УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПЫЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ Российский патент 1997 года по МПК A62C31/02 

Изобретение относится к противопожарной технике и предназначено для создания газожидкостных, туманообразных завес, пены средней кратности и газопорошковых струй.

Известны устройства для распыления жидкостей, состоящие из корпуса с боковыми входными тангенциальными прорезями и выходным отверстием.

Недостатком известных устройств является то, что с помощью данных устройств невозможно получить туманообразную (аэрозольную) струю и стабильную дисперсность капель в диапазоне от 0,005 до 0,4 мм при небольших давлениях на входе в устройстве (0,4 0,9 МПа).

Известно, что распыленные струи эффективны для тушения пожаров путем охлаждения горючего материала. В этом случае уменьшение диаметра капель огнетушащей жидкости ведет к увеличению общей поверхности капель и коэффициента теплопередачи, а также к снижению удельных расходов воды на тушение. С учетом изложенного устройства не повышают достаточно эффективность средств пожаротушения только лишь за счет равномерного распределения жидкости по сечению факела при достаточно больших диаметрах капель (0,5 0,6 мм) в распыленной струе, что не позволяет расширить зону его применения в производстве быстрогорящих материалов.

Наиболее близким устройством к предлагаемому является устройство для распыления жидкостей, в котором при получении сигнала о возникновении аварийной ситуации осуществляют одновременную подачу в устройство через штуцеры жидкости и сжатого атмосферного воздуха (газа).

Недостатком известного устройства является то, что получение стабильной дисперсности капель обеспечивается сложной конструкцией устройства и, как результат этого, невысокая надежность работы за счет наличия перемещающегося подпружиненного штока с дифлектором, кроме того, это не позволяет использовать данное устройство для распыления порошков.

Поставленные задачи упрощение конструкции, повышение надежности и расширение функциональной возможности устройства для распыления жидкости решаются предложенным устройством.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Предлагаемое устройство содержит корпус 1 со штуцерами 2 и 3 для подключения к питающим магистралям и подачи жидкости и сжатого атмосферного воздуха (газа), сопло Лаваля, состоящее из сужающего 4 и расширяющего 5 каналов, торовидную вихревую камеру 6, расположенную между сужающим и расширяющим каналами, дополнительную кольцевую камеру 7, которая соединена с торовидной вихревой камерой с помощью эжектирующих отверстий 8.

Принцип работы устройства заключается в следующем. При возникновении аварийной ситуации (одного из признаков пожара) поступает сигнал на подачу сжатого атмосферного воздуха (газа). Сжатый воздух (газ) под давлением P₁ поступает в сужающий канал 4, на выходе которого скорость истечения газа W будет обратно пропорциональна площади сечения канала F и плотности газа S, что следует из уравнения расхода

На выходе из сужающего канала поток воздуха (газа) будет иметь максимальную скорость, что приведет к уменьшению давления на выходе сужающего канала до P₂, при этом отношение давлений на выходе канала по отношению к входу достигает критического значения, при котором

Благодаря тому, что газовая струя, выходящая из сужающего канала, обладает большой кинетической энергией, она на расстоянии от выходного отверстия сужающего канала до входного отверстия расширяющего канала сохраняет компактную форму, при которой диаметр газовой струи не превосходит диаметра входного отверстия расширяющего канала. Увеличение скорости газового потока на выходе сужающего канала приводит к тому, что молекулы атмосферного воздуха, которые находятся в вихревой камере, увлекаются скоростным потоком, это приводит к уменьшению давления ниже атмосферного в вихревой торовидной и кольцевой камерах. Эжектируемая жидкость под действием атмосферного давления поступает через штуцер 2 в кольцевую камеру 7, из которой жидкость в виде тонких струек, диаметр которых зависит от диаметра эжектирующих отверстий 8, поступает в вихревую торовидную камеру 6.

Количество эжектирующих отверстий и их диаметр позволяет изменять количество и диаметр элементарных струек в торовидной камере, что в итоге влияет на диаметр капель в газожидкостной струе на выходе устройства от 5 мкм и более в случае, если эжектируется вода. Если эжектируется 6-ный раствор для получения пены, то на кратность, если эжектируется порошок с достаточной текучестью, то на плотность газопорошковой струи. Благодаря тому, что на выходе сужающего канала скорость газового потока может достигать скорости звука, при котором он имеет достаточную кинетическую энергию, в вихревой торовидной камере 6 образовывается вихревой поток, состоящий из тонких струек. Количество вихрей в торовидной камере будет зависеть от числа Рейнольдса (Re). Тонкие струйки увлекаются скоростным газовым потоком и на расстояние от выходного отверстия сужающего канала до входного отверстия расширяющего канала начинают дробиться на мелкие каналы. Так как после сужающего канала расположен расширяющий канал, то скорость в расширяющем канале газового потока еще больше увеличится, что приведет к еще большему дроблению капель, диаметр которых будет прямо пропорционален удвоенному произведению коэффициента выбора и поверхностного натяжения жидкости и обратно пропорционален плотности газа и квадрату разности скоростей газового потока и скорости жидкости. В результате чего, на выходе устройства получается газожидкостная струя. Если через штуцер 2 эжектируется раствор для получения пены, то в вихревой торовидной камере образуются пенные струйки, которые затем дробятся описанным выше способом. Аналогичные процессы происходят, когда эжектируется огнетушащий порошок достаточной текучести.

Расход на выходе устройства Q₃ равен сумме расходов сжатого воздуха (газа) Q₁ и эжектируемой жидкости или порошка Q₂
Q₃=Q₁+Q₂.

В НПО "Энергосталь" г. Харькова были проведены лабораторные испытания устройства для распыления жидкости в следующем диапазоне внешних параметров на входе в устройство:
Давление воздуха 0,4 0,9 МПа
Расход воздуха 10 30 г/с
Расход жидкости 0,1 0,4 кг/с
Давление жидкости 0,1 МПа.

Измерение дисперсного состава струи производилось на расстоянии 4 м от устройства. Средний диаметр капель, зависящий от геометрических параметров устройства, составил 0,005 мм.

Лабораторные испытания подтвердили предполагаемый результат.

Использование: в противопожарной технике. Сущность изобретения: устройство имеет сопло Лаваля, сужающий канал которого соединен с линией подачи воздуха, торовидную вихревую камеру, расположенную между сужающим и расширяющим каналами, дополнительную камеру, которая соединена с торовидной вихревой камерой при помощи эжектирующих отверстий с одной стороны и с линией подачи жидкости - с другой. 1 ил.

Устройство для распыления жидкости, содержащее корпус с каналами подачи воды и воздуха, кольцевую камеру, соединенную с каналом подачи воды, отличающееся тем, что оно имеет сопло Лаваля, состоящее из сужающегося и расширяющегося каналов, в котором сужающийся канал соединен с линией подачи воздуха, торовидную вихревую камеру, расположенную между сужающимися и расширяющимися каналами, дополнительную кольцевую камеру, которая соединена с торовидной вихревой камерой при помощи эжектирующих отверстий с одной стороны и с линией подачи воздуха с другой.