ПЕНОГЕНЕРАТОР (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2000 года по МПК F04F5/02 

Группа изобретений относится к противопожарной технике, а именно к конструкциям пеногенераторов, и может найти применение в системах подслойного тушения пожаров в резервуарах с легко воспламеняющейся жидкостью (ЛВЖ), то есть в системах, обеспечивающих подачу пены через нижний пояс резервуара непосредственно в слой горючей жидкости.

Основными требованиями, предъявляемыми к конструкциям пеногенераторов для использования их в системах подслойного тушения пожаров, являются высокий коэффициент преобразования давления при получении пены низкой кратности с однородной мелкоячеистой структурой, обеспечивающей длительную устойчивость пены как при истечении ее в воздушную среду, так и при прохождении ее через слой ЛВЖ. При этом коэффициент преобразования давления определяется как отношение давления пены на выходе пеногенератора к давлению водного раствора пенообразователя на его входе, а кратность пены определяется как отношение объема полученной пены к объему раствора пенообразователя.

Пена низкой кратности при высоком коэффициенте преобразования давления может быть получена при использовании пеногенераторов на основе эжекторов. Известен водогазовый эжектор (описание изобретения к авт. св. N 1642091, МКИ⁵: F 04 F 5/04, опубл. 15.04.91 г. в бюлл. N 14), который содержит цилиндрическую приемную камеру с активным соплом и корпус с камерой смешения из эластичного материала, размещенной в корпусе с образованием полости. Входной участок камеры смешения укреплен в корпусе, а выходной участок установлен свободно.

При работе эжектора жидкостная среда, истекая из сопла, увлекает газообразную среду в камеру смешения, где образуется крупноячеистая жидкостно-газовая эмульсия.

Эжектор не может использоваться в пеногенераторе для подслойного пожаротушения, так как полученная пена с крупноячеистой структурой не обладает необходимой устойчивостью, а потому не может пройти через слой ЛВЖ на ее поверхность.

Известен импульсный эжектор (описание к авт. св. N 1618904, МКИ⁴: F 04 F 5/20, опубл. 07.01.91 г. в бюлл. N 1), который содержит активное сопло, патрубки подвода активной и пассивной сред и камеру смешения, выполненную в виде последовательно расположенных соосных с соплом диффузора и конфузора. Камера смешения эжектора снабжена гидропневмоаккумулятором. Форма камеры смешения обеспечивает необходимую собственную частоту колебаний, при кратности которой частоте включения подачи активной среды коэффициент эжекции возрастает, обеспечивая увеличение энергии смеси на выходе из эжектора. Наличие гидропневмоаккумулятора обеспечивает колебательный процесс в камере смешения, что способствует измельчению частиц пены, и как следствие, повышает ее устойчивость к давлению со стороны внешней среды.

Техническое решение для своей реализации требует дополнительных энергетических затрат для гидропневмоаккумулятора и больших аппаратурных затрат, а потому проблематично его использование в технике пожаротушения.

Известен пеногенератор (описание к патенту РФ N 2058169, МКИ⁶: А 62 С 5/02, опубл. 20.04.96 г.), содержащий корпус с фланцами, подводящий патрубок с распылителем раствора пенообразователя и кольцевым коллектором для подачи сжатого газа, установленными с возможностью возвратно-поступательного перемещения и фиксации относительно корпуса, и расположенный под ним пеноствол, снабженный компенсирующей вставкой, выполненной в виде кассеты (2-4 шт) из эластичных патрубков, соединенных на общий щелевой выходной канал в виде усеченного конуса и закрепленного на срезе корпуса пеногенератора.

Предлагаемый пеногенератор относится к пеногенераторам эжекционного типа. В нем воздух эжектируется из окружающего пространства распыленной струей пенообразователя. Для получения пены на распылитель через подводящий патрубок под давлением подается раствор пенообразователя. Поступающий в распылитель водный раствор пенообразователя, проходя под давлением, эжектирует воздух. Смесь воздуха с мелкодисперсными каплями раствора попадает на пакет сеток, где происходит процесс генерирования пены.

Генератор обеспечивает получение более стойкой мелкоячеистой пены. Процесс генерации пены сопровождается значительным снижением давления, а потому с помощью него невозможно обеспечить нагнетание пены на поверхность резервуара через слой ЛВЖ, который может достигать 18 м. В связи с этим данную конструкцию невозможно использовать в системах подслойного пожаротушения.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является высоконапорный пеногенератор (Рекомендации по проектированию автоматической системы подслойного пожаротушения в железобетонных резервуарах и стальных вертикальных резервуарах со стационарной и плавающей крышей на объектах АК "Транснефть", М., 1996 г., стр. 20, рис. 7; стр. 23, рис. 10), который содержит корпус с установленным в нем соплом для подвода пенообразователя, патрубок для подачи газа, снабженный воздушным клапаном, и диффузор раструбного типа, жестко закрепленный в корпусе и образующий вывод газожидкостной смеси, а также направляющую потока газа, закрепленную с внутренней стороны в виде полого усеченного конуса, образующего с торцом диффузора щель, сужающуюся от поверхности к центральной части.

Выполнение диффузора в виде длинного раструба, приближенного к соплу, через которое подается водный раствор пенообразователя, обеспечивает возможность получения пены низкой кратности. Однако диффузор, жестко закрепленный в корпусе, позволяет получить пену только крупноячеистой структуры, которая не обладает достаточной устойчивостью, необходимой в системах подслойного пожаротушения. В связи с этим данная конструкция пеногенератора не может обеспечить необходимую эффективность пожаротушения.

Задачей изобретения является разработка пеногенератора, обладающего высоким коэффициентом преобразования давления при вырабатывании пены низкой кратности, обладающей однородной мелкоячеистой структурой с большой устойчивостью к давлению со стороны ЛВЖ при прохождении через нее пены.

Решить поставленную задачу позволяет использование предлагаемой конструкции пеногенератора.

Пеногенератор, так же как и прототип, содержит цилиндрический корпус с фланцами в торцах, в одном из которых установлено сопло для подвода водного раствора пенообразователя, а в боковой поверхности корпуса - радиальный патрубок подвода воздуха, установленную внутри корпуса напротив сопла камеру смешения цилиндрической формы с расширением на входе и конусообразный диффузор.

В отличие от прототипа, в заявляемом устройстве камера смешения расположена со смещением ее продольной оси относительно продольной оси сопла, на камере смешения с зазором относительно корпуса прикреплен груз, обеспечивающий возбуждение автоколебаний диффузора и передачу этих колебаний потоку пены.

При этом по первому варианту диффузор большим основанием прикреплен к фланцу, противоположному соплу.

По второму варианту камера смешения закреплена внутри корпуса посредством дополнительно введенной опоры, выполненной в виде тонкостенного усеченного конуса, большим основанием прикрепленного к фланцу, противоположному соплу.

Предложенная конструкция пеногенератора сохраняет достоинства прототипа, так как конструкция камеры смешения в виде цилиндра, расположенного напротив сопла, а в боковой поверхности корпуса - радиальный патрубок подвода воздуха обеспечивает оптимальный режим поступления водного раствора пенообразователя и подачи максимального количества воздуха в камеру смешения, что обеспечивает насыщение водного раствора воздухом и получение пены низкой кратности с удельным весом, меньшим удельного веса ЛВЖ.

При этом пеногенератор обладает дополнительными преимуществами.

Благодаря несоосности камеры смешения и диффузора относительно сопла, и крепления диффузора большим основанием к фланцу напротив сопла, обеспечена возможность возбуждения поперечных колебаний камеры смешения с диффузором, амплитуда колебаний которых ограничена корпусом пеногенератора.

Груз заданной массы, прикрепленный к камере смешения с зазором относительно корпуса, обеспечивает требуемую частоту автоколебаний. Возникшие устойчивые автоколебания системы формируют на периферии начального участка камеры смешения своеобразный "кипящий слой", который способствует эффективному перемешиванию водного раствора пенообразователя с воздухом и измельчению пузырьков пены. Возникшая высокочастотная вибрация камеры смешения с диффузором обеспечивает дополнительное дробления пузырьков, что существенно повышает устойчивость пены.

Крепление камеры смешения посредством опоры, предложенное во втором варианте выполнения пеногенератора, обеспечивает колебания не только одного ее конца с грузом, но и другого конца с диффузором. Колебания, воздействуя на пенный поток по всей камере смешения, способствуют созданию однородной мелкоячеистой структуры пены.

Камеру смешения целесообразно выполнить с цилиндрической вставкой на входе, жестко закрепленной внутри камеры на опорах, обеспечивающих зазор относительно боковой поверхности.

Выполнение камеры смешения со вставкой цилиндрической формы позволяет повысить кратность пены за счет дополнительного насыщения струи водного раствора пенообразователя воздухом, тем самым повысить эффективность работы пеногенератора. Выполнение груза в виде диска с отверстием на периферийной части за счет смещения центра тяжести относительно общей геометрической оси колебательной системы способствует проскальзыванию груза вдоль внутренней образующей корпуса пеногенератора, что в свою очередь обеспечивает возбуждение периодически повторяющихся ротационных автоколебаний широкого спектра частот. Благодаря этому повышается однородность генерируемой пены.

На фиг. 1 схематично представлена конструкция первого варианта пеногенератора;
на фиг. 2 дано сечение пеногенератора по линии А-А;
на фиг. 3 схематично представлена конструкция второго варианта пеногенератора с примером конкретного выполнения камеры смешения.

Пеногенератор, представленный на фиг. 1, содержит цилиндрической формы корпус 1 с фланцами 2, 3, расположенными со стороны торцов; во фланце 2 установлено сопло 4, а в боковой поверхности корпуса 1 установлен патрубок 5, в патрубке 5 может быть установлен воздушный клапан 6; в полости корпуса 1 расположены жестко соединенные между собой (например, посредством сварки) камера смешения 7 и диффузор 8 таким образом, что продольная ось камеры смешения 7 и диффузора 8 смещена относительно продольной оси сопла 4 на 2-З мм. Диффузор 8 большим основанием неподвижно прикреплен (например, приварен) к фланцу 3.

На камере смешения 7 закреплен груз 9, выполненный в виде металлического диска, охватывающего камеру смешения 7 и с выемкой 10; груз 9 выполняется с массой, выбираемой из расчета требуемой частоты автоколебаний системы: груз-камера смешения-диффузор.

Второй вариант пеногенератора, представленный на фиг. 3, в отличие от первого содержит опору 11, выполненную в виде тонкостенного усеченного конуса, прикрепленного меньшим основанием к грузу 9, а большим основанием к фланцу 3 корпуса 1.

Камера смешения 7 может быть выполнена в виде корпуса 12 цилиндрической формы с конусообразной входной частью и цилиндрической вставки 13 с конусообразной входной частью; вставка 13 с помощью опор 14, выполненных в виде трех металлических штырей (или в виде брусков и т. п.) прикрепляется (например, приваривается) к внутренней поверхности корпуса 12 камеры смешения 7, за счет чего обеспечивается необходимый зазор между вставкой 13 и боковой поверхностью корпуса 12.

Пеногенератор работает следующим образом.

В случае возникновения пожара в резервуаре и срабатывании системы подслойного тушения пожаров, водный раствор пенообразователя, подающийся от насосной установки или пожарной машины с рабочим давлением 8-10 МПа, истекая из сопла 4, увлекает воздух из окружающей среды через открытый клапан 6 в камеру смешения 7, где взаимодействует с высоко турбулентной воздушно-жидкостной средой камеры 7, а затем попадает в диффузор 8, выполняющий функцию расширительной камеры восстановления давления на выходе изделия.

Несоосное расположение камеры смешения 7 относительно сопла 4 и смещение центра тяжести груза 9 при попадании в нее турбулентного потока воздушно-газовой смеси вызывают радиальные ротационные вибрации, которые усиливаются за счет наличия груза 9, благодаря чему система входит в режим устойчивых автоколебаний. Данные устойчивые автоколебания системы формируют своеобразный "кипящий" слой, который способствует эффективному перемешиванию и измельчению воздушных пузырьков, что существенно повышает устойчивость пены.

Таким образом, предлагаемый пеногенератор, как показали испытания, производит пену низкой кратности не менее 3-3,4. Пена обладает однородной мелкоячеистой структурой, с диаметром отдельного элемента менее 1 мм. Данная структура обеспечивает пене достаточную устойчивость как при истечении ее в воздушную среду, так и при давлении со стороны ЛВЖ при прохождении пены через нее.

При этом пеногенератор обладает высоким коэффициентом преобразования давления (не менее 30%), так, при давлении на входе, равном 9 атм, на выходе пеногенератора давление составляет около 3 атм. Пена под давлением 3 атм, поданная в нижний пояс резервуара, преодолев давление столба ЛВЖ в резервуаре, (высота которого может достигать 18 м), достигает поверхности резервуара, и, растекаясь по поверхности горящей жидкости, тушит пожар.

Предлагаемая конструкция пеногенератора может быть эффективно использована в системах подслойного пожаротушения резервуаров с ЛВЖ.

Изобретение относится к области струйной техники, преимущественно к струйным аппаратам, используемым в противопожарной технике. Камера смешения пеногенератора расположена со смещением ее продольной оси относительно продольной оси сопла, а диффузор прикреплен большим основанием к фланцу напротив сопла. На камере смешения с зазором относительно корпуса прикреплен груз, обеспечивающий возбуждение автоколебаний. В другом варианте выполнения пеногенератора камера смешения расположена со смещением ее продольной оси относительно продольной оси сопла и закреплена внутри корпуса посредством дополнительно введенной опоры, выполненной в виде тонкостенного усеченного конуса, частично охватывающего камеру и прикрепленного большим основанием к фланцу напротив сопла. На камере смешения перед опорой с зазором относительно корпуса прикреплен груз, обеспечивающий возбуждение автоколебаний. В результате достигается высокий коэффициент преобразования давления при вырабатывании пены низкой кратности. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Пеногенератор, содержащий цилиндрический корпус с фланцами на торцах, в одном из которых установлено сопло для подвода водного раствора пенообразователя, а в боковой поверхности корпуса - радиальный патрубок подвода газа, установленную внутри корпуса напротив сопла камеру смешения цилиндрической формы с расширением на входе и конусообразный диффузор на ее выходе, отличающийся тем, что камера смешения расположена со смещением ее продольной оси относительно продольной оси сопла, а диффузор прикреплен большим основанием к фланцу напротив сопла, при этом на камере смешения с зазором относительно корпуса прикреплен груз, обеспечивающий возбуждение автоколебаний. 2. Пеногенератор, содержащий цилиндрический корпус с фланцами на торцах, в одном из которых установлено сопло для подвода водного раствора пенообразователя, а в боковой поверхности корпуса - радиальный патрубок подвода газа, установленную внутри корпуса напротив сопла камеру смешения цилиндрической формы с расширением на входе и конусообразный диффузор на ее выходе, отличающийся тем, что камера смешения расположена со смещением ее продольной оси относительно продольной оси сопла и закреплена внутри корпуса посредством дополнительно введенной опоры, выполненной в виде тонкостенного усеченного конуса, частично охватывающего камеру и прикрепленного большим основанием к фланцу напротив сопла, при этом на камере смешения перед опорой с зазором относительно корпуса прикреплен груз, обеспечивающий возбуждение автоколебаний. 3. Пеногенератор по п.2, отличающийся тем, что камера смешения выполнена с входной цилиндрической вставкой, имеющей конусообразную входную часть и жестко закрепленной внутри камеры на опорах, обеспечивающих зазор относительно ее боковой поверхности. 4. Пеногенератор по п.2, отличающийся тем, что груз выполнен в виде диска с выемкой на периферийной части.