РАСПЫЛИТЕЛЬНАЯ ГОЛОВКА ДЛЯ УСТАНОВОК ПОЖАРОТУШЕНИЯ ТОНКОРАСПЫЛЕННОЙ ПОД ВЫСОКИМ ДАВЛЕНИЕМ ЖИДКОСТЬЮ Российский патент 2015 года по МПК A62C31/02 B05B1/14 

Изобретение относится к области противопожарной техники, а именно к высокоэффективным системам пожаротушения тонкораспыленной под высоким давлением водой, и может быть использовано для тушения или локализации пожара в производственных и административных зданиях и помещениях, в которых размещено технологическое оборудование.

В настоящее время в числе наиболее перспективных направлений по противопожарной защите объектов различного назначения является применение средств тушения пожаров тонкораспыленной водой (ТРВ). Главное достоинство тонкораспыленной под высоким давлением воды со среднеарифметическим диаметром капель до 100 мкм - это объемно-поверхностный способ тушения пожаров, который позволяет быстро ликвидировать пламенное горение практически всех веществ, за исключением веществ, бурно реагирующих с водой с выделением горючих газов и тепловой энергии. Особенно актуально применение этого способа на объектах, где требуется высокая эффективность тушения, имеются ограничения по водоснабжению и актуальна минимизация ущерба от проливов воды. Тонкораспыленная вода, как никакое другое огнетушащее вещество, обладает способностью к охлаждению зоны горения ниже температуры воспламенения и уменьшению концентрации реагирующих веществ парами ниже уровня устойчивого горения.

В России оросители ТРВ выпускаются ЗАО «Спецавтоматика» (г. Бийск), ЗАО «МЭЗ Спецавтоматика» г. Москва, ООО «ГЕФЕСТ» г. Санкт-Петербург. Среднеарифметический диаметр капель при разбрызгивании в таких оросителях составляет около 150 мкм при давлении от 0,6 МПа и выше. Известны различные конструкции распылительных головок для таких установок фирм FOGTEC BRANDSCHUTZ GMBH & СО (Германия), LPG (Испания), EUSEBI IMPIANTI S.R.L (Италия), МАРИОФ СО (Финляндия).

Преимущества тушения пожаров тонкораспыленной водой хорошо известны. Это и возможность тушения практически всех веществ и материалов, в том числе пирофорных, за исключением веществ, реагирующих с водой с выделением тепловой энергии и горючих газов, высокая эффективность тушения, обусловленная повышенным охлаждающим эффектом за счет высокой удельной поверхности капель, равномерного действия воды непосредственно на очаг горения, снижением концентрации кислорода и разбавления горючих паров в зоне горения в результате образования пара, защитный эффект от воздействия лучистого тепла на людей, несущие и ограждающие конструкции и на соседствующие горючие материалы, поглощение и удаление токсичных газов и дыма в помещениях, незначительный ущерб от пролитой воды и минимальное потребление воды.

Распылительные головки и оросители, которые собственно и создают водяной туман, в зависимости от назначения имеют разное конструктивное исполнение, но ко всем распылительным головкам и оросителям применимы требования равномерного орошения объекта защиты, так как это является одним из решающих факторов.

Известен способ пожаротушения и устройство для его осуществления (патент РФ №2297865, МПК А62С 37/00, опубл. 27.04.2007 г. «Ороситель»).

Известный ороситель содержит полый цилиндрический корпус с входным тангенциальным патрубком, размещенный в корпусе сердечник, и закрепленную на корпусе снизу насадку, имеющую центральное и боковые выходные отверстия и конусный отражатель. Угол, образованный внутренней поверхностью отражателя и осью бокового выходного отверстия, составляет 10-20°, а сердечник на торце, контактирующий с насадкой, имеет круглую центральную выемку с отходящими от нее радиальными каналами, образующую камеру диспергирования.

Известный ороситель работает следующим образом.

При подаче жидкости, подлежащей распылению, ее поток через тангенциальный патрубок поступает внутрь корпуса и, закручиваясь вокруг сердечника, выходит наружу через боковые отверстия насадки, попадая на конусный отражатель, и через центральное выходное отверстие, проходя предварительно через радиальные каналы и центральную выемку, образующие в совокупности камеру диспергирования.

Известный ороситель формирует два факела распыленной воды (внутренний и внешний) и реализует ударный способ образования распыленной воды в сочетании с центробежным. Струи воды, падающие под определенным углом к внутренней поверхности отражателя, расположенного над боковыми выходными отверстиями насадки, образуют внешний водяной факел. Внутренний водяной факел, выходящий через центральное выходное отверстие насадки, формируется в камере диспергирования, которая образована в месте соприкосновения с сердечником корпуса.

Однако известный ороситель не позволяет получить равномерное распыление по объему в силу недостаточного измельчения водяного потока, выходящего через отверстия в виде струй, разбивающихся лишь при ударе об отражатель, формирующий направленное действие водяного потока, причем с помощью низкого давления, в результате чего известный ороситель не обеспечивает равномерного тушения пожара даже по площади.

За прототип предлагаемого изобретения выбрана известная распылительная головка для установок пожаротушения тонкораспыленной под высоким давлением жидкостью, содержащая корпус, выполненный в виде цилиндрического ступенчатого объемного тела, в цилиндрической части которого размещена камера для подачи жидкости под высоким давлением, снабженная фильтрами и соединенная через переходник, который установлен соосно корпусу с трубопроводом, и камеру закручивания потока жидкости, сопряженную с выпускным отверстием, расположенным в центре торцевой стенки корпуса (Распылитель центробежный «РЦ-180». Пособие по применению ЗАО «ПО СПЕЦАВТОМАТИКА», 2005 г., стр. 2-9).

Известная распылительная головка содержит корпус, выполненный в виде цилиндрического ступенчатого объемного тела, внутри которого размещена камера для подачи жидкости под высоким давлением. Камера для подачи жидкости с одной стороны снабжена фильтрами, уплотнительным кольцом и соединена через переходник, который установлен соосно корпусу, с трубопроводом. Камера закручивания потока жидкости выполнена в виде вставки с винтовыми канавками, которая соединена резьбовым соединением с втулкой, сопряженной с выпускным отверстием, расположенным в центре торцевой стенки корпуса. Входное отверстие корпуса защищено крышкой, предохраняющей резьбу от повреждения и защищающей распылитель от загрязнения во время транспортирования. На выходном отверстии установлены фильтры в виде сетки и защитная крышка, благодаря которой распылитель не засоряется при транспортировании, а при эксплуатации снижается засорение трубопровода.

Известное устройство работает следующим образом.

Жидкость по тангенциальным каналам, ось которых смещена относительно оси сопла, подается в камеру закручивания, где приобретает интенсивное вращательное движение и поступает в сопло. При выходе из сопла распылителя водяная пленка распадается на капли, которые имеют высокую скорость полета.

Отличительной особенностью данного распылителя, по мнению его авторов, является структура потока огнетушащего вещества. Она характерна разделением потока на два факела конусообразной формы, находящихся один в другом, при этом внутренний факел с углом распыла около 60° имеет среднеарифметический диаметр капель при минимальном давлении не более 100 мкм, а внешний с углом распыла около 90° - не более 200 мкм. Внутренняя мелкодисперсная зона водяного потока позволяет осуществить тушение очагов возгорания, внешняя капельная зона препятствует распространению очага возгорания.

Известный распылитель имеет следующие технические характеристики: по монтажному расположению - любое положение в пространстве; диапазон рабочего давления - 0,4-1,0 МПа; защищаемая площадь -12 м²; присоединительная резьба - R³/₄, К-фактор - 2,3 (34,1) GPM/PSI (LPM/bar); средний диаметр капель в потоке - 200 мкм.

По мнению авторов настоящей заявки, разделение потока на два факела с разной дисперсией происходит вследствие недостаточного давления жидкости, при этом расход жидкости через распылитель даже при минимальном давлении согласно паспорту превышает 1 л/сек, следовательно, даже дисперсия капель не позволяет тушить по объему (не создается эффект тумана), недостаточен угол распыла - 90°. Кроме того, внешняя капельная зона ограничивает распространение внутренней мелкодисперсной зоны водяного потока.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является обеспечение получения равномерного распыла и распределения по объему жидкого огнетушащего вещества (вода, вода с добавками), а также расширение арсенала технических средств пожаротушения.

Технический результат достигается тем, что в известной распылительной головке для установок пожаротушения тонкораспыленной под высоким давлением жидкостью, содержащей корпус, выполненный в виде цилиндрического ступенчатого объемного тела, в цилиндрической части которого размещена камера для подачи жидкости под высоким давлением, снабженная фильтрами и соединенная через переходник, который установлен соосно корпусу, с трубопроводом и камеру закручивания потока жидкости, сопряженную с выпускным отверстием, расположенным в центре торцевой стенки корпуса, рабочая часть распылительной головки имеет два конических участка, один из которых выполнен в виде усеченного конуса с углом от 40 до 120° с равномерно размещенными на нем съемными сопловыми вставками с выпускными отверстиями, второй конусный участок размещен на торцевой стенке распылительной головки, вершина которого обращена к основанию усеченного конуса, съемная сопловая вставка имеет цилиндрический корпус с выпускным отверстием в центре торцевой стенки, в котором размещен ступенчатый полый цилиндр и камера закручивания потока жидкости, камера для подачи жидкости под высоким давлением размещена внутри ступенчатого цилиндра и сообщается с центральной камерой подачи жидкости, размещенной в штуцере, расположенном в цилиндрической части корпуса, диаметр основания ступенчатого полого цилиндра соответствует диаметру внутренней полости корпуса сопловой вставки, вторая часть ступенчатого цилиндра выполнена с меньшим диаметром, несет на себе отверстия и две прорези, сообщающиеся с торцевой стенкой, для подачи жидкости в камеру закручивания потока жидкости, камера закручивания потока жидкости сопловой вставки образована внутренней конической торцевой стенкой корпуса сопловой вставки и торцевой стенкой ступенчатого цилиндра, центральная камера закручивания потока жидкости образована внутренней торцевой стенкой корпуса распылителя и цилиндрической полостью, выполненной на торцевой стенке штуцера, при этом стенки полости снабжены пазами, выполненными с одинаковым смещением относительно центра цилиндрической полости. При этом центральное и боковые выпускные отверстия выполнены с равными диаметрами от 0,8 до 1,5 мм. Распылительная головка имеет не менее четырех съемных сопловых вставок, которые выполнены разборными.

Предлагаемое изобретение отвечает требованию «новизна» и «изобретательский уровень», так как в процессе проведения патентно-информационных исследований не выявлено технических решений, порочащих новизну изобретения, равно как и технических решений с существенными признаками предлагаемого устройства.

Предлагаемое устройство позволяет получить следующий технический эффект.

Снабжение рабочей части распылительной головки двумя коническими участками, один из которых выполнен в виде усеченного конуса с углом от 40 до 120° с равномерно размещенными на нем съемными сопловыми вставками с выпускными отверстиями, и размещение второго конусного участка на торцевой стенке распылительной головки с вершиной, обращенной к основанию первого усеченного конуса, конструктивные особенности камер для подачи жидкости и камер закручивания потока жидкости боковых съемных сопловых вставок и центральной камеры для подачи и закручивания потока жидкости, наличие на распылительной головки определенного количества сопловых вставок, распределенных с равным углом по конической поверхности позволяет создать более мелкое распыление воды со среднеарифметическим диаметром капель до 100 мкм при давлении от 4 МПа. Высокое давление позволяет создать лучший и равномерный распыл и достичь эффекта водяного тумана. Выполнение выпускных отверстий с равными диаметрами, обеспечивающими минимально необходимый расход жидкости для эффективного тушения пожара, что подтверждается огневыми испытаниями, позволяет равномерно распределять огнетушащую жидкость по объему. Тем самым организуются условия для предотвращения излишней порчи имущества в очаге тушения. Выполнение узлов распылительной головки разборными и съемными облегчает ее техническое обслуживание. Возможность изготовления распылительной головки с равным диаметром от 0,8 до 1,5 мм и выполнение участка корпуса в виде усеченного конуса с углом от 40 до 120° позволяют создать оптимальные условия ее применения в различных условиях пожаротушения и при различной высоте установки.

Заявителем была рассчитана математическая модель, а затем созданы экспериментальные образцы распылительных головок с различным углом усеченного конуса и проведены их экспериментальные испытания. В результате которых было выявлено, что выполнение участка корпуса с углом усеченного конуса менее 40° не позволяет добиться равномерного распыла, так как поток распыленного боковыми сопловыми вставками ОТВ конденсируется на потолке и стекает в виде крупных капель, таким образом часть ОТВ перестает участвовать в процессе тушения пожара. Выполнение участка корпуса с углом усеченного конуса более 120° приводит к тому, что распыляемые боковыми сопловыми вставками потоки ОТВ начинают пересекаться с распыляемым центральным соплом потоком ОТВ, размещенным в центре торцевой части корпуса, и в месте пересечения потоков происходит соударение и укрупнение распыленных частиц ОТВ, снижается эффект "тонкого распыления" и эффективность распределения микрокапель ОТВ по объему, которому, кроме того, способствует большой угол конусности корпуса и приближающаяся к вертикальной направленность боковых сопел.

Изобретение поясняется следующим графическим материалом.

На фиг. 1 изображена распылительная головка в разрезе (стрелки показывают направление потока жидкости). На фиг. 2 изображена торцевая стенка конусной части. На фиг. 3 изображен ступенчатый полый цилиндр сопловой вставки. На фиг. 4 изображена центральная камера закручивания потока жидкости.

Распылительная головка (фиг. 1) для установок пожаротушения тонкораспыленной под высоким давлением жидкостью содержит корпус 1, выполненный в виде цилиндрического ступенчатого объемного тела. В цилиндрической части корпуса 1 размещен штуцер 2, содержащий камеру для подачи воды под высоким давлением. Штуцер 2 снабжен фильтрами 3, рассекателем 4 и соединен через переходник 5, который установлен соосно корпусу, с трубопроводом (на фиг. 1 не показан). Центральная камера закручивания потока жидкости 6 сопряжена с выпускным отверстием 7 (фиг. 1, 2), расположенным в центре торцевой стенки 8 корпуса 1. Распылительная головка имеет два конических участка 9 и 10. Конический участок 9 выполнен в виде усеченного конуса с углом от 40 до 120° с равномерно размещенными на нем съемными сопловыми вставками 11 с выпускными отверстиями 12 (фиг. 2). Конусный участок 10 размещен на торцевой стенке 8 распылительной головки, вершина конусного участка обращена к основанию усеченного конуса 9. Съемная сопловая вставка 11 имеет цилиндрический корпус 13 с выпускным отверстием 12 в центре торцевой стенки. В корпусе 13 размещены ступенчатый полый цилиндр 14 (фиг. 1, 3) и камера закручивания потока жидкости 15 (фиг. 1). Камера для подачи жидкости под высоким давлением 15 размещена внутри ступенчатого цилиндра 14 и сообщается с центральной камерой подачи жидкости. Диаметр основания 16 (фиг. 3) ступенчатого полого цилиндра 14 соответствует диаметру внутренней полости корпуса сопловой вставки 11. Вторая часть 17 (фиг. 3) ступенчатого полого цилиндра 14 выполнена с меньшим диаметром и несет на себе отверстия 18 и две прорези 19, сообщающиеся с торцевой стенкой для подачи жидкости в камеру закручивания потока жидкости 15 сопловой вставки, которая образована внутренней конической торцевой стенкой корпуса сопловой вставки и торцевой стенкой ступенчатого цилиндра 14. Центральная камера закручивания потока жидкости 6 образована внутренней торцевой стенкой 8 корпуса распылителя и цилиндрической полостью 20 (фиг. 4), выполненной на торцевой стенке штуцера 2, при этом стенки полости снабжены пазами 21, выполненными с одинаковым смещением относительно центра цилиндрической полости. Центральное отверстие 7 и выпускные отверстия 12 сопловых вставок выполнены с равными диаметрами от 0,8 до 1,5 мм. Распылительная головка имеет не менее четырех боковых съемных сопловых вставок, которые выполнены разборными.

Предлагаемая распылительная головка работает следующим образом.

При срабатывании пожарной сигнализации срабатывает система подачи воды и из магистрали вода под высоким давлением подается в штуцер 2, где через рассекатель 4 и набор фильтров 3 попадает в центральную камеру для подачи жидкости под высоким давлением от 4 МПа, откуда жидкость одновременно подается через ступенчатые полые цилиндры 14 в камеры закручивания потока жидкости 15 съемных сопловых вставок 11 и в центральную камеру закручивания жидкости 6. В камерах 6 и 15 поток жидкости получает интенсивное вращение и, вырываясь наружу через выпускные отверстия, под действием центробежных сил распадается и распыляется на большое количество мелких капель со среднеарифметическим диаметром до 100 мкм, в результате чего образуется мелкодисперсная зона водяного тумана.

Произведена проверка работы распылительной головки с использованием различного угла первой усеченной конусной части корпуса на разной высоте установки распылительной головки при тушении пожара класса А и тушении пожара класса В.

Изобретение относится к области противопожарной техники, а именно к высокоэффективным системам пожаротушения тонкораспыленной под высоким давлением водой, и может быть использовано для тушения или локализации пожара в производственных и административных зданиях и помещениях, в которых размещено технологическое оборудование. Рабочая часть распылительной головки имеет два конических участка. Один из участков выполнен в виде усеченного конуса с углом от 40 до 120° с размещенными на нем съемными сопловыми вставками с выпускными отверстиями. Второй конусный участок размещен на торцевой стенке распылительной головки, вершина которого обращена к основанию усеченного конуса. Съемная сопловая вставка имеет цилиндрический корпус с выпускным отверстием в центре торцевой стенки, в котором размещен ступенчатый полый цилиндр и камера закручивания потока жидкости. Камера для подачи жидкости под высоким давлением размещена внутри ступенчатого цилиндра и сообщается с центральной камерой подачи жидкости, размещенной в штуцере, расположенном в цилиндрической части корпуса. Диаметр основания ступенчатого полого цилиндра соответствует диаметру внутренней полости корпуса сопловой вставки. Вторая часть ступенчатого цилиндра выполнена с меньшим диаметром, несет на себе отверстия и две прорези, сообщающиеся с торцевой стенкой, для подачи жидкости в камеру закручивания потока жидкости. Камера закручивания потока жидкости сопловой вставки образована внутренней конической торцевой стенкой корпуса сопловой вставки и торцевой стенкой ступенчатого цилиндра. Центральная камера закручивания потока жидкости образована внутренней торцевой стенкой корпуса распылителя и цилиндрической полостью, выполненной на торцевой стенке штуцера. Стенки полости снабжены пазами, выполненными с одинаковым смещением относительно центра цилиндрической полости. Техническим результатом изобретения является обеспечение получения равномерного распыла и распределения по объему огнетушащего вещества, а также расширение арсенала технических средств пожаротушения. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Распылительная головка для установок пожаротушения тонкораспыленной под высоким давлением жидкостью, содержащая корпус, выполненный в виде цилиндрического ступенчатого объемного тела, в цилиндрической части которого размещена камера для подачи жидкости под высоким давлением, снабженная фильтрами и соединенная через переходник, который установлен соосно корпусу, с трубопроводом, и камеру закручивания потока жидкости, сопряженную с выпускным отверстием, расположенным в центре торцевой стенки корпуса, отличающаяся тем, что рабочая часть распылительной головки имеет два конических участка, один из которых выполнен в виде усеченного конуса с углом от 40 до 120° с размещенными на нем съемными сопловыми вставками с выпускными отверстиями, второй конусный участок размещен на торцевой стенке распылительной головки, вершина которого обращена к условной вершине усеченного конуса, съемная сопловая вставка имеет цилиндрический корпус с выпускным отверстием в центре торцевой стенки, в котором размещены ступенчатый полый цилиндр и камера закручивания потока жидкости, камера для подачи жидкости под высоким давлением размещена внутри ступенчатого цилиндра и сообщается с центральной камерой подачи жидкости, размещенной в штуцере, расположенном в цилиндрической части корпуса, диаметр основания ступенчатого полого цилиндра соответствует диаметру внутренней полости корпуса сопловой вставки, вторая часть ступенчатого цилиндра выполнена с меньшим диаметром, несет на себе отверстия и две прорези, сообщающиеся с торцевой стенкой, для подачи жидкости в камеру закручивания потока жидкости, камера закручивания потока жидкости сопловой вставки образована внутренней конической торцевой стенкой корпуса сопловой вставки и торцевой стенкой ступенчатого цилиндра, центральная камера закручивания потока жидкости образована внутренней торцевой стенкой корпуса распылителя и цилиндрической полостью, выполненной на торцевой стенке штуцера, при этом стенки полости снабжены пазами, выполненными с одинаковым смещением относительно центра цилиндрической полости.

2. Распылительная головка по п.1, отличающаяся тем, что центральное и боковые выпускные отверстия выполнены с равными диаметрами от 0,8 до 1,5 мм.

3. Распылительная головка по п.1, отличающаяся тем, что распылительная головка имеет не менее четырех съемных конусных вставок, которые выполнены разборными.