УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ГАЗОКАПЕЛЬНОЙ СТРУИ И КЛАПАН ДЛЯ ПОДАЧИ ДВУХФАЗНОЙ РАБОЧЕЙ СРЕДЫ Российский патент 1999 года по МПК B05B7/04 F16K11/10 

Изобретения относятся к техническим средствам, предназначенным для генерации газокапельных струй, которые могут использоваться главным образом в пожарной технике, например для создания туманообразных завес и пламягасящих направленных двухфазных потоков, кроме того в сельском хозяйстве для орошения полей и распыления различного рода веществ, а также в быту для распыления, например, дезинфицирующих веществ в помещениях.

В настоящее время известны различного типа устройства для генерации газокапельных струй.

Так, например, известно устройство для распыления жидкости (RU 94003528 A1, опубл. 20.10.95, МПК-6 A 62 C 31/02), которое содержит газодинамическое сопло, сообщенное с торовидной вихревой камерой, систему подачи воды, соединенную с камерой через эжектирующие каналы, и систему подачи воздуха, соединенную с входом в сопло.

В процессе работы известного устройства жидкость подается через эжектирующие каналы в вихревую торовидную камеру в виде тонких струек. При истечении газового потока через сопло за счет создаваемого разряжения в вихревой камере струйки жидкости захватываются газовым потоком и начинают дробиться на мелкие капли. При ускорении газового потока с каплями жидкости в расширяющейся части сопла происходит дальнейшее дробление капель и образование на выходе из сопла ускоренной газокапельной струи. Количество эжектирующих отверстий и их диаметр позволяют изменять количество и диаметр жидкостных струек в вихревой камере, что в конечном итоге влияет на диаметр капель в газожидкостной струе.

Однако такое устройство не позволяет независимо регулировать в процессе работы подачу жидкости и газа в камеру смешения. Кроме того, в данном устройстве ускорение газожидкостного потока возможно только в расширяющейся части сопла, что исключает возможность использования сопла в форме конфузора.

Наиболее близким аналогом заявленного устройства является известное устройство для создания газокапельной струи (WO 98/01231 A1, опубл. 15.01.98, МПК-6 В 05 В 7/04, A 01 G 25/00, A 62 C 31/02), которое содержит газодинамическое сопло, сообщенное с камерой смешения жидкости и газа, средство диспергирования потока жидкости, подаваемого в камеру смешения, с эжектирующими отверстиями и систему подачи жидкости и газа.

Размещение камеры смешения перед входом в сопло позволяет использовать сменные газодинамические сопла различной формы и размеров. Для создания ускоренного воздушного потока, подаваемого в камеру смешения, в известном устройстве используется турбокомпрессорная установка, входящая в состав системы подачи газа. Данное выполнение хотя и позволяет регулировать расход и давление газа, но не обеспечивает управление подачей жидкости и газа в камеру смешения, что необходимо для работы устройства с минимальными потерями рабочего вещества в непрерывном и импульсном режимах с заданным быстродействием.

Известны также конструкции клапанов для подачи двухфазной рабочей среды, с помощью которых можно управлять последовательностью подачи различных компонентов, формирующих в камере смешения двухфазный поток рабочей среды (RU 2067711 C1 и RU 2067712 C1, опубл. 10.10.96., МПК-6 F 16 K 11/00, F 16 K 31/02).

Известные клапаны содержат полости подвода различных компонентов, разделенные подвижной перегородкой, уплотненной по корпусу клапана манжетой или мембраной, запорный орган, седло и управляющий клапан. На разделительной перегородке выполняется кольцевой поясок, расположенный между седлом и запорным органом. При подаче управляющего сигнала на привод управляющий клапан открывает один канал и перекрывает другой канал. В результате этого происходит соединение управляющей полости запорного органа с камерой смешения и перемещение запорного органа за счет падения давления в полости. Вслед за открытием запорного органа происходит перемещение разделительной перегородки, открывающей кольцевой канал, по которому второй компонент поступает в камеру смешения. При закрытии управляющего клапана первоначально осуществляется перекрытие запорным органом проходного канала первого компонента, а затем перекрытие разделительной перегородкой проходного канала для второго компонента.

Таким образом, в данном клапане-смесителе может быть осуществлена только определенная последовательность подачи и отключения подачи в камеру смешения различных компонентов, которая не соответствует требующейся для создания газокапельной струи последовательности подачи в камеру смешения жидкости и газа. Кроме того, определенная компоновка узлов клапана и его габариты не позволяют использовать какое-либо средство для диспергирования потока жидкости, подаваемого в камеру смешения.

Наиболее близким аналогом заявленного клапана является известный трехходовой клапан для двухфазной рабочей среды (SU 327355 A, опубл. 05.04.72, МПК-5 F 16 K 11/00), который так же, как и заявленный, содержит два запорных органа, размещенных на штоке и взаимодействующих с седлами, ограничитель перемещения штока и систему управления перемещением штока. При этом седла расположены на стенках герметичных полостей, сообщенных соответственно с магистралями подачи жидкости и газа.

При падении давления в газовой полости такого клапана происходит перемещение до упора подпружиненного седла вместе с запорным органом, закрепленным на штоке. Второй запорный орган, также закрепленный на штоке, перемещаясь вместе с ним, открывает канал подачи жидкости в подклапанную полость. При повышении давления в газовой полости происходит обратное по отношению к описанному перемещение и открытие канала подачи газа в подклапанную полость.

Данное техническое решение направлено на исключение смешения фаз рабочей среды на выходе из клапана. За счет этого осуществляется отбор жидкой или газообразной фазы из емкости в зависимости от давления в ней.

Несмотря на сходство конструкции решаемая известным клапаном техническая задача противоположна той задаче, на решение которой направлено настоящее изобретение, а именно на управление смешением газа с потоком жидкости, подаваемого в камеру смешения в виде капель заданного размера.

В основу группы патентуемых изобретений положена задача, связанная с повышением скорости выхода на заданный режим генерации газокапельной струи при непрерывных и импульсных включениях, а также с сокращением непроизводительных потерь рабочей среды при многократных включениях и отключениях устройства.

Решение этих задач основывается на обеспечении возможности управления подачей жидкости и газа для создания в камере смешения двухфазного потока, который затем ускоряется в сопле с образованием газокапельной струи. Решение этих задач направлено в целом на повышение эффективности генерации газокапельной струи и стабильности ее характеристик.

Данный технический результат достигается тем, что в устройстве для создания газокапельной струи, содержащем газодинамическое сопло, сообщенное с камерой смешения жидкости и газа, средство диспергирования потока жидкости, подаваемого в камеру смешения, с эжектирующими отверстиями и систему подачи жидкости и газа, согласно настоящему изобретению, камера смешения соединена с системой подачи жидкости и газа через управляемый клапан подачи двухфазной рабочей среды, выполненный с возможностью предварительной подачи в камеру смешения потока газа перед подачей в нее жидкости при включении устройства и с возможностью предварительного отключения подачи в камеру смешения жидкости перед отключением подачи в нее потока газа.

Сопло может быть установлено на корпусе камеры смешения с помощью разъемного соединения. Это позволяет использовать сменные сопла для различных режимов в работы устройства.

Из условий компоновки целесообразно, чтобы управляемый клапан был установлен в общем корпусе вместе с камерой смешения.

Для удобства размещения соплового аппарата в руке корпус снабжается, по меньшей мере, одной рукояткой. В этом случае в рукоятке может быть размещен курковый механизм управления клапаном.

Предпочтительно выполнение управляемого клапана в виде двух запорных органов, размещенных на штоке и взаимодействующих с седлами, расположенными на стенках герметичных полостей, сообщенных соответственно с магистралями подачи жидкости и газа. Клапан содержит также ограничитель перемещения штока, упор, жестко закрепленный на штоке, и систему управления перемещением штока. При этом один запорный орган жестко закреплен на штоке с возможностью взаимодействия с седлом в полости подачи газа, а второй запорный клапан соосно установлен на штоке с возможностью перемещения вдоль него при взаимодействии с упором и возможностью взаимодействия с седлом в полости подачи жидкости. Между стенкой полости подачи жидкости и подвижным запорным органом устанавливается упругий элемент, прижимающий подвижный запорный орган к соответствующему седлу. В нормально закрытом положении клапана опорная поверхность упора размещается с зазором по отношению к противолежащей опорной поверхности подвижного запорного элемента.

В качестве упругого элемента может использоваться, по меньшей мере, одна пружина, установленная соосно штоку.

Величина зазора выбирается предпочтительно от 0,3 до 1 мм.

В состав системы управления перемещением штока может входить, по меньшей мере, один управляющий клапан.

Целесообразно, чтобы система управления перемещением штока была выполнена в виде пневмомеханической системы.

Исходя из удобства управления работой устройства в качестве органа управления пневмомеханической системы, используется курковый механизм, размещенный в рукоятке корпуса.

Курок механизма шарнирно закрепляется на золотнике управляющего клапана, при этом золотник устанавливается в корпусе клапана с возможностью ограниченного поступательного перемещения, а между опорной поверхностью золотника и опорной поверхностью корпуса устройства устанавливается упругий элемент, например в виде, по меньшей мере, одной пружины.

Пневмомеханическая система может быть снабжена пневмоцилиндром, поршень которого кинеметически связан через рычажный механизм со штоком управляемого клапана. В этом случае в полости над поршнем устанавливается упругий элемент, например в виде, по меньшей мере, одной пружины, опирающийся на корпус пневмоцилиндра.

Управляющий клапан предпочтительно выполняется с тремя подключениями. Первое подключение клапана сообщается с газовой полостью управляемого клапана. Второе подключение сообщается с управляющей полостью пневмоцилиндра. Третье подключение сообщается с дренажем. В золотнике выполняются каналы, соединяющие через соответствующее подключение при исходном положении куркового механизма управляющую полость пневмоцилиндра с дренажем, а при нажатии на курок - газовую полость управляемого клапана с управляющей полостью пневмоцилиндра.

Целесообразно также, чтобы система подачи жидкости и газа содержала, по меньшей мере, один баллон со сжатым газом и один бак с жидкостью, гибкие шланги, соединяющие бак с жидкостной полостью управляемого клапана и баллон с газовой полостью управляемого клапана и с газовой полостью наддува бака, и регулятор давления газа.

В состав системы подачи могут также входить запорные клапаны, установленные на магистралях подачи жидкости и газа.

В зависимости от размеров бак и баллон могут быть размещены на заплечном ранце или на транспортном средстве, например на колесной тележке, автомобиле или электромобиле.

В качестве рабочей жидкости может использоваться любая жидкость, применяемая для пожаротушения, например вода.

При ином назначении и соответствующем исполнении устройства в качестве рабочей жидкости возможно использование жидкости, применяемой для дезинфекции, дезодорации или антисептирования помещений.

В качестве рабочего газа целесообразно использовать воздух
Вышеуказанный технический результат достигается также тем, что в клапане для подачи двухфазной рабочей среды, содержащем два запорных органа, размещенных на штоке и взаимодействующих с седлами, расположенными на стенках герметичных полостей, сообщенных соответственно с магистралями подачи жидкости и газа, ограничитель перемещения штока и систему управления перемещением штока, согласно настоящему изобретению, дополнительно содержится жестко закрепленный на штоке упор, при этом один запорный орган жестко закреплен на штоке с возможностью взаимодействия с седлом в полости подачи газа, а второй запорный орган соосно установлен на штоке с возможностью перемещения вдоль него при взаимодействии с упором и с возможностью взаимодействия с седлом в полости подачи жидкости, причем между стенкой полости подачи жидкости и подвижным запорным органом установлен упругий элемент, прижимающий подвижный запорный орган к соответствующему седлу. В нормально закрытом положении клапана опорная поверхность упора размещена с зазором по отношению к противолежащей опорной поверхности подвижного запорного элемента.

В качестве упругого элемента может использоваться, по меньшей мере, одна пружина, установленная соосно штоку.

Величина зазора выбирается предпочтительно от 0,3 до 1 мм.

В состав системы управления перемещением штока может входить, по меньшей мере, один управляющий клапан.

Целесообразно выполнение системы управления перемещением штока в виде пневмомеханической системы.

Исходя из удобства управления предпочтительно использование в качестве органа управления пневмомеханической системы куркового механизма.

Курок механизма шарнирно закрепляется на золотнике управляющего клапана. Золотник устанавливается в корпусе клапана с возможностью ограниченного поступательного перемещения. Между опорной поверхностью золотника и опорной поверхностью корпуса устанавливается упругий элемент, например в виде, по меньшей мере, одной пружины.

Пневмомеханическая система предпочтительно снабжается пневмоцилиндром, поршень которого кинематически связан через рычажный механизм со штоком. В этом случае в полости над поршнем устанавливается упругий элемент, например, в виде, по меньшей мере, одной пружины, опирающейся на корпус пневмоцилиндра.

Предпочтительно, чтобы управляющий клапан был выполнен с тремя подключениями. Первое подключение клапана сообщается с газовой полостью. Второе подключение сообщается с управляющей полостью пневмоцилиндра. Третье подключение сообщается с дренажем. В золотнике выполняются каналы, соединяющие через соответствующее подключение при исходном положении куркового механизма управляющую полость пневмоцилиндра с дренажем, а при нажатии на курок - газовую полость с управляющей полостью пневмоцилиндра.

Далее патентуемая группа изобретений поясняется описанием конкретных примеров осуществления и прилагаемыми чертежами, на которых: фиг. 1 изображает общую принципиальную схему устройства согласно патентуемому изобретению, фиг. 2 схематично изображает сопло, камеру смешения и клапан для подачи двухфазной рабочей среды, установленные в общем корпусе, согласно одному из вариантов исполнения изобретения.

Патентуемое устройство для создания газокапельной струи, схема которого изображена на фиг. 1, содержит газодинамическое сопло 1, сообщенное с камерой 2 смешения жидкости и газа, средство 3 диспергирования потока жидкости, подаваемого в камеру 2 смешения. Средство 3 выполнено в виде цилиндрической жесткой стенки с эжектирующими отверстиями. Камера 2 смешения соединена с системой подачи жидкости и газа через управляемый клапан подачи двухфазной рабочей среды, выполненный с возможностью предварительной подачи в камеру смешения потока газа перед подачей в нее жидкости при включении устройства и с возможностью предварительного отключения подачи в камеру смешения жидкости перед отключением подачи в нее потока газа.

Сопло 1 устанавливается на корпусе камеры смешения с помощью разъемного соединения (на чертеже не показано). Управляемый клапан установлен в общем корпусе 4 вместе с камерой 2 смешения.

Управляемый клапан выполнен в виде двух запорных органов 5 и 6, размещенных на штоке 7. Запорные органы 5 и 6 взаимодействуют с седлами, расположенными на стенках герметичных полостей 8 и 9, сообщенных соответственно с магистралями 10 и 11 подачи жидкости и газа, выполненными в виде гибких шлангов. Клапан содержит также упор 12, жестко закрепленный на штоке 7, и систему управления перемещением штока, в состав которой входит привод 13 с ограничителем перемещения штока и блок управления 14.

Запорный орган 5 жестко закреплен на штоке 7 с возможностью взаимодействия с седлом в полости 8 подачи газа. Другой запорный орган 6 соосно установлен на штоке 7 с возможностью перемещения вдоль него при взаимодействии с упором 12 и возможностью взаимодействия с седлом в полости 9 подачи жидкости. Между стенкой полости 9 подачи жидкости и подвижным запорным органом 6 соосно штоку 7 установлена пружина, прижимающая подвижный запорный орган 6 к соответствующему седлу. В нормально закрытом положении клапана опорная поверхность упора 12 размещена с зазором по отношению к противолежащей опорной поверхности подвижного запорного органа 6. Величина зазора составляет от 0,3 до 1 мм.

Система подачи жидкости и газа содержит, по меньшей мере, один баллон 15 со сжатым газом и один бак 16 с жидкостью. В качестве рабочего газа используется воздух, а в качестве рабочей жидкости используется любая жидкость, используемая для пожаротушения, в рассматриваемом случае вода. Один гибкий шланг 10 соединяет бак 16 с жидкостной полостью 9 управляемого клапана. Другой гибкий шланг 11 соединяет баллон 15 с газовой полостью 8 управляемого клапана. Еще один гибкий шланг 17 соединяет баллон 15 с газовой полостью наддува бака 16. В состав системы подачи входит также регулятор 18 давления газа и клапаны 19 и 20, установленные соответственно на магистралях подачи жидкости и газа.

Бак 16 и баллон 15 с другими элементами системы подачи при относительно небольших размерах размещаются на заплечном ранце. При значительной емкости бака 16 (более 10 литров) они размещаются вместе с другими элементами системы подачи на транспортном средстве в виде колесной тележки (на чертеже не показана).

В предпочтительном варианте исполнения устройства, изображенном на фиг. 2, корпус 4, в котором размещена камера 2 смешения жидкости и газа и управляемый клапан, снабжен, по меньшей мере, одной рукояткой 21. В состав системы управления перемещением штока входит управляющий клапан, курковый механизм управления которого размещен в рукоятке 21.

Система управления перемещением штока выполняется в данном случае в виде пневмомеханической системы, органом управления которой является курок 22, установленный в рукоятке 21. Курок 22 механизма шарнирно закреплен на золотнике 23 управляющего клапана и имеет опору 24. Золотник 23 установлен в корпусе клапана с возможностью ограниченного поступательного перемещения. Между опорной поверхностью золотника 23 и опорной поверхностью корпуса 25 устройства установлена пружина 26.

Пневмомеханическая система управления снабжена пневмоцилиндром, поршень 27 которого кинеметически связан через рычажный механизм 28 со штоком 7 управляемого клапана. В полости над поршнем 27 установлена пружина 29, опирающаяся на корпус пневмоцилиндра.

Управляющий клапан устройства выполнен с тремя подключениями. Первое подключение клапана (см. фиг. 2) сообщено с газовой полостью 8 управляемого клапана. Второе подключение, соединенное с управляющей полостью 30, сообщено с управляющей полостью 31 пневмоцилиндра. Третье подключение сообщено с дренажем (см. "Дренаж" на фиг. 2). В золотнике 23 выполнены каналы 32, соединяющие через соответствующее подключение при исходном положении куркового механизма управляющую полость 31 пневмоцилиндра с дренажем, а при нажатии на курок 22 - газовую полость 8 управляемого клапана с управляющей полостью 31 пневмоцилиндра.

Клапан для подачи двухфазной рабочей среды, используемый в устройстве для создания газокапельной струи в качестве управляемого клапана, содержит два запорных органа 5 и 6, размещенных на штоке 7 и взаимодействующих с седлами 33 и 34, расположенными на стенках герметичных полостей 8 и 9. Жидкостная 9 и газовая 8 полости сообщены соответственно с магистралями подачи жидкости и газа (см. "Жидкость" и "Газ" на фиг. 2). Клапан, изображенный на фиг. 2, содержит также жестко закрепленный на штоке 7 упор 35, ограничитель 36 перемещения штока 7 и систему управления перемещением штока 7.

Один запорный орган 5 жестко закреплен на штоке 7 с возможностью взаимодействия с седлом 33 в полости 8 подачи газа. Второй запорный орган 6 соосно установлен на штоке 7 с возможностью перемещения вдоль него при взаимодействии с упором 35 и с возможностью взаимодействия с седлом 34 в полости 9 подачи жидкости. Между стенкой полости 9 подачи жидкости и подвижным запорным органом 6 соосно штоку 7 установлена пружина 37, прижимающая подвижный запорный орган 6 к седлу 34. В нормально закрытом положении клапана опорная поверхность упора 35 размещена с зазором (а) по отношению к противолежащей опорной поверхности подвижного запорного органа 6. Величина зазора "а" составляет от 0,3 до 1 мм.

В состав системы управления перемещением штока 7, выполненной в виде пневмомеханической системы, входит управляющий клапан. В качестве органа управления пневмомеханической системы используется курковый механизм. Курок 22 органа управления шарнирно закреплен на золотнике 23 управляющего клапана. В корпусе клапана выполняется опора 24, относительно которой осуществляется перемещение курка 22 и соответственно золотника 23, установленного в корпусе клапана с возможностью ограниченного поступательного перемещения. Между опорной поверхностью золотника 23 и опорной поверхностью 25 корпуса установлена пружина 26.

Пневмомеханическая система снабжена пневмоцилиндром 38, поршень 27 которого кинематически связан через рычажный механизм 28 со штоком 7. В полости над поршнем 27 установлена пружина 29, опирающаяся на корпус пневмоцилиндра 38.

Клапан выполнен с тремя подключениями. Первое подключение клапана сообщено с газовой полостью 8. Второе подключение сообщено с управляющей полостью 31 пневмоцилиндра 38. Третье подключение сообщено с дренажем (см. "Дренаж" на фиг. 2). В золотнике 23 выполнены каналы 32, соединяющие через соответствующее подключение при исходном положении куркового механизма управляющую полость 31 пневмоцилиндра 38 с дренажем, а при нажатии на курок 22 - газовую полость 8 с управляющей полостью 31 пневмоцилиндра 38. Все подвижные элементы управляемого и управляющего клапанов и пневмоцилиндра 38 герметизированы уплотнениями 39, выполненными, например, в виде уплотнительных манжет.

Работа устройства для создания газокапельной струи и входящего в его состав управляемого клапана, предназначенного для подачи двухфазной рабочей среды, осуществляется следующим образом.

Устройство приводится в исходное для работы состояние. Открываются клапаны 19 и 20 на магистралях подачи жидкости из емкости 16 и газа из баллона 15. Воздух поступает в редуктор 18, регулирующий (понижающий) уровень давления в заданном диапазоне. Поступающий с выхода редуктора 18 газ заполняет гибкие шланги 10 и 11, по которым он поступает в полость наддува бака 16 и в газовую полость 8 управляемого клапана подачи двухфазной рабочей среды. При вытеснительной подаче жидкости из бака 16 вода последовательно заполняет гибкий шланг 10 и жидкостную полость 9 управляемого клапана.

Таким образом, в исходном для работы состоянии устройства полости 8 и 9 управляемого клапана заполняются соответственно воздухом и водой при нормально закрытом состоянии запорных органов 5 и 6 клапана.

При подаче управляющего сигнала в систему управления перемещением штока, изображенную на фиг. 1, блок управления 14 подключает привод 13 к источнику электропитания. При включении привода 13 происходит перемещение штока 7 и жестко связанных с ним запорного органа 5 и упора 13 до заданного положения, определенного ограничителем перемещения (на фиг. 1 не показан). При этом первоначально происходит открытие клапана подачи воды при отделении запорного органа 5 от седла, расположенного в газовой полости 8.

Особенностью работы устройства является то, что открытие клапана подачи воздуха происходит с задержкой по отношению к моменту открытия клапана подачи воды, которая определяется величиной зазора между опорной поверхностью упора 35 и противолежащей ей опорной поверхностью подвижного запорного органа 6. Оптимальное значение зазора "а" составляет от 0,3 до 1 мм (для рассматриваемого примера а= 0,5 мм). Клапан подачи воды открывается таким образом после совершения упором 12 хода "а" и преодоления силы, с которой подвижный запорный орган 6 прижимается к седлу пружиной.

При закрытии управляемого клапана подачи двухфазной рабочей среды блок управления 14 осуществляет соответствующее подключение привода 13 к источнику электропитания, в результате чего шток 7 перемещается в исходное состояние. В этом случае при обратном движении штока 7 первоначально закрывается клапан подачи жидкости, запорный орган 6 которого прижимается пружиной к седлу жидкостной полости 9. После этого клапан подачи воздуха остается открытым в течение времени дополнительного движения штока 7, которое определяется величиной зазора "а". Данное выполнение позволяет осуществить возможность предварительного отключения подачи в камеру смешения жидкости перед отключением подачи в нее потока газа.

Реализация заданного алгоритма подачи жидкости и газа позволяет осуществить при включении устройства предварительную подачу в камеру смешения 2 потока воздуха, а затем потока воды, диспергированного с помощью средства 3, выполненного в виде жесткой цилиндрической стенки с эжектирующими отверстиями. Поэтому струйки воды, поступающие в камеру 2, сразу же подхватываются потоком воздуха, в котором производится дополнительное диспергирование жидкости и смешение с газом. В результате описанных процессов в камере 2 образуется двухфазный поток, поступающий затем в сопло 1, в котором происходит ускорение потока и образование ускоренной газокапельной струи, истекающей в направлении A (см. фиг. 1).

При выключении устройства сначала прекращается подача в камеру смешения 2 воды, являющейся используемой рабочей средой, в данном случае для пожаротушения, а затем прекращается подача газа-носителя. Такая последовательность операций позволяет достаточно быстро создать ускоренную газокапельную струю и отключить подачу рабочей среды с минимальными потерями ограниченного запаса жидкости. Данная последовательность операций особенно важна при многократных включениях и отключениях устройства, например, при тушении локальных очагов пожаров.

В другом варианте исполнения, изображенном на фиг. 2, который является предпочтительным для ручного управления устройством, в качестве системы управления перемещением штока используется пневмомеханическая система с курковым механизмом, размещенным в рукоятке 21 корпуса 4. При нажатии на курок 22 в направлении F (см. фиг. 2) происходит его перемещение относительно опоры 24, а также поступательное движение шарнирно связанного с курком 22 золотника 23 управляющего клапана в направлении C (см. фиг. 2).

Движению золотника 23 противодействует сила упругости пружины 26, опирающейся на поверхность 25 корпуса 4. При полном отводе курка 22 в направлении F пружина 26 находится в сжатом состоянии, а золотник 23 установлен в положении, при котором каналы 32 сообщают подключение клапана, соединенное с газовой полостью 8, с подключением клапана, соединенным с управляющей полостью 31 пневмоцилиндра 38. В результате воздух под давлением, заданным редуктором 18, поступает из полости 8 в управляющую полость 31, повышая давление P_Y в ней. За счет избыточного давления, действующего на поршень 27, он перемещается вверх, преодолевая силу упругости пружины, опирающейся на корпус пневмоцилиндра 38.

При перемещении поршень 27 воздействует через рычажный механизм 28 на шток 7, который за счет этого движется в направлении В (см. фиг. 2). За счет выбора соотношения плеч рычажного механизма 28 b/c=1/5 диаметр поршня 27 составляет 20 мм, что позволяет разместить пневмоцилиндр 38 в рукоятке 21, размеры которой приемлемы для удобства управления человеком. Зазоры между штоком 7 и стенками полостей 8 и 9 герметизируются уплотнениями 39 как при неподвижном положении штока 7, так и при его движении.

При перемещении штока 7 сначала открывается запорный орган 5, установленный на седле 33 в газовой полости 8, а затем с задержкой, определяемой размером зазора "а" упор 35 соприкасается с опорной 15 поверхностью перемещаемого запорного органа 6 и отводит его от седла 34 в жидкостной полости 9, преодолевая силу упругости пружины 37, прижимающей в исходном состоянии запорный орган 6 к седлу 34. В результате обеспечения данной последовательности движения запорных органов 5 и 6 открытие клапана подачи воздуха происходит с задержкой по отношению к моменту открытия клапана подачи воды. Длительность задержки определяется величиной зазора между опорной поверхностью упора 35 и противолежащей ей опорной поверхностью подвижного запорного органа 6.

Таким образом, при включении устройства происходит предварительная подача в камеру смешения 2 потока воздуха, а затем потока воды в виде тонких струек за счет ее истечения через эжектирующие отверстия, выполненные в цилиндрической стенке 3, служащей средством диспергирования жидкости. После подачи воды в камеру смешения устройство сразу же выходит на заданный режим работы за счет того, что струйки воды, поступающие в камеру 2, сразу же подхватываются потоком воздуха, в котором производится дополнительное диспергирование жидкости и смешение с газом. В результате описанных процессов в камере 2 образуется двухфазный поток, поступающий затем в сопло 1, в котором происходит ускорение потока и образование ускоренной газокапельной струи, истекающей в направлении A ( см. фиг. 2 ).

Для закрытия управляемого клапана подачи двухфазной рабочей среды, изображенного на фиг. 2, с курка 22 снимается усилие, после чего золотник под действием усилия предварительно сжатой пружины 26 перемещается в исходное состояние. При этом происходит перекрытие подключения управляемого клапана, сообщенного с газовой полостью 8. Каналы 32 в золотнике 23 соединяют в исходном состоянии подключение клапана, сообщенное с управляющей полостью 31 пневмоцилиндра 38, с подключением, сообщенным с дренажем (см. "Дренаж" на фиг. 2). В результате этого происходит снижение давления P_y до атмосферного. После этого поршень 27 под действием усилия сжатой пружины 29 перемещается в исходное состояние, взаимодействуя с рычажным механизмом 28, который в свою очередь связан со штоком 7.

Под действием приложенного усилия шток 7 перемещается в исходное состояние. В процессе движения штока 7 против направления В происходит последовательное закрытие сначала клапана подачи жидкости при соприкосновении запорного органа 5 седлом 33, а затем клапана подачи газа при соприкосновении запорного органа 6 с седлом 34. Задержка закрытия клапана подачи газа по отношению к моменту закрытия клапана подачи жидкости также определяется величиной зазора "а" между опорной поверхностью упора 35 и противолежащей опорной поверхностью подвижного запорного органа 6. Таким образом осуществляется возможность предварительного отключения подачи в камеру смешения жидкости перед отключением подачи в нее потока газа. Данная возможность, реализуемая при ручном управлении клапаном подачи двухфазной рабочей среды, позволяет исключить непроизводительные потери рабочей жидкости, запас которой ограничен емкостью бака 16, в процессе отключения подачи двухфазного потока и обеспечить готовность для повторного включения устройства.

При работе устройства давление газа на входе в сопло P и относительная концентрация g жидкости в двухфазном потоке выбираются из определенного условия: P•g≤ 5,7•10⁸, Па, где g=G_ж/G_г, G_ж - массовый расход жидкости, G_г - массовый расход газа.

Данное условие характеризует предельно плотную упаковку частиц жидкости в газовом потоке, при которой возможно формирование капельной жидкостной фазы в газе (см. заявку WO 98/01231 A1, опубл. 15.01.98, МПК-6 B 05 B 7/04, A 01 G 25/00, A 62 C 31/02). При выполнении данного условия появляется возможность разогнать в газодинамическом сопле до необходимой скорости двухфазный поток, состоящий из капельной жидкостной фазы и газа-носителя.

Необходимая скорость газокапельной струи, при которой достигается требуемая дальность полета струи, определяется величиной давления газа на входе в сопло 1. Заданная дальнобойность газокапельной струи, зависящая от условий тушения пожара, достигается также при определенном уровне давления газа выбором длины профилированного канала сопла 1, которое выполняется для этой цели сменным. Требуемая равномерность распыления тушащего вещества и однородность мелкодисперсных капель в воздушном потоке, средний диаметр которых составляет 50 мкм, обеспечивается также выбором длины сменного сопла 1, размером, количеством и расположением эжектирующих отверстий средства диспергирования потока жидкости.

Приведенные сведения свидетельствуют о возможности осуществления патентуемой группы изобретений и о достижении вышеуказанного технического результата.

Устройство для создания газокапельной струи и входящий в его состав клапан для подачи двухфазной рабочей среды согласно патентуемым изобретениям могут использоваться в различных областях деятельности, где требуется управляемая подача газокапельных струй для решения различных задач. В первую очередь изобретения могут быть наиболее эффективно использованы для пожаротушения, в особенности в закрытых помещениях и в труднодоступных очагах пожара.

В пожарной технике изобретения могут применяться в качестве средства для создания туманообразных завес и пламягасящих направленных двухфазных потоков. Изобретения могут также использоваться в сельском хозяйстве для орошения полей и распыления различного рода веществ (такого рода устройства известны, например, из SU 380279, МПК A 01 G 25/00, опубл. 24.07.73).

Кроме того, устройства, созданные в соответствии с патентуемыми изобретениями можно использовать в быту в качестве средства для распыления различных веществ в помещениях с целью дезинфицирования, дезодорации и антисептирования.

Хотя патентуемое изобретение описано в связи с предпочтительным вариантом реализации, предназначенным для пожаротушения, для специалистов в данной области техники понятно, что могут иметь место изменения, например при использовании иных рабочих сред, и другие варианты выполнения без отклонения от общей идеи и предмета изобретений в соответствии с представленной формулой.

В устройстве для создания газокапельной струи газодинамическое сопло сообщено с камерой смешения жидкости и газа. В камере размещено средство диспергирования потока жидкости с эжектирующими отверстиями. Камера смешения соединена с системой подачи жидкости и газа через управляемый клапан подачи двухфазной рабочей среды. Клапан выполняется с возможностью предварительной подачи в камеру смешения потока газа перед подачей в нее жидкости при включении устройства и с возможностью предварительного отключения подачи в камеру смешения жидкости перед отключением подачи в нее потока газа. В состав клапана входят два запорных органа, взаимодействующих с седлами, расположенными на стенках герметичных полостей, сообщенных соответственно с магистралями подачи жидкости и газа. Один запорный орган жестко закреплен на штоке с возможностью взаимодействия с седлом в полости подачи газа. Второй запорный орган соосно установлен на штоке с возможностью перемещения вдоль него при взаимодействии с упором, жестко закрепленным на штоке. Между стенкой полости подачи жидкости и подвижным запорным органом установлен упругий элемент, прижимающий подвижный запорный орган к седлу в полости подачи жидкости. В нормально закрытом положении клапана опорная поверхность упора размещена с зазором по отношению к противолежащей спорной поверхности подвижного запорного элемента. Изобретения направлены на повышение эффективности генерации газокапельной струи и стабильности ее характеристик при многократных включениях устройства. 2 с. и 35 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для создания газокапельной струи, содержащее газодинамическое сопло, сообщенное с камерой смешения жидкости и газа, средство диспергирования потока жидкости, подаваемого в камеру смешения, с эжектирующими отверстиями и систему подачи жидкости и газа, отличающееся тем, что камера смешения соединена с системой подачи жидкости и газа через управляемый клапан подачи двухфазной рабочей среды, выполненный с возможностью предварительной подачи в камеру смешения потока газа перед подачей в нее жидкости при включении устройства и с возможностью предварительного отключения подачи в камеру смешения жидкости перед отключением подачи в нее потока газа. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сопло установлено на корпусе смешения с помощью разъемного соединения. 3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что управляемый клапан установлен в общем корпусе вместе с камерой смешения. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что корпус снабжен по меньшей мере одной рукояткой. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что в рукоятке размещен курковый механизм управления клапаном. 6. Устройство по любому из пп.1 - 5, отличающееся тем, что управляемый клапан выполнен в виде двух запорных органов, размещенных на штоке и взаимодействующих с седлами, расположенными на стенках герметичных полостей, сообщенных соответственно с магистралями подачи жидкости и газа, и содержит ограничитель перемещения штока, упор, жестко закрепленный на штоке, систему управления перемещением штока, при этом один запорный орган жестко закреплен на штоке с возможностью взаимодействия с седлом в полости подачи газа, а второй запорный клапан соосно установлен на штоке с возможностью перемещения вдоль него при взаимодействии с упором и возможностью взаимодействия с седлом в полости подачи жидкости, причем между стенкой полости подачи жидкости и подвижным запорным органом установлен упругий элемент, прижимающий подвижный запорный орган к соответствующему седлу, в нормально закрытом положении клапана опорная поверхность упора размещена с зазором по отношению к противолежащей опорной поверхности подвижного запорного элемента. 7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что в качестве упругого элемента используется по меньшей мере одна пружина, установленная соосно штоку. 8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что величина зазора составляет от 0,3 до 1 мм. 9. Устройство по любому из пп.6 - 8, отличающееся тем, что в состав системы управления перемещением штока входит по меньшей мере один управляющий клапан. 10. Устройство по любому из пп.6 - 9, отличающееся тем, что система управления перемещением штока выполнена в виде пневмомеханической системы. 11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что в качестве органа управления пневмомеханической системы используется курковый механизм, размещенный в рукоятке корпуса. 12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что курок механизма шарнирно закреплен на золотнике управляющего клапана, при этом золотник установлен в корпусе клапана с возможностью ограниченного поступательного перемещения, а между опорой поверхностью золотника и опорной поверхностью корпуса устройства установлен упругий элемент. 13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что в качестве упругого элемента используется по меньшей мере одна пружина. 14. Устройство по п.10, отличающееся тем, что пневмомеханическая система снабжена пневмоцилиндром, поршень которого кинематически связан через рычажный механизм со штоком управляемого клапана, при этом в полости над поршнем установлен упругий элемент, опирающийся на корпус пневмоцилиндра. 15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что в качестве упругого элемента используется по меньшей мере одна пружина. 16. Устройство по п. 12, отличающееся тем, что управляющий клапан выполнен с тремя подключениями, при этом первое подключение клапана сообщено с газовой полостью управляемого клапана, второе подключение сообщено с управляющей полостью пневмоцилиндра, третье подключение сообщено с дренажем, а в золотнике выполнены каналы, соединяющие через соответствующее подключение при исходном положении куркового механизма управляющую полость пневмоцилиндра с дренажем, а при нажатии на курок - газовую полость управляемого клапана с управляющей полостью пневмоцилиндра. 17. Устройство по любому из пп.1 - 16, отличающееся тем, что система подачи жидкости и газа содержит по меньшей мере один баллон со сжатым газом и одни бак с жидкостью, гибкие шланги, соединяющие бак с жидкостной полостью управляемого клапана и баллон с газовой полостью управляемого клапана и с газовой полостью наддува бака, и регулятор давления газа. 18. Устройство по п.17, отличающееся тем, что система подачи содержит дополнительные клапаны на магистралях подачи жидкости и газа. 19. Устройство по п.17, отличающееся тем, что бак и баллон размещены на заплечном ранце. 20. Устройство по п.17, отличающееся тем, что бак и баллон размещены на транспортном средстве. 21. Устройство по п.20, отличающееся тем, что в качестве транспортного средства используется колесная тележка. 22. Устройство по п.20, отличающееся тем, что в качестве транспортного средства используется автомобиль или электромобиль. 23. Устройство по любому из пп.1 - 22, отличающееся тем, что в качестве рабочей жидкости используется жидкость, применяемая для пожаротушения. 24. Устройство по п.23, отличающееся тем, что в качестве жидкости используется вода. 25. Устройство по любому из пп.1 - 22, отличающееся тем, что в качестве рабочей жидкости используется жидкость, применяемая для дезинфекции, дезодорации или антисептирования. 26. Устройство по любому из пп.1 - 25, отличающееся тем, что в качестве рабочего газа используется воздух. 27. Клапан для подачи двухфазной рабочей среды содержит два запорных органа, размещенных на штоке и взаимодействующих с седлами, расположенными на стенках герметичных полостей, сообщенных соответственно с магистралями подачи жидкости и газа, ограничитель перемещения штока и систему управления перемещением штока, отличающийся тем, что дополнительно содержит жестко закрепленный на штоке упор, при этом один запорный орган жестко закреплен на штоке с возможностью взаимодействия с седлом в полости подачи газа, а второй запорный орган соосно установлен на штоке с возможностью перемещения вдоль него при взаимодействии с упором и с возможностью взаимодействия с седлом в полости подачи жидкости, причем между стенкой полости подачи жидкости и подвижным запорным органом установлен упругий элемент, прижимающий подвижный запорный орган к соответствующему седлу, в нормально закрытом положении клапана опорная поверхность упора размещена с зазором по отношению к противолежащей ей опорной поверхности подвижного запорного элемента. 28. Клапан по п.27, отличающийся тем, что в качестве упругого элемента используется по меньшей мере одна пружина, установленная соосно штоку. 29. Клапан по п.27 или 28, отличающийся тем, что величина зазора составляет от 0,3 до 1 мм. 30. Клапан по любому из пп.27 - 29, отличающийся тем, что в состав системы управления перемещением штока входит по меньшей мере один управляющий клапан. 31. Клапан по любому из пп.27 - 30, отличающийся тем, что система управления перемещением штока выполнена в виде пневмомеханической системы. 32. Клапан по п.31, отличающийся тем, что в качестве органа управления пневмомеханической системы используется курковый механизм. 33. Клапан по п. 32, отличающийся тем, что курок механизма шарнирно закреплен на золотнике управляющего клапана, при этом золотник установлен в корпусе клапана с возможностью ограниченного поступательного перемещения, а между опорной поверхностью золотника и опорной поверхностью корпуса установлен упругий элемент. 34. Клапан по п.33, отличающийся тем, что в качестве упругого элемента используется по меньшей мере одна пружина. 35. Клапан по п. 31, отличающийся тем, что пневмомеханическая система снабжена пневмоцилиндром, поршень которого кинематически связан через рычажный механизм со штоком, при этом в полости над поршнем установлен упругий элемент, опирающийся на корпус пневмоцилиндра. 36. Клапан по п.35, отличающийся тем, что в качестве упругого элемента используется по меньшей мере одна пружина. 37. Клапан по п.33, отличающийся тем, что управляющий клапан выполнен с тремя подключениями, при этом первое подключение клапана сообщено с газовой полостью, второе подключение сообщено с управляющей полостью пневмоцилиндра, третье подключение сообщено с дренажем, а в золотнике выполнены каналы, соединяющие через соответствующее подключение при исходном положении куркового механизма управляющую полость пневмоцилиндра с дренажем, а при нажатии на курок - газовую полость с управляющей полостью пневмоцилиндра.