專利名稱：流體噴頭和滅火器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種流體噴射技術，而且本發(fā)明可以作為技術設備中的一部分用在滅火器系統(tǒng)中，可以在熱電站和運輸設備中用于燃燒燃料，也可以用于對環(huán)境加濕。本發(fā)明的滅火器可以作為靜態(tài)或移動滅火系統(tǒng)中的一個部件而用在不同地點用在醫(yī)院、圖書館、博物館的室內；用在船上、飛機上等等。
作為示例，從發(fā)明人證書SU 1220703 A(B05 B1/14，1986年3月30日公布)中的描述可以得知一種流體噴頭，其包括撞頭動作式噴嘴。上述噴嘴被構造為指向頭部的成對通道的形式。這些通道向著噴頭本體的對稱軸傾斜。各個通道的對稱軸之間的夾角在30°至150°的范圍內選擇。利用具有這種結構的噴頭實施例，流體散布和向環(huán)境空間中噴射所需的能量均可減少。
在授予專利的流體噴頭中，與本申請最為接近的一種是俄國專利RU 2111033 C1(A626 31/02，1998年5月20日公布)中所描述的裝置。這種現(xiàn)有的噴頭包含沿著本體外表面布置成多排的噴射器。每個噴射器分別包括兩個同軸通道，它們具有相同橫斷面，用以供應壓力液體，以及一個噴嘴，其由外部圓錐形流道與同軸通道的內表面局部相交而形成。上述噴嘴的入口是由圓柱形通道的內表面和構成噴嘴的圓錐面相交而形成的。具有上述結構的噴頭能夠產生均勻體積的液流，液流中的精細散布的液滴的尺寸在30μm至150μm的范圍內。然而，上述技術方案的目的是在環(huán)境空間中產生精細散布的液滴噴流，而不是引導具有理想尺寸的液滴在一個特定的橫斷面內流動，而所述特定的橫斷面對于諸如有效地滅火等而言是必需的。在將流體噴頭用作滅火器的結構件時，上述要求是極為重要的。
此外，現(xiàn)在還已知有一些不同類型的滅火器中裝配著流體噴射噴嘴。這些滅火器包括，例如，發(fā)明人證書SU 1657204 A1(A62C35/00，1989年5月11日公布)中描述的裝置。上述滅火器包括一個滅火用的流體噴頭，其被制作成虹吸管上的排液分支管的形式；一個裝有液體的液罐；一個排液系統(tǒng)和一個與液罐的氣體腔相連的壓縮氣體瓶；以及一根虹吸管，其用于使液體流向噴頭。該技術方案的目的是，通過保持全部滅火物質在理想的壓力下噴射，從而提高滅火效率。然而，該裝置中沒有任何措施用于產生精細散布的具有預定橫斷面的氣體-液滴噴流，也沒有用于控制滅火流體供應的措施。
還有一種與本申請最為接近的裝置是德國專利申請DE2635531 A1(A6 2C 31/02，1978年2月9日公布)中描述的裝置。上述滅火器包含一個采用管口形狀的流體噴頭、一個裝有滅火用液體的液罐、一個排液系統(tǒng)、一個壓縮氣體瓶、用于將液罐的液體腔與噴頭相連的元件以及用于控制液體向噴頭供應的調節(jié)器。雖然上述技術方案可以實現(xiàn)其提高滅火效率的目的(由于同時向著火地點供應起泡流體和粉末)，但沒有涉及對流體向環(huán)境空間中噴射的過程作出改進的問題。
本發(fā)明所要解決的問題以及本發(fā)明的目的是獲得這樣的理想技術方案，即通過采用專門的措施而產生一股精細散布的橢圓形橫斷面氣體-液滴噴流。傳輸出來的具有上述橫斷面形狀的液滴噴流可以產生這樣的效果，即通過沿著著火地點的表面逐步移動噴頭，可以將一定密度的流體有效地噴射在較大和較小面積上。
上述技術效果可以如此實現(xiàn)，即一種流體噴頭被制作為一個本體和一個噴嘴的形式，本體中包含兩個具有相同橫斷面的用于供應壓力液體的同軸通道，噴嘴的入口由通道的內表面與構成噴嘴的表面相交而形成，根據(jù)本發(fā)明，噴嘴的形狀是一個沿通道的橫向定向的圓錐形擴散器。擴散器的入口的面積不超過通道的總橫斷面面積。
上述基本特征的集合可以獲得這樣的能力，即可以利用噴頭產生一股精細散布的橢圓形橫斷面氣體-液滴噴流。
在一種優(yōu)選形式的噴頭設計結構中，通道的對稱軸與構成擴散器的圓錐面的對稱軸之間的夾角為89°至91°。在這種情況下，可以使氣體-液滴噴流在其整個橫斷面面積中具有對稱的精細散布的液滴分布。
從技術性的角度看，通道優(yōu)選被構造成圓柱形的。
在構成擴散器的圓錐的頂部角度為30°至90°的情況下，可以在液流中產生最均勻的液滴分布。
噴頭的擴散器優(yōu)選由一個形成在本體中的圓錐形的口構成。在這種情況下，可以簡化噴頭的構造技術。
前述技術效果還可以通過這樣一種滅火器而實現(xiàn)，該滅火器包括一個流體噴頭、一個滅火用液罐、一個排液系統(tǒng)、一根用于將液罐的液體腔與噴頭相連的管線和至少一個用于控制液體向噴頭的供應的閥或調節(jié)器，根據(jù)本發(fā)明，流體噴頭被制作為一個本體的形式，本體中包含兩個具有相同橫斷面的用于供應壓力液體的同軸通道。噴頭還必須具有一個噴嘴，噴嘴的入口由通道的內表面與構成噴嘴的表面相交而形成。噴嘴由一個圓錐形擴散器構成并且沿通道的橫向定向。擴散器的入口的面積不應超過通道的總橫斷面面積。
通過構成滅火器獨特結構的上述基本特征的集合，可以獲得這樣的能力，即可以利用滅火器產生一股精細散布的橢圓形橫斷面氣體-液滴噴流。
在上述滅火器的一個優(yōu)選實施例中，通道的對稱軸與構成擴散器的圓錐面的對稱軸之間的夾角為89°至91°。噴頭中的通道可以是圓柱形的。構成擴散器的圓錐的頂部角度可以是30°至90°。噴頭的擴散器可以由一個形成在本體中的圓錐形的口構成。
在滅火器的排液系統(tǒng)中，優(yōu)選將一根虹吸管安裝在液罐內腔中，以將液體腔與流體噴頭相連。
最適宜的滅火用液體是含有起泡劑的水。為了提高液體從液罐中排出的效率，可以將揮發(fā)性液體添加到水中，揮發(fā)性液體優(yōu)選為二氧化碳(CO2)和/或液化電子氣(SF6)。
排液系統(tǒng)中可以裝有一個彈性隔膜，用以將液罐的氣體腔與液體腔隔離。這種結構可以防止內腔中的壓縮氣體與將要排出的液體起反應。


圖1是滅火器和與之相連的噴頭的示意圖；圖2是位于放大型(雙重放大)擴散器的入口中的噴頭的橫斷面圖。
(擴散器3的)噴嘴入口是通過所述通道的內表面與構成噴嘴的圓錐面相交而形成的。擴散器3的入口面積為通道2的總橫斷面面積的0.7倍。
與具有上述結構的噴頭裝配在一起的滅火器包含液罐4，液罐中裝有滅火液體，優(yōu)選為水和起泡劑。液罐4中包含液體腔5和氣體腔6。排液系統(tǒng)包括虹吸管7，其通過控制閥8連接著柔性管線11，控制閥包括彈簧加載封口9和控制桿10。噴頭的本體1安裝在分支管12中，分支管中的空腔通過虹吸管7、閥8和柔性管線11連通液罐4中的液體腔5。
填充在液罐4中的液體成分中可以含有液態(tài)揮發(fā)劑，例如液化二氧化碳(CO2)或電子氣(SF6)，以提高液體從液罐4中的排出率。為了防止液罐4中的氣體與液體發(fā)生反應，可以附加安置一張彈性薄膜(圖中未示出)。
流體噴頭和與上述噴頭裝配在一起的滅火器(見圖1和2)是以下面的方式操作的。
通過同軸通道2，液體可以在～1MPa(操作壓力范圍為0.3至3MPa)的壓力下以兩股壓力液流的形式供應出來，這兩股液流在擴散器3的入口區(qū)域中相撞。在匯合的液流從橫斷面面積比供應通道2的總面積小的擴散器入口中噴出時，會出現(xiàn)液流空穴。在液體從擴散器3中噴出的過程中，會形成一股精細噴射的橢圓形橫斷面氣體-液滴噴流。根據(jù)實驗結果可以確定出，在距離噴頭2mm的距離處，排出的氣體-液滴噴流的橫斷面是最大橫向尺寸為2.3mm、最小橫向尺寸為0.5mm的橢圓形的。在橢圓形橫斷面的范圍內噴射的液滴的分散率為100μm至130μm。
噴頭在用作滅火器的結構件時，是以相同的方式操作的。滅火器液罐(裝有水)中被預充填了氣體，從而可以達到理想儲存壓力(最高3MPa)，液罐中還可以充入作為添加劑的液化二氧化碳或電子氣。
滅火器的操作如下所述。通過按下控制桿10，封口元件9會離開閥座，而在氣體腔6中的壓縮氣體的作用下處在過壓狀態(tài)的液體將通過虹吸管7和柔性管線11而從液罐4的液體腔5中排出。之后，液體流經同軸通道2，在此兩股壓力液流將在(擴散器3的)噴嘴入口中相撞。壓力液流相撞的結果是，液滴將在入口邊緣處霧化，并且產生-股橢圓形橫斷面的氣體-液滴噴流。液流的橫斷面形狀將向外逐漸擴大，這樣就可以通過沿著著火地點的表面逐步移動噴頭，從而將流體噴射在很大面積的著火地點。流體噴頭沿著著火地點表面移動的可行范圍取決于柔性管線11的長度和滅火器的總重量。
氣體-液滴噴流供應的理想持續(xù)度和密度是通過裝于液罐4中的閥8的控制桿10控制的。為了增大液體的排出效率，可以使用揮發(fā)性液體，優(yōu)選采用液化二氧化碳(CO2)和電子氣(SF6)。這些物質被添加到滅火用液體(水)中。在液體排出過程中，當壓力下降到液罐4中的揮發(fā)性添加劑的飽和蒸氣壓力之下后，添加劑將揮發(fā)，從而將氣體腔6中的壓力自動維持在理想壓力級別，而且液體通過噴頭的噴出也不會低于可被接受的級別。
為了防止壓縮氣體與將要排出的液體發(fā)生反應，包括化學反應和導致液體中吸納飽和氣體，可以利用一個彈性材料制氣密性隔膜(圖中未示出)將液體腔5與氣體腔6分隔。雖然這一實施例將導致滅火器結構更加復雜，但在這種情況下，可以提高操作的可靠性。在最簡單形式的實施例中，水用作滅火器中的液體，而惰性氣體用作壓縮氣體，此時不需要使用隔膜。
如果要停止滅火器的操作，則必須松開閥8的控制桿10。封口元件9在壓縮彈簧的推力作用下的移動到閥座上，從而封閉住閥通道的橫斷面，以切斷噴頭的流體供應。
在根據(jù)本發(fā)明構造的滅火器中，由于能夠產生一股橢圓形橫斷面的氣體一液滴噴流，而且液滴在液流橫斷面中的密度和發(fā)散度是均勻的，因此可以確保獲得理想的滅火效率。同普通的圓形橫斷面液流相比，細長形(大致矩形)橫斷面的液流可以更高效地將噴出的液體噴灑在面積比氣體-液滴噴流橫斷面面積大得多的著火地點上。這樣就能夠解決著火地點滅火時的液體消耗降低問題，而液體容量則是由液罐4的容積決定的。
根據(jù)實驗結果可以確定出，通過采用沿著同軸供應通道的橫向定向的圓錐形擴散器，可以產生一股具有橢圓形橫斷面以及均勻的密度和分散度的氣體-液滴噴流。由通道的內表面與構成噴嘴的圓錐面相交而形成的擴散器入口的面積不應超過通道的總橫斷面面積。這些條件決定了實現(xiàn)理想技術效果的能力。工業(yè)實用性本發(fā)明可以用在需要在封閉或敞開空間中產生噴射液流的不同工程領域中。噴頭可以作為技術設備中的一部分用在滅火器系統(tǒng)中，可以在熱電站和運輸設備中用于燃燒燃料，可以用于對環(huán)境加濕，還可以用于向農業(yè)土地上和工業(yè)建筑中噴灑不同的化學制劑。與根據(jù)本發(fā)明的噴頭裝配在一起的滅火器可以用作不同對象的滅火用標準器械用在醫(yī)院、圖書館、博物館的室內；用在船上、飛機上和其他重要場所中。
前面以優(yōu)選實施例的形式描述了一組申請專利的發(fā)明，但本領域的普通技術人員可以認識到，在不脫離附屬權利要求中確定的發(fā)明對象特征的前提下，可以作出各種結構性改進和其他實施例。
權利要求
1.一種流體噴頭，其被制作為一個本體(1)和一個噴嘴的形式，本體中包含兩個具有相同橫斷面的用于供應壓力液體的同軸通道(2)，噴嘴的入口由通道的內表面與構成噴嘴的表面相交而形成，其特征在于，噴嘴由一個沿通道(2)的橫向定向的圓錐形擴散器(3)構成，擴散器(3)的入口的面積不超過通道(2)的總橫斷面面積。
2.如權利要求1所述的噴頭，其特征在于，通道(2)的對稱軸與構成擴散器(3)的圓錐面的對稱軸之間的夾角為89°至91。
3.如權利要求1或2所述的噴頭，其特征在于，通道(2)是圓柱形的。
4.如前面權利要求中任一所述的噴頭，其特征在于，構成擴散器(3)的圓錐的頂部角度為30°至90°。
5.如前面權利要求中任一所述的噴頭，其特征在于，擴散器(3)由一個形成在本體(1)中的圓錐形的口構成。
6.一種滅火器，其包括一個流體噴頭、一個裝有滅火用液體的液罐(4)、一個排液系統(tǒng)、一根用于將液罐的液體腔(5)與噴頭相連的管線(11)和至少一個用于控制液體向噴頭的供應的閥或調節(jié)器(8)，其特征在于，流體噴頭被制作為一個本體(1)和一個噴嘴的形式，本體中包含兩個具有相同橫斷面的用于供應壓力液體的同軸通道(2)，噴嘴的入口由通道的內表面與構成噴嘴的表面相交而形成，噴嘴由一個圓錐形擴散器(3)構成并且沿著通道(2)的橫向定向，擴散器(3)的入口的面積不超過通道(2)的總橫斷面面積。
7.如權利要求6所述的滅火器，其特征在于，通道(2)的對稱軸與構成擴散器(3)的圓錐面的對稱軸之間的夾角為89°至91°。
8.如權利要求6所述的滅火器，其特征在于，通道(2)是圓柱形的。
9.如權利要求6所述的滅火器，其特征在于，構成噴頭的擴散器(3)的圓錐的頂部角度為30°至90°。
10.如權利要求6所述的滅火器，其特征在于，噴頭的擴散器(3)由一個形成在本體中的圓錐形的口構成。
11.如權利要求6所述的滅火器，其特征在于，排液系統(tǒng)具有一根安裝在液罐內腔中的虹吸管(7)。
12.如權利要求6所述的滅火器，其特征在于，滅火用液體是含有起泡劑的水。
13.如權利要求6所述的滅火器，其特征在于，滅火用液體中含有揮發(fā)性液體。
14.如權利要求6所述的滅火器，其特征在于，滅火用液體中含有揮發(fā)性液體，例如液化二氧化碳(CO2)和/或液化電子氣(SF6)。
15.如權利要求6所述的滅火器，其特征在于，排液系統(tǒng)中裝有一個彈性隔膜，用以將液罐的氣體腔與液體腔隔離。
全文摘要
本發(fā)明的目的是產生一股精細散布的氣體－液滴噴流,噴流具有橢圓形橫斷面,并且以均勻的密度噴灑。流體噴頭被制作為一個本體(1)和一個噴嘴的形式,本體中包含兩個具有相同橫斷面的用于供應壓力液體的同軸通道(2),噴嘴由一個圓錐形擴散器(3)構成。擴散器(3)沿著通道的橫向定向,而且其入口的面積不超過通道的總橫斷面面積。與流體噴頭裝配在一起的滅火器包括一個滅火用液罐(4)、一個排液系統(tǒng)、一根用于將液罐(4)中的液體腔(5)與噴頭相連的管線(11)和至少一個用于控制液體向噴頭的供應的閥或調節(jié)器(8)。
文檔編號A62C13/76GK1423573SQ00818398
公開日2003年6月11日 申請日期2000年4月17日 優(yōu)先權日2000年1月13日
發(fā)明者安德烈·列昂尼多維奇·杜什金, 亞歷山大·弗拉基米多維奇·卡普謝夫 申請人:“尤尼帕特”有限責任公司