СТВОЛ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СТРУЙ АЭРОЗОЛЬНОГО РАСПЫЛА

Полезная модель относится к области пожарной техники, а более конкретно к стволам для получения струй аэрозольного распыла.
Известен ствол для подачи огнетушащих веществ содержит продольный корпус с каналом для огнетушащего вещества, насадку для формирования исходящей из корпуса струи огнетушащего вещества и трубку для регулирования размеров исходящей струи, установленную с возможностью продольного перемещения вдоль корпуса и насадки и охватывающую последние. Насадка выполнена в виде жестко соединенного с корпусом сопла с конфузором, на поверхности трубки для регулирования размеров исходящей струи жестко установлены втулки из материала с малой теплопроводностью, а на втулках установлена перфорированная трубка, образующая рукоятку для перемещения трубки и регулирования размеров исходящей струи (патент №48795 от 17.06.2005 г., А62С 31/03).
Однако, при использовании такого устройства для регулировки размеров исходящей струи огнетушащих веществ она будет иметь большой угол расширения, а следовательно небольшую дальность действия. Это связано с тем, что при сверхкритических режимах истечения двухфазных сред газ - перегретая вода имеется давление, которое приводит к дополнительному расширению струи.
Для эффективной борьбы с пожарами необходимо, чтобы струи огнетушащего вещества, создаваемые стволами, в одних случаях имели возможную максимальную дальность, в других случаях имели бы большой угол распыла с маленькой дальностью для повышения эффективности струи.
Данный технический результат полезной модели достигается за счет того, что ствол для получения струй воды аэрозольного распыла, содержит корпус с каналом, выполненным в виде последовательно расположенных участков конфузора, цилиндрического участка критического сечения, первого диффузора, второго диффузора, и второго цилиндрического участка. Угол конфузора составляет угол от 45° до 90°. Угол первого диффузора составляет угол от 14° до 90°. Угол второго диффузора должен быть не более 14°. При этом длина цилиндрического участка критического сечения составляет не более двух его диаметров. Длина первого диффузора составляет не более десяти диаметров его входного отверстия. Длина второго диффузора составляет не более десяти диаметров его входного отверстия. Причем диаметр второго цилиндрического участка меньше входного диаметра конфузора, а длина второго цилиндрического участка составляет не более десяти его диаметров. Такое соотношение параметров корпуса с каналом позволяет получить устойчивую струю воды аэрозольного распыла высокой дисперсности, а следовательно с высокими огнетушащими свойствами.
Полезная модель более подробно поясняется чертежом, где изображен предлагаемый ствол для получения струй воды аэрозольного распыла, общий вид.
1
1
1
2
2
2
2
3
Ствол для получения струй воды аэрозольного распыла корпус 1 с каналом (средство соединения с рукавом пожарной установки на чертеже не показан). Канал корпуса 1 выполнен в виде последовательно расположенных участка конфузора 2 с входным отверстием d, углом конфузора α и длиной участка ℓ, цилиндрического участка 3 критического сечения диаметром d и длиной участка ℓ, первого диффузора 4 с входным отверстием d, углом диффузора α и длиной участка ℓ, второго диффузора 5 с входным
3
3
4
4
5
1
2
3
2
2
3
2
4
3
4
1
5
4
отверстием d, углом диффузора α и длиной участка ℓ, и второго цилиндрического участка 6 с диаметром d и длиной участка ℓ. Угол конфузора 2 α составляет угол от 45° до 90°. Угол первого диффузора 4 α составляет угол от 14° до 90°. Угол второго диффузора 5 α должен быть не более 14°. При этом длина цилиндрического участка 3 критического сечения ℓ составляет не более двух его диаметров d. Длина первого диффузора 4 ℓ составляет не более десяти диаметров его входного отверстия d. Длина второго диффузора 5 ℓ составляет не более десяти диаметров его входного отверстия d. Причем диаметр второго цилиндрического участка 6 d меньше входного диаметра конфузора d, а длина второго цилиндрического участка 6 ℓ составляет не более десяти его диаметров d.
3
3
5
Для получения максимальной дальности струи аэрозольного распыла от 8 до 10 м при скорости подачи 1,0 л/с перегретой воды с температурой от 165°С до 170°С и при давлении перед конфузором 1,0 МПа (10 атм.) оптимальными являются следующие размеры канала ствола: d α ℓ
1
Входной диаметр d конфузора 2-20 мм;
1
Угол α конфузора 2-60°;
2
Диаметр d цилиндрического участка 3-4,8 мм;
2
Угол α первого диффузора 4-19°;
3
Длина ℓ первого диффузора 4-15 мм;
3
Угол α второго диффузора 5-4°;
4
Диаметр d второго цилиндрического участка 6-18 мм;
5
Длина ℓ второго цилиндрического участка 6-120 мм.
Устройство работает следующим образом.
Перегретая вода поступает в канал корпуса 1 ствола для получения струй воды аэрозольного распыла и, проходя через конфузор 2, увеличивает скорость своего движения до максимальной скорости, но не более скорости звука в цилиндрическом участке 3 критического сечения. При этом из-за давления большего, чем давление насыщенных паров воды, вода не вскипает
(испаряется) ни в конфузоре 2, ни в цилиндрическом участке 3 критического сечения.
2
3
2
3
2
3
Проходя через первый диффузор 4 происходит отрыв струи перегретой воды от стенок канала, часть перегретой воды вскипает и образует пароводяную смесь, которая находится между струей не испарившейся (вскипевшей) воды и стенками канала (внутренней поверхностью ствола). Температура перегретой воды из-за испарения воды уменьшается с увеличением расстояния до критического сечения. Количество испарившейся перегретой воды зависит от угла α и длины ℓ первого диффузора 4: с увеличением угла α и длины ℓ количество испарившейся перегретой воды увеличивается, а температура уменьшается. Поэтому в каждом поперечном сечении канала корпуса 1 ствола паро-водяная смесь создает между стенками канала и поверхностью струи давление большее или равное давлению насыщенных паров перегретой воды. Угол α и длина ℓ первого диффузора 3 подбирают так, чтобы струя перегретой воды или полностью испарилась при прохождении через первый диффузор 4 или испарилась только частично.
3
4
5
4
Если при прохождении через первый диффузор 4 струя перегретой воды полностью распалась (потеряла целостность) и превратилась в паро-водяную смесь, то при прохождении через второй диффузор 5 происходит расширение и ускорение скорости движения паро-водяной смеси. Угол α и длина ℓ второго диффузора 5 подбирают так, чтобы не происходил отрыв пароводяной смеси от стенок канала. При прохождении паро-водяной смеси через второй цилиндрический участок 6 происходит дальнейшее увеличение ее скорости движения, а так же уменьшение температуры и давления пароводяной смеси. Длина ℓ и диаметр d второго цилиндрического участка 6 подбирают так, чтобы давление паро-водяной смеси на выходе из ствола была равна атмосферному давлению вне ствола.
Если при прохождении через первый диффузор 4 струя перегретой воды распалась (потеряла целостность) не полностью и не вся перегретая вода превратилась в паро-водяную смесь, то при прохождении через второй
3
4
диффузор 5 происходит дальнейшее испарение перегретой воды, а также расширение и увеличение скорости движения паро-водяной смеси. Угол α и длина ℓ второго диффузора 5 подбираются так, чтобы не происходил отрыв паро-водяной смеси от стенок канала корпуса 1, а также так, чтобы оставшаяся целостной струя перегретой воды или полностью испарилась при прохождении через второй диффузор 5 или испарилась только частично. При прохождении через второй цилиндрический участок 6 происходит дальнейшее увеличение скорости движения паро-водяной смеси, а так же уменьшение температуры и давления паро-водяной смеси.
5
4
Если при прохождении второго диффузора 5 перегретая вода полностью перешла в паро-водяную смесь, то длина ℓ и диаметр d второго цилиндрического участка 6 подбираются так, чтобы давление паро-водяной смеси на выходе из ствола было равно атмосферному давлению вне ствола.
5
Если при прохождении через второй диффузор 5 струя перегретой воды распалась (потеряла целостность) не полностью и не вся перегретая вода превратилась в паро-водяную смесь, то при прохождении через второй цилиндрический участок 6 происходит дальнейшее испарение перегретой воды, а также расширение и увеличение скорости движения паро-водяной смеси. Длина ℓ второго цилиндрического участка 6 подбирается так, чтобы оставшаяся целостной струя перегретой воды или полностью испарилась при прохождении через этот участок или испарилась только частично.
5
4
Если при прохождении второго цилиндрического участка 6 оставшаяся часть струи перегретой воды полностью перешла в паро-водяную смесь, то длина ℓ и диаметр d второго цилиндрического участка 6 подбираются так, чтобы давление паро-водяной смеси на выходе из ствола было равно атмосферному давлению вне ствола.
Если при прохождении через второй цилиндрический участок 6 струя перегретой воды распалась (потеряла целостность) не полностью и не вся перегретая вода превратилась в паро-водяную смесь, то при выходе из ствола происходит полный переход струи перегретой воды в паро-водяную смесь
(струю). На выходе из ствола происходит расширение струи.
Заявленные соотношения параметров геометрии канала корпуса 1 ствола, были установлены экспериментальным путем, и позволяют получить оптимальные параметры струй воды аэрозольного распыла с высокими огнетушащими свойствами.
1
4
При входном диаметре конфузора 2 d меньше диаметра второго цилиндрического участка 6 d, нельзя реализовать все выше перечисленные режимы работы ствола.
1
Если угол α конфузора 2 меньше 45°, то необоснованно увеличивается длина ствола.
2
2
Если длина цилиндрического участка 3 критического сечения превышает два диаметра d, то существенно увеличивается гидравлическое сопротивление ствола и уменьшается дальность струи воды аэрозольного распыла. Необходимо стремиться к минимальной длине ℓ цилиндрического участка 3.
2
3
2
Если угол α первого диффузора 4 меньше 14°, то при работе устройства не происходит отрыва струи перегретой воды от стенок канала. Если длина ℓ первого диффузора 4 более 10 d, то в стволе может быть реализован только первый режим работы ствола - полное испарение струи в первом диффузоре 4.
3
4
3
Если угол α второго диффузора 5 больше 14°, то на втором диффузоре 5 происходит отрыв струи паро-водяной смеси от стенок канала, что увеличивает турбулентность струи и уменьшает ее дальность. Если длина ℓ второго диффузора 5 более 10 d, то в стволе могут быть реализованы первый и второй режимы работы ствола, то есть полное испарение струи в первом и втором диффузоре.
5
4
Если длина ℓ второго цилиндрического участка 6 больше 10 d, то в стволе могут быть реализованы первый, второй и третий режимы работы ствола - полное испарение струи в первом, втором диффузоре и втором
цилиндрическом участке, при этом существенно увеличивается гидравлическое сопротивление ствола и уменьшается дальность струи воды аэрозольного распыла.