УСОВЕРШЕНСТВОВАННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ СОЗДАНИЯ ПЕНЫ СО СЖАТЫМ ВОЗДУХОМ
ADVANCED TECHNOLOGY OF PRODUCTION OF FOAM WITH COMPRESSED AIR

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к способу непрерывного создания пены со сжатым газом, в частности пены со сжатым воздухом, и к системе создания пены со сжатым газом, в частности, к системе создания пены со сжатым воздухом, в особенности для пожаротушения, а также к камере пенообразования, специально приспособленной для этого.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В данной области техники известен способ борьбы с огнем с использованием пены со сжатым воздухом (CAF). Обычно к потоку воды непрерывно добавляют пенообразующее вещество и полученный в результате этого поток смеси из пенообразующего вещества и воды подают в линию или в камеру пенообразования, в которую также подают сжатый воздух для генерации пены. Пена, выходящая из линии или из камеры пенообразования, проходит через жесткий или гибкий шланг к наконечнику для выброса пены на огонь. Линия или камера пенообразования, также обозначаемая как смеситель или как смесительная камера, обычно представляют собой линию или камеру статического типа, иначе именуемую неподвижной, то есть без движущихся деталей.
Системы создания пены со сжатым воздухом (CAFS) могут быть подвижными, например, когда они установлены на пожарном автомобиле. Также они могут быть стационарными, например, когда они используются в стационарных системах пожарной безопасности в тоннелях для движения автомобильного и грузового транспорта.
Существуют различные технологии создания пены со сжатым воздухом (CAF), которые часто сильно отличаются одна от другой.
Основная проблема при создании пены со сжатым воздухом (CAF) состоит в надлежащем регулировании потока воды и потока воздуха, которые подают в смесительную камеру таким образом, чтобы непрерывно обеспечивать создание пены, имеющей надлежащие свойства для борьбы с огнем и остающейся стабильной с течением времени. Эта проблема возникает вследствие того, что могут происходить изменения как подачи воды и воздуха в смесительную камеру, так и физических условий в трубах и в наконечниках, предназначенных для транспортировки и выброса пены. В частности, в систему создания пены со сжатым воздухом (CAFS) могут подавать поток воды, давление и скорость которого могут изменяться с течением времени, например, при использовании водяных насосов. Подвижные системы могут использоваться с такими источниками воды, как, например, гидранты, имеющиеся в месте вмешательства, и которые, следовательно, могут иметь различное давление и различные характеристики по скорости потока. Кроме того, помимо прочего, длина и диаметр трубопроводов, соединенных с выпускным отверстием смесительной камеры, тип наконечника, присоединенного в конце трубопровода, степень подъема трубопровода, количество трубопроводов, присоединенных к выпускному отверстию смесительных камер, могут быть различными и влиять на рабочие условия в смесительной камере и тем самым на качество пены.
Следовательно, для согласования давления воды и давления воздуха, подаваемых в смесительную камеру, или для адаптации давления воздуха при изменении давления воды используют сложные системы и способы.
В патенте США US-A-2004/0177975 раскрыта система создания пены со сжатым воздухом (CAFS), содержащая контроллер системы, предназначенный для управления клапаном-регулятором расхода воздуха в зависимости от сигналов, обеспечиваемых расходомером воды и расходомером воздуха, с целью сохранения соотношения между потоком воздуха и потоком пены на основании введенного их соотношения, регулируемого пользователем.
В публикации международной заявки на патент WO 2006/000177 раскрыта система создания пены со сжатым воздухом (CAFS), в которой сжатый воздух в линию пенообразования вводят через регулятор давления воздуха и клапан-регулятор объемного расхода воздуха. Кроме того, созданная пена со сжатым воздухом (CAF) протекает через датчик давления пены и клапан с электропневматическим управлением, которые образуют схему регулирования с обратной связью для регулирования консистенции пены и, следовательно, качества пены, подаваемой в устройство выброса пены. Воду подают в систему через регулятор давления воды и смешиваются с пенообразующим веществом и добавками. Смесь из пенообразующего вещества, добавок и воды протекает через клапан-регулятор объемного расхода воды и линию пенообразования, в которую вводят сжатый воздух, имеющий заранее заданное давление и заранее заданные параметры объемного расхода, через клапан-регулятор объемного расхода воздуха. В этом документе упомянуто, что качество пены со сжатым воздухом (CAF), разбрасываемой с использованием устройства выброса пены, зависит от скорости потока и, следовательно, от времени выстоя пены в линии пенообразования, и предложенная идея состоит в его регулировании посредством давления пены, определенного датчиком давления пены, с использованием клапана с электропневматическим управлением (средства регулирования давления пены).
Однако в этом документе не изложены какие-либо подробности о том, каким образом следует регулировать различные параметры, в частности давление, объемный расход и скорости/время выстоя воздуха, воды и пены, для того чтобы гарантировать непрерывное создание в смесительной камере пены хорошего качества для пожаротушения. Кроме того, регулирование с обратной связью может быть сложным в реализации.
В европейском патенте ЕР-А-1632272 раскрыта система создания пены со сжатым воздухом (CAFS) для тоннеля, предназначенного для движения автомобильного и грузового транспорта. В этом документе не рассмотрена проблема оптимизации режимов работы смесительной камеры, но рассмотрена проблема обеспечения возможности выброса пены, имеющей хорошее качество, несмотря на то что пену транспортируют по длинным трубопроводам. Следовательно, изложенная в этом документе идея состоит в автоматическом регулировании давления пены таким образом, чтобы оно было равно заданному давлению после смесительной камеры, предотвращающем падение давления пены ниже определенного значения в устройстве выброса пены и обеспечивающем тем самым густую пену, по-прежнему обладающую высокими гасящими свойствами. Давление пены после смесительной камеры получают посредством регулируемого сужения поперечного сечения трубы, реализованного посредством клапана, управляемого с учетом показаний датчика давления.
Однако в этом документе вообще не рассмотрена проблема регулирования различных параметров, в частности давления, объемного расхода и скоростей/времени выстоя воздуха, воды и пены, для того чтобы гарантировать непрерывное создание в смесительной камере пены хорошего качества для пожаротушения.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованной технологии непрерывного создания пены со сжатым воздухом (CAF), или в более общем изложении - пены со сжатым газом, с высоким и постоянным качеством и являющейся простой в реализации, в особенности предназначенной для пожаротушения или для обеззараживания объектов.
Эта задача достигнута при помощи способа непрерывного создания пены со сжатым газом, в частности пены со сжатым воздухом, в особенности для пожаротушения или для обеззараживания, путем подачи обоих компонентов: сжатого газа, которым предпочтительно является воздух, и смеси из жидкости, которой предпочтительно является вода, и, по меньшей мере, пенообразующего вещества, в камеру пенообразования, имеющую выпускное отверстие для вывода пены, содержащего следующие операции:
- в камеру пенообразования непрерывно подают смесь из пенообразующего вещества и жидкости при первом постоянном давлении и с первым постоянным объемным расходом;
- в камеру пенообразования непрерывно подают сжатый газ при втором постоянном давлении и со вторым постоянным объемным расходом; и
- регулируют давление пены в выпускном отверстии камеры пенообразования для поддержания постоянного давления смешивания пены в камере пенообразования.
Предпочтительные варианты осуществления способа содержат один или большее количество следующих признаков:
- регулируют давление пены в выпускном отверстии камеры пенообразования для поддержания давления смешивания пены в камере пенообразования равным заданному значению;
- обеспечивают возможность избирательного регулирования упомянутого заданного значения;
- для операции регулирования давления пены используют автоматический клапан, которым предпочтительно является запорный клапан, соединенный с выпускным отверстием камеры пенообразования;
- автоматический клапан выполнен таким образом, что способен регулировать давление пены в выпускном отверстии камеры пенообразования относительно заданного давления воздуха, приложенного к автоматическому клапану;
- для непрерывной подачи смеси из пенообразующего вещества и жидкости в камеру пенообразования при первом постоянном давлении и с первым постоянным объемным расходом используют регулятор давления и регулятор объемного расхода;
- для непрерывной подачи сжатого газа в камеру пенообразования при втором постоянном давлении и со вторым постоянным объемным расходом используют регулятор давления и регулятор объемного расхода;
- устанавливают первый объемный расход таким образом, чтобы вследствие этого приведенная скорость смеси из пенообразующего вещества и жидкости в камере пенообразования составляла, по меньшей мере, 0,3 м/с, а в более предпочтительном варианте, по меньшей мере, 2 м/с;
- устанавливают первый объемный расход таким образом, чтобы вследствие этого скорость потока смеси из пенообразующего вещества и жидкости в смесительной камере не превышала 3 м/с;
- устанавливают второй объемный расход таким образом, чтобы вследствие этого приведенная скорость сжатого газа в смесительной камере составляла, по меньшей мере, 0,3 м/с, а в более предпочтительном варианте, по меньшей мере, 2 м/с;
- устанавливают второй объемный расход таким образом, чтобы вследствие этого приведенная скорость сжатого газа в смесительной камере не превышала 3 м/с;
- устанавливают первый объемный расход и второй объемный расход таким образом, чтобы обеспечить в смесительной камере коэффициент относительной скорости газа свыше 0,3, в более предпочтительном варианте - больший или равный 0,4, а в еще более предпочтительном варианте - больший или равный 0,5, но не превышающий 0,95, в более предпочтительном варианте - не превышающий 0,8, а в еще более предпочтительном варианте - не превышающий 0,75;
- соединяют один конец трубопровода с выпускным отверстием камеры пенообразования, причем другой конец трубопровода соединен с устройством выброса пены, при этом гидравлическое поперечное сечение трубопровода, по меньшей мере, равно гидравлическому поперечному сечению камеры пенообразования или превышает его.
Согласно другому объекту настоящего изобретения в нем предложена система создания пены со сжатым газом, в частности, система создания пены со сжатым воздухом, содержащая:
- камеру пенообразования, которая содержит:
- первый впускной канал, предназначенный для подачи сжатого газа, которым предпочтительно является воздух, в камеру пенообразования,
- второй впускной канал, предназначенный для подачи смеси из жидкости, которой предпочтительно является вода, и, по меньшей мере, одного пенообразующего вещества в камеру пенообразования, и
- выпускной канал, предназначенный, для выпуска пены; и
- устройство регулирования давления, соединенное с выпускным каналом, которое предназначено для поддержания постоянного давления пены в выпускном отверстии камеры пенообразования.
Предпочтительные варианты осуществления системы содержат один или большее количество следующих признаков:
- регулятор давления, предназначенный для непрерывной подачи смеси из пенообразующего вещества и жидкости в камеру пенообразования при первом постоянном давлении;
- регулятор объемного расхода, предназначенный для непрерывной подачи смеси из пенообразующего вещества и жидкости в камеру пенообразования с первым постоянным объемным расходом;
- регулятор давления, предназначенный для непрерывной подачи сжатого газа в камеру пенообразования при втором постоянном давлении/регулятор объемного расхода, предназначенный для непрерывной подачи сжатого газа в камеру пенообразования со вторым постоянным объемным расходом;
- устройство регулирования давления содержит автоматический клапан, которым предпочтительно является запорный клапан;
- трубопровод, соединенный с выпускным отверстием камеры пенообразования, причем другой конец трубопровода соединен с устройством выброса пены, при этом гидравлическое поперечное сечение трубопровода, по меньшей мере, равно гидравлическому поперечному сечению камеры пенообразования или превышает его.
- система выполнена таким образом, что обеспечивает реализацию способа согласно настоящему изобретению.
Согласно еще одному объекту настоящего изобретения в нем предложена камера пенообразования, приспособленная для создания пены со сжатым газом, которая может преимущественно использоваться в системе создания пены со сжатым воздухом (CAFS). Камера пенообразования согласно настоящему изобретению содержит:
- трубопровод, содержащий:
- впускное отверстие для сжатого газа, которым предпочтительно является воздух;
- впускное отверстие для жидкости, которой предпочтительно является вода, содержащей, по меньшей мере, одно пенообразующее вещество; и
- выпускное отверстие для выпуска пены; и
- по меньшей мере, одну сетку, расположенную таким образом, что она проходит через все поперечное сечение трубопровода.
Предпочтительные варианты осуществления камеры пенообразования содержат один или большее количество следующих признаков:
- размер отверстий, по меньшей мере, одной сетки выбран в интервале от 0,13 мм до 0,5 мм;
- камера пенообразования содержит две сетки, каждая из которых расположена таким образом, что проходит через все поперечное сечение трубопровода, и которые отстоят одна от другой на некоторое продольное расстояние; эти две сетки преимущественно могут иметь одинаковый размер отверстий сетки, а расстояние между двумя сетками может быть преимущественно выбрано в интервале от 10-кратного до 30-кратного, в более предпочтительном варианте - в интервале от 15-кратного до 25-кратного, а в наиболее предпочтительном варианте - равным 20-кратному размеру отверстий сетки на стороне впускных отверстий;
- отверстия, по меньшей мере, одной сетки имеют гомологичный гидравлический диаметр отверстий сетки, который является меньшим, чем средний эквивалентный диаметр пузырей в расширившейся пене, которая будет создана;
- впускное отверстие для сжатого газа соединено с наконечником, выступающим в трубопровод, причем этот наконечник имеет радиальные отверстия для выпуска газа в трубопровод перпендикулярно потоку смеси из пенообразующего вещества и жидкости в трубопроводе;
- свободное поперечное сечение, по меньшей мере, одной сетки является равным свободному поперечному сечению трубопровода или большим, чем оно.
Камеру пенообразования согласно настоящему изобретению целесообразно использовать для непрерывного создания пены со сжатым газом, в частности пены со сжатым воздухом, в особенности для пожаротушения или обеззараживания. Поэтому в настоящем изобретении также предложена система со сжатым газом, в частности, система создания пены со сжатым воздухом (CAFS), содержащая камеру пенообразования согласно настоящему изобретению.
Как определено выше, в настоящем изобретении упомянутый сжатый газ может состоять из одного газа, но также может представлять собой смесь из нескольких различных газов, что имеет место в случае воздуха. Аналогичным образом в настоящем изобретении упомянутая жидкость может состоять из одной жидкости, но также ею может являться смесь из нескольких различных жидкостей.
Дополнительные признаки и преимущества настоящего изобретения станут явными из изложенного ниже описания вариантов осуществления настоящего изобретения, которые приведены в качестве неограничивающих примеров, со ссылкой на перечисленные ниже сопроводительные чертежи.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг.1 схематично показана система создания пены со сжатым воздухом (CAFS) согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
На Фиг.2 схематично показана камера пенообразования согласно настоящему изобретению.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно настоящему изобретению пену со сжатым воздухом (CAF) непрерывно создают путем подачи обоих компонентов: воды, содержащей, по меньшей мере, пенообразующее вещество, и сжатого воздуха в камеру пенообразования, снабженную выпускным отверстием для выпуска. Смесь из пенообразующего вещества и воды непрерывно подают в камеру пенообразования при первом постоянном давлении и с первым постоянным объемным расходом. Аналогичным образом, сжатый воздух непрерывно подают в камеру пенообразования при втором постоянном давлении и со вторым постоянным объемным расходом. Кроме того, давление в камере пенообразования, которое ниже именуют давлением смешивания пены, регулируют для поддержания постоянным упомянутого давления пены вне зависимости от возможного более низкого давления в линии (в линиях) транспортировки пены, которая соединена (которые соединены) с выпускным отверстием камеры пенообразования. Упомянутое непрерывное производство пены и непрерывная подача сжатого воздуха и смеси из пенообразующего вещества и воды относятся к тому случаю, когда система создания пены со сжатым воздухом (CAFS) используется, то есть, в частности, к тому случаю, когда устройство выброса пены, например, наконечник, расположенный в конце трубопровода, соединенного с выпускным отверстием камеры пенообразования, открыт. Понятно, что упомянутое регулирование давления для поддержания постоянного давления смешивания пены в камере пенообразования не обязательно влечет за собой то, что давление является одинаковым в любом месте по всей камере пенообразования. В действительности, различные детали камеры пенообразования могут вызывать некоторые потери давления, и в результате этого давление может несколько отличаться в различных местах камеры пенообразования. Наоборот, следует понимать, что при рассмотрении заданного местоположения в камере пенообразования не происходит существенного изменения давления с течением времени вследствие упомянутого регулирования давления.
В результате этого сжатый воздух и смесь из пенообразующего вещества и воды протекают через смесительную камеру таким образом, что каждый из этих компонентов имеет постоянный объемный расход и постоянную скорость потока течения без заметной зависимости от последующего изменения давления, которое может произойти в трубопроводе (в трубопроводах) для транспортировки пены из камеры пенообразования в устройства выброса пены. В результате камера пенообразования непрерывно выводит пену с постоянным качеством. Кроме того, отсутствует какая-либо необходимость в согласовании давления и объемного расхода сжатого воздуха и смеси из пенообразующего вещества и воды.
На Фиг.1 показана система создания пены со сжатым воздухом (CAFS) согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения. Система создания пены со сжатым воздухом (CAFS) содержит камеру 5 пенообразования, в которую через регулятор 2 давления и регулятор 4 объемного расхода непрерывно подают смесь из воды и, по меньшей мере, одного пенообразующего вещества. Пенообразующим веществом может являться пенообразующее вещество любого типа, пригодное для пожаротушения. В камеру 5 пенообразования через регулятор 1 давления и регулятор 3 объемного расхода также непрерывно подают сжатый воздух. Регуляторы 1, 2 и давления регуляторы 3, 4 объемного расхода предназначены для подачи в камеру 5 пенообразования воздуха и смеси из пенообразующего вещества и воды с постоянным давлением и с постоянным объемным расходом, несмотря на возможные изменения в источнике воздуха и/или в источнике воды. Камера 5 пенообразования смешивает введенный сжатый воздух и введенную смесь из пенообразующего вещества и воды для создания пены. Камерой 5 пенообразования может являться камера пенообразования любого известного типа. В предпочтительном варианте камерой 5 пенообразования является статическая смесительная камера.
Вода может быть подана из любого подходящего источника воды (на чертеже не изображен), которым является, например, пожарный насос, гидрант или стационарная система водоснабжение в здании или в тоннеле. Подача сжатого воздуха может быть реализована классическим способом при помощи компрессора. Пенообразующее вещество добавляют в воду непрерывно и однородно в надлежащем количестве любым подходящим способом, например, способом, описанным в публикации международной заявки WO 2006/000177. Количество пенообразующего вещества, которое добавляют в воду, обычно составляет менее 1% от общего объема смеси воды и пенообразующего вещества.
Выпускное отверстие камеры 5 пенообразования соединено с трубопроводом 8 для транспортировки пены. В конце трубопровода 8 к нему подсоединено устройство 9 выброса пены, которым является, например, наконечник. Трубопровод 8 может быть жестким или гибким в соответствии с его целевым назначением. В трубопроводе 8 в выпускном отверстии камеры 5 пенообразования расположено устройство 6, 7 регулирования давления. Устройство 6, 7 регулирования давления приспособлено для поддержания постоянного давления в выпускном отверстии камеры 5 пенообразования, и в результате оно также поддерживает постоянное давление смешивания пены в камере 5 пенообразования. Таким образом, давление смешивания пены в камере 5 пенообразования не изменяется из-за последующего состояния трубопровода 8 и устройства 9 выброса пены.
Давление пены в камере 5 пенообразования поддерживают равным давлению, которое установлено более низким, чем давление смеси из пенообразующего вещества и воды и давление сжатого воздуха в выпускных отверстиях регуляторов 1 и 2 давления.
Поддержание постоянного давления смешивания пены в камере 5 пенообразования позволяет непрерывно создавать в камере пенообразования пену с точно контролируемыми рабочими параметрами, и эти параметры являются стабильными во времени. В результате может непрерывно производиться пена с постоянным качеством. Было установлено, что этот результат достигнут вследствие того факта, что на объемный расход воздуха и на объемный расход смеси из пенообразующего вещества и воды, которые определяются регуляторами 3, 4 объемного расхода, установленными на заданные значения, фактически влияет разность давления между впускным отверстием и выпускным отверстием регуляторов 3, 4 объемного расхода. Факт поддержания постоянного давления смешивания пены в камере 5 пенообразования в сочетании с регуляторами 1, 2 давления вызывает то, что разности давления в регуляторах 3, 4 объемного расхода остаются постоянными. Вследствие этого фактические значения расхода воздуха и смеси из пенообразующего вещества и воды, которые подают в камеру 5 пенообразования, также являются постоянными.
Регуляторами 1, 2 давления могут являться клапаны-ограничители давления, в особенности, того типа, которые имеются в свободной продаже. Регуляторами 3, 4 объемного расхода могут являться клапаны-регуляторы объемного расхода, в особенности того типа, которые имеются в свободной продаже.
Кроме того, устройство 6, 7 регулирования давления предпочтительно содержит автоматический клапан 6, в особенности такой, который имеется в свободной продаже. В этом случае величина отверстия для протекания потока через клапан 6 определяется не только расчетным давлением клапана 6, но и противодавлением пены в трубопроводе 8 и в устройстве 9 выброса пены.
В результате отсутствует необходимость в наличии датчиков давления и средства управления, например, программируемого логического контроллера (PLC) или электронной схемы с микроконтроллером для обеспечения постоянного давления пены. Другими словами, автоматический клапан обеспечивает очень простую и дешевую реализацию.
Автоматический клапан 6 предпочтительно является регулируемым. Другими словами, имеется возможность выборочной установки автоматического клапана 6 на определенное заданное давление в соответствии с желательным соотношением воды и воздуха. И поэтому автоматический клапан 6 регулирует давление смешивания пены в камере 5 пенообразования таким образом, чтобы оно было равным заданному давлению. Вследствие этого имеется возможность изменять давление смешивания пены в камере 5 пенообразования и тем самым регулировать скорость потока.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения, показанном на Фиг.1, заданное давление автоматического клапана 6 обеспечивают пневматическим способом. Заданное давление может быть подано через клапан 7 регулирования давления, соединенный с источником сжатого воздуха, который используют для подачи сжатого воздуха в камеру 5 пенообразования. В альтернативном варианте заданное давление может быть приложено к автоматическому клапану 6 гидравлическим способом, электрогидравлическим способом, электропневматическим способом. Автоматический клапан 6 также может быть рассчитан на установку заданного давления механическим способом.
Целесообразно, чтобы автоматическим клапаном 6 являлся запорный клапан (также именуемый клапаном с внутренней трубкой). Запорные клапаны являются известными в данной области техники. Запорный клапан обычно представляет собой проходной клапан, в котором клапанный элемент состоит из гибкого рукава, который деформируют для регулирования потока жидкости. При работе запорный клапан не оказывает неблагоприятное воздействие на пузыри в пене, созданной камерой 5 пенообразования, даже при изменении величины отверстия клапана, например, вследствие изменяющихся условий в трубопроводе 8 и в устройстве 9 выброса пены. Действительно, запорный клапан обеспечивает гладкое, то есть гибкое изменение поперечного сечения через клапан. Кроме того, путь протекающей жидкости в запорном клапане ограничен гладкими поверхностями. В результате пузыри могут беспрепятственно проходить через клапан без неблагоприятного воздействия на них или без их разрушения, что может происходить при использовании клапанов, имеющих острые края на пути потока.
Регуляторы 1, 2 давления и регуляторы 3, 4 объемного расхода могут быть, соответственно, исключены в том случае, когда каждый из источников: источник воздуха и/или источник воды, подает соответствующий поток с требуемым давлением и объемным расходом.
Для создания пены хорошего качества и являющейся однородной, состоящей из очень маленьких пузырей, например, имеющих средний эквивалентный диаметр в интервале от 0,5 до 1 мм, скорость потока смеси из пенообразующего вещества и воды в камере 5 пенообразования предпочтительно равна, по меньшей мере, 0,3 м/с, но в более предпочтительном варианте, по меньшей мере, 2 м/с. Однако предпочтительно, чтобы его скорость не превышала 3 м/с. Аналогичным образом, скорость потока сжатого воздуха в камере 5 пенообразования предпочтительно равна, по меньшей мере, 0,3 м/с, но в более предпочтительном варианте, по меньшей мере, 2 м/с. Однако предпочтительно, чтобы его скорость также не превышала бы 3 м/с.
Следует понимать, что упомянутые скорости не являются действительными скоростями, а соответствуют так называемым приведенным скоростям, которые вычисляют следующим образом:
где
воздуха
V: скорость потока сжатого воздуха в камере 5 пенообразования, также именуемая приведенной скоростью воздуха в камере 5 пенообразования;
воздуха
VFR: объемный расход сжатого воздуха во впускном отверстии камеры 5 пенообразования;
воды
V: скорость смеси из пенообразующего вещества и воды в камере 5 пенообразования, также именуемая приведенной скоростью этой смеси в камере 5 пенообразования;
воды
VFR: объемный расход смеси из пенообразующего вещества и воды во впускном отверстии камеры 5 пенообразования;
S: гидравлическое поперечное сечение смесительной камеры 5.
Понятно, что эти приведенные скорости вычислены для одного входного потока, как будто бы подача другого входного потоке в камеру 5 пенообразования не производилась.
Также предпочтительно, чтобы коэффициент относительной скорости воздуха во впускном отверстии камеры 5 пенообразования превышал 0,3, а в более предпочтительном варианте - был большим или равным 0,4. Однако коэффициент относительной скорости воздуха, предпочтительно, не превышает 0,95, в более предпочтительном варианте не превышает 0,8, а в еще более предпочтительном варианте не превышает 0,75. Наиболее предпочтительное значение коэффициента относительной скорости воздуха равно 0,5.
Этот коэффициент 'R' относительной скорости воздуха представляет собой отношение приведенной скорости сжатого воздуха к сумме приведенных скоростей для скорости сжатого воздуха и приведенной скорости смеси из пенообразующего вещества и воды, причем этими приведенными скоростями являются приведенные скорости, вычисленные выше по формулам (1) и (2), то есть R вычисляют следующим образом:
воздуха
воды
где V и V представляют собой величины, полученные по соответствующим формулам (1) и (2), упомянутым выше.
Следовательно, несмотря на отсутствие желания быть связанным какой-либо теорией, объяснение может состоять в следующем: если коэффициент относительной скорости воздуха принимает значение вне этих пределов, то между сжатым воздухом и смесью из пенообразующего вещества и воды возникают эффекты проскальзывания в такой степени, что не происходит их правильного смешивания в камере 5 пенообразования, которая в результате этого создает пену низкого качества или даже вообще не создает пены.
Упомянутые условия могут быть удовлетворены путем задания надлежащего гидравлического поперечного сечения камеры 5 пенообразования в сочетании с величинами объемного расхода сжатого воздуха и смеси из пенообразующего вещества и воды во впускном отверстии камеры 5 пенообразования, которые устанавливают посредством регуляторов 3, 4 объемного расхода при заданных установочных параметрах регуляторов 1, 2 давления и устройства 6, 7 регулирования давления.
Для одного и того же гидравлического поперечного сечения камеры 5 пенообразования и для одного и того же объемного расхода сжатого воздуха, подаваемого во впускное отверстие камеры 5 пенообразования, возможно создавать пену при ином значении коэффициента относительной скорости воздуха, чем предпочтительное значение коэффициента относительной скорости воздуха без выхода значений скорости воздуха и скорости смеси из пенообразующего вещества и воды за заданные пределы, путем уменьшения объемного расхода воды, подаваемой в камеру 5 пенообразования. Тем не менее, как уже упомянуто выше, предпочтительно не уменьшать объемный расход воды для того, чтобы достичь приведенной скорости смеси из воды и пенообразующего вещества в камере 5 пенообразования менее 0,3 м/с. Вследствие этого созданная пена является более или менее влажной или сухой в соответствии с установленными параметрами. Подходящее для пожаротушения отношение объемного расхода смеси из пенообразующего вещества и воды (при температуре 10°С) к объемному расходу воздуха при атмосферном давлении (при температуре 0°С), которое ниже именуют соотношением "вода-воздух", равно 1:7. Но это соотношение может быть изменено, предпочтительно, в пределах диапазона от 1:5 до 1:21, в особенности, посредством упомянутого изменения установочных параметров. Может быть разработана такая система создания пены со сжатым воздухом (CAFS), которая предоставляет пользователю возможностью выборочно изменять это соотношение посредством управляющего устройства, причем эта система создания пены со сжатым воздухом (CAFS) соответствующим образом изменяет давление пены и интенсивность подачи смеси из пенообразующего вещества и воды путем изменения установочных параметров регулятора 4 объемного расхода и устройства 6, 7 регулирования давления.
Понятно, что давление пены в выпускном отверстии камеры 5 пенообразования является большим, чем давление пены во впускном отверстии устройства 9 выброса пены. Эта разность давления позволяет осуществлять транспортировку пены через трубопровод 8. Эта разность давления вызывает расширение пены в трубопроводе 8. Было установлено следующее: в том случае, когда скорость пены становится слишком высокой, происходит разрушение пузырей пены вследствие внешнего и внутреннего трения, а также сдвигающих сил. Было установлено, что для предотвращения этого вредного эффекта оптимальное поперечное сечение трубопровода 8 может быть выбрано с учетом объемного расхода и давления в конце трубопровода 8 (в устройстве 9 выброса пены). В частности, было установлено, что предпочтительно выбрать поперечное сечение трубопровода 8, по меньшей мере, равным гидравлическому поперечному сечению камеры 5 пенообразования или большим, чем оно.
На Фиг.2 проиллюстрирована целесообразная конструкция камеры 5 пенообразования, которая обеспечивает превосходные рабочие характеристики пенообразования. Камера пенообразования выполнена в форме трубы, имеющей впускные каналы 10, 11 и выпускной канал 12. В поперечном сечении камера 5 пенообразования может быть круглой, имеющей заданный диаметр d-МК, подобно трубе. В альтернативном варианте поперечное сечение может иметь иную форму, например, форму треугольника или любого многоугольника. Камера 5 пенообразования выполнена имеющей такое поперечное сечение, чтобы приведенные скорости воздуха и смеси из пенообразующего вещества и воды не выходили за упомянутые выше пределы; см. приведенные выше формулы (1) и (2).
Впускной канал 10 предназначен для его соединения с трубопроводом для подачи в камеру 5 пенообразования смеси из пенообразующего вещества и воды, или в альтернативном варианте смеси из пенообразующего вещества и другой жидкости. При использовании в варианте осуществления изобретения, показанном на Фиг.1, впускной канал 10 соединен с регулятором 4 объемного расхода воды. Впускной канал 10 предпочтительно имеет поперечное сечение, идентичное поперечному сечению камеры 5 пенообразования.
Впускной канал 11 предназначен для его соединения с трубопроводом для подачи в камеру 5 пенообразования сжатого воздуха или другого подходящего газа в соответствии с целевым назначением пены. При использовании в варианте осуществления изобретения, показанном на Фиг.1, впускной канал 11 соединен с регулятором 3 объемного расхода воздуха. Впускной канал 11, снабженный наконечником 13, выступает в камеру 5 пенообразования. Наконечник 13 предпочтительно расположен в центре поперечного сечения камеры 5 пенообразования.
Выпускной канал 12 предназначен для его соединения с трубопроводом для транспортировки пены к устройству выброса пены. При использовании в варианте осуществления изобретения, показанном на Фиг.1, выпускной канал 12 соединен с трубопроводом 8 непосредственно перед устройством 6, 7 регулирования давления. Выпускной канал 12 предпочтительно имеет такое же поперечное сечение, как и камера 5 пенообразования.
Камера 5 пенообразования содержит первую сетку 14, проходящую через все поперечное сечение камеры 5 пенообразования на расстоянии a-D-S от выпускных отверстий наконечника 13 ниже по течению потока. Она предпочтительно содержит вторую сетку 15, проходящую через все поперечное сечение камеры 5 пенообразования на расстоянии a-S-S от первой сетки 14 ниже по течению потока. Расстояние a-S-S между сетками 14, 15 предпочтительно выбрано в интервале от 10-кратного до 30-кратного, в более предпочтительном варианте - в интервале от 15-кратного до 25-кратного, а в наиболее предпочтительном варианте оно равно 20-кратному размеру отверстий сеток 14, 15, при этом следует упомянуть, что размером отверстий сетки является гомологичный (эквивалентный) гидравлический диаметр отверстий сетки. В том случае, когда размер отверстий сетки 15 отличается от размера отверстий сетки 14, то приведенные выше интервалы от 10-кратного до 30-кратного и от 15-кратного до 25-кратного, а также целесообразное 20-кратное значение, вычислены относительно размера отверстий первой сетки в направлении потока жидкости, то есть сетки на стороне впускных каналов 10, 11, которой является сетка 14, показанная на Фиг.1. Кроме того, в том случае, когда все отверстия сетки имеют неодинаковый размер, рассматриваемым размером отверстий сетки является средний размер отверстий сетки. Расстояние a-S-S измерено между границей просеивающего участка первой сетки и границей просеивающего участка второй сетки, как показано на Фиг.2, вне зависимости от формы или длины продольного сечения сеток 14, 15.
Расстояние a-D-S предпочтительно принимает значение в интервале от нуля до половины (эквивалентного) гидравлического диаметра d-MK трубопровода 5.
Сетки 13, 14 могут иметь различные размеры ячеек или отверстий сетки. Но целесообразно, чтобы они имели одинаковый размер ячеек или отверстий сетки. На самом деле тесты показали, что при использовании сеток с одинаковым размером ячеек или отверстий сетки сгенерированные пузыри пены после ее выпуска из наконечника 9 являлись более однородными, а разброс размеров пузырей в расширившейся пене был меньшим, чем при использовании сеток с различными размерами ячеек или отверстий сетки.
Ячейки или отверстия сеток задают с учетом размера пузырей создаваемой пены. В частности, предпочтительным вариантом является выбор такого гомологичного (эквивалентного) гидравлического диаметр сетки, который является меньшим, чем средний эквивалентный диаметр пузырей в расширившейся пене, которая будет создана. Под термином "расширившаяся пена" следует понимать пену, испущенную в устройстве 9 выброса пены. Если сетки имеют различный размер отверстий относительно друг друга, то в предпочтительном варианте упомянутый предпочтительный гомологичный (эквивалентный) гидравлический диаметр отверстий сетки применен к последней сетке в направлении протекания потока, то есть к сетке 15 в описанном здесь варианте осуществления изобретения. Размер отверстий сеток обычно целесообразно задать таким, чтобы получить средний эквивалентный диаметр пузырей в расширившейся пене в интервале от 0,5 до 1 мм, в особенности, в тех случаях, когда ее применяют для пожаротушения. Было установлено, что предпочтительный размер отверстий сетки может быть определен следующим образом:
,
где
отверстий_сетки
- D: размер отверстий сетки;
- d: гомологичный гидравлический диаметр расширившихся пузырей; и
- k: коэффициент в интервале от 2 до 11 в зависимости от параметров процесса, в особенности, от соотношения "вода-воздух" и от давления смешивания в камере 5 пенообразования.
Таким образом, для создания пузырей в расширившейся пене размером от 0,5 мм до 1 мм размер отверстий каждой из сеток 14, 15 предпочтительно выбран в диапазоне от 0,13 мм до 0,5 мм.
Сетки 13, 14 могут иметь поперечное сечение различных форм, например, в форме "шляпы", пирамиды, сферического сегмента, конуса или усеченного конуса. Однако, предпочтительно, чтобы свободное поперечное сечение каждой сетки 13, 14 было, по меньшей мере, равно гидравлическому поперечному сечению упомянутого трубопровода, образующего стенку вокруг камеры 5 пенообразования. Это обусловлено тем фактом, что регулирование скоростей потока выполнено в соответствии с предпочтительными диапазонами приведенных скоростей сжатого воздуха и смеси воды и пенообразующего вещества. Аналогичным образом, также желательно установить "коэффициент скорости воздуха" в пределах определенного диапазона. Пока свободное поперечное сечение сеток не становится меньшим, чем поперечное сечение трубопровода, это не приводит к изменению этих параметров. Помимо этого, потери давления потока, протекающего через сетки, остаются очень малыми.
В качестве наконечника 13 могут использоваться наконечники различных типов. Предпочтительно, наконечник 13 выполнен имеющим ряд радиальных отверстий 16 для выпуска воздуха в камеру 5 пенообразования перпендикулярно потоку смеси из пенообразующего вещества и воды для обеспечения правильного распределения воздуха в камере 5 пенообразования.
воздуха
воды
Выше было приведено описание настоящего изобретения со ссылкой на предпочтительные варианты его осуществления. Однако в пределах объема патентных притязаний настоящего изобретения возможно множество его изменений. Следует понимать, что система создания пены со сжатым воздухом (CAFS) согласно настоящему изобретению может быть использована для иных целей, нежели пожаротушение. Например, она может быть использована для обеззараживания объектов. Само собой разумеется, что надлежащее пенообразующее вещество выбирают в соответствии с целевым назначением. Несмотря на то что текучими средами, упомянутыми в описанном варианте осуществления изобретения, являлись воздух и вода, настоящее изобретение не ограничено этими текучими средами. В зависимости от целевого назначения созданной пены вместо воздуха может быть использован иной газ или смесь газов, или в альтернативном варианте воздух может быть смешан с одним или с несколькими другими газами. Аналогичным образом, вместо воды может быть использована другая жидкость или смесь нескольких жидкостей, или в альтернативном варианте вода может быть смешана с одной или с несколькими другими жидкостями. В таком случае в приведенное выше описание, изложенное применительно к воздуху и воде, можно внести необходимые изменения. В частности, необходимые изменения могут быть внесены в упомянутые условия, наложенные на приведенные скорости на V и V и на коэффициент 'R' относительной скорости воздуха.