Распылительная форсунка Российский патент 2024 года по МПК B05B1/34 

Предлагаемое изобретение относится к области водяного орошения, в частности, при пожаротушении, и может быть использовано для тушения огня в автоматическом и ручном режиме, в стационарных и мобильных установках распыления вещества высокого и низкого давления, например, в снежных пушках.

Известна вихревая форсунка [патент на изобретение RU 2465066, опубл. 27.10.2012г.], содержащая корпус с камерой завихрения и сопло, при этом корпус выполнен в виде подводящего штуцера с центральным отверстием и жестко соединенной с ним и соосной цилиндрической гильзой с внутренней резьбой и расширительной камерой, соосной корпусу, при этом соосно корпусу в его нижней части подсоединено к гильзе посредством резьбы сопло, выполненное в виде перевернутого стакана, в днище которого выполнен турбулентный завихритель потока жидкости с по крайней мере двумя наклонными к оси сопла вводами в виде цилиндрических отверстий, расположенных в торцевой поверхности сопла, где также выполнено центральное цилиндрическое дроссельное отверстие, соединенное со смесительной камерой сопла, последовательно соединенной с диффузорной выходной камерой.

Недостатком известного решения является недостаточная степень разбиения потока, поскольку на пути движения потока расположен рассекатель с осевым сквозным каналом, через который проходит большая часть потока, не претерпевая изменения траектории и не подвергаясь разбиению на более мелкие частицы.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности распыления за счет повышения проникающей способности создаваемого вещества, благодаря уменьшению размера капли распыляемого вещества.

Указанный технический результат достигается за счет того, что распылительная форсунка включает корпус, внутри которого образованы сообщающиеся друг с другом входной канал для прохода потока вещества и внутренняя полость, имеющая выход наружу, во внутренней полости установлен рассекатель потока, в котором образовано по меньше мере два сквозных канала для прохода потока вещества, каждый из которых содержит по меньшей мере одну кромку, по меньшей мере на части которой наименьший угол между двумя образующими кромку поверхностями выполнен меньше или равным 90 градусов, при этом каждый сквозной канал в рассекателе образован не соосно входному каналу и центр входного отверстия сквозного канала не лежит на продолжении оси входного канала.

Таким образом с помощью заявляемого изобретения повышается эффективность распыления за счет повышения проникающей способности создаваемого вещества, благодаря способности создаваемого вещества, представляющего собой сверхплотный мелкодисперсный водяной туман с уменьшенным размером каплей, мгновенно заполнять объем помещения с высокой эффективностью. Низкий расход воды при уменьшении рабочего давления для систем низкого давления и одновременно с этим уменьшение расхода воды при сохранении высокого рабочего давления в системах высокого давления стали возможными именно за счет того, что поток вещества, проходя через входной канал и попадая во внутреннюю полость, перед выходом наружу разбивается рассекателем на множество частиц, приводя к значительному увеличению дисперсности благодаря увеличению кинетической энергии микрокапель, которое приводит к большему количеству соударений о друг друга или стенки канала и, следовательно, к уменьшению размера капель.

При этом благодаря наличию в рассекателе по меньшей мере двух сквозных каналов и из-за их несоосности как целиком с входным каналом, так и их входных отверстий, образуется препятствие на пути потока, выходящего из входного канала, разбивающее поток, который затем разделяется в сквозные каналы, на выходе из которых благодаря кромкам срыва преобразуется в мелкодисперсную взвесь.

По сути, в рассекателе создается перекрестие для первоначального «грубого» разбиения потока, а затем уже дисперсность усиливается кромками срыва потока, позволяющими разбивать поток на множество капель, инициируя процесс их хаотичного столкновения друг с другом и внутренними стенками распылительного канала, поскольку рассекатель расположен внутри распылительного канала. Наименьший угол между двумя образующими кромку поверхностями выполняют меньше или равным 90 градусов, поскольку срыв потока возможен только при прямом или остром угле кромки, если угол будет «тупой», то образуется воронка и будет происходить не срыв потока, а его закручивание в воронку, что не приведен к должному эффекту разбиения.

Распыляемая настоящим способом жидкая среда определяется как поток совместно движущегося множества отдельных микрокапель, получающих избыточный заряд кинетической энергии избыточным давлением, принуждающим капли водяного потока к поступательному движению и стремлению ими высвободить накопленную энергию. Высвобождение накопленной энергии каждой отдельной микрокаплей происходит в момент ее соударения с рассекателем и срыва с его поверхности. При этом каждая микрокапля приобретает индивидуальное ускорение и траекторию движения, в зависимости от количества накопленной кинетической энергии. При этом в физическом смысле все капли пытаются оттолкнуться друг от друга, увеличивая дистанцию убегания. Дальнейшая траектория движения подавляющего большинства отдельных капель преломляется стенками канала, направляя отраженные капли навстречу друг другу. Следует дальнейшее столкновение встречно движущихся капель, с еще большей диспергацией и увеличением числа свободно и хаотично движущихся капель. Процесс хаотичного отражения и столкновения свободных капель продолжается с увеличивающейся интенсивностью. На выходе из распылительного канала формируют мелкодиспергированное (размер капель менее 80 мкм) вещество, формулируемое как сверхплотный мелкодисперсный водяной туман, обладающий высокой проникающей способностью, способностью мгновенно заполнять защищаемый объем помещения и высокой эффективностью тушения локальных и объемных огневых очагов классов А и В, любой категории сложности. Одновременно с этим уменьшение размера капель по сравнению с известными техническими решениями приводит к увеличению площади соприкосновения с нагретой поверхностью и, следовательно, к повышению эффективности охлаждения.

Таким образом, предложена новая конструкция распылительной форсунки, которая позволяет, используя двухступенчатое разбиение потока внутри форсунки, получать на выходе из нее эффективный мелкодисперсный туман из огнетушащего вещества.

Сущность заявляемого изобретения и возможность его практической реализации поясняется приведенным ниже описанием.

Заявляемая распылительная форсунка может быть образована в самостоятельном корпусе. На внешней поверхности корпуса может быть образована резьба для вкручивания форсунки в корпус распылителя (оросителя).

Распылительная форсунка также может быть образована внутри корпуса распылителя таким образом, что его корпус выполнен за одно целое с корпусом форсунки, т.е. стенки корпуса распылителя являются стенками форсунки.

Распылительная форсунка включает корпус, внутри которого образованы сообщающиеся друг с другом входной канал для прохода потока вещества и внутренняя полость.

Входной канал предназначен для прохода через него потока вещества от клапанной полости распылителя во внутреннюю полость форсунки.

Входной канал и внутренняя полость форсунки (дюза) могут быть образованы как соосно, так и не соосно под углом друг к другу. При этом диаметр внутренней полости выполнен больше диаметра входного канала. Внутренняя полость имеет выход наружу и в общем случае представляет собой стакан, через основание которого проходят каналы подачи потока вещества.

Во внутренней полости установлен рассекатель потока.

В рассекателе потока образовано по меньше мере два сквозных канала для прохода потока вещества, каждый из которых содержит по меньшей мере одну кромку, по меньшей мере на части которой наименьший угол между двумя образующими кромку поверхностями выполнен меньше или равным 90 градусов.

Каждый сквозной канал в рассекателе образован не соосно входному каналу и центр входного отверстия каждого сквозного канала не лежит на продолжении оси входного канала. Это позволяет образовать препятствие на пути потока, выходящего из входного канала. Рассекатель не должен содержать ни одного сквозного канала, где он сам или его входное отверстие расположено на оси входного канала.

В рассекателе может быть выполнено любое количество сквозных каналов, но не менее двух, направленных от одного торца рассекателя к другому вдоль стенок внутренней полости параллельно или под углом относительно них так, чтобы все каналы имели выход с другого торца рассекателя.

Рассекатель потока может быть расположен на разных уровнях внутри внутренней полости форсунки. Высота расположения и количество сквозных каналов определяются размером внутренней полости и необходимой степенью разбиения потока. При этом, чем больше остается поверхности внутренних стенок после рассекателя, тем эффективнее будет разбиение потока.

Рассекатель может быть установлен во внутренней полости съемно или несъемно. Рассекатель может быть целиком вкручен или вставлен во внутреннюю полость или частично выступать за ее пределы.

Рассекатель выполнен в виде втулки с по меньшей мере двумя сквозными каналами (вырезами). Каналы могут быть образованы соосно или под углом, но не пересекаясь друг с другом внутри рассекателя. Канал может быть любой формы, при этом по меньшей мере на части кромки канала наименьший угол между двумя образующими кромку поверхностями должен быть выполнен меньше или равным 90 градусов, чтобы образовывать кромку срыва, а не воронку.

При этом в качестве вещества для распыления применяют воду, или вязкие жидкости, или пену и др.

Для изготовления форсунки может использоваться метод фрезерования, что позволяет добиться различных вариантов исполнения дна внутренней полости, например, плоского (без учета технологических скруглений по краям из-за использования фрезы), вогнутого или любой другой формы, а также метод сверления, причем сверло может быть заточено таким образом, что угол его заточки определяет угол в основании внутренней полости, а следовательно и угол наклона входных каналов, если они образованы перпендикулярно поверхности основания внутренней полости. Однако возможен вариант, при котором основание внутренней полости выполнено плоским, а входные каналы подачи потока вещества образованы под соответствующим углом относительно него и между друг другом.

Входные каналы подачи потока вещества выполняют сверлением. Количество таких каналов зависит от размеров внутренней полости и определяется техническими требованиями.

Распылительная форсунка применяется в составе распылителей, предназначенных для систем распыления снега (снежные пушки), систем полива, а также систем пожаротушения. Подобные системы обычно включают соединительные трубопроводы, трубные соединения, гибкие рукава и соединения, клапанные устройства управления и насосные установки с электрическим и пневматическим приводом, совместно обеспечивающие подачу вещества в заданных целях.

Заявляемое изобретение может быть реализовано в любом типе распылителей: дренчерном (цилиндрическом и коническом) и спринклерном (цилиндрическом и коническом).

Высвобождение накопленной энергии каждой отдельной микрокаплей происходит через клапанную полость распылителя в момент выхода из входного канала форсунки в ее внутреннюю полость. При этом каждая микрокапля приобретает индивидуальное ускорение и траекторию движения, в зависимости от количества накопленной кинетической энергии. При этом в физическом смысле все капли пытаются оттолкнуться друг от друга, увеличивая дистанцию убегания. Дальнейшая траектория движения подавляющего большинства отдельных капель преломляется рассекателем и стенками внутренней полости, направляя отраженные капли навстречу друг другу. Следует дальнейшее столкновение встречно движущихся капель, с еще большей диспергацией и увеличением числа свободно и хаотично движущихся капель. Процесс хаотичного отражения и столкновения свободных капель продолжается с увеличивающейся интенсивностью. При этом микрокапли, обладающие большим зарядом кинетической энергии, захватывают слабозаряженные, с последующим формированием мелкодиспергированного вещества, формулируемого как сверхплотный мелкодисперсный туман, обладающий высокой проникающей способностью, способностью мгновенно заполнять заданный объем пространства с высокой эффективностью.

Изобретение может быть использовано при пожаротушении, а также в стационарных и мобильных установках распыления. Распылительная форсунка включает корпус, внутри которого имеются сообщающиеся друг с другом входной канал для прохода потока вещества и внутренняя полость, имеющая выход наружу. При этом диаметр внутренней полости больше диаметра входного канала. Во внутренней полости установлен рассекатель потока, в котором образовано по меньше мере два сквозных канала для прохода потока вещества. Каналы имеют по меньшей мере одну кромку, по меньшей мере на части которой наименьший угол между двумя образующими кромку поверхностями выполнен меньше или равным 90 градусов. Каждый сквозной канал в рассекателе образован не соосно входному каналу и центр входного отверстия сквозного канала не лежит на продолжении оси входного канала. Изобретение позволяет уменьшить размер капель распыляемого вещества.

Распылительная форсунка, включающая корпус, внутри которого образованы сообщающиеся друг с другом входной канал для прохода потока вещества и внутренняя полость, имеющая выход наружу, при этом диаметр внутренней полости выполнен больше диаметра входного канала, во внутренней полости установлен рассекатель потока, в котором образовано по меньше мере два сквозных канала для прохода потока вещества, каждый из которых содержит по меньшей мере одну кромку, по меньшей мере на части которой наименьший угол между двумя образующими кромку поверхностями выполнен меньше или равным 90 градусов, при этом каждый сквозной канал в рассекателе образован не соосно входному каналу и центр входного отверстия сквозного канала не лежит на продолжении оси входного канала.