СПОСОБ РАСПЫЛЕНИЯ СРЕДЫ И РАСПЫЛИТЕЛЬНОЕ СОПЛО
METHOD FOR MEDIUM SPRAYING AND SPRAY NOZZLE

Предпосылки создания изобретения
Настоящее изобретение относится к способу, определенному в ограничительной части пункта 1 формулы изобретения и предназначенному для распыления среды в виде тумана, в особенности среды в виде тумана, используемой при пожаротушении, при этом в указанном способе образуются по меньшей мере две распыляемые струи из среды в виде тумана, из которых первая распыляемая струя находится внутри второй распыляемой струи из среды в виде тумана, по меньшей мере, в месте распыления или рядом с местом распыления.
Изобретение также относится к распылительному соплу, определенному в пункте 6 формулы изобретения, содержащему корпус с образованным в нем впускным каналом, первую камеру сопла с первым отверстием сопла, вторую камеру сопла с выпускным отверстием, образованным в виде кольцеобразного отверстия вокруг выпускного отверстия первой камеры сопла, и по меньшей мере один канал для прохода среды из впускного канала в каждую камеру сопла.
С другой стороны, известны различные распылительные сопла для образования жидкости в туманообразном состоянии. В предшествующем уровне техники известны сопла, в которых используется так называемая вихревая камера внутри сопла. Даже при низком давлении подобные сопла могут легко образовывать хорошую однородную распыляемую струю, которая «завихряется», поскольку вода проходит по касательной в вихревую камеру, и распыляемая струя в виде тумана выпускается из сопла шарообразно. В данном случае конфигурация поперечного сечения образуемой распыляемой струи, если смотреть перпендикулярно основному направлению распыления, также является круглой, другими словами, средняя зона в распыляемой струе не «охвачена», а остается свободной от тумана. Было возможно исправить данный недостаток посредством использования сопла, которое образует полный конус распыления. Помимо вышеуказанного, сопла данного типа образуют распыляемую струю, которая выходит прямо из центра сопла. Это позволяет сделать распыляемую струю полным конусом. Это может сработать, если окружность завихрения не является слишком большой и давление довольно высокое. Тем не менее, опыт показывает, что средняя распыляемая струя образует большие капли и, следовательно, туман, образуемый соплом, не будет иметь однородного качества. Сопло, в котором применяется подобное решение, раскрыто в патенте США 6129154. Данное решение также связано с проблемой, заключающейся в том, что туман не может быть распределен по достаточной большой площади, особенно при использовании относительно низких давлений.
В особенности в системах пожаротушения, в которых используется водяной туман, требуется распыляемая струя, которая покрывает достаточно большую площадь. Спринклерные сопла, используемые в традиционных системах пожаротушения, снабжены дефлектором, размещенным перед распыляемой струей, выпускаемой из соплового насадка, для распределения распыляемой струи на большой площади. Подобные распыляемые струи не являются туманообразными, и данные сопловые насадки связаны с проблемой, заключающейся в том, что при их использовании остается пустое пространство в средней зоне распыляемой струи, где никакая среда для пожаротушения не может быть распылена посредством соплового насадка.
Цель настоящего изобретения заключается в разработке решения совершенно нового типа, которое обеспечивает возможность образования однородной распыляемой струи, которая распределяется по большой площади. Таким образом, цель состоит в рассеивании тумана по достаточно большой площади и так, чтобы было обеспечено хорошее покрытие туманом, и, с другой стороны, так, чтобы поток распыляемой среды был приблизительно одинаковым [на всей площади покрытия]. Таким образом, цель также состоит в обеспечении того, чтобы никаких так называемых пустых пространств не оставалось в образуемой конфигурации распыляемой струи. Еще одна цель изобретения заключается в создании сопла, в особенности предназначенного для использования при относительно низких давлениях. Еще одна цель изобретения заключается в том, чтобы получить решение для сопла, которое предназначено для использования при пожаротушении и которое особенно подходит для распыления водяного тумана.
Краткое описание изобретения
Способ по изобретению в основном отличается тем, что во время образования распыляемых струй среде сообщают вихревое движение по меньшей мере перед выпускным отверстием сопла, используемым для образования каждой распыляемой струи, и/или по меньшей мере перед смешиванием распыляемых струй друг с другом, и тем, что направления завихрения различных распыляемых струй и/или среды, используемой для образования их, противоположны друг другу, в результате чего достигают распределения предпочтительно однородной распыляемой струи в виде тумана по большой площади.
Способ по изобретению дополнительно отличается тем, что сформулировано в пунктах 2-5 формулы изобретения.
Сопло по изобретению в основном отличается тем, что распылительное сопло содержит средство для обеспечения прохода распыляемой среды в первую распылительную камеру таким образом, что обеспечивается завихрение распыляемой среды в первом направлении, и средство для обеспечения прохода распыляемой среды во вторую камеру таким образом, что обеспечивается завихрение распыляемой среды во втором направлении, которое по существу противоположно направлению завихрения среды, подаваемой в первую камеру.
Сопло по изобретению дополнительно отличается тем, что сформулировано в пунктах 7-15 формулы изобретения.
Решение по изобретению имеет многочисленные существенные преимущества. Посредством использования способа и сопла по изобретению можно получить распыляемую струю, которая покрывает большую площадь и внутри которой не имеется никаких так называемых пустых пространств. Неожиданно оказалось, что посредством использования устройства, в котором обеспечивается завихрение «вложенных» одна в другую, соседних в радиальном направлении, распыляемых струй в разных направлениях относительно оси основного направления движения, можно предотвратить образование пустых зон во внутренних частях распыляемой струи даже при повышении давления. Посредством использования соплового насадка по изобретению можно получить распыляемую струю в виде тумана относительно однородного и хорошего качества, которая очень хорошо подходит для использования в системах пожаротушения и в устройствах для пожаротушения. Для соплового насадка по изобретению была получена очень компактная конструкция.
В данном контексте термин «распылительное сопло» относится к комбинации сопел или к сопловому насадку, который содержит комбинацию распылительных сопел в соответствии с изобретением.
Выражение «относительно низкое давление» здесь относится в основном к давлениям, составляющим менее 35 бар, как правило, к давлениям ниже 25 бар, предпочтительно к давлениям ниже 15 бар, в особенности к давлениям, составляющим приблизительно 5-12,5 бар, в некоторых особых случаях - даже к давлениям, составляющим менее 5 бар или более 35 бар.
Краткое описание фигур
Ниже изобретение будет описано подробно со ссылкой на пример и приложенные чертежи, в которых:
фиг.1 показывает сопло в соответствии с изобретением в поперечном сечении;
фиг.2 показывает сечение, выполненное по линии II-II на фиг.1, и
фиг.3 дополнительно показывает иллюстративное изображение сопла по изобретению со схематически показанными направлениями распыляемых струй.
Подробное описание изобретения
Фигуры показывают [конструктивное] решение сопла в соответствии с изобретением. Сопловой насадок содержит корпус 1 с образованным в нем впускным каналом 2 для подачи среды, подлежащей распылению. В корпусе образована резьба 22 для соединения соплового насадка с трубопроводом для подвода среды или эквивалентным элементом. Корпус содержит первую камеру 4 и вторую камеру 6 сопла, которая предпочтительно была образована в виде кольцеобразной камеры сопла вокруг первой камеры 4 сопла, на некотором расстоянии от отверстия 5 сопла, выполненного в первой камере сопла. В варианте осуществления, проиллюстрированном на фигуре, корпус состоит из верхнего корпуса 1' и нижнего корпуса 1”. Нижний корпус 1” расположен в верхнем корпусе 1' [с соединением с ним] посредством витков резьбы, выполненной в его отверстии, с которыми сопрягаются соответствующие витки резьбы нижнего корпуса. Внутри нижнего корпуса, в варианте осуществления по фиг.3, расположен корпусной элемент 3 сопла с отверстиями, образованными в нем для камер сопла и, с другой стороны, для каналов для прохода среды. Самое внутреннее отверстие в корпусном элементе 3 сопла предназначено для первой камеры 4 сопла. Первая камера 4 сопла является в основном цилиндрической, и в варианте осуществления согласно фиг.1 она сужается в ее нижней части в виде усеченного конуса по направлению к отверстию 5 сопла. Как видно на фигуре, в верхней части первой камеры 4 сопла расположен элемент 8, представляющий собой заглушку и предназначенный для предотвращения попадания среды в камеру сопла, по меньшей мере, частично по каналу (через отверстие), образуемому цилиндрическим зазором. В первой камере 4 образован, по меньшей мере, один первый канал 9 для прохода среды. Как правило, предусмотрено несколько первых каналов 9 для прохода среды. Канал 9 для прохода среды выполнен с возможностью подачи распыляемой среды в распылительную камеру 4, как правило, по меньшей мере частично, по касательной с тем, чтобы обеспечить вихревое движение среды в распылительной камере. Это вихревое движение наглядно представлено стрелками, показанными в камерах. В первой камере 4 вихревое движение происходит в первом направлении, например по часовой стрелке, как показано на фиг.2.
Первое отверстие 5 сопла открывается в смесительную камеру 15 соплового насадка, из которой выпускное отверстие 14 ведет наружу из соплового насадка.
Вторая распылительная камера 6 образована в виде кольцеобразной камеры сопла вокруг первой распылительной камеры 4, при этом стенка 20 отделяет камеры 4, 6 одну от другой. Кольцеобразное отверстие ведет из кольцеобразной камеры 6 сопла в смесительную камеру 15. Боковые поверхности камеры образуют кольцеобразное отверстие 13, продолжающееся от второй распылительной камеры 6 по направлению к смесительной камере 15. Во второй распылительной камере 6 расположен по меньшей мере один второй канал 10 для прохода среды. Второй канал 10 для прохода среды выполнен с возможностью подачи распыляемой среды в распылительную камеру 6, как правило, по меньшей мере частично, по касательной, так что получают вихревое движение среды во второй распылительной камере 6. Каналы 10 для прохода среды, выполненные во второй распылительной камере 6, были выполнены с возможностью направления распыляемой среды в камере таким образом, что обеспечивается противоположное направление завихрения относительно направления завихрения в первой камере 4. В данном случае движение происходит в другом направлении, например, таком как направление против часовой стрелки, как иллюстрируется на фиг.2.
В варианте осуществления на этой фигуре представлен сопловой насадок, который дополнительно содержит третью распылительную камеру 7. Третья распылительная камера 7 также представляет собой кольцеобразную камеру, которая окружает вторую распылительную камеру 6 и первую распылительную камеру 4. В третьей распылительной камере 7 расположен по меньшей мере один третий канал 11 для прохода среды. Данный канал 11 для прохода среды выполнен с возможностью подачи распыляемой среды в распылительную камеру, как правило, по меньшей мере частично, по касательной с тем, чтобы получить вихревое движение среды в третьей распылительной камере 7. Каналы 11 для прохода среды, выполненные в третьей распылительной камере, выполнены с возможностью направления распыляемой среды в камере 7 таким образом, чтобы обеспечить противоположное направление завихрения относительно направления завихрения во второй камере 6. В данном случае вихревое движение происходит в первом направлении, например, таком как направление по часовой стрелке, как иллюстрируется на фиг.2.
Камера 7 образована в основном в нижней части верхнего корпуса 1', где кольцеобразная канавка образована посредством механической обработки так, что наружная окружная поверхность и боковые края канавки образуют наружную стенку камеры и, аналогичным образом, ее верхнюю и нижнюю стенки. В решении, представленном на этой фигуре, внутренняя стенка третьей распылительной камеры состоит из той части наружной стенки нижнего корпуса 1”, которая расположена напротив канавки. На фигуре видно, что кольцеобразное отверстие 16 сопла было образовано в нижней части камеры. В нижнем корпусе рядом с отверстием 16 образована направляющая поверхность 17, предназначенная для направления третьей распыляемой струи, подлежащей распылению из отверстия. В решении, проиллюстрированном на фигуре, направляющая поверхность продолжается в виде изогнутого участка от первоначально вертикальной боковой поверхности, после чего она продолжается в виде наклонной поверхности, направляя распыляемую струю наклонно вбок, в результате чего распыляемая струя представляет собой очень широкий конус, приблизительно похожий на форму поверхности, например, куполообразной части открытого зонта. В некоторых вариантах осуществления сопловой насадок также может быть выполнен без третьей распылительной камеры 7. В данном случае, верхний корпус не требуется выполнять с пространством 7 для камеры и с каналом для прохода среды из впускного канала в распылительную камеру 7.
Способ по изобретению относится к распылению среды в туманообразном состоянии, в особенности среды в виде тумана, используемой при пожаротушении. В данном способе образуются по меньшей мере две распыляемые струи из среды в виде тумана, из которых первая распыляемая струя S1 находится внутри второй распыляемой струи S2 среды в туманообразном состоянии по меньшей мере в месте распыления или рядом с ним. Во время образования распыляемых струй среде сообщают вихревое движение по меньшей мере перед выпускным отверстием 5, 13 сопла, используемым для образования каждой распыляемой струи S1, S2, и/или по меньшей мере перед смешиванием распыляемых струй S1, S2 друг с другом. Направления завихрения различных распыляемых струй S1, S2 и/или среды, используемой для образования их, противоположны друг другу, в результате чего достигают распределения предпочтительно однородной распыляемой струи в виде тумана по большой площади. Направления завихрения указаны стрелками в вариантах осуществления, проиллюстрированных на фигурах.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, способ дополнительно включает в себя образование по меньшей мере одной третьей распыляемой струи S3, внутри которой первая распыляемая струя S1 и вторая распыляемая струя S2 остаются по меньшей мере в месте распыления или рядом с местом распыления, так что направления завихрения среды каждой соседней распыляемой струи S1, S2 и S2, S3 противоположны друг другу по меньшей мере перед выпускным отверстием 5, 13, 16 сопла, используемым для образования каждой распыляемой струи, и/или по меньшей мере перед смешиванием соседних распыляемых струй S1, S2 и S2, S3 друг с другом.
Среду подают в предусмотренную в распылительном сопле камеру 4, 6, 7 сопла, образующую каждую распыляемую струю, таким образом, чтобы получить вихревое движение среды перед отверстием сопла/выпускным отверстием 5, 13, 16.
В данном способе первую распыляемую струю S1 подают через выпускное отверстие 5 первой камеры сопла и вторую распыляемую струю S2 подают через выпускное отверстие 13 второй камеры сопла. Последнее выпускное отверстие 13 имеет кольцеобразную форму и, как видно в направлении, перпендикулярном направлению распыления, окружает первое отверстие 5 сопла.
Распыляемая среда представляет собой жидкость или смесь жидкости и газа.
Распылительное сопло по изобретению содержит корпус 1 с впускным каналом 2, образованным в нем, первую камеру 4 сопла с одним первым отверстием 5 сопла, вторую камеру 6 сопла с кольцеобразным выпускным отверстием 13, окружающим выпускное отверстие первой камеры сопла, и по меньшей мере один канал 9, 10 для прохода среды из впускного канала 2 в каждую распылительную камеру 4, 6.
Распылительное сопло содержит средство 9 для обеспечения прохода распыляемой среды в первую распылительную камеру 4 так, чтобы обеспечить завихрение распыляемой среды в первом направлении, и средство 10 для обеспечения прохода распыляемой среды во вторую распылительную камеру 6 так, чтобы обеспечить завихрение распыляемой среды во втором направлении, которое по существу противоположно направлению завихрения среды, подаваемой в первую камеру 4.
Распылительное сопло по изобретению в соответствии со вторым вариантом осуществления содержит корпус 1 с впускным каналом 2, образованным в нем, первую камеру 4 сопла с одним первым отверстием 5 сопла, вторую камеру 6 сопла с кольцеобразным выпускным отверстием 13, окружающим выпускное отверстие 5 первой камеры сопла, и третью камеру 7 сопла с кольцеобразным выпускным отверстием 16, расположенным вокруг выпускного отверстия 13 второй камеры 6 сопла. Распылительное сопло содержит по меньшей мере один канал 9; 10; 11 для прохода среды из впускного канала 2 в каждую распылительную камеру 4, 6, 7.
Распылительное сопло содержит средство 9 для обеспечения прохода распыляемой среды в первую распылительную камеру 4 так, чтобы обеспечить завихрение распыляемой среды в первом направлении, и средство 10 для обеспечения прохода распыляемой среды во вторую распылительную камеру 6 так, чтобы обеспечить завихрение распыляемой среды во втором направлении, которое по существу противоположно направлению завихрения среды, подаваемой в первую камеру 4, и, кроме того, средство для обеспечения прохода распыляемой среды в третью камеру 7 так, чтобы обеспечить завихрение среды в первом направлении, которое противоположно направлению завихрения среды, подаваемой во вторую камеру 6.
В соответствии с одним вариантом осуществления, средства 9, 10, 11 содержат по меньшей мере один канал 9, 10, 11 для прохода среды, по которому распыляемая среда подается по меньшей мере в одну камеру сопла, по меньшей мере частично, в направлении в основном по касательной. Таким образом, устанавливается вихревое движение среды в распылительной камере, и данное движение также имеет вид вихревого движения распыляемой струи относительно оси, параллельной основному направлению движения распыляемой струи. Альтернативно, существует возможность использования роторных элементов, которые сами по себе известны, при этом они будут расположены в распылительной камере для создания вихревого движения распыляемой струи вокруг оси основного направления движения.
Каждая камера 4, 6, 7 содержит по меньшей мере один канал 9, 10, 11 для прохода среды, по которому распыляемая среда подается в распылительную камеру. Из решения, иллюстрируемого на фиг.2, можно видеть, что имеется несколько каналов 9, 10, 11 для прохода среды, ведущих в каждую камеру.
В варианте осуществления, представленном на фигурах, распылительное сопло содержит смесительную камеру 15, а сопловое отверстие 5 первой распылительной камеры 4 и кольцеобразное сопловое отверстие 13 второй распылительной камеры 6 открываются в данную смесительную камеру, откуда распыляемые струи среды из первой распылительной камеры и второй распылительной камеры проходят наружу через выпускное отверстие 14.
Третья распылительная камера 7 имеет кольцеобразное выпускное отверстие 16. Рядом с распылительным отверстием предпочтительно расположена направляющая поверхность, посредством которой распыляемая струя может быть направлена в заданном направлении. Данная конструкция обеспечивает возможность получения распыляемой струи, которая, как правило, направлена на большую площадь, чем предыдущие распыляемые струи, с охватом площади, на которую направлены распыляемые струи из первого сопла и второго сопла.
В варианте осуществления, иллюстрируемом на фиг.3, распыляемая струя S1 среды, распыляемая из первой распылительной камеры 4, образует коническую распыляемую струю, распыляемая струя S2 из второй распылительной камеры 6 образует кольцеобразную коническую распыляемую струю, внутри которой распыляется первая распыляемая струя S1, в то время как распыляемая струя из третьей распылительной камеры представляет собой кольцеобразную распыляемую струю S3, которая рассеивается по большей площади и внутри которой распыляются первая распыляемая струя S1 и вторая распыляемая струя S2.
Сопловой насадок предназначен, предпочтительно, для распыляемой среды, состоящей из жидкости или из смеси жидкости и газа. При применениях в пожаротушении используются, как правило, невоспламеняемая жидкость, такая как вода, и соответствующий газ, например азот. Естественно, также можно использовать другие газы, применяемые при пожаротушении.
Распылительное сопло может дополнительно содержать по меньшей мере одно кольцеобразное сопло, которое расположено по окружности, большей, чем выпускное отверстие третьего сопла. Возможно, что комбинации сопел, в которых направления завихрения каждой пары соседних распыляемых струй относительно оси основного направления движения взаимно противоположны, могут быть созданы так, как описано в изобретении.
В решении по изобретению была предусмотрена возможность того, что вихревое движение среды в различных распылительных камерах 4, 6, 7 будет происходить поочередно в разных направлениях (по часовой стрелке и против часовой стрелки), так что направления завихрения потоков среды, используемых для образования распыляемых струй в каждой паре из соседних «вложенных» друг в друга распыляемых струй, будут противоположны друг другу. Неожиданным результатом, достигаемым посредством данной конструкции, является равномерное и эффективное распределение распыляемой среды по зоне распыления соплового насадка, без каких-либо существенных так называемых пустот. Кроме того, вихревое движение среды обеспечивает эффективное проникновение тумана - решение, очень хорошо применимое для пожаротушения.
На фиг.3 распыляемые струи из различных сопел наглядно схематически представлены пунктирными линиями. Показаны распыляемая струя S1 из первого сопла 5, распыляемая струя S2 из второго сопла 13, 14 и распыляемая струя S3 из третьего сопла 16. Следует отметить, что туман также распределяется в зону между распыляемыми струями S1, S2 и S2, S3 из сопел, при этом таким образом достигается очень хороший охват во всей большой конической зоне.
Сопловой насадок по изобретению очень хорошо подходит для использования для распыления среды для пожаротушения в виде тумана, в особенности для распыления водяного тумана. Сопловой насадок пригоден для использования в особенности при сравнительно низких давлениях среды. В качестве рабочих давлений, как правило, используются давления, составляющие менее 35 бар. Давлениями, как правило, используемыми являются давления, составляющие менее 25 бар, предпочтительно, давления, составляющие менее 15 бар, в особенности давления, составляющие приблизительно 5-12,5 бар. В некоторых особых случаях используются даже давления, составляющие менее 5 бар или более 35 бар.
Для специалиста в данной области техники очевидно то, что изобретение не ограничено вариантами осуществления, описанными выше, но оно может варьироваться в пределах объема притязаний формулы изобретения, представленной ниже. Признаки, которые, возможно, были представлены в описании вместе с другими признаками, также могут быть использованы отдельно друг от друга в случае необходимости. Кроме того, возможно, что распылительное сопло в соответствии с изобретением может даже быть образовано в виде комбинации отдельных сопел, имеющих требуемые свойства.