CN101058014A - 潜艇及舰船生活舱高压细水雾灭火喷头 - Google Patents

Abstract

一种潜艇及舰船生活舱高压细水雾灭火喷头，由喷头壳体、喷头转接头、中心喷嘴、四周喷嘴、最外缘喷嘴、内部过滤网、金属密封垫圈和防尘罩组成。喷头壳体外形为两个圆锥面，近顶部的圆锥面顶面为平面，在该顶面的中心装有喷嘴；靠近顶面的圆锥面上均匀分布装有多个四周喷嘴；在靠近顶面的圆锥面的外圈紧邻有另一圆锥面，在此圆锥面上均匀装多个最外缘喷嘴；不同安装面上的喷嘴交错布置；喷头壳体与中心喷嘴、四周喷嘴及最外缘喷嘴及喷头壳体与喷头转接头都通过螺纹连接，其间采用端面加金属垫片的密封形式；喷嘴与喷头壳体的内腔连通；喷头转接头内腔装有不锈钢滤网；喷头转接头的另一端通过螺纹与灭火系统的管路连接；在喷头壳体上方装有防尘罩。

Description

潜艇及舰船生活舱高压细水雾灭火喷头

(一)技术领域

本发明涉及一种用于海军潜艇及舰船消防系统的细水雾灭火喷头，是水喷淋及卤代烷灭火系统的替代产品，主要应用在潜艇、舰船领域，也可以应用于其它民用商船消防等领域。

(二)背景技术

在潜艇及舰船的安全保障体系中灭火系统的地位极为重要，为了扑灭潜艇及舰船内生活舱室火灾，目前设置水喷淋灭火系统，水喷淋灭火系统尽管能有效地扑灭固体火灾，但存在灭火用水量大、扑灭火种单一、对油火、电缆火灭火效能不够理想等缺点，并且会对舱室内设备和器材产生较大破坏作用，急需对其进行更新换代。

细水雾灭火技术以其环保性好、灭火迅速、耗水量低、破坏性小以及适用面宽等特点，已成为国际消防领域关注研究的热点之一。潜艇及舰船作为海军的重要力量，该项发明将填补海军在该研究领域的空白，构建绿色环保、安全高效、反应迅速的消防系统，对提高潜艇及舰船消防能力、安全性、可靠性具有重要军事意义。

细水雾是近年来高速发展的环保型灭火技术，它与传统抑制火灾方法相比除拥有前面所述的一些优点外，还有针对火灾的类型范围十分广泛，包括：A类火、B类火及电器火灾。国内外的研究经验表明，细水雾具有良好的绝缘性。

细水雾灭火系统的灭火机理主要是冷却、窒息惰化和附加效应。其冷却效应表现在：当水被分解成许多细小的水滴时，其表面积会大大增加，蒸发时间大大缩短，利用高压细水雾灭火技术，所产生的细水雾较传统的灭火技术有更大的作用面积和热交换面积。它破坏燃料的热反馈冷却火焰表面，同时雾滴会穿透火焰，能够大大提高灭火效率。例如，将1升水从20°升至100℃需要吸收335kJ的热量，再将其转换成水蒸气需要吸收2257kJ的热量。

其窒息惰化效应表现在高压水雾通过蒸发，水的体积增加到近1700倍。它稀释了火源附近空气中的氧气，在这个过程中惰化灭火介质限制了火源向外的传输，高压细水雾的扩散不仅可进入火源区而且可防止氧的流入。相对气体灭火，高压细水雾灭火系统不要求完全封闭的空间。在高压细水雾潜在的能量充分释放后，完整的火源被藏在蒸发的水蒸气中，以便火灾能在几秒钟内窒息。通常空气中氧的浓度约21％，当氧的浓度从火源空间立即减少到16％～18％时，火源可抑制熄灭。

在灭火的过程中，高压细水雾灭火系统还会产生一些其他的灭火附加效应。它们虽然不直接灭火，但对灭火有着积极作用。高压细水雾具有烟雾、废气的洗涤作用。这是因为燃烧的灰粒、煤烟颗粒与细水滴粘合而得到洗刷。此外细水雾还能起到一定的屏蔽作用，减少火源对周围物体的热辐射，同时阻止火灾的扩散，对火灾起遮挡作用。

(三)发明内容

本发明目的是提供用于潜艇及舰船生活舱室高压细水雾消防系统的灭火喷头。作为细水雾灭火系统的关键部件，该装置安装在需要保护的潜艇及舰船生活舱内，高压水经过该装置后形成一定喷雾角度的高速细小水滴喷向保护空间，扑灭固体可燃物和一般液体可燃物火灾。

潜艇及舰船生活舱的空间尺寸小、内部可燃物较多，安有多层床铺，火灾可燃物也比较复杂，既存在被褥、木材等固体可燃物，又存在电缆和某些油品等可燃物。不同细水雾参数如雾滴直径、喷射速度等对不同火灾及不同保护空间内部状况的有效性也有很大差别。为了不影响正常的生活和工作，细水雾喷头只能安装在仓室的顶部，多层床铺对细水雾有遮挡，不利于灭火。现有的细水雾喷头均为全淹没系统的设计，但从大量的灭火实验中发现，全淹没设计的细水雾喷头很难扑灭固体火灾，有遮挡物存在时几乎不能扑灭火灾。此外由于细水雾雾滴直径很小，即使在高压情况下水滴的动量很小，很难达到可燃物表面，特别是喷雾角较大时，边缘的细水雾由于重力作用，呈现出漂浮状态，无法达到灭火的目的。本发明借鉴火箭发动机喷注器的设计思想，采用不同喷嘴组合设计方案，实现了一个喷头能够产生1-3种不同细水雾参数针对存在类似多层床铺等有遮挡情况的火灾均有效的设计方案。

本发明的高压细水雾灭火喷头通过不同的喷嘴组合，在同一个喷头喷出的细水雾在不同的喷射区域内具有不同的喷射速度、雾滴直径等喷雾场参数。不同的喷嘴组合的具体设计方法为：将喷头喷雾区按照喷雾角度进行区分，见图1。喷头喷雾区分成A、B、C三个区域，A区喷雾场参数喷雾角α₁，雾滴平均直径d₁，向下喷射速度V₁，扑灭喷头正下方可燃物火灾；B区喷雾场参数喷雾角α₂，雾滴平均直径d₂，向下喷射速度V₂，扑灭下层床铺可燃物火灾；C区喷雾场参数喷雾角α₃，雾滴平均直径d₃，向下喷射速度V₃，扑灭上层床铺可燃物火灾。

本发明一种潜艇及舰船生活舱高压细水雾灭火喷头(简称：喷头)，主要由喷头壳体、喷头转接头、中心喷嘴、四周喷嘴、最外缘喷嘴、内部过滤网、金属密封垫圈和防尘罩组成。根据以上的设计方法，该喷头壳体外形为两个圆锥面，靠近顶部的圆锥面顶面为平面，在该顶面的中心安装有1个中心喷嘴，形成喷头正下方喷雾A区的喷雾场参数，该A区的喷雾场参数，其喷雾角度40～60度，喷雾液滴的索太尔平均直径60～90微米；靠近顶面的圆锥面的法线与喷头的轴线夹角为β₁，在此圆锥面上均匀分布安装有3个或多个四周喷嘴(一般选3个)，形成下层床铺B区的喷雾场参数，该B区的喷雾角度20～40度，索太尔平均直径90～120微米；在靠近顶面的圆锥面的外圈紧邻有另一圆锥面，该另一圆锥面的法线与喷头的轴线夹角为β₂，β₂＞β₃。在此圆锥面上均匀安装有6个或多个最外缘喷嘴(一般选6个)，形成上层床铺C区的喷雾场参数，该C区的喷雾角度10～20度，索太尔平均直径120～150微米。不同安装面上的喷嘴相互交错布置；该些中心喷嘴、四周喷嘴以及最外缘喷嘴可以选择螺旋槽结构形式或采用旋流片结构形式。该喷头壳体与中心喷嘴、四周喷嘴以及最外缘喷嘴通过螺纹连接，其间采用端面加金属垫片的密封形式；中心喷嘴、四周喷嘴和最外缘喷嘴与喷头壳体的内腔连通；喷头壳体与喷头转接头通过螺纹连接，亦采用端面加金属垫片的密封形式；该喷头转接头内部流动通道面积设计得较大，有助于减小流动速度，减轻海水腐蚀的程度。该喷头转接头内腔装有不锈钢滤网，以滤除水中的杂质，防止堵塞喷头；喷头壳体与喷头转接头联接组合后，该喷头转接头的另一端通过螺纹与灭火系统的管路连接；在喷头壳体的上方安装有防尘罩，防尘罩采用的材料为非金属耐火材料，平时起到防尘的作用，灭火时由高压水雾冲开。

喷头工作时，管路中的高压水流经喷头转接头进入转接头，经过不锈钢滤网过滤后进入喷头壳体内部，然后进入喷嘴，水流在喷嘴内进行旋转，随着压力的增大，水流冲开防尘罩，细水雾形成并喷向保护对象进行灭火。在灭火工作结束后可将防尘罩套在细水雾喷头上复位。

本发明所述的用于潜艇及舰船生活舱的高压细水雾灭火喷头长期安装工作在海水气氛的环境中，有时甚至用海水作为灭火剂；316L不锈钢具有较好的耐海水腐蚀性能，因此采用316L不锈钢作为喷头壳体、喷头转接头、中心喷嘴、四周喷嘴、最外缘喷嘴、内部过滤网的制造材料是最佳方案。

其中，该靠近顶面的圆锥面的法线与喷头的轴线夹角β₁为20-30度，紧邻的另一圆锥面的法线与喷头的轴线夹角β₂为45-60度。

其中，该喷头壳体的外形也可以设计成一个圆锥面，该圆锥面的顶面为平面，在该顶面的中心安装有1个中心喷嘴，形成A区的喷雾场参数，该圆锥面的法线与喷头的轴线夹角为β₁，β₁一般为35-45度；在此圆锥面上均匀分布安装有6个或多个四周喷嘴(一般选6个)，形成B区的喷雾场参数；其它的形状、构造和要求都与前述的高压细水雾灭火喷头一样，不再赘述。

其中，该喷头壳体的外形也可以设计成一个圆锥面，该圆锥面的顶面为平面，在该顶面的中心安装有3个中心喷嘴，形成A区的喷雾场参数；该圆锥面的法线与喷头的轴线夹角为β₁，β₁一般为35-45度；在此圆锥面上均匀分布安装有6个或多个四周喷嘴(一般选6个)，形成B区的喷雾场参数；其它的形状、构造和要求都与前述的高压细水雾灭火喷头一样，不再赘述。

其中，金属密封垫圈的材料选用紫铜。

本发明一种潜艇及舰船生活舱高压细水雾灭火喷头，其优点及其达到的功效是：

喷头通过不同的喷嘴组合，同一个喷头喷出的细水雾在不同的喷射区域内具有不同的喷射速度、雾滴直径等喷雾场参数，达成扑灭不同区域火灾的效果。它形成的雾滴直径较小，喷雾锥角可以通过改变喷头锥面角度来调整，因此能产生较大的喷雾动量，灭火效果好。它结构简单、灭火迅速、耗水量低、破坏性小，适用面宽，耐海水腐蚀、具有环保性能，使用安全可靠，具有重要军事意义和推广应用价值。

采用以上多个喷嘴组合的布置方案还具有以下优点：若只采用一个离心喷嘴，也可以形成任意角度的喷雾场，但由离心喷嘴理论可知，如果要求雾滴直径小，喷雾锥角将会较大，轴向喷射速度相应地较小，对灭火不利。通过采用在喷头壳体上布置多个喷嘴的技术方案。可以保证边缘细水雾在具有较小雾滴直径的同时具有较大的动量，能够喷射更远的距离到达可燃物内部，有利于灭火。

(四)附图说明

图1：潜艇及舰船生活舱细水雾喷头保护示意图。

图2：潜艇及舰船高压细水雾喷头方案I剖视图。

图3：潜艇及舰船高压细水雾喷头方案I(无防尘罩)正视图

图4：潜艇及舰船高压细水雾喷头方案II剖视图。

图5：潜艇及舰船高压细水雾喷头方案II(无防尘罩)正视图

图6：潜艇及舰船高压细水雾喷头方案III剖视图。

图7：潜艇及舰船高压细水雾喷头方案III(无防尘罩)正视图

图8：螺旋槽结构喷嘴示意图。

图9：螺旋槽芯示意图。

图10：圆孔形旋流片结构喷嘴示意图。

图11：圆孔形旋流片示意图。

图中标号说明如下：

1、喷头壳体 2、喷头转接头 3、中心喷嘴 4、四周喷嘴 5、最外缘喷嘴 6、不锈钢滤网 7、紫铜垫片 8、防尘罩 9、喷嘴壳体 10、螺旋槽芯11、圆孔形旋流片 12、喷头 121、122圆锥面 123、顶面

(五)具体实施方式：

实施例一：

如图2、图3所示，本发明一种潜艇及舰船生活舱高压细水雾灭火喷头，主要由喷头壳体1、喷头转接头2、中心喷嘴3、四周喷嘴4、最外缘喷嘴5、内部过滤网6、紫铜密封垫圈7和防尘罩8组成。该喷头壳体1的外形为两个圆锥面(121、122)，圆锥面121的顶面123为平面，在顶面123的中心安装1个喷嘴3，圆锥面121的法线与喷头12的轴线夹角为β₁，在此锥面121上均匀分布安装3个喷嘴4；外圈圆锥122的法线与喷头12的轴线夹角为β₂，β₂＞β₁。在此圆锥面122上均匀分布安装6个喷嘴5，喷嘴4和喷嘴5交错布置。喷头壳体1与喷嘴3、喷嘴4、喷嘴5通过螺纹旋接，喷嘴3、喷嘴4和喷嘴5结构形式相同但结构尺寸不同，结构尺寸不同造成喷雾参数的差异。该些喷嘴3、喷嘴4和喷嘴5选择螺旋槽结构形式，如图8所示，也可以选用旋流片结构形式，如图10所示；喷嘴3的流量和喷雾角度较大(40度左右)，轴向喷射速度和雾滴直径较小(60～90微米)，保护图1中喷头正下方无遮挡的空间A；喷嘴4和喷嘴3相比，其流量和喷雾角度稍小(30度左右)，轴向喷射速度和雾滴直径稍大(90～120微米)，保护图1中的下层床铺空间B；喷嘴5和喷嘴4相比，其流量和喷雾角度稍小(20度左右)，轴向喷射速度和雾滴直径稍大(120～150微米)，保护图1中的上层床铺空间C。喷嘴与喷头壳体1之间采用端面加紫铜垫片的密封形式。喷头壳体1与喷头转接头2通过螺纹连接，采用端面加紫铜垫片的密封形式。该喷头转接头2内部有不锈钢滤网6，以滤除水中的杂质，防止堵塞喷头；喷头壳体1与喷头转接头2联接组合后，该喷头转接头2的另一端通过螺纹与灭火系统的管路连接。在喷头壳体1的上方安装有防尘罩8，防尘罩8采用的材料为非金属耐火材料，平时起到防尘的作用，灭火时由高压水雾冲开。

喷头工作时，管路中的高压水流经喷头转接头2进入转接头，经过不锈钢滤网6过滤后进入喷头壳体1内部，然后进入喷嘴3、喷嘴4、喷嘴5，水流在喷嘴3、4、5内进行旋转，随着压力的增大，水流冲开防尘罩8，细水雾形成并喷向保护对象进行灭火。在灭火工作结束后可将防尘罩8套在细水雾喷头上复位。

由于本潜艇及舰船生活舱高压细水雾灭火喷头长期安装工作在海水气氛的环境中，有时甚至用海水作为灭火剂；316L不锈钢具有较好的耐海水腐蚀性能，因此喷头中的喷头壳体、喷头转接头、喷嘴、内部过滤网等部件皆采用316L不锈钢材料制成。

实施例二：

参见图4、图5，本发明一种潜艇及舰船生活舱高压细水雾灭火喷头，由喷头壳体1、喷头转接头2、中心喷嘴3、四周喷嘴4、内部过滤网6、紫铜密封垫圈7和防尘罩8组成。该喷头壳体1的外形为一个圆锥面121，圆锥面121的顶面123为平面，在顶面123的中心安装1个喷嘴3，圆锥面121的法线与喷头12的轴线夹角为β₁，在此锥面121上均匀分布安装6个喷嘴4；喷头壳体1与喷嘴3和喷嘴4通过螺纹旋接；喷嘴3和喷嘴4与喷头壳体1之间采用端面加紫铜垫片的密封形式。喷头壳体1与喷头转接头2通过螺纹连接，采用端面加紫铜垫片的密封形式。喷头转接头2内部有不锈钢滤网6。喷头转接头的另一端通过螺纹与灭火系统的管路连接。

参见图8、图9，图10、图11。喷嘴3和喷嘴4可以选择使用螺旋槽的结构形式；也可以采用旋流片结构形式。喷嘴3和喷嘴4结构形式相同，结构尺寸有所不同，喷嘴3的流量及喷雾角比喷嘴4设计的大，雾滴直径和轴向喷射速度比喷嘴4设计的小。

实施例三：

参见图6、图7，本发明一种潜艇及舰船生活舱高压细水雾灭火喷头，由喷头壳体1、喷头转接头2、中心喷嘴3、四周喷嘴4、内部过滤网6、紫铜密封垫圈7和防尘罩8组成。该喷头壳体1的外形为一个圆锥面121，圆锥面121的顶面123为平面，在顶面123的中心安装3个喷嘴3，圆锥面121的法线与喷头12的轴线夹角为β₁，在此锥面121上均匀分布安装6个喷嘴4，喷嘴3与喷嘴4交错布置。喷头壳体1与喷嘴3、喷嘴4通过螺纹旋接，喷嘴3和喷嘴4结构形式相同，如图8、图9、图10、图11所示，喷嘴3的流量和喷雾角度较大，雾滴直径和轴向喷射速度较小；喷嘴4和喷嘴3相比，其流量和喷雾角度稍小，雾滴直径和轴向喷射速度稍大。

喷头工作过程如下：管路中的高压水流经喷头转接头2进入转接头，经过不锈钢滤网5过滤后进入喷头壳体1的内部，进入喷嘴3、喷嘴4后，水流在喷嘴进行旋转，随着压力的增大，水流冲开防尘罩8，细水雾形成并喷向保护对象进行灭火。在灭火工作结束后可将防尘罩8套在细水雾喷头上复位。

Claims (12)

1、一种潜艇及舰船生活舱高压细水雾灭火喷头，其特征在于：它主要由喷头壳体、喷头转接头、中心喷嘴、四周喷嘴、最外缘喷嘴、内部过滤网、金属密封垫圈和防尘罩组成；根据以上的设计方法，该喷头壳体外形为两个圆锥面，靠近顶部的圆锥面顶面为平面，在该顶面的中心安装有1个中心喷嘴，形成喷头正下方喷雾A区的喷雾场参数，该A区的喷雾场参数，其喷雾角度为40～60度，喷雾液滴的索太尔平均直径60～90微米；靠近顶面的圆锥面的法线与喷头的轴线夹角为β₁，在此圆锥面上均匀分布安装有预定个四周喷嘴，形成下层床铺B区的喷雾场参数，该B区的喷雾角度为20～40度，索太尔平均直径为90～120微米；在靠近顶面的圆锥面的外圈紧邻有另一圆锥面，该另一圆锥面的法线与喷头的轴线夹角为β₂，β₂＞β₁；在此圆锥面上均匀安装有预定个最外缘喷嘴，形成上层床铺C区的喷雾场参数，该C区的喷雾角度为10～20度，索太尔平均直径为120～150微米；不同安装面上的喷嘴相互交错布置；该喷头壳体与中心喷嘴、四周喷嘴以及最外缘喷嘴通过螺纹连接，其间采用端面加金属垫片的密封形式；喷嘴与喷头壳体的内腔连通；喷头壳体与喷头转接头通过螺纹连接，亦采用端面加金属垫片的密封形式；该喷头转接头内腔装有不锈钢滤网；喷头壳体与喷头转接头联接组合后，该喷头转接头的另一端通过螺纹与灭火系统的管路连接；在喷头壳体的上方安装有防尘罩。

2、根据权利要求1所述的潜艇及舰船生活舱高压细水雾灭火喷头，其特征在于：该喷头壳体的外形设计成一个圆锥面，该圆锥面的顶面为平面，在该顶面的中心安装有1个中心喷嘴，该圆锥面的法线与喷头的轴线夹角为β₁，在此圆锥面上均匀分布安装有预定个四周喷嘴。

3、根据权利要求1所述的潜艇及舰船生活舱高压细水雾灭火喷头，其特征在于：该喷头壳体的外形设计成一个圆锥面，该圆锥面的顶面为平面，在该顶面的中心安装有3个中心喷嘴；该圆锥面的法线与喷头的轴线夹角为β₁，在此圆锥面上均匀分布安装有预定个四周喷嘴。

4、根据权利要求1或2或3所述的潜艇及舰船生活舱高压细水雾灭火喷头，其特征在于：该金属密封垫圈的材料选用紫铜。

5、根据权利要求1或2或3所述的潜艇及舰船生活舱高压细水雾灭火喷头，其特征在于：该中心喷嘴、四周喷嘴以及最外缘喷嘴为螺旋槽结构形式。

6、根据权利要求1或2或3所述的潜艇及舰船生活舱高压细水雾灭火喷头，其特征在于：该中心喷嘴、四周喷嘴以及最外缘喷嘴为旋流片结构形式。

7、根据权利要求1或2或3所述的潜艇及舰船生活舱高压细水雾灭火喷头，其特征在于：该防尘罩采用的材料为非金属耐火材料。

8、根据权利要求1或2或3所述的潜艇及舰船生活舱高压细水雾灭火喷头，其特征在于：该喷头中的喷头壳体、喷头转接头、中心喷嘴、四周喷嘴、最外缘喷嘴和内部过滤网皆采用316L不锈钢材料制成。

9、根据权利要求1所述的潜艇及舰船生活舱高压细水雾灭火喷头，其特征在于：该靠近顶面的圆锥面的法线与喷头的轴线夹角β₁为20-30度，紧邻的另一圆锥面的法线与喷头的轴线夹角β₂为45-60度。

10、根据权利要求2或3所述的潜艇及舰船生活舱高压细水雾灭火喷头，其特征在于：该圆锥面的法线与喷头的轴线夹角β₁为35-45度。

11、根据权利要求1所述的潜艇及舰船生活舱高压细水雾灭火喷头，其特征在于：所述的在靠近顶面的圆锥面上均匀分布安装有3个四周喷嘴；在靠近顶面的圆锥面的外圈紧邻有另一圆锥面上均匀安装有6个最外缘喷嘴。

12、根据权利要求2或3所述的潜艇及舰船生活舱高压细水雾灭火喷头，其特征在于：所述的在靠近顶面的圆锥面上均匀分布安装有6个四周喷嘴。

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