора и сил поверхностного натяжения дробятся на капли (Фиг.2).
При возникновении нестабильного потока воды на входе заявляемого устройства, связанного с гидроударами, пульсациями и т.п. отбойник 3 позволяет при срывах пленочного потока с тарелочки 5 возвратить указанный поток на поверхность этой тарелочки, по которой обтекает соответствующий пленочный поток.
Аналогичную функцию, как и отбойник 3, выполняют обратные стороны тарелочек 5, 6, 7 и 8 при отмеченных аномальных явлениях при формировании соответствующих пленочных потоков.
Тем самым осуществляется равномерное орошение заданной площади контролируемого участка горения. При этом, чем меньше толщина срезаемой пленки воды и чем выше скоростной напор, тем меньшего диаметра образуются капли воды и, следовательно, выше степень дисперсности распыленной струи.
1
3
4
5
Подбирая соответствующую разность между диаметром d входного отверстия сопла 1 и диаметрами последующих отверстий - диафрагмами d, d и d и числом тарелочек (на фиг.1 и 2 изображен вариант исполнения заявляемого устройства с пятью тарелочками), можно получить любую наперед заданную степень дисперсности распыленной струи воды при относительно невысоком давлении воды (0,6-0,8 МПа) перед срезом сопла.
1
Приблизительные расчеты показывают, что предлагаемый распылитель с диаметром входного отверстия сопла 1, например, d=14 мм, при указанном выше напоре может обеспечить расход воды порядка 3,3 л/с. Образуемый с помощью заявляемого устройства, установленного на высоте 2,5 м, капельный поток покроет площадь пола до 5 м диаметром при равномерном распределении плотности потока по площади.
Такая конструкция распылителя практически не может засориться окалиной в трубах или твердыми взвесями в потоке воды.
Заявляемые способ получения тонкораспыленной воды и устройство для его реализации могут применяться в стационарных дренчерных установках пожаротушения, а так же передвижными пожарными подразделениями.