CN102348510A - 利用鼓风效应喷洒流体的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用鼓风效应喷洒各种流体，特别是喷洒水的装置。本发明涉及一种装置，所述装置利用试图分散流体的部分鼓风从而允许改进所述流体的喷洒。所述装置包括：低压气流发生器(1)，其被供以环境空气(6)，所述低压气流发生器能够在空气动力流(5)中产生高流速压缩鼓风；预混合腔室(7，12)，其通过使用喷嘴(12)在流的出口处抽出一部分气流而被供以压缩空气，设置有效果公知的空气动力涡旋式喷嘴，所述涡旋式喷嘴辅助由增压喷射器执行的流体的喷洒。

Description

利用鼓风效应喷洒流体的装置

技术领域

本发明涉及一种试图利用鼓风效应改进不同流体，特别是水的喷洒容量的装置，主要应用于民用防护的领域，但是也应用于环境的保护和农业的保护。

在不同的应用中都需要通过使用空气柱的鼓风，在或长或短的距离上以或大或小精确度的液滴，以或大或小的量，喷洒不同流体，特别是水。特别地，在消防应用中通过雾化效应以灭火以及为了保护或者冷却，在保护环境的应用中用于保护或者净化行为，或非常简单的在农业应用中用于消毒产品的湿润或者撒布。

背景技术

在所有的情形中，技术首先是基于这样的思想：通过一个或多个注入器喷洒流体，上述注入器以这样的方式-由此产生的液滴足够精细以与携带它们的鼓风相混合-而大致布置在顶中并且放置在外周上以及由功率或大或小的风机产生的气流中。

为了以或多或少精细的液滴喷洒流体，通常采用的是液压机械技术，并且为了产生鼓风，通常使用的原理是在非常低的压力状态下，导管风扇产生或大或小的气流。

这种通常保留的喷洒流体的技术，主要基于机械压裂的效应，上述机械压裂效应是通过在流体上的喷射器进口处施加的压力效应而在喷射器上产生的，并且取决于流动孔洞的几何形状。流速越高，因此需要越多的力来提供给这个通道。这产生了泵的动力化功率方面的需要以及在用于实际流动的实际压力下保证正确操作的困难。

将空气和流体混合的技术通常是最平常的并且包括：以调和所喷射流体的流动并且主要是以允许这个气流提供这个混合功能的方式，尽可能好地将流体的喷洒注入器散布在喷射的气流中的外壳的外周。

本发明的目的是：

首先，以对液压功率的更少需求而实现将流体压裂成足够精细的液滴的方式来改进喷洒条件。

其次，成功产生空气/流体的预混合以利于携带有流体的空气柱的更加精细的最后混合。

发明内容

根据本发明的所述装置，使得实现旨在为利用鼓风效应的现有技术带来实质性进步的各种目的成为可能。

为此，提供了高速压缩气流发生器，所述装置被供以环境空气并且包括：鼓风机，其由集成在被供以初级压缩空气的中心体中的发动机或涡轮轴发动机驱动；以及整流件，其产生中心体周围的次级压缩空气的空气动力流。

提供了连接至次级空气流的至少一个压缩空气抽出喷嘴。

建议将待喷洒的流体的供应器连接至为民用防护、环境保护或环境净化，或用于农业而设计的流体源。用于农业的流体将对这个领域是有用的，例如施肥、杀虫和消毒类型的领域。

还涉及包括初级空气流周围的次级空气流的发动机并且设置这样一种装置用于喷洒流体。

还涉及一种涡轮风扇发动机，其被供以环境空气并且包括位于被供以初级压缩空气的中心体周围的次级压缩空气流，以及由集成在所述中心体中的发动机或涡轮轴发动机驱动的鼓风机，这个反应器设置有一种利用鼓风效应喷洒流体的装置，所述装置本身设置有一个或多个预混合腔室，所述预混合腔室包括连接至所述次级空气流的压缩空气抽出喷嘴并且所述预混合腔室以这样的方式被供以待喷洒的所述流体：在将混合物扩散到外界之前，通过喷射锥体，利用鼓风效应，对所述流体与抽出的压缩空气进行喷洒和预混合。

同时还涉及一种用于喷洒流体的方法，其中：

—由涡轮风扇发动机产生鼓风；

—在次级压缩空气流中抽出压缩空气以供应一个或多个预混合腔室，所述预混合腔室以这样的方式被进一步供以待喷洒的所述喷洒流体：在将所述混合物扩散至外界之前，喷洒具有抽出的压缩空气的所述流体。

有利地，并且如所示，低压气流发生器被供以环境空气6，所述低压气流发生器具有在空气动力流中产生高流速压缩鼓风的功能，将包括：鼓风机1，其通过集成在中心体2中并且与固定或活动的气流矫直机3相连的发动机或涡轮轴发动机17的作用高速旋转，所述矫直机旨在提供气流的排出而不用回转并且外周边的整流件4相对于中心体2产生空气动力流5。

建议的是，气流发生器以这样的方式定尺寸：在标准操作中，由所述鼓风机的旋转产生的次级空气的压缩气流5的出口处的空气压力比6中的入口压力(这是操作状态下的空气气压)至少大15％。

特别地在这样一个气流发生器上，本发明建议组装用于通过产生的鼓风效应喷洒流体的装置20。

如图6所示，待喷洒流体的供应器9将连接至为民用防护、环境保护或环境净化，或用于农业而设计的流体源21。为了喷洒这种流体，装置20包括用于抽出压缩空气的至少一个喷嘴8，所述压缩空气连接至气流发生器的次级空气流5。

因此，一个或多个预混合腔室7将布置为朝向空气动力流的出口，所述预混合腔室具有提供喷洒和空气/流体预混合的功能。每个腔室通过使用喷嘴抽出(在8中)气流而被供以压缩空气，所述喷嘴放置于并且朝向于空气动力流5的出口。

推荐的是在标准操作中，所述/每个腔室相对于外部环境空气压力大至少15％。

根据另一个特征，每个腔室通过导管9被供以流体，在所述导管的尾端固定有喷射器产生限制10，所述流体排进气动涡旋式喷嘴11，气动涡旋式喷嘴11以由排进鼓风13中的大气的锥体12喷射混合物的方式补充流体的喷洒和提供为对抽出的空气和喷射器喷洒的流体进行混合。

空气动力涡旋式喷嘴11的特性是已知的，其具有补充喷洒流体的功能，由于施加至导管9中的流体的压力，流体首先由喷射器10液压机械地提供。

操作原理是基于包含在所述腔室7中的压缩空气的效应，所述压缩空气通过空气动力流8中的喷嘴抽出并且所述压缩空气通过具有定向槽14和15的两个环形导管朝向外界被排出。第一个环形导管使得一部分所述次级空气在喷洒流体周围的一个方向上旋转，第二个环形导管使得剩余部分的空气在文丘里管16周围在另一个方向上旋转。大多数空气相反地运动，在由喷射器喷洒的流体的周围，有两个共轭效应：剪切效应，其进一步打破液滴并且精炼液滴；以及空气动力效应，其在喷射锥体12中产生将进一步有利于最终的混合的空气/流体的预混合。

由于预混合腔室通过喷嘴供应，而所述喷嘴执行朝向空气动力流的出口的空气抽出，根据本发明的一个特征是设置为在提供实施压力的空气动力流中布置气流发生器，在标准操作中所述压力必须有利地比环境空气的外部压力至少大15％。

由于描述的组件，根据本发明的一个特征是，在给定的空气动力流压力下，能够获得比在传统组件中通常获得液滴更精细的液滴，所述传统的组件具有一般应用的流体的压力；或者相反地在空气动力流的同样压力状态下，以比通常施加的压力小得多的压力获得通常液滴的大小，因此需要较小的液压动力使其实现。

根据本发明的另一个特征在于，有利于最终的充分地混合从而使得鼓风效应携带更精细和更远的流体液滴成为可能。

附图说明

附图示出了本发明：

图1以剖视图和平面图示出了根据本发明的装置的完整组件。这里能够发现的基本元件有：中心体2、鼓风机1(或低压压缩机)、流动矫直机3、整流件4、空气动力流5、具有用于抽出空气8的进口喷嘴的预混合腔室7及其喷射锥体12。

图2以剖面图立体地详细地示出了空气动力注入器的装置，所述空气动力注入器具有喷射器和放置于预混合腔室7中的涡旋式喷嘴。本图详细示出并且实现了示出剪切和混合的原理，在由所述喷射器产生的流体喷洒的周围，所述剪切和混合引起了逸向大气的压缩空气运动。

图3立体地示出了使用涡旋风扇发动机的实施例的剖视图。涡旋风扇发动机的次级流示出了过压的理想流以便在出口处安装预混合腔室，所述预混合腔室设置有抽出一部分次级流的锥体并且将喷洒的和预混合的流体喷射进入由次级流的主流动产生的鼓风。

具体实施方式

为了预混合腔室的正确操作，实现根据本发明的所述装置的困难特别地在于在空气动力流中提供足够的压力以及高速气流的良好的方向性的能力，其中预混合腔室被供以在气流的出口处抽出的压缩空气。

在根据图3的实施例中，低压力空气发生器采用了涡轮风扇发动机的传统结构并且由支撑着外壳4的中心体2组成，所述外壳4本身产生依据空气动力学原理5精心设计和定尺寸的空气动力流。在中心体中，在后部17上安装有涡轮轴发动机。所述涡轮轴发动机通过机械装置连接至放置于中心体前部的鼓风机1，所述鼓风机1包括相适应的空气动力形式的叶片并且在整体的主轴上以高速旋转。由所述鼓风机的旋转产生的鼓风被称作主流。由于热力学的规则，使在鼓风机出口处的主流的压力比空气进口压力大了至少15％的压力，所述进口压力为大气压，并且所述主流相对于进口温度经过了几十度温度的增加。

鼓风机的下游并且在适合的距离，在主流3中布置有固定的或活动的条板格栅，这些条板具有精心相适应并具有流动矫直机功能的空气动力外形。在鼓风机出口处的主流确实有必须被消除的处在流的轴线上的旋转运动。所述矫直机的条板具有在气流的轴线上使得主流返回的效果，其本身提供定向的和层流的鼓风，而不用损失太多的压力或由鼓风机产生的主流的总速度。

在中心体中，矫直机的下游布置有环形空气进口，所述空气进口占据了主流的一部分以供应涡轮轴发动机18的操作，引导进这个空气进口中的空气被称作初级空气。剩余的空气朝向于喷射器被引导并且被称作次级空气，携带有次级空气的气流被称作次级流，其通常占到主流的40％至80％并且以150m/s至250m/s大小的速度喷射。

在标准速度下，根据流动的总压力、温度以及方向性，在次级流中建立那些适合于预混合腔室的正确操作的条件。在根据本发明的实施例中，预混合腔室的抽入喷嘴以这样的方式直立设置在次级流中并且位于气流8的出口处：它们不会妨碍残余次级流的喷射，所述残余次级流能够占到总的次级流的高达80％并且当被喷射至大气时构成鼓风，所述鼓风稀释并且扩散液滴。

因此，在根据本发明的实施例中，将力求在残余次级流动中布置预混合腔室12的喷射锥体。

最后，涡轮轴发动机的排出气体将通过管道喷射，所述管道位于中心体的后部、同轴地并且在残余次级流19的中心。经验显示这些气体会很快丧失它们的速度并且特别是丧失它们的温度，并且尽管这些气体仅占不到喷射空气总量的30％，它们将不会明显地破坏由鼓风携带的液滴的散布但因此将有利于鼓风的总速度和将改进携带距离。

根据本发明的装置，旨在应用于民用防护领域，但也可以是也为了环境保护和农业保护。

如理解地，本发明值得注意的部分基于：

—混合腔室7/12布置于涡轮风扇发动机的次级流5/8的出口处；

—使用抽出压力(图1中的P1)和环境压力(图1中的P0并且是出口端的外部空气的压力)的压力差以实现流体20的预混合，所述流体与经由一个喷嘴或多个喷嘴8抽出的一部分次级空气一起被喷洒。

为此，涡旋式喷嘴11被放置在预混合腔室7/12的进口处使得在将混合物喷洒进主空气流13之前，剪切喷洒的流体以产生待喷洒的非常精细的流体滴，以及执行流体和空气之间的精细混合成为可能。

因此，待喷洒的流体(比如水)将按两个步骤被注入：第一步提供流体滴的剪切和流体滴与抽出空气的精细混合，为了有效果，在第二步中，特别地使这些与主流里的空气精细混合的这些流滴有效的分布。

用这种方式，特别是消防应用中，将可能极大地减小喷洒液滴的大小。液滴越精细，灭火的效率(惰性化)越高。

图3、4示出了多个次级空气抽出喷嘴8，所述喷嘴有利地环绕地分布在次级压缩空气5的环形流中。

因此，在这里都标记为20的用于喷洒流体的多个装置，能够连接至次级空气5的圆周流。

见图3和图4，因此推知在单个顶之后的单个阶段将是足够的。

此外，所述/每个抽出喷嘴8的供应器9被连接至待喷洒的流体源21。

公用资源是可能的。应当理解的是所述源21将包含用于民用防护、环境保护或环境净化，或用于农业的保护的适当流体量。

3个至7个喷洒装置20将有利地布置在整流件4的周围(在图4和图5中图示了以常规方式环形地分布有5个这样的装置)。

关于中心体2的内部，特别是图6使得示出中心体包括典型地有益于具有鼓风机的发动机或涡轮轴发动机的操作的器件成为可能。

首先，通过在22中的抽出，所述中心体被内部地供以压缩空气，以便朝向于环形中心燃烧区域24引导主要空气的流动。

在矫直机3的下游，流5的地方，设置了多个抽出口22。

在中心体2中，在发动机轴26的周围特别地可以看到燃料进口28。

这些进口朝向注入器供应燃料，与初级燃料空气一起，将使在燃烧区域24中点燃产生的混合物成为可能。

燃烧的气体通过中心管道30在下游被排空。所述气体参与到气态流动13的产生。

位于上游的中心驱动轴26将旋转鼓风机1连接至位于更远的下游的涡轮部32(通常与在进口E和出口S之间的空气流动的总的方向有关)，在所述鼓风机1和涡轮部32之间，空气压缩机部34位于燃烧区域的上游。

涡轮部32、空气压缩部34分别包括了涡轮机和压缩机的几个阶段。

典型地，涡轮机和压缩机的1阶段分别有高压(32a、34a)和低压力32b。

在图6中次级空气流的环形出口被特别地标记为36，即，整流件的后端。

可以观察到，沿着机器1的中心轴线1a，中心体2以及预混合腔室7和它们的管道或锥体12延伸直到出口36的下游，因此更在后方。然而，这些锥体12将有利地位于管道30的上游部30a的周围，因此所述锥体在中心体2的外周壁的凸出的后部2b的周围。

在各个附图中，也将注意到所述用于喷洒流体20的装置包括一个或多个附属件。每个附属件包围所述的预混合腔室或腔室7并且每个附属件布置在次级空气流5的整流件4的周围。

当然，每个预混合腔室7通过扩散器12在后部延续。

根据前述，将进一步理解到本发明的特征还在于：本发明涉及一种用于喷洒流体的方法，其中，在利用产生的鼓风效应使混合物扩散之前，将流体与压缩空气混合，其特殊之处在于：

—由涡轮风扇发动机产生的鼓风被供以环境空气6并且包括次级压缩空气流5；

—在所述的次级空气流5中抽出压缩空气以供应一个或多个预混合腔室7，预混合腔室7以这种方式被进一步供以所述喷洒流体9：在使得所述混合物向外界扩散之前，将上述流体与抽出的压缩空气一起喷洒，然后扩散到外部。

精确地，通过将预混合腔室或腔室7布置为整流件4周围的附属件，所述压缩空气将更优选在所述次级空气流5中抽出以及对装置供以待喷洒的流体9。

并且回想根据本发明的所述装置，将会发现实用性，尤其是，在消防应用中以灭火以及为了保护或者冷却，在保护环境的应用中用于保护行动或者环境净化，或非常简单的在农业应用中用于消毒产品的湿润或者撒布。

Claims (15)

1.一种利用鼓风效应喷洒流体的装置，所述装置布置在高速压缩气流发生器上，所述装置被供以环境空气(6)并且包括：鼓风机(1)，其由集成在被供以初级压缩空气的中心体(2)中的发动机或涡轮轴发动机(17)驱动；放置在所述鼓风机下游的固定的或活动的气流矫直机(3)；整流件(4)，其产生所述中心体(2)周围的次级压缩空气的空气动力流(5)，所述装置包括一个或多个经由流体的供应器(9)容纳待喷洒的流体的预混合腔室(7)，所述预混合腔室在通过利用鼓风效应的锥体(12)使流体扩散之前，对所述流体进行喷洒以及预混合，

其特征在于，所述装置包括至少一个用于抽出连接至次级空气流(5)的压缩空气的喷嘴(8)。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述待喷洒流体的供应器(9)连接至为民用防护、环境保护或环境净化，或用于农业而设计的流体源(21)。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：用于喷洒流体的装置和气流发生器被设计和定尺寸为：在标准操作中，由所述鼓风机的旋转产生的空气动力流(5)中的次级压缩空气流相对于外部的环境空气至少过压15％。

4.根据权利要求1和3或2和3所述的装置，其特征在于：其包括用于抽出空气的多个喷嘴(8)，所述喷嘴在所述空气动力流的出口处在次级压缩空气的空气动力流(5)的流中布置为预混合腔室或者腔室(7)被供以压力比外部的环境空气至少大15％的次级压缩空气。

5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：每个预混合腔室(7)设置有待喷洒流体的供应导管(9)，其出口孔支承喷射器(10)，且其在鼓风(13)中排进布置在所述预混合腔室的底部上的空气动力涡旋式喷嘴(11)中，所述腔室的功能是通过空气动力剪切补充所述喷射器的喷洒以及在将其喷射进大气中之前提供空气/流体预混合物。

6.根据权利要求1和5或2和5所述的装置，其特征在于：在鼓风中，排进大气中的所述预混合物在文丘里管(16)后被喷射。

7.根据权利要求6或权利要求6与其他任一项前述权利要求结合所述的装置，其特征在于：其包括具有容纳所述次级空气的定向槽(14、15)的两个环形导管，其中一个环形导管使得一部分所述次级空气在喷洒的流体周围在一个方向上旋转，另一个环形导管使得剩余部分的空气在文丘里管(16)周围在另一个方向上旋转。

8.根据前述权利要求中至少一项所述的装置，其特征在于：其包括在多个预混合腔室的次级残余气流中的多个喷射锥体(12)。

9.根据前述权利要求中至少一项所述的装置，其特征在于：所述装置包括多个喷嘴，其用于对多个预混合腔室的抽出，所述喷嘴在次级气流中直立并且在出口流(8)处布置为不会妨碍残余次级流的喷射，所述残余次级流能够占到次级空气总流量的高达80％，并且当被喷射进大气中时，其构成稀释和扩散经扩散的流体液滴的鼓风。

10.包括初级空气流周围的次级空气流的发动机(17)，其特征在于，通过在次级空气流(5)处构成所述高速压缩气流发生器而包括根据前述权利要求中至少一项所述的用于喷洒流体的装置，用于抽出压缩空气的所述喷嘴(8)连接至所述次级空气流(5)。

11.根据权利要求9所述的发动机(17)，其特征在于：所述发动机涉及一种涡轮风扇发动机。

12.根据权利要求9或10所述的发动机(17)，其特征在于：用于喷洒流体的所述装置包括一个或多个附属件，所述附属件包围所述预混合腔室(7)并且设置在次级空气流(5)的整流件(4)的周围。

13.被供以环境空气(6)的涡轮风扇发动机，其包括位于被供以初级压缩空气的中心体(2)周围的次级压缩空气流(8)，以及由集成在所述中心体中的发动机或涡轮轴发动机(17)驱动的鼓风机(1)，其特征在于，所述涡轮风扇发动机包括用于利用鼓风效应喷洒待喷洒的流体的装置，所述装置设置有一个或多个预混合腔室(7)，所述预混合腔室包括压缩空气抽出喷嘴，所述压缩空气抽出喷嘴以在将混合物散布到外界之前，通过喷射锥体(12)，利用产生的鼓风效应，对所述流体与抽出的压缩空气进行喷洒和预混合的方式而连接至所述次级空气流(5)并且被供以待喷洒的流体。

14.用于喷洒流体的方法，其中，在利用产生的鼓风效应使所述混合物扩散之前，使得所述流体与压缩空气混合，其特征在于：

—由被供以环境空气(6)的涡轮风扇发动机产生鼓风，并且包括：次级压缩空气流(5)，其位于被供以初级压缩空气的中心体(2)的周围；以及鼓风机(1)，其由集成在所述中心体中的发动机或涡轮轴发动机(17)驱动；

—压缩空气在所述次级空气流(5)中被抽出以便供应一个或多个预混合腔室(7)，所述预混合腔室以这样的方式被进一步供以待喷洒的所述喷洒流体(9)：在将所述混合物扩散至外界之前，喷洒具有抽出的压缩空气的所述流体。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：所述压缩空气在所述次级空气流(5)中被抽出并且通过将预混合腔室或腔室(7)布置为包围次级空气流(5)的整流件(4)周围的附属件而被供以待喷洒的流体。

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