ОГНЕТУШИТЕЛЬ

Полезная модель относится к переносным средствам пожаротушения, а более конкретно, к закачным огнетушителям.
Из опубликованной патентной заявки JP 07-328140 (опубликована 19.12.1995, МПК А 62 С 13/64) известно устройство автоматического пожаротушения. Устройство содержит емкость с огнетушащей жидкостью, систему вытеснения жидкости из емкости, запорно-пусковое устройство, соединенное с выходом из емкости, и распылитель жидкости, соединенный с запорно-пусковым устройством через трубопровод.
Распылитель жидкости содержит завихритель потока жидкости и выходное сопло. Завихритель потока жидкости выполнен в виде вставки с винтовыми каналами. На выходе из сопла установлен тепловой замок с плавкими элементами.
При использовании модуля-огнетушителя обеспечивается быстрое и эффективное автоматическое тушение небольших очагов пожара на начальной стадии возгорания в жилых и офисных помещениях. При этом очаг пожара должен находится на расстоянии не более 1 м от среза сопла распылителя.
Необходимо также отметить, что при использовании известного огнетушителя не может быть создан дальнобойный газокапельный поток с оптимальным для пожаротушения углом распыла.
В опубликованной патентной заявке US 2003/0173422 А1 (опубликована 18.09.2003, МПК-7 В 05 В 1/34, А 62 С 31/12) раскрыта конструкция переносного огнетушителя. Известный огнетушитель содержит емкость с огнетушащей жидкостью, систему вытеснения жидкости из емкости, запорно-пусковое устройство и распылитель жидкости. Выход задорно-пускового устройства соединен с распылителем жидкости через гибкий трубопровод.
Распылитель жидкости содержит последовательно установленные центробежный завихритель потока жидкости и выходное сопло. Между входом в сопло и завихрителем потока жидкости образована промежуточная расширительная камера. Размер этой камеры может регулироваться оператором в процессе работы посредством вращения и осевого перемещения корпуса сопла.
Центробежный завихритель потока жидкости установлен на торцевой части подводящего штуцера. С целью закрутки потока жидкости на боковой поверхности
завихрителя образованы винтовые каналы, через которые осуществляется подача жидкости в промежуточную камеру сопла.
В процессе работы известного огнетушителя осуществляется генерация распыленной струи жидкости с заданной дальностью подачи и углом раскрытия струи. За счет предварительного закручивания рабочей жидкости в промежуточной камере, расположенной перед входом в канал сопла, обеспечивается увеличение скорости распыленной струи огнетушащей жидкости. Кроме этого, появляется возможность регулирования угла распыла генерируемого потока. Посредством регулирования можно создавать либо распыленный поток с большим углом конусности факела, либо компактную струю с малым углом конусности в зависимости от размеров очага пожара и интенсивности горения.
Однако, несмотря на явные преимущества известного устройства, при течении жидкости по внутренним каналам распылителя возникают существенные потери кинетической энергии, в первую очередь, в подводящих винтовых каналах.
Наиболее близким аналогом полезной модели является огнетушитель, конструкция которого раскрыта в международной заявке WO 94/06517 (опубликована 31.03.1994, МПК А 62 С 31/03; В 05 В 1/12). Огнетушитель включает в свой состав емкость с огнетушащей жидкостью, систему вытеснения жидкости из емкости, включающую сифонную трубку, и запорно-пусковое устройство, соединенное с выходом из сифонной трубки. Огнетушитель содержит распылитель жидкости с центробежным завихрителем потока жидкости и выходным соплом. Вход распылителя соединен с запорно-пусковым устройством через гибкий трубопровод.
В корпусе распылителя размещены несколько сопел: центральное сопло и периферийные сопла, выходные отверстия которых расположены равномерно по окружности вокруг выходного отверстия центрального сопла. В корпусе распылителя выполнены каналы, соединяющие входные участки каналов сопел с общим проточным каналом распылителя.
В каждом подводящем канале установлен завихритель потока жидкости, выполненный в виде цилиндрической вставки с тангенциальными каналами подачи жидкости или с пружиной, витки которой в кольцевом канале образуют винтовые каналы для подачи жидкости. Каналы завихрителя сообщены с промежуточной камерой, которая соединена с каналом сопла. Для предварительной очистки подаваемой в сопло жидкости на входе в каналы завихрителя установлены фильтры.
Регулирование расхода жидкости через сопло производится автоматически за счет изменения поперечного сечения и протяженности винтовых каналов, образованных витками пружины. При растяжении или сжатии пружины, в зависимости от величины давления в подводящих магистралях, осуществляется поддержание постоянной скорости и расхода жидкости через каждый канал распылителя.
В случае растяжения пружины в процессе снижения давления в емкости происходит изменение угла наклона винтовых каналов. Вследствие этого изменяется тангенциальная скорость капель жидкости в генерируемом потоке. Таким образом, в течение процесса тушения очага возгорания изменяется угол конусности факела распыленного потока.
Кроме того, при взаимодействии струй, генерируемых из осевого и боковых сопел, происходит уменьшение тангенциальной скорости вращения капель в потоке и увеличение их размера.
Полезная модель направлена на решение задачи, связанной с генерацией высокоскоростного однородного по размеру капель газокапельного потока с заранее фиксированным углом распыла, который выбирается в зависимости от классов очагов возгорания.
Достигаемый при решении поставленных задач технический результат заключается в повышении эффективности тушения очагов возгорания, в первую очередь, классов "А" и "В".
Достигаемый технический результат обеспечивается при использовании огнетушителя, в состав которого входит емкость с огнетушащей жидкостью, систему вытеснения жидкости из емкости, запорно-пусковое устройство, распылитель жидкости с центробежным завихрителем потока и выходным соплом, и трубопровод, соединяющий выход запорно-пускового устройства с распылителем жидкости. Выходное сопло распылителя жидкости выполнено с профилированным каналом, включающим сужающийся в направлении течения жидкости участок. Центробежный завихритель выполнен в виде полой вставки, по меньшей мере, с одним тангенциально направленным входным каналом, образованным в боковой стенке вставки, и входным осевым каналом. Полость вставки сообщена с входным отверстием профилированного сопла.
Совокупность перечисленных выше существенных признаков, характеризующих конструкцию огнетушителя, обеспечивает генерацию высокоскоростной распыленной струи огнетушащей жидкости с заданным углом распыла. Данный эффект связан с
использованием в составе огнетушителя распылителя потока жидкости с центробежным завихрителем. С помощью тангенциальных подводящих каналов завихрителя осуществляется предварительная закрутка потока огнетушащей жидкости, поступающей из емкости через трубопровод к соплу распылителя. Вращающиеся струи жидкости подаются непосредственно во входное отверстие профилированного канала выходного сопла, в котором формируется закрученный поток огнетушащей жидкости.
Часть потока жидкости, протекающая через осевой канал, выполненный в торцевой стенке вставки, выполняет функцию направляющего потока. Струя жидкости, сформированная в осевом канале, обеспечивает заданную дальнобойность и влияет на величину угла факела распыленного потока. В зависимости от соотношения расходов жидкости через осевой и тангенциально направленные каналы вставки устанавливается определенный угол распыла газокапельного потока. При этом величина расхода жидкости через каналы характеризуется площадью поперечного сечения каналов, выполненных во вставке. Изменяя соотношение площадей поперечного сечения каналов, можно устанавливать требуемый для заданных условий пожаротушения угол раскрытия факела распыляемой огнетушащей жидкости.
В результате течения отдельных струй жидкости в канале сопла, имеющем сужающийся в направлении течения жидкости участок, образуется общий ускоренный поток огнетушащей жидкости. На выходе из сопла генерируется устойчивый газокапельный поток огнетушащей жидкости, характеризующийся постоянной величиной тангенциальной скорости, которая в свою очередь определяет заданный угол распыла огнетушащей жидкости.
o
t
o
С целью генерации газокапельного потока огнетушащей жидкости с углом распыла в диапазоне значений от 17° до 23°, который наиболее оптимален для эффективного тушения очагов возгорания классов "А" и "В", площади поперечных сечений каналов выбираются из условия: 4S≤S≤6S,
t
где S - общая площадь поперечного сечения тангенциальных каналов,
o
S - площадь поперечного сечения осевого канала.
В предпочтительном варианте выполнения конструкции огнетушителя в боковой стенке вставки центробежного завихрителя образовано четыре тангенциально направленных входных канала, расположенных равномерно по окружности. Оси симметрии соседних входных каналов перпендикулярны друг другу.
С целью снижения гидравлических потерь сужающийся участок профилированного канала сопла распылителя жидкости может иметь коническую или коноидальную форму.
В другом варианте выполнения огнетушителя профилированный канал выходного сопла состоит из последовательно расположенных входного сужающегося в направлении течения жидкости участка и выходного расширяющегося участка. В целях снижения гидравлических потерь указанные участки профилированного канала сопла выполняются конической или коноидальной формы.
При прохождении входного сужающегося участка сопла происходит смешение закрученных струй жидкости и осевой струи жидкости и ускорение сформированного потока жидкости. В канале выходного расширяющегося участка сопла происходит дробление тангенциально закрученных капель жидкости.
Для увеличения дальнобойности газокапельной струи профилированный канал выходного сопла распылителя может состоять из трех последовательно расположенных участков: входного сужающегося в направлении течения жидкости участка коноидальной формы, сопряженного с ним сужающегося участка конической формы и выходного цилиндрического участка.
Система вытеснения огнетушащей жидкости из емкости может включать в свой состав сифонную трубку. В этом случае на открытом торце сифонной трубки устанавливается фильтр. Установка фильтра в указанной части огнетушителя позволяет исключить попадание загрязнений различного рода, включая твердые частицы, которые могут образовываться при хранении огнетушителя в заправленном состоянии.
Далее полезная модель поясняется примером конкретного выполнения огнетушителя и прилагаемыми чертежами, на которых изображено следующее:
на фиг.1 - схематичный разрез огнетушителя, снабженного распылителем жидкости;
на фиг.2 - продольный разрез распылителя жидкости в масштабе 2:1 (повернуто на 180°);
на фиг.3 - продольный разрез центробежного завихрителя, входящего в состав распылителя;
на фиг.4 - поперечный разрез центробежного завихрителя, изображенного на фиг.3, по плоскости А-А;
Огнетушитель, изображенный на фиг.1, содержит емкость 1, заполненную огнетушащей жидкостью. В качестве огнетушащей жидкости может использоваться вода или водный раствор химических добавок, повышающих эффективность пожаротушения. Объем заряда огнетушащей жидкости составляет 6 л. Общий объем емкости 1, включающий объем жидкостной и газовой полости, составляет 9 л.
Газовая полость емкости 1 заполнена сжатым газом при заданном уровне давления хранения (2 МПа). Система вытеснения жидкости из емкости 1 включает в свой состав сифонную трубку 2 и запорно-пусковое устройство 3, герметично соединенное с выходом из сифонной трубки 2 при помощи уплотнительной втулки 4. Запорно-пусковое устройство 3 включает упругий элемент, выполненный в виде пружины 5, запорный элемент 6 и управляющий рычаг 7. Выход запорно-пускового устройства 3 соединен с распылителем жидкости 8 через гибкий трубопровод 9. Запорно-пусковое устройство 3 зафиксировано на горловине емкости 1 с помощью накидной гайки 10. На открытом торце сифонной трубки 2 установлен фильтр 11.
Распылитель жидкости 8 (см. фиг.2) включает в свой состав корпус 12 с подводящим штуцером 13, который соединяется с гибким трубопроводом 9. В корпусе 12 при помощи накидной гайки 14 и уплотнительного кольца 15 установлены центробежный завихритель потока жидкости в виде полой цилиндрической вставки 16 и сопло 17.
В рассматриваемом примере осуществления полезной модели профилированный канал выходного сопла 17 состоит из последовательно расположенных входного сужающегося в направлении течения жидкости участка 18 коноидальной формы, сопряженного с ним сужающегося участка 19 конической формы и выходного цилиндрического участка 20. Полость вставки 16 сообщена с входным участком 18 профилированного канала выходного сопла 17 (см. фиг.2).
Необходимо отметить, что возможны и другие формы реализации полезной модели. Профилированный канал выходного сопла распылителя может включать последовательно расположенные входной сужающийся в направлении течения жидкости участок и выходной расширяющийся участок. При данной форме выполнения сопла распылителя участки профилированного канала сопла имеют коническую или коноидальную форму.
Вставка 16 (см. фиг.3, 4) выполнена с осевым каналом 21, образованным в торцевой стенке вставки 16, и с четырьмя тангенциально направленными входными каналами 22, которые образованы в боковой стенке вставки 16.
t
t
i
i
Для снижения гидравлических потерь осевой канал 21 включает входной сужающийся по направлению течения жидкости участок конической формы (см. фиг.3). Тангенциально направленные каналы 22 расположены равномерно по окружности. Оси симметрии соседних входных 22 каналов перпендикулярны друг другу (см. фиг.4). В рассматриваемом примере реализации полезной модели общая площадь S поперечного сечения тангенциальных каналов 22 соответствует соотношению: S=4S, где S - площадь сечения каждого тангенциального канала.
t
o
В рассматриваемом примере выполнения огнетушителя площади поперечных сечений каналов 21 и 22 связаны соотношением S=4S согласно условию:
o
t
o
4S≤S≤6S,
i
o
Таким образом, в рассматриваемом примере площадь поперечного сечения S каждого тангенциального канала 21 равна площади поперечного сечения осевого канала S. Диаметры осевого и тангенциально направленных каналов составляют 4 мм.
Работа огнетушителя осуществляется следующим образом.
Емкость 1 огнетушителя предварительно заправляется огнетушащей жидкостью (водой с пенообразователем). Заправка огнетушителя жидкостью производится через горловину емкости 1, в которой затем устанавливается запорно-пусковое устройство 3, фиксируемой с помощью накидной гайки 10.
Газовая полость емкости 1 наддувается сжатым газом (воздухом) до давления хранения (2 МПа). В процессе зарядки огнетушителя сжатым газом запорно-пусковое устройство 3 находится в открытом положении. Газ под избыточным давлением закачивается в емкость 1 через выходное отверстие запорно-пускового устройства 3. Жидкость под действием давления сжатого газа вытесняется из канала сифонной трубки 2 через фильтр 11. Далее газ, проходя через объем, заполненный жидкостью, вытесняется в газовую полость емкости 1.
После заполнения газовой полости до заданного уровня давления хранения запорно-пусковое устройство 3 закрывается, и давление между газом и жидкостью в канале сифонной трубки 2 выравнивается. Уровень жидкости в канале сифонной трубки 2 устанавливается в некотором равновесном положении после перемещений огнетушителя в процессе хранения.
Генерация газокалельного потока огнетушащего вещества в процессе работы огнетушителя и входящего в его состав распылителя жидкости осуществляется при нажатии оператором на рычаг 7. Под действием усилия, прикладываемого к рычагу 7,
происходит отжатие запорного элемента б и открытие проходного канала запорно-пускового устройства 3. Жидкость, вытесняемая из емкости 1 сжатым газом, поступает через фильтр 11 в канал сифонной трубки 2. Проходя через мелкоячеистую структуру фильтра 11, жидкость очищается от твердых включений, которые образуются при длительном хранении.
Очищенный поток жидкости из канала сифонной трубки 2 поступает через открытое запорно-пусковое устройство 3 и гибкий трубопровод 9 в распылитель жидкости 8.
В полости вставки 16, выполняющего функцию центробежного завихрителя жидкости, происходит формирование вихря, который закручивает струю жидкости, истекающую из осевого канала 21. Закрученный поток жидкости в полости вставки 16 образуется за счет смешения струй, истекающих из тангенциально направленных каналов 22.
На выходе из полости вставки 16 формируется поток жидкости, характеризующийся постоянной тангенциальной скоростью. При этом угловая скорость закрученного потока жидкости в канале сопла 17 распылителя определяет величину угла распыла генерируемого газокапельного потока.
o
t
o
Величина тангенциальной скорости в полости вставки 16 зависит от соотношения общей площади поперечного сечения тангенциальных каналов 22 и площади сечения осевого канала 20. В случае выполнения условия 4S≤S≤6S на выходе из сопла 17 образуется газокапельный поток с оптимальными значениями угла распыла 17-23°.
Сформированный в центробежном завихрителе закрученный поток жидкости поступает во входное отверстие профилированного канала сопла 17. Канал сопла включает последовательно расположенные входной сужающийся в направлении течения жидкости участок 18 коноидальной формы, сужающийся участок конической формы 19 и выходной цилиндрический участок 20. При прохождении участков 18 и 19 формируется ускоренный поток жидкости. Интенсивное образование кавитационных пузырьков в закрученном потоке жидкости происходит в выходном цилиндрическом участке 20.
На выходе из сопла 17 генерируется однородный по размеру капель распыленный поток огнетушащей жидкости с углом распыла 17° и средним размером капель ~200 мкм, причем дальность подачи огнетушащей жидкости была не менее 9 м.
Для выключения огнетушителя запорно-пусковое устройство 3 приводится в нормально-закрытое положение при снятии управляющего усилия с рычага 7. Запорный
элемент 6 перемещается под действием силы упругости пружины 5 и перекрывает проходное сечение проточного канала запорно-пускового устройства 3.
При проведении испытаний огнетушителя была подтверждена возможность генерации высокоскоростного однородного по размеру капель газокапельного потока с фиксированным углом распыла в диапазоне от 17° до 23°. При данных оптимальных значениях угла распыла обеспечивалось наиболее эффективное тушение очагов классов "А" и "В".
Огнетушитель, выполненный согласно настоящей полезной модели, может найти широкое применение в качестве штатного средства пожаротушения на различных объектах: в помещениях больниц, библиотек, музеев и в жилых помещениях, а также для тушения очагов возгорания на открытом пространстве.