ПЕРЕНОСНАЯ УСТАНОВКА ПОЖАРОТУШЕНИЯ И РАСПЫЛИТЕЛЬ ЖИДКОСТИ Российский патент 2005 года по МПК A62C15/00 A62C31/02 

Изобретение относится к средствам пожаротушения, а также к средствам и методам распыления жидкости. Распылители жидкости могут использоваться в составе пожарно-технической продукции различного назначения. Более конкретно изобретение касается конструктивного выполнения распылителя жидкости, используемого в составе переносных (ранцевых) средств пожаротушения.

В настоящее время известны переносные установки пожаротушения, которые комплектуются разнообразными типами распылителей жидкости. Так, например, в патенте RU 2132752 С1 (МПК-6 В 05 В 7/04, опубликован 10.07.1999) описана переносная установка пожаротушения, с помощью которой осуществляется генерация дальнобойной газокапельной струи. Распылитель жидкости, входящий в состав такой установки, включает в свой состав профилированное газодинамическое сопло, камеру смешения жидкости и газа, средство диспергирования потока жидкости, подаваемого в камеру смешения, и систему подачи жидкости и газа в камеру смешения. Огнетушащая жидкость в данном устройстве хранится в емкости и вытесняется из нее в процессе работы под действием давления сжатого газа.

Известное устройство позволяет генерировать высокоскоростные газокапельные струи с дальностью подачи до 12 м. Однако следует отметить, что газодинамический процесс ускорения капель жидкости в газовом потоке накладывает ограничение на угол расширения генерируемого газокапельного потока на выходе из сопла. При установке на газодинамическое сопло дополнительных распылителей (форсунок) угол конусности факела генерируемого газокапельного потока может быть увеличен до 120°, но при этом существенно снижается дальность подачи газокапельного потока. Данное противоречие не позволяет применять известную установку пожаротушения для тушения широкого спектра очагов пожаров. Например, в случае тушения легковоспламеняющихся жидкостей узконаправленная дальнобойная газокапельная струя не обеспечивает требуемой эффективности тушения пожара и безопасности оператора из-за расплескивания жидкости. При применении дополнительных форсунок с помощью известного устройства можно создать мелкодисперсные газокапельные потоки с большим углом конусности, однако в этом случае значительно снижается дальность подачи огнетушащего вещества, что делает практически невозможным тушение интенсивных очагов возгорания жидких горючих веществ.

Для регулирования параметров газокапельного потока в настоящее время применяются различные средства. В частности, в опубликованной патентной заявке US 2003/0047327 А1 (МПК-7, А 62 С 2/00, опубликована 13.03.2003) раскрыта переносная установка пожаротушения, в состав которой входит распылитель жидкости, снабженный регулятором смешения воздуха и жидкости в потоке. Данный регулятор влияет лишь на степень турбулентности потока жидкости и, как следствие этого, на пенообразование в генерируемом потоке огнетушащего вещества. Влияние степени турбулентности потока на угол расширения потока огнетушащего вещества может проявляться при определенных условиях, однако такое влияние не раскрыто в известном источнике информации.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является переносная установка пожаротушения, раскрытая в патенте US 5623995 (МПК-6 А 62 С 25/00, опубликован 29.04.1997). Известная переносная установка пожаротушения содержит емкость с жидкостью, предназначенной для пожаротушения, систему подачи жидкости под давлением, завихритель (турбулизатор) потока жидкости и распылитель пенообразного потока. Система подачи жидкости в данном устройстве выполнена в виде диафрагменного насоса. Завихритель потока установлен в цилиндрической камере смешения, в которую в осевом направлении подается жидкость с пенообразователем, а в тангенциальном - газ под избыточным давлением.

В результате интенсивного смешения жидкости и газа в каналах камеры смешения между направляющими элементами происходит интенсивное механическое пенообразование. Генерируемая пена затем поступает через гибкий трубопровод к распылителю, который выполнен в виде сопла с профилированным каналом. Сжатый газ в данном устройстве используется в качестве рабочего тела для привода в действие диафрагменного насоса и для обеспечения наиболее эффективной турбулизации потока жидкости.

Рассматриваемое известное устройство также, как и другие аналоги, не позволяет регулировать угол расширения генерируемого потока огнетушащего вещества при заданном уровне дисперсности капель в потоке и дальности подачи газокапельного потока.

Известны также различные типы распылителей жидкости, применяемых для генерации газокапельных потоков в системах пожаротушения.

В опубликованной патентной заявке US 2003/0047327 (МПК-7 А 62 С 2/00, дата публикации 13.03.2003) описан распылитель жидкости, выполненный в виде сопла с профилированным каналом. Вход в сопло сообщен с подводящим трубопроводом через последовательно соединенные цилиндрическую камеру и цилиндрический канал с минимальным проходным сечением. Сопло выполнено с регулируемой по длине и форме осевой цилиндрической вставкой.

При перемещении регулируемой вставки относительно расширяющейся части сопла происходит изменение скорости истечения жидкости и соответственно степень турбулизации потока и эффективность пенообразования. Турбулизация потока в известном техническом решении регулируется также с помощью регулировочного винта, острийная часть которого вводится в поток жидкости. Следует отметить, что в указанном аналоге отсутствуют средства регулировки угла конусности факела генерируемого газокапельного потока.

Аналогом заявленного распылителя жидкости является и распылитель, описанный в Авторском свидетельстве СССР №292678 (МПК А 01 m 7/22, описание опубликовано 22.04.1971). Распылитель содержит сопло с профилированным каналом, цилиндрическую камеру, одна торцевая часть которой соединена с входом сопла, и завихритель потока жидкости. Профилированный канал распылителя состоит из двух частей: конфузора и диффузора. Завихритель потока жидкости установлен в полости диффузора сопла и выполнен в виде дефлекторной пластины с двумя острыми кромками, расположенными под углом 30° по отношении друг к другу.

При подаче жидкости под давлением в распылитель струя ускоряется в конфузоре и ударяется об острые кромки завихрителя, в результате чего происходит дробление потока жидкости на мелкие капли и ускорение газокапельного потока в диффузоре сопла. Генерируемый газокапельный поток на выходе из сопла имеет форму конусообразного факела.

Однако данное устройство-аналог не позволяет генерировать однородные по размеру капель высокоскоростные газокапельные потоки, поскольку дефлекторная пластина, установленная в полости диффузора, создает дополнительное сопротивление для потока жидкости. Поэтому, несмотря на повышение однородности газокапельного потока в распыляемом факеле, происходит существенное снижение скорости капель жидкости.

Необходимо также отметить, что параллельные острые кромки завихрителя отклоняют генерируемый поток только в одном направлении, перпендикулярно плоскостям кромок. В результате этого факел газокапельного потока на выходе из сопла соответственно расширяется вдоль одного направления. Поперечное сечение факела сформированного распыленного потока имеет эллиптическое сечение. В связи с этим из-за неравномерного расширения газокапельного потока известный распылитель жидкости имеет ограниченное применение на практике.

Кроме того, в известном устройстве не предусмотрена возможность регулирования угла конусности факела газокапельного потока при условии сохранения скорости частиц жидкости в направлении очага пожара.

В качестве наиболее близкого аналога принят распылитель жидкости по патенту России 2102158, кл. B 05 B 1/30, опубл. 20.01.1998, в котором также решается задача обеспечения возможности регулирования угла конусности факела генерируемого газокапельного потока.

Патентуемое изобретение направлено на обеспечение возможности регулирования угла конусности факела генерируемого газокапельного потока в более широком диапазоне при заданной дальности подачи огнетушащего вещества. Задачей изобретения является обеспечение возможности регулирования угла конусности факела генерируемого газокапельного потока при выполнении следующих условий:

- при изменении угла конусности факела газокапельного потока скорость капель жидкости в осевом направлении не должна существенно снижаться (соответственно не должна существенно снижаться и дальность подачи огнетушащего или иного вещества);

- при изменении угла конусности факела струи должна сохраняться однородность газокапельного потока по размеру капель;

- при изменении угла конусности факела газокапельного потока должна сохраняться величина расхода жидкости через сопло.

Достигаемый при решении поставленных задач технический результат в отношении переносной установки пожаротушения заключается в повышении эффективности пожаротушения очагов возгорании различных классов, включая легковоспламеняющиеся жидкости.

Достижение указанного технического результата связано с использованием переносной установки пожаротушения и распылителя жидкости, выполненных согласно настоящему изобретению.

Переносная установка пожаротушения содержит емкость с жидкостью, предназначенной для пожаротушения, систему подачи жидкости под давлением, завихритель потока жидкости с направляющими элементами, распылитель жидкости, соединенный через подводящий трубопровод с емкостью. В состав распылителя жидкости входит сопло с профилированным каналом и цилиндрическая камера, одна торцевая часть которой соединена с входом сопла.

Согласно настоящему изобретению завихритель потока жидкости установлен перед второй торцевой частью цилиндрической камеры, количество направляющих элементов завихрителя не менее трех, направляющие элементы установлены равномерно по азимуту поперечного сечения цилиндрической камеры. Кромки близлежащих направляющих элементов образуют сквозные отверстия в проекции на поперечное сечение цилиндрической камеры. Перед завихрителем по направлению движения потока жидкости установлена диафрагма, в которой выполнены отверстия, расположенные напротив сквозных отверстий завихрителя, причем конструкция распылителя обеспечивает азимутальное перемещение диафрагмы относительно оси симметрии цилиндрической камеры.

Совокупность перечисленных выше существенных признаков изобретения определяет возможность оперативного изменения режима генерации газокапельного потока с узконаправленной формы струи, при совмещении отверстий диафрагмы с отверстиями завихрителя, на режим с широкой струей, при азимутальном смещении отверстий в диафрагме относительно отверстий в завихрителе. Отличительной особенностью изобретения является то, что при изменении режима генерации газокапельного потока (формы струи) не происходит существенного снижения дальнобойности струи, расхода жидкости и изменения однородности потока по размеру капель жидкости.

Данный эффект обусловлен использованием расширительной цилиндрической камеры, размещенной между входом профилированного канала сопла и направляющими элементами завихрителя потока. Другим важным элементом устройства является азимутально-перемещаемая диафрагма с проходными отверстиями. Диафрагма установлена непосредственно перед направляющими элементами завихрителя. При этом диафрагма вместе с завихрителем потока, в котором выполнены сквозные отверстия в проекции на поперечное сечение цилиндрической камеры, конструктивно образует регулятор угла закрутки потока жидкости относительно оси симметрии цилиндрической камеры. В цилиндрической камере происходит формирование потока жидкости, периферийная часть которого имеет тангенциальную составляющую скорости. Сформированный поток жидкости с закрученной периферийной частью затем поступает на вход профилированного канала сопла. При азимутальном перемещении диафрагмы происходит смещение ее проходных отверстий относительно сквозных отверстий, образованных между направляющими элементами завихрителя, и, следовательно, изменение угла закрутки потока жидкости. В результате ускорения сформированного потока жидкости в профилированном канале сопла происходит диспергирование потока и генерация дальнобойного газокапельного потока. При этом угол конусности факела газокапельного потока зависит от углового смещения отверстий диафрагмы и завихрителя.

В предпочтительном варианте выполнения устройства длина L цилиндрической камеры выбирается из условия: L≤14d_c, где d_c - диаметр проходного сечения цилиндрического участка сопла. Целесообразно также, чтобы диаметр D цилиндрической камеры был выбран из условия: D≥3d_c, где d_c - диаметр проходного сечения цилиндрического участка сопла.

При указанных выше условиях наблюдается минимальное снижение дальности подачи газокапельной струи и расхода жидкости, а также минимальное изменение однородности потока по размеру капель при регулировании угла конусности факела генерируемого газокапельного потока.

Достигаемый технический результат проявляется в наибольшей степени при использовании направляющих элементов завихрителя с поверхностью вогнутой формы.

Для увеличения дальнобойности газокапельной струи применяется сопло с профилированным каналом, который образован последовательно расположенными сужающимся коническим участком, цилиндрическим участком и расширяющимся коническим участком.

Может использоваться также сопло с профилированным каналом, образованным последовательно расположенными сужающимся участком коноидальной формы, сужающимся коническим участком, цилиндрическим участком и расширяющимся коническим участком.

С целью снижения затрат на изготовление устройства может использоваться короткое сопло без расширяющегося конического участка. В этом случае профилированный канал сопла образован последовательно расположенными сужающимся участком коноидальной формы, сужающимся коническим участком и цилиндрическим участком. Достигаемый технический результат достигается также при использовании распылителя жидкости, содержащего сопло с профилированным каналом, цилиндрическую камеру, одна торцевая часть которой соединена с входом сопла, и завихритель потока жидкости. Согласно настоящему изобретению завихритель потока жидкости установлен перед второй торцевой частью цилиндрической камеры, количество направляющих элементов завихрителя выбрано не менее трех, направляющие элементы установлены равномерно по азимуту поперечного сечения цилиндрической камеры. Кромки близлежащих направляющих элементов распылителя образуют сквозные отверстия в проекции на поперечное сечение цилиндрической камеры. Перед завихрителем по направлению движения потока жидкости установлена диафрагма, в которой выполнены отверстия, расположенные напротив сквозных отверстий завихрителя. При этом конструкция распылителя обеспечивает азимутальное перемещение диафрагмы относительно оси симметрии цилиндрической камеры.

Совокупность перечисленных выше существенных признаков, характеризующих конструкцию распылителя жидкости, обеспечивает при использовании изобретения генерацию газокапельных потоков с регулируемым углом конусности факела газокапельного потока при заданной дальности подачи, расходе жидкости и однородности потока по размеру капель.

В предпочтительном варианте исполнения длина L цилиндрической камеры выбирается из условия: L≤14d_c, где d_c - диаметр проходного сечения цилиндрического участка сопла. Диаметр D цилиндрической камеры выбирается из условия: D≥3d_c, где d_c - диаметр проходного сечения цилиндрического участка сопла.

Направляющие элементы завихрителя могут быть выполнены вогнутой формы.

Профилированный канал сопла может быть образован последовательно расположенными сужающимся коническим участком формы, цилиндрическим участком и расширяющимся коническим участком.

Наиболее предпочтителен вариант выполнения сопла с профилированным каналом, образованным последовательно расположенными сужающимся участком коноидальной формы, сужающимся коническим участком, цилиндрическим участком и расширяющимся коническим участком.

Возможен также вариант выполнения сопла распылителя без расширяющегося конического участка. В этом случае профилированный канал сопла образован последовательно расположенными сужающимся участком коноидальной формы, сужающимся коническим участком и цилиндрическим участком.

Далее изобретение поясняется примером конкретного выполнения переносной установки пожаротушения и входящего в его состав распылителя жидкости и прилагаемыми чертежами, на которых изображено следующее:

на фиг.1 - принципиальная схема переносной установки пожаротушения с распылителем жидкости;

на фиг.2 - продольный разрез распылителя жидкости с местным видом на завихритель потока жидкости;

на фиг.3 - поперечный разрез распылителя жидкости по плоскости А-А в области размещения ограничителя азимутального перемещения завихрителя относительно диафрагмы;

на фиг.4 - поперечный разрез распылителя жидкости по плоскости Б-Б в области размещения завихрителя;

на фиг.5 - вид сбоку на завихритель с направляющими элементами плоской формы;

на фиг.6 - вид сбоку на завихритель с направляющими элементами вогнутой формы.

Переносная установка пожаротушения, изображенная на фиг.1, содержит емкость (контейнер) 1 с водой, которая устанавливается на заплечном ранце оператора (пользователя). Установка содержит также систему подачи жидкости вытеснительного типа, включающую в свой состав баллон 2 высокого давления со сжатым газом (воздухом), магистраль подачи сжатого газа в газовую полость емкости 1 с запорным клапаном 3 и газовым редуктором 4. В состав установки пожаротушения входит распылитель жидкости 5, установленный на стволе 6 с курковым клапанным механизмом 7. В рассматриваемом варианте конструкции распылитель жидкости представлен как составная часть установки пожаротушения, однако данный распылитель может использоваться как автономный узел в составе устройств иного назначения.

Распылитель 5 соединен с емкостью 1 через подводящий трубопровод 8. Подача воды к распылителю 5 жидкости осуществляется при нажатии оператором на курковый механизм 7. Емкость 1 сообщается с заправочной магистралью через заправочный кран 9. На баллоне 2 установлены заправочный кран 10 и манометр 11.

Распылитель жидкости, изображенный на фиг.2, состоит из сопла 12 с профилированным каналом, втулки 13 с цилиндрической камерой и штуцера 14. В штуцере 14 выполнена встроенная диафрагма 15 с четырьмя отверстиями 16. На входе в цилиндрическую камеру втулки 13 у входного торца камеры установлен завихритель 17 с направляющими элементами 18. Четыре направляющих элемента 18 установлены равномерно по азимуту поперечного сечения цилиндрической камеры. Количество направляющих элементов 18 может изменяться от трех до шести в различных вариантах выполнения конструкции распылителя жидкости.

Сопло 12 закрепляется на втулке 13 с помощью накидной гайки 19. Стык между соплом 12 и втулкой 13 герметизируется уплотняющей прокладкой 20. Профилированный канал сопла состоит из следующих последовательно расположенных участков: сужающегося участка 21 коноидальной формы, сужающегося конического участка 22, цилиндрического участка 23 и расширяющегося конического участка 24.

Втулка 13 с цилиндрической камерой крепится к подводящему штуцеру 14 с помощью накидной гайки 25 с возможностью вращения относительно оси симметрии цилиндрической камеры. Вращение втулки 13 относительно неподвижного штуцера 14 необходимо для осуществления азимутального перемещения проходных отверстий 16, выполненных в диафрагме 15, относительно сквозных отверстий 26, образованных кромками близлежащих направляющих элементов 18 завихрителя 17 (см. фиг.3). В исходном положении (перед регулированием угла конусности факела газокапельного потока) отверстия 16 диафрагмы 15 расположены напротив отверстий 26 в завихрителе 17, как показано на фиг.3.

Возможность вращения втулки 13 относительно неподвижного штуцера 14 обеспечивается посредством установки втулки 13 с зазорами относительно поверхностей накидной гайки 25 и штуцера 14. Герметизация стыков обеспечивается уплотняющими прокладками 27 и 28.

Для обеспечения азимутального перемещения отверстий 16 в диафрагме 15 относительно отверстий 26 в завихрителе 17 в заданном диапазоне от 0° до 45° используется ограничитель углового перемещения. Ограничителем в рассматриваемом варианте конструкции распылителя служит выступ 29 на поверхности втулки 13. Выступ 29 установлен в пазу 30, выполненном в торцевой части штуцера 14, с возможностью свободного перемещения до крайних угловых положений (см. фиг.2 и 3).

Направляющие элементы 18 завихрителя 17 расположены равномерно по азимуту поперечного сечения цилиндрической камеры, выполненной во втулке 13 (см. фиг.4). Отверстия 26 завихрителя 17, образованные кромками близлежащих направляющих элементов 18, имеют прямоугольную форму. При этом отверстия 26 являются сквозными в проекции на поперечное сечение цилиндрической камеры втулки 13 (см. фиг.4).

Поверхность направляющих элементов 18 завихрителя 17 может быть плоской, как изображено на фиг.5, либо вогнутой, как показано на фиг.6. При использовании направляющих элементов 18 с плоской поверхностью оптимальное значение угла наклона направляющей плоскости по отношению к продольной оси симметрии завихрителя 17 и втулки 13 составляет 45° (см. фиг.5).

Наиболее предпочтителен вариант выполнения завихрителя 17 с направляющими элементами, имеющими вогнутую рабочую поверхность (см. фиг.6). В этом случае снижаются гидравлические потери на закрутку потока жидкости в цилиндрической камере. В варианте выполнения завихрителя 17, показанном на фиг.6, на обратной стороне направляющего элемента 18 образована плоская кромка 31 с углом наклона к оси симметрии завихрителя, равным 45°. Выполнение данной кромки обусловлено снижением гидравлических потерь за счет исключения резких изломов в канале завихрителя, образованном между соседними направляющими элементами 18.

В рассматриваемом примере реализации изобретения размеры цилиндрической камеры втулки 13 выбираются из следующих условий в зависимости от диаметра d_с проходного сечения цилиндрического участка 23 сопла 12 (см. фиг.2):

- длина цилиндрической камеры L=11d_c (L≤14d_c);

- диаметр цилиндрической камеры D=4de (D≥3d_c).

При выбранном значении d_c=4 мм для диаметра цилиндрического участка 23 сопла 12 длина L и диаметр D цилиндрической камеры имеют значения 44 мм и 16 мм соответственно. Работа переносной установки пожаротушения и распылителя жидкости, входящего в состав установки, осуществляется следующим образом.

Перед первым использованием установки пожаротушения производится заправка емкости 1 огнетушащей жидкостью. В качестве огнетушащей жидкости используется вода с пенообразователеми и другими химическими добавками, повышающими эффективность пожаротушения. Заправка емкости 1 осуществляется через заправочный кран 9. Объем заправляемой жидкости составляет для ранцевой установки пожаротушения ~12 л при общем объеме емкости 15 л.

Через заправочный кран 10 производится зарядка баллона 2 сжатым воздухом от компрессора до давления (150-300)·10⁵ Па. После этого осуществляется предварительный наддув газовой полости емкости 1 через магистраль подачи сжатого газа. Для этого открывается запорный клапан 3, и сжатый газ поступает на вход газового редуктора 4. Давление на выходе из редуктора 4 и соответственно в газовой полости емкости 1 составляет (8-10)·10⁵ Па. В результате этого давление жидкости в заданном диапазоне устанавливается в жидкостной полости емкости 1 и в подводящем трубопроводе 8 до входа в управляемый нормально-закрытый клапан (на чертеже не показан). Данный клапан установлен в корпусе ствола 6. Управление клапаном осуществляется с помощью куркового механизма 7.

Указанный выше уровень давления в системе подачи жидкости к распылителю обусловлен требуемым расходом генерируемого газокапельного потока в диапазоне от 0,2 до 0,4 л/с. Уровень давления в емкости 1 выбирается с учетом гидравлических потерь в подводящем трубопроводе 8 и в распылителе жидкости 5. При этом величина расхода газокапельного потока через распылитель 5 в рассматриваемом примере реализации изобретения связана с требуемой эффективностью пожаротушения, что является важным фактором при использовании распылителя в составе переносной установки пожаротушения.

Емкость 1 и баллон 2 с магистралью подачи сжатого газа и арматурой устанавливаются на ранце оператора либо в переносном контейнере. Генерация газокапельного потока осуществляется оператором с помощью распылителя жидкости 5, установленного на стволе 6, посредством куркового механизма 7.

При нажатии оператором на курковый механизм 7 происходит открытие управляемого клапана ствола 6, и жидкость под давлением (8-10)·10⁵ Пa поступает на вход штуцера 14 распылителя 5. Формирование закрученного потока жидкости происходит при прохождении жидкости через каналы, образованные отверстиями 16 в диафрагме 15 и направляющими элементами 18 завихрителя 17. За счет расположения направляющих элементов 17 по азимуту поперечного сечения цилиндрической камеры втулки 13 происходит закрутка в большей степени периферийной части потока жидкости.

Для закрутки потока могут применяться завихрители с различной формой поверхности направляющих элементов. Так, например, возможно использование завихрителя 17 с плоской формой направляющих элементов 18 (см. фиг.5). Данный вариант выполнения завихрителя 17 наиболее прост в изготовлении, однако при использовании такого завихрителя существенно увеличиваются гидравлические потери.

Наиболее предпочтительно использование завихрителя 17, направляющие элементы 18 которого имеют вогнутую форму (см. фиг.6). Каждый из четырех каналов такого завихрителя образован вогнутой поверхностью направляющего элемента 18 и плоской кромкой 31 на обратной стороне соседнего направляющего элемента. Плоская кромка 31 выполняется с углом наклона 45° к оси симметрии завихрителя. Использование данного варианта конструкции завихрителя позволяет существенно снизить гидравлические потери потока жидкости.

Окончательное формирование закрученного потока жидкости осуществляется в цилиндрической камере втулки 13. В цилиндрической камере поток жидкости приобретает заданную структуру: центральная (приосевая) часть потока имеет максимальную осевую и минимальную тангенциальную составляющую скорости по сравнению с периферийной (пристеночной) частью потока.

Размеры цилиндрической камеры в предпочтительном варианте конструкции распылителя выбираются из следующих условий.

Длина L камеры выбирается из условия: L≤14d_с, где d_с - диаметр проходного сечения цилиндрического участка 23 сопла 12. Диаметр D камеры выбирается из условия: D≥3d_c. При указанных условиях достигается снижение гидравлических потерь и обеспечивается заданная структура потока на входе в сопло 12.

Далее сформированный поток жидкости поступает на вход сопла 12, в котором осуществляется ускорение и диспергирование потока жидкости. Жидкость предварительно ускоряется при прохождении последовательно расположенных сужающегося участка 21 коноидальной формы и сужающегося конического участка 22. При движении ускоренного потока жидкости по цилиндрическому участку 23 сопла 12 происходит интенсивное образование кавитационных пузырьков в закрученном потоке жидкости. Процесс парообразования в потоке жидкости продолжается до входа в расширяющийся конический участок 24 (диффузор) сопла 12, в котором происходят интенсивный рост и схлопывание кавитационных пузырьков.

При движении на участке 24 поток жидкости отрывается от стенок сопла, происходит интенсивное схлопывание кавитационных пузырьков и дробление образовавшихся тангенциально закрученных капель жидкости. В процессе течения по участку 24 сопла 12 происходит образование парогазовой фазы в потоке жидкости. Вследствие этого снижается плотность потока, и происходит ускорение двухфазного потока в расширяющейся части канала сопла 12.

В полости расширяющегося конического участка 24 сопла 12 статическое давление мало и сравнимо по величине с давлением кавитации. Поэтому возникает направленное течение воздуха из окружающего пространства в полость между газожидкостным потоком и стенкой сопла. Встречное течение воздуха вдоль стенок расширяющегося участка 24 сопла 12 способствует процессу вихреобразования. Данное явление приводит к интенсивному схлопыванию кавитационных полостей в потоке жидкости и к его дроблению. В результате образуется мелкодисперсный газокапельный поток с каплями жидкости, имеющими тангенциальную составляющую скорости.

Средний размер капель в генерируемом потоке, определенный как отношение общего объема к поверхности капель, составлял от 200 до 400 мкм. При этом размер отдельных капель в потоке изменялся от 40 до 400 мкм. Следует отметить, что указанный диапазон размеров капель в генерируемом потоке соответствует оптимальному диапазону капель от 200 до 300 мкм, который наиболее эффективен для тушения очагов возгорания твердых горючих веществ.

В ходе экспериментальных исследований было установлено, что в зависимости от величины тангенциальной скорости капель генерируемый поток имеет различный угол конусности факела. Таким образом, посредством регулирования величины тангенциальной скорости потока на входе в сопло можно изменять форму факела распыляемого потока жидкости.

Согласно настоящему изобретению регулирование величины тангенциальной скорости потока жидкости производится за счет изменения азимутального положения отверстий 16 диафрагмы 15 относительно отверстий 26 завихрителя 17. Относительное азимутальное перемещение отверстий осуществляется оператором посредством углового смещения втулки 13 относительно штуцера 14. Вращение втулки 13 обеспечивается за счет ее установки с зазорами относительно сопряженных конструктивных элементов. Герметизация стыков между втулкой 13, накидной гайкой 25 и штуцером 14 осуществляется с помощью уплотняющих прокладок 27 и 28. Стык между втулкой 13 и соплом 12 является неподвижным и герметизирован уплотняющей прокладкой 20, которая поджимается накидной гайкой 19.

Азимутальное перемещение отверстий 16 и 26 может происходить в ограниченном угловом диапазоне от 0° до 45°. Ограничение углового перемещения обеспечивается с помощью выступа 29 на втулке 13, который фиксирует крайние угловые положения втулки 13 при движении вдоль стенок паза 30, выполненного в торцевой части штуцера 14 (см. фиг.3).

В исходном положении втулки 13 отверстия 16 расположены напротив отверстий 26 завихрителя 17. Поток жидкости в этом случае разделяется на отдельные струи, формируемые в отверстиях 16 диафрагмы 15. После прохождения через мембрану часть струй попадает на поверхности направляющих элементов 18 завихрителя 17, однако большая часть потока жидкости проходит через отверстия 26 без закрутки.

Частично закрученный поток жидкости попадает далее в цилиндрическую камеру втулки 13, где происходит формирование общего потока из отдельных струй. Давление жидкости у входного сечения сопла составляет ~8·10⁵ Па. После ускорения и диспергирования потока жидкости в профилированном канале сопла 12 образуется распыленный поток жидкости с углом конусности факела струи ~20°. Дальность подачи мелкодисперсного газокапельного потока при расходе жидкости от 0,2 до 0,4 л/с составляет более 10 м. Узконаправленный поток огнетушащего вещества, генерируемый с помощью распылителя жидкости, может использоваться для тушения очагов горения твердых веществ.

При тушении очагов возгорания горючих жидких веществ и легковоспламеняющихся жидкостей необходимо увеличить угол конусности факела газокапельного потока. Для этого оператор производит угловое смещение втулки 13 относительно штуцера 14 до фиксированного крайнего положения выступа 29 втулки 13 в пазу 30. В указанном положении втулки 13 отверстия 16 диафрагмы 15 располагаются напротив поверхностей направляющих элементов 18 завихрителя 17. Отдельные струи жидкости, проходящие через отверстия 16 диафрагмы 15, отклоняются поверхностями направляющих элементов 18. В результате в цилиндрической камере втулки 13 образуются закрученные струи жидкости, текущие вдоль стенок камеры. Сформированный поток жидкости с закрученной периферийной частью поступает в профилированный канал сопла 12, в котором происходит ускорение и диспергирование потока жидкости. На выходе из сопла 12 генерируется мелкодисперсный газокапельный поток с углом конусности факела ~30°. Как показали проведенные исследования, несмотря на увеличение угла конусности факела струи, однородность газокапельного потока по размеру капель, расход жидкости и дальность подачи газокапельного потока практически не изменялись.

При использовании распылителя жидкости в составе переносной установки пожаротушения, которая была выполнена согласно изобретению, осуществлена возможность изменения угла конусности факела распыленного потока жидкости в диапазоне от 20° до 30° посредством поворота оператором втулки 13 распылителя жидкости. При изменении угла конусности факела газокапельного потока в указанном диапазоне все основные параметры потока соответствовали заданным требованиям, что подтверждает достижение технического результата.

Изобретение может использоваться в системах пожаротушения и в составе технологического оборудования различного назначения. Наряду с системами пожаротушения распылитель жидкости может применяться для сжигания топлива в теплоэнергетике и на транспорте, а также для увлажнения окружающей среды и распыления дезинфицирующих веществ и инсектицидов. В качестве средства пожаротушения изобретение может использоваться в стационарных и мобильных установках для тушения пожаров на различных объектах: в помещениях больниц, библиотек и музеев, на судах, самолетах, а также очагов возгорания в открытом пространстве и т.д.

Изобретение относится к технике распыления жидкостей и может быть использовано в системах пожаротушения и в технологическом оборудовании различного назначения. Переносная установка пожаротушения содержит емкость с жидкостью, предназначенной для пожаротушения, систему подачи жидкости под давлением и распылитель жидкости, соединенный через подводящий трубопровод с емкостью. В состав распылителя жидкости входит сопло с профилированным каналом, цилиндрическая камера, одна торцевая часть которой соединена с входом сопла, и завихритель потока жидкости, установленный перед второй торцевой частью цилиндрической камеры. Количество направляющих элементов завихрителя не менее трех. Направляющие элементы установлены равномерно по азимуту поперечного сечения цилиндрической камеры. Кромки близлежащих направляющих элементов образуют сквозные отверстия в проекции на поперечное сечение цилиндрической камеры. Перед завихрителем по направлению движения потока жидкости установлена диафрагма, в которой выполнены отверстия, расположенные напротив сквозных отверстий завихрителя. Конструкция распылителя обеспечивает азимутальное перемещение диафрагмы относительно оси симметрии цилиндрической камеры, в результате чего изменяется взаимное азимутальное расположение отверстий диафрагмы и отверстий завихрителя. При использовании изобретения обеспечивается возможность изменения угла конусности факела распыленного газокапельного потока при сохранении величины расхода жидкости, дальности подачи потока и заданной однородности потока по размеру капель. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Переносная установка пожаротушения, содержащая емкость с жидкостью, предназначенной для пожаротушения, систему подачи жидкости под давлением, завихритель потока жидкости с направляющими элементами, распылитель жидкости, соединенный через подводящий трубопровод с емкостью, при этом в состав распылителя жидкости входит сопло с профилированным каналом и цилиндрическая камера, одна торцевая часть которой соединена с входом сопла, отличающаяся тем, что, завихритель потока жидкости установлен перед второй торцевой частью цилиндрической камеры, количество направляющих элементов завихрителя не менее трех, направляющие элементы установлены равномерно по азимуту поперечного сечения цилиндрической камеры, кромки близлежащих направляющих элементов образуют сквозные отверстия в проекции на поперечное сечение цилиндрической камеры, перед завихрителем по направлению движения потока жидкости установлена диафрагма, в которой выполнены отверстия, расположенные напротив сквозных отверстий завихрителя, причем конструкция распылителя обеспечивает азимутальное перемещение диафрагмы относительно оси симметрии цилиндрической камеры.2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что длина L цилиндрической камеры выбрана из условия: L≤14d_c, где d_c - диаметр проходного сечения цилиндрического участка сопла.3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что диаметр D цилиндрической камеры выбран из условия: D≥3d_c, где d_c - диаметр проходного сечения цилиндрического участка сопла.4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что поверхность направляющих элементов имеет вогнутую форму.5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что профилированный канал сопла образован последовательно расположенными сужающимся коническим участком, цилиндрическим участком и расширяющимся коническим участком.6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что профилированный канал сопла образован последовательно расположенными сужающимся участком коноидальной формы, сужающимся коническим участком, цилиндрическим участком и расширяющимся коническим участком.7. Установка по п.1, отличающаяся тем, что профилированный канал сопла образован последовательно расположенными сужающимся участком коноидальной формы, сужающимся коническим участком и цилиндрическим участком.8. Распылитель жидкости, содержащий сопло с профилированным каналом, цилиндрическую камеру, одна торцевая часть которой соединена с входом сопла, и завихритель потока жидкости, при этом завихритель потока жидкости установлен перед второй торцевой частью цилиндрической камеры, количество направляющих элементов завихрителя не менее трех, направляющие элементы установлены равномерно по азимуту поперечного сечения цилиндрической камеры, кромки близлежащих направляющих элементов образуют сквозные отверстия в проекции на поперечное сечение цилиндрической камеры, перед завихрителем по направлению движения потока жидкости установлена диафрагма, в которой выполнены отверстия, расположенные напротив сквозных отверстий завихрителя, причем конструкция распылителя обеспечивает азимутальное перемещение диафрагмы относительно оси симметрии цилиндрической камеры.9. Распылитель по п.8, отличающийся тем, что длина L цилиндрической камеры выбрана из условия: L≤14d_c, где d_c - диаметр проходного сечения цилиндрического участка сопла.10. Распылитель по п.8, отличающийся тем, что диаметр D цилиндрической камеры выбран из условия: D≥3d_c, где d_c - диаметр проходного сечения цилиндрического участка сопла.11. Распылитель по п.8, отличающийся тем, что поверхность направляющих элементов имеет вогнутую форму.12. Распылитель по п.8, отличающийся тем, что профилированный канал сопла образован последовательно расположенными сужающимся коническим участком, цилиндрическим участком и расширяющимся коническим участком.13. Распылитель по п.8, отличающийся тем, что профилированный канал сопла образован последовательно расположенными сужающимся участком коноидальной формы, сужающимся коническим участком, цилиндрическим участком и расширяющимся коническим участком.14. Распылитель по п.8, отличающийся тем, что профилированный канал сопла образован последовательно расположенными сужающимся участком коноидальной формы, сужающимся коническим участком и цилиндрическим участком.