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Die Erfindung bezieht sich auf ein Feuerloschverfahren unter Verwendung einer Gasturbine zur
Erzeugung eines Gasstrahls und einer Wasserzuleitung zu Zerstäubungsdüsen unter Verwendung von Kompressor, Brennkammer und Kompressorturbine eines Gasturbinenaggregates, das einen erhöhten Druck am Austritt unter Lieferung eines Gemisches von Abgas und Überschussluft erzeugt.
Aus den Patenschriften DE 26055 79A, DE 2614611A, SU900027A und US34384451 sind Verfahren zur Feuerlöschung mittels inerter Gase bekannt. Dabei werden mehr oder minder schnelle
Strahlen dieser inerten Gase auf den Brandherd gerichtet Diese inerten Gase werden durch Verdampfen von flüssigem Stickstoff aus einem Tank oder aber auch durch Verbrennung des
Restanteiles von Sauerstoff in einer eigenen Brennkammer hinter dem Austritt eines Gasturbinenaggregates erzeugt. Dazu wird zusätzlicher Brennstoff zerstaubt und in diese Nachbrennkammer eingespeist. Zur Kühlung der dabei entstehenden Gase hoher Temperatur wird Wasser eingespritzt, das dann zum Teil verdampft, aber auch tropfenformig weiter zum Brandherd transportiert wird.
Auf diese Weise zerstäubtes Wasser kann jedoch nicht weit genug gezielt geblasen werden, so dass die gezielte Anwendung des Wassertropfenstromes auf bestimmte heisse Oberflächen schwer möglich ist.
Die Erfindung löst dieses Problem durch Erzeugung eines Gemisches aus fein zerstäubten Wasser und Trägerluft, das vielfach schwerer als Luft ist und In entsprechend bemessenen Düsen beschleunigt werden kann Ebenso ist es möglich durch Berechnung der Bahnbeschleunigungen dieses Gemisch in kurvenförmigen Rohrleitungen an bestimmte Stellen zu leiten, ohne dass eine Entmischung von Luft und fein zerstäubten Wassertropfen entsteht. Diese feine Zerstäubung wird durch Erwärmung des Wassers vor den eigentlichen Zerstäubungsdüsen sehr verbessert, so dass viel feinere Tropfen entstehen als bisher in Betracht gezogen wurde. Es ist ferner bekannt, dass feinzerstäubtes Wasser in genügend hoher Menge die Zündfähigkeit der meisten Brennstoffe in Luft deutlich verringert.
Dies deshalb, da an der Flammenfront oder an heissen Oberflächen durch die Anwesenheit feiner Wassertropfen die Verdampfung derselben erzwungen wird, worauf den reagierenden Gasen rasch die Zündenergie entzogen wird. Bekannt sind daher Feuerlöscheinrichtungen, die unter hohem Druck Wasser in sehr feine Teile zerstäuben und in die Flamme bzw In die Reaktionszone spritzen, wobei die Wirksamkeit dieser Einrichtungen einerseits von der Feinheit der Wassertropfen, andererseits von der Dichte derselben in der Umgebungsluft abhängt. Bei genügender Feinheit und grosser Zahl der Tropfchen wird der Sauerstoff der Luft auf die beschriebene Weise an der Reaktion mit brennbaren Dämpfen oder Gasen gehindert.
Es ist bekannt derartige Einrichtungen in stationären Anlagen z. B. in den Kompartments oder Schallhüllen von Gasturbinen anzubringen. Auch in verbrennungstechnischen Versuchen wird von diesem Mittel Gebrauch gemacht, durch Einspritzen feinzerstäubten Wassers im Notfall eine wirksame Brandbekämpfung zu erzielen. Dabei wird das Wasser aus einem bereitstehenden Druckspeicher angeliefert bzw im Falle länger dauernder Löschnotwendigkeit durch eine Pumpe nachgeliefert.
Diesem bekannten Verfahren haftet der Nachteil an, dass im Freien fein zerstäubtes Wasser nur unzureichend weit transportiert bzw. geblasen werden kann (aus der Stromungsenergie der einzelnen Tröpfchen folgend), und dass daher auch bei Anwendung im Inneren z B. in einem Gasturbinenkompartment die gezielte Anwendung eines Wassertropfenstroms auf bestimmte heisse Oberflächen nur schwierig möglich ist.
Im Inneren der Umkleidung (Kompartment einer Grossgasturbine) besteht das Problem, das einzelne Gehäuseteile relativ heiss, oft sogar rotglühend werden, und dass sich zusätzlich in unmittelbarer Nähe die Brennkammer befindet, deren ausseres Gehäuse zwar kalt ist, zu der aber Brennstoffleitungen führen, so dass eine Gefahr von Leckes und der Bildung eines zündfÅahigen Gemisches in der räumlichen Umgebung dieser Brennkammer und der Brennstoffrohrleitungen besteht. Wird nun der Tropfenstrom nicht sehr zielgenau zwischen die brennbaren Gase und die heissen Oberflächen gelenkt, besteht die Gefahr, dass einerseits durch zuviel Wasser die heissen Oberflachen zu rasch abgekühlt werden und dadurch Schäden (Thermorisse) entstehen bzw. nicht die erwünschten Trennungen von brennbarem Gasgemisch und heissen Oberflächen eintritt.
Hier Wandel zu schaffen ist das Ziel der vorliegenden Erfindung.
Ihr Grundgedanke ist, eine Zweiphasenströmung von Luft oder anderen inerten Gasen (eventuell auch der geringe Anteil von Verbrennungsprodukten, wie er im Abgas bzw. der Abluft einer
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Gasturbine auftritt) und Wassertropfen zu schaffen, also diesen Luftstrom mit einer vielfachen Menge von Wasser in Form fein zerstaubter Tropfen zu beladen. Es ist von Staubströmungen her bekannt, dass der gewichtsmässige Mengenstrom von Luft mit der bis zu zehnfachen Menge von Staub beladen werden kann, so dass hier in gegebenen Fall eine Mischung von Luft und der funfbis zehnfachen Menge in Form fein zerstäubter Tropfen verwendet wird. Dies bezogen auf die Massenströme.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert :
Fig. 1 zeigt schematisch eine mobile Feuerlöscheinrichtung gemäss der Erfindung bei der ein Löschstrahl (gebildet aus feinsten Wassertröpfchen und dem Abgas einer Gas- turbine) beschleunigt und auf den Brandherd geblasen wird.
Hier bedeutet :
EMI2.1
<tb>
<tb> L <SEP> Luft
<tb> B <SEP> Brennstoff
<tb> GE <SEP> Gaserzeuger <SEP> = <SEP> K <SEP> + <SEP> BK <SEP> + <SEP> KT
<tb> K <SEP> Kompressor
<tb> BK <SEP> Brennkammer
<tb> KT <SEP> Kompressor-Turbine
<tb> WT <SEP> Wassertank
<tb> WP <SEP> Wasserpumpe
<tb> WVW <SEP> WasservorwÅarmung
<tb> ZD <SEP> Zerstäuberdüse
<tb> DO <SEP> Düse
<tb> LSTR <SEP> Lösch-Strahl <SEP> (Luft <SEP> + <SEP> Verbrennungsprodukte <SEP> von <SEP> Kohlenwasserstoffen <SEP> + <SEP>
<tb> zerstäubte <SEP> Wassertröpfchen)
<tb>
Fig. 2 zeigt eine Variante der Erfindung mit der zusätzlichen Nutzturbine und einem Luft- kompressor zur Bildung eines Löschstrahles aus reiner Luft und fein zerstäubten
Wassertröpfchen, bei der das Löschmittel über tragbare Schläuche an den Brand- herd herabgeführt wird.
Her bedeutet :
EMI2.2
<tb>
<tb> L <SEP> Luft
<tb> B <SEP> Brennstoff
<tb> A <SEP> Abgas
<tb> GE <SEP> Gaserzeuger <SEP> = <SEP> K <SEP> + <SEP> BK <SEP> + <SEP> KT <SEP>
<tb> K <SEP> Kompressor
<tb> BK <SEP> Brennkammer
<tb> KT <SEP> Kompressor-Turbine
<tb> NT <SEP> Nutzturbine
<tb> Lko <SEP> Luftkompressor
<tb> WT <SEP> Wassertank
<tb> WP <SEP> Wasserpumpe
<tb> ZD <SEP> Zerstäuberdüse
<tb> DU <SEP> Düse
<tb> MR <SEP> Mischrohr
<tb> V <SEP> Verteiler
<tb> TRAS <SEP> tragbarer <SEP> Schlauch <SEP> (biege-und <SEP> dehnfähig <SEP> !) <SEP>
<tb>
Fig. 3 zeigt ein Schema einer stationären Variante der Feuerlöscheinrichtung mit Druck- speichern für Luft (oder einem anderen inerten Gas) und für Wasser.
Grosse Luft- mengen werden über einen Mehrfachinjektor angesaugt und unter Zufuhr von zer- staubtem Wasser bildet sich ein Gemisch, weiches beschleunigt und über Rohr- leitungen an die gefährdeten Stellen transportiert wird. Her bedeutet :
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EMI3.1
<tb>
<tb> L <SEP> Luft
<tb> DS <SEP> Druckspeicher
<tb> MEJ <SEP> mehrfach <SEP> Injektor
<tb> DT <SEP> Drucktank <SEP> + <SEP> Windkessel <SEP> für <SEP> Wasser
<tb> ZD <SEP> Zerstäuberdüse
<tb> DO <SEP> Düse
<tb> VR <SEP> Verteiler <SEP> + <SEP> Rohrleitungen
<tb>
Fig. 4 zeigt schematisch die Zufuhr zu den betroffenen, heissen Stellen und die Verteilung des Löschmittelstrahles aus einer Anlage nach Fig. 3. Hier bedeutet.
EMI3.2
<tb>
<tb>
B <SEP> Brennstoff
<tb> BK <SEP> Brennkammer
<tb> VR <SEP> Verteiler <SEP> + <SEP> Rohrleitung
<tb> GG <SEP> glühende <SEP> Gasturbinengehäuse
<tb> M <SEP> Mundstück
<tb>
Flg. 5 zeigt das Schema einer Stationäranlage ähnlich wie in Fig 3, wobei jedoch die in einem Druckspeicher vorhandene Energie in einer Nutzturbine zum Antrieb eines
Gebläses verwendet wird, welches grosse Mengen von Frischluft für die Wasserzer- stäubung liefert.
Hier bedeutet :
EMI3.3
<tb>
<tb> L <SEP> Luft
<tb> A <SEP> Abgas
<tb> NT <SEP> Nutzturbine
<tb> LG <SEP> LuftgeblÅase
<tb> DS <SEP> Druckspeicher
<tb> DT <SEP> Drucktank <SEP> + <SEP> Windkessel <SEP> für <SEP> Wasser
<tb> ZD <SEP> Zerstäuberdüse
<tb> DO <SEP> Düse
<tb> VR <SEP> Verteiler <SEP> + <SEP> Rohrleitungen
<tb>
In Durchführung des erfindungsgemässen Gedankens kann dies für Loscharbeiten im Freien, wobei Wurfweiten des Luft/Wassergemisches von 60 Metern und mehr angestrebt werden, in folgender Weise geschehen :
Zur Erzeugung des Luft- und Gasstromes kann der Gaserzeugerteil einer Kleingasturbine aus einem Hubschrauber oder ein Kabinenaggregat für die Innendruckregulierung eines Grossflugzeuges dienen.
Ublicherweise besitzen die aus einem Gaserzeuger abstromenden Gase (nach der Kompressorturbine) einen Druck von 4 bis 8 bar und eine Temperatur von 600 bis 800 C. Wenn wie in diesem Fall (siehe Fig 1) keine Nutzturbine vorgesehen ist, steht ein Druckgefälle von etwas 4 bis 8 für die an Stelle der Nutzturbine angeordneten Düse (DU) zur Verfügung.
Um die Temperatur des LuftlWasserstrahles möglichst gering zu halten (Vermeidung weiterer Zündungsgefahr) und ausserdem um Wasser leicht zu zerstäuben, wird dieses durch einen Wärmetausche (WVW) geleitet, wobei die entsprechende Abkühlung der Rauchgase aus der Kompressorturbine (KT) so eingeplant ist, dass nach der Expansion in der Düse (DÜ), in der die Wassertröpfchen noch weiter beschleunigt und zerblasen werden, der LuftlRauch/Wasserdampfstrahl (LSTR) sich auf einer Temperatur befindet, die nur geringfügig über der Umgebungstemperatur liegt und so jede weitere Zündungsgefahr ausschliesst.
Die Zerstäubung von Wasser wird durch die Kühlung der Rauchgase und durch die Aufwärmung des Wasser in der Druckleitung besonders gefördert, da durch den Anstieg der Temperatur die Oberflächenspannung des Wassers stark absinkt und bei einer Erwärmung desselben bis auf etwas 80 C die Bildung feiner Tropfen sehr erleichtert wird, so dass nur ein geringer Zerstäubungsdruck nötig ist.
Die Wasserpumpe (WP) wird dabei ebenfalls vom Gaserzeuger (GE) aus angetrieben, so dass insgesamt mit dem Wassertank (WT) ein, durch einen hydraulischen Schwenkarm bewegliches Gerät entsteht Gaserzeuger (GE), Wasservorwärmer (WVW), Düse (DÜ), Wassertank (WT), Wasserpumpe (WP) sind zu einem Aggreat zusammenge-
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baut, dass seinen Luft/Wasserstrahi in der gewünschten Weise auf den Brandherd richten kann
Die gesamte Anordnung kann in zweckmässiger Weise auf einem Feuerlöschfahrzeug angebracht werden, wobei man sich einem Brandherd entweder von oben durch einen hydraulischen zu betä- tigenden Hebelarm oder auch von unten her annähern kann.
Will man die Anwesenheit von Abgas aus der Verbrennung des Brennstoffes im Feu- erlöschstrahl vermeiden, so bietet sich die Variante gemäss Fig. 2 an, die auch zweckmässigerweise bei kleinen tragbaren Ausführungen anzuwenden wäre. Hier wird die Gasturbine vollständig aus- gestattet (z. B.
Kabinenladegerät) und besteht aus dem Gaserzeuger (GE) und der Nutzturbine (NT), wobei nach der Nutzturbine die Abgase der Gasturbine in einen entsprechenden Kamm (beweglich an einem Feuerlöschfahrzeug angeordnet) geleitet werden und die Nutzturbine (NT) einen getrennten Luftkompressor (LKO) antreibt, der Luft auf etwa 3-4 bar verdichtet und auch die
Pumpe (WP) zur Wasserzerstäubung antreibt, so dass über die Düse (DU) wieder das Gemisch von
Luft und Wassertröpfchen im oben beschriebenen Mischverhältnis von 1/10 hergestellt und bis auf Geschwindigkeiten von etwas 200 kW, die auch auf einem kleineren Löschfahrzeug angebracht werden kann, hat diese Anordnung den Vorteil, dass sich Im Löschstrahl nunmehr nur Luft und fein zerstäubtes Wasser befindet, so dass auch ein beweglicher und tragbarer Schlauch (TRAS) angeschlossen werden kann,
mit dem z. B. ein Feuerwehrmann m eine verrauchte Wohnung oder über die Leiter durch ein Fenster in ein brennendes Zimmer einsteigen kann. Selbstverständlich ware dieser mit Atemschutz auszurüsten, doch besteht bei der erfindungsgemässen Anlage der Vorteil, dass er einen Schlauch von etwas 10 cm Durchmesser mit sich führen kann, aus dessen Öffnung etwas ein 1/2 m3 /ses frische Luft plus Wassertropfen entströmen. Beim Eindringen in ein in Brand befindliches und von Rauchgas erfülltes Zimmer kann daher in weniger als einer halben Minute fast der gesamte Gasinhalt eines Raumes erneuert und eine beträchtliche Menge fein zerstäubtes Wasser (3 Liter/sek.) angeliefert werden.
Erforderlich wäre ein leichter tragbarer und leicht krümmbarer Plastikschlauch von etwas 10 cm Durchmesser, wobei das Aggregat und die Hauptdüse etwa auf einem VW-Bus angeordnet sein können und dieser Schlauch einem auf der Feuerleiter stehenden bzw. sich am Boden bewegenden Feuerwehrmann als Frischluft und Wasserquelle dient.
Beim Brandschutz für Grossgasturbinen in deren Schallschutzgehäuse in stationären Anlagen kann je nach Grösse der Gesamtanlage im Brandfall ebenfalls so eine Kleingasturbine gestartet und zum Brandschutz herangezogen werden.
Eine weitere Möglichkeit ist es auch darauf zu verzichten und lediglich ruhende Speicher für Gas und Wasser zu verwenden (Fig. 3). In bekannter Welse wäre dabei ein Druckspeicher (DS), z. B. für Luft oder Stickstoff vorzusehen und ebenfalls ein Druckspeicher mit Windkessel (DT) für Wasser, so dass der Betrieb und das notwendige Starten von Pumpen im Brandfall entfällt. Es ist auf diese Weise möglich eine gewisse, allerdings beschränkte Zeit, die Versorgung mit diesen Mengenströmen aus den Speichern herzustellen.
Da die Energie im Druckspeicher eine sehr hoher Austrittsgeschwindigkeit (Überschallgeschwindigkeit) ergibt, wäre es sinnvoll diese im Sinne mehrfacher Injektion (MEJ) in eine deutlich geringere mittlere Geschwindigkeit in der Grössenordnung von 50 bis 100 m/s durch entsprechenden Impulsaustausch umzuwandeln. In diesem Luftstrom würden dann durch die Anordnung der Hochdurckzerstäubungsdüsen (ZD) die feinen Wassertropfen im Sinne der Strömungsrichtung eingeblasen. Dadurch entsteht wieder ein schweres Gemisch, das aus Luft oder inerten Gas und einer vielfachen Menge an fein zerstäubten Wasser besteht.
(Verhältnisfaktor 3-10). Um dieses Gemisch und dabei auch die Tropfen weiter zu beschleunigen, und letztere durch Zerblasen in ihrer Grösse zu vernngern, ist eine entsprechend geformte Duse (DÜ), die für dieses Mischmedium grösserer Dichte ebenfalls als Oberschalldüse anzusprechen ist, vorzusehen.
Nach dieser ist ein gleichmässiger Transport und ein gleichmässiges Strömen von Luft und Wassertropfen erreicht, die nunmehr über einen Verteiler auf einzelne Rohrleitungen (VR) verteilt werden, die selbst wieder über Mundstücke (M) an die kritischen Stellen der Gasturbinengehäuse münden. z. B. wird im oben erwähnten Fall an einem heissen Gehäuse, das sich in unmittelbarer Nähe zur Brennstoffkammer und der Brennstoffleitungen befindet, ein derartiges Mundstuck (M) angeordnet, nach dem in radialen Richtungen das kühlende Luft/Tropfengemisch austritt.
Da hier nicht Wasser direkt auf die Oberfläche geblasen wird, sondern eben dem Volumen nach ein hoher Luftanteil besteht, bildet sich eine Grenzschicht, unterhalb derer die Oberfläche zwar gekühlt,
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jedoch eine schroffe Abkühlung und die Gefahr von Rissen vermieden wird. Andererseits bildet sich ein gleichmässiger Film von kalter Luft mit feinen Wassertropfen, der die gesamte Oberfläche bedeckt, so dass diese Strömung die Zone zündfähigen Gemisches, die sich gemäss Fig. 4 m der Umgebung der Brennkammer (BK) bilden könnte, entsprechend unterlauf und daher deren Zundfähigkeit entsprechend verhindert.
Eine weitere Ausgestaltungsmoglichkeit besteht darin, (gemäss Fig. 5) die hohe Druck- bzw Strömungsenergie der Luft oder des Stickstoffes aus dem Druckspeicher (DS) zu verwenden um eine Nutzturbine (NT) zu betreiben, die ihrerseits wieder ein Luftgebläse (LG) antreibt und grosse Mengen an Luft ansaugt, welche dann ihrerseits wie in der oben beschriebenen Vanante für die Wasserzerstäubung und die Erzeugung des Loschmittelstrahles zur Verfügung steht PATENTANSPRÜCHE :
1.
Feuerlöschverfahren unter Verwendung einer Gasturbine zur Erzeugung eines Gasstrah- les und einer Wasserzuleitung zu Zerstäubungsdüsen unter Verwendung von Kompressor,
Brennkammer und Kompressorturbine eines Gasturbinenaggregates, das einen erhöhten
Druck am Austritt unter Lieferung eines Gemisches von Abgas und Uberschussluft erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass das zu zerstäubende Wasser in einem Wärmetauscher (WVW) unmittelbar nach dem Aus- tritt der Gase aus der Kompressorturbine (KT) der Gasturbine (GT) auf eine Temperatur nahe der Verdampfungstemperatur des entsprechenden Wassereinspeisedruckes erhitzt wird, wobei gleichzeitig die Abkühlung des aus dem Gaserzeuger (GE) der Gasturbine austretenden Rauchgases erfolgt, so dass sich ein Gemisch von Luft, Verbrennungspro- dukten eines Kohlenwasserstoffes und feinzerstäubtem Wasser bildet, das in einer Düse (DÜ)
weiter beschleunigt wird, und durch weiteres Tropfenzerblasen ein besonders feines
Gemisch von Wassertröpfchen und Luft/Rauchgas entsteht, wobei die Form dieser Düse einer Überschalldüse für dieses schwere Gemisch entspricht.