Головка для створення водяного туману

Об'єктом винаходу є головка для створення водяного туману для гасіння вогню і дезактивації хімічного та біологічного забруднення. Відомі брандспойти для створення водяного туману з двопотоковою головкою, всередині якої відбувається взаємодія двох фаз - рідини та газу. Газ високої кінетичної енергії, який подають по газопроводу, забезпечує пневматичне розпилення потоку рідини або плівки на випускному отворі для води. В однопотокових пневматичних розпилювачах на один потік рідини діє один газовий потік будь-якої форми. У багатопотокових розпилювачах потік рідини, що тече по кільцевому каналу, оточений з двох боків газовим потоком, або газовий потік взаємодіє з потоками рідини. [Z.Orzechowski, J.Prywer, "Rozp ylanie cieczy" ("Atomization of Liquids"), Section IX, page 211, WNT, Warszawa, 1991]. Відомі газодинамічні розпилювачі для створення водяного туману з соплом Лаваля. Це сопло має наскрізний канал з поперечним перерізом, що спочатку зменшується в напрямку до горловини, а потім збільшується в напрямку до випускного отвору сопла. Такий профіль перерізу сопла можна отримати шляхом надання спеціальної форми внутрішній поверхні сопла або шляхом розміщення всередині сопла деталі, що розширюється-звужується. В головках для створення водяного туману, які сьогодні застосовують для гасіння вогню та уловлювання хімічних продуктів, є серйозні проблеми при створенні крапельного потоку з відповідною кінетичною енергією. Оскільки якість створюваного туману підвищується із зменшенням маси крапель, то для збільшення кінетичної енергії необхідно збільшувати швидкість витікання. В той же час, для отримання достатньо малого діаметра крапель водяний потік необхідно випускати через дуже малі отвори або розсіювати за допомогою диспергаторів. Якщо, згідно з цими процесами, краплі повинні мати значну швидкість, необхідно застосовувати як рушійну силу дуже високі тиски. Однак дальність дії застосовуваних сьогодні брандспойтів, що створюють туман, обмежена і, у принципі, не перевищує 4-5 метрів. Тому метою у вирішенні цієї проблеми є розробка головки для створення водяного туману з більшою вихідною потужністю і дальністю дії. Запропонована головка для створення водяного туману включає двопотоковий корпус з трубопроводами для газу та води, аксіально-симетричні газові сопла та концентрично розташований між ними кільцевий отвір для води і характеризується тим, що згаданий отвір для води має на виході водяне сопло, що звужується на конус в напрямку до осі, та центральне і кільцеве зовнішні сопла, що в перерізуй мають профіль сопла Лаваля, з випускним каналом, стінки якого паралельні осі. У кращому варіанті отвір для води виконано за допомогою прикріпленої до корпусу втулки, яка утворює внутрішню частину зовнішнього кільцевого сопла. Втулка закінчується на виході внутрішньою конусною поверхнею, що звужується в напрямку до осі, та циліндричною поверхнею за частиною, що звужуєтьсярозширюється. Отвір для води має на периферії впускної ділянки радіальні канали, з'єднані з трубопроводом для води. Тр убопровід для води має принаймні два впускні отвори, з'єднані з радіальними каналами за допомогою бічних каналів. У кращому варіанті центральне сопло канал за частиною, що звужується-розширюється, має циліндричний випускний канал. В цьому варіанті кожне сопло для газу, центральне та зовнішнє кільцеве, має відношення площі поперечного перерізу випускного отвору до площі поперечного перерізу горловини 1,5-2,5. Більш того, у кращому варіанті в горловині площі поперечного перерізу зовнішнього кільцевого сопла і центрального сопла однакові, з допуском 0,8-1,2. В іншому варіанті центральне сопло має кільцевий центральний випускний канал, а частина, що звужується-розширюється, з циліндричною зовнішньою поверхнею розміщена концентрично всередині центрального сопла. У кращому варіанті частина, що звужується-розширюється, являє собою кругле сопло з профілем сопла Лаваля і має випускний канал, стінки якого паралельні осі. В такому варіанті центрального сопла краще, якщо площа поперечного перерізу горловини круглого сопла дорівнює площі поперечного перерізу горловини центрального сопла, з допуском 0,8-1,2. У кращому варіанті центральне сопло має відношення площі поперечного перерізу випускного отвору до площі поперечного перерізу горловини 1,5-2,5, кільцеве сопло має відношення площі поперечного перерізу випускного отвору до площі поперечного перерізу горловини 5-8, а зовнішнє кільцеве сопло має відношення площі поперечного перерізу зовнішнього випускного отвору до площі поперечного перерізу горловини 1,5-2,5. Більш того, у кращому варіанті площа поперечного перерізу горловини зовнішнього кільцевого сопла удвічі перевищує суму площ поперечних перерізів горловини центрального сопла і горловини кільцевого сопла, з допуском 0,8-1,2. Запропонована головка дає можливість отримувати дуже високий ступінь розпилення води, менше 200мкм, швидку подачу розпиленої рідини і значну дальність дії створеного туману, приблизно 8-10 метрів. Головка характеризується високою здатністю пригнічення та гасіння вогню, категорії АВСЕ, захисту району та місця пожежі та димопоглинання. Головка дає можливість ефективно дезактивувати великі площі хімічно та біологічно забрудненої землі, а також розпилювати рідини іншого призначення. Запропонована головка представлена як приклад на кресленнях, де Фіг.1 - головка у східчастому осьовому перерізі; Фіг.2 - вигляд головки з Фіг.1 з кінця впускного трубопроводу; Фіг.3 - інший варіант головки у східчастому осьовому перерізі. Головка для створення водяного туману включає двопотоковий корпус 1 з трубопроводами для газу і води, аксіально-симетричні газові сопла і концентрично розміщений між ними кільцевий отвір 9 для води. Отвір 9 для води має на виході водяне сопло 8, що звужується в напрямку до осі, газові сопла, центральне 3 і зовнішнє кільцеве 5, що мають профіль сопла Лаваля з випускним каналом, стінки якого паралельні осі. Отвір 9 для води утворений втулкою 4, яка прикріплена до корпусу 1 і утворює вн утрішню частину зовнішнього кільцевого сопла 5. Втулка 4 закінчується на виході вн утрішньою конусною поверхнею, що звужується в напрямку до осі, і має циліндричну зовнішню поверхню позаду частини, що звужується-розширюється. По периферії своєї впускної ділянки отвір 9 для води має радіальні канали, з'єднані з трубопроводом для води. Трубопровід для води має принаймні два впускні отвори, з'єднані з радіальними каналами за допомогою бічних каналів. У варіанті, представленому на Фіг.1, центральне сопло 3 має за частиною, що звужується-росширюється, циліндричний випускний канал. В цьому варіанті центральне сопло 3 і зовнішнє кільцеве сопло 5 мають відношення площі поперечного перерізу випускного отвору і горловини 1,5-2,5. У кращому варіанті площі поперечних перерізів горловини зовнішнього кільцевого сопла 5 і горловини центрального сопла 3 однакові, з допуском 0,8-1,2. Корпус 1 головки має форму східчастого циліндра із зовнішньою нарізкою на трьох східцях. Центральне сопло 3 нагвинчене на перший східець, найменшого діаметра. На наступний нарізний східець нагвинчена втулка 4. Зовнішнє кільцеве сопло 5 нагвинчене на третій східець. Сопло 5 на впускній ділянці з'єднується за допомогою відгалуженого патрубка з осьовим каналом в корпусі 1, з'єднаним з газовим трубопроводом. Воду подають в отвір 9 через бічний трубопровід, бічний канал і два радіальні проходи. На виході водяного отвору вода проходить через сопло 8. Швидкість виходу води має радіальний компонент, направлений до осі. В результаті гідродинамічних сил і газових потоків, що виходять з концентричних сопел, має місце дуже високе диспергування водяних частинок і в той же час підтримується компактний потік водяного туману з високою кінетичною енергією. На Фіг.2 показане розташування трубопроводу. Газовий трубопровід розміщений по центру корпусу 1, а два впускні отвори трубопроводу еквідистантно розташовані на периферії головки. На Фіг.З показаний варіант головки, в якій центральне сопло 3 має кільцевий випускний канал 6. В центральному соплі 3 на випускній ділянці знаходиться частина 2, що звужується-розширюється, з циліндричною зовнішньою поверхнею. Частина 2, що звужується-розширюється, має форму круглого сопла Лаваля з випускним каналом, стінки якого паралельні осі. В такому варіанті головки у кращому виконанні площа поперечного перерізу горловини кільцевого сопла дорівнює площі поперечного перерізу горловини центрального сопла 3. Відхилення граничного розміру не перевищує 0,8 - 1,2 номінального розміру. В цьому варіанті головки центральне сопло має відношення площі поперечного перерізу випускного отвору до площі поперечного перерізу горловини 1,5-2,5 і виражається формулою: d2/d02 = 1,5¸ 2,5 де: d - діаметр випускного отвору, d0 - діаметр горловини. В центральному соплі 3 відношення площі поперечного перерізу центрального кільцевого випускного отвору 6 до площі поперечного перерізу горловини становить 5-8 і виражається формулою: (D32-D12)/(D 32-D2 2)=5¸8 де: D1 - внутрішній діаметр випускного отвору, D2 - діаметр горловини, D3 - зовнішній діаметр випускного отвору. В зовнішньому кільцевому соплі 5 відношення площі поперечного перерізу випускного отвору до площі поперечного перерізу горловини становить 1,5-2,5 і виражається формулою: (D62-D42)/(D 62-D5 2)=1,5¸2,5 де: D4 - внутрішній діаметр випускного отвору, D5 - діаметр горловини, D6 - зовнішній діаметр випускного отвору. Крім того, площа поперечного перерізу горловини зовнішнього кільцевого сопла 5 удвічі більша за суму площ поперечних перерізів горловин центрального сопла 3 і кільцевого сопла. Відхилення граничного розміру не повинно перевищувати 0,8-1,2 номінального розміру такої площі поперечного перерізу. Площі поперечних перерізів горловини центрального сопла і центрального кільцевого сопла 3 однакові, з допуском 20%. Площа поперечного перерізу горловини кільцевого сопла 5 удвічі перевищує площу поперечного перерізу горловин в інших соплах, з допуском до 20%. В головці, показаній на Фіг.3, корпус 1 має форму східчастого циліндра із зовнішньою нарізкою на трьох послідовних східцях. Перший східець, найменшого діаметра, має і зовнішню, і внутрішню нарізки. Внутрішня нарізка виконана в осьовому каналі, з'єднаному з газовим трубопроводом. У частині 2, що звужуєтьсярозширюється, на її впускній ділянці виконані отвори, крізь які газ проходить з осьового каналу в центральне сопло 3, що має кільцевий випускний канал 6, нагвинчений на внутрішню нарізку. Центральне сопло нагвинчене на зовнішню нарізку. На наступний нарізний східець нагвинчена втулка 4. На останній нарізний східець нагвинчене зовнішнє кільцеве сопло 5. Це сопло на випускній ділянці з'єднане за допомогою відгалуженого патрубка з осьовим каналом в корпусі 1, з'єднаним з газовим трубопроводом. На частині 2, що звужується-розширюється, круглого сопла може бути передбачена пробка для обмеження або закриття поперечного перерізу випускного каналу цього сопла. Стиснений газ, і зокрема повітря, що надходить до газового трубопроводу по осі корпусу 1, проходить по осьовому каналу в кругле сопло і центральне сопло 3, а потім через відгалужений патрубок у зовнішнє сопло 5. Стрілка Р на Фіг.2 означає впуск повітря, стрілка W - впуск води. Вода надходить в отвір 9 для води по бічному тр убопроводу, бічному каналу і двом радіальним заглибинам, з'єднаним з впускної ділянкою. Симетричне розміщення цих заглибин навколо осі дає можливість належного заповнення отвору по периферії. На випускній ділянці отвору 9 вода витікає крізь водяне сопло 8. Швидкість витоку води має радіальну компоненту, спрямовану до осі. В результаті гідродинамічних сил і газових потоків, що витікають з концентрично розміщених сопел, досягається дуже висока дисперсія частинок води при збереженні компактної зони створеного туману високої кінетичної енергії. Маса створеного головкою водяного туману складається не лише з маси води, а й з маси повітря. Завдяки цьому кінетична енергія створеного туману збільшується до такого ступеня, що стає можливим спрямування фронту потоку туману на відстань 8-10 метрів, яка є задовільною при гасінні вогню. Ефективність запропонованої головки можна підвищити, застосувавши домішки, що підвищують густину води, яка надходить до головки, наприклад сольових розчинів, зокрема NaCl. Введення в зону вогню водних розчинів або інших речовин, менш летких, ніж вода, підвищує е фективність вогнегасіння, а випарені тверді частинки, що залишаться в зоні вогню, є додатковим протипожежним реагентом.