CN102698396B - 一种细水雾喷头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种细水雾喷头，包括进水口、混合腔和出水口，进水口包括中心进水道和侧进水道；侧进水道轴向线与混合腔一径向线垂直相交，侧进水道轴向线与混合腔径向平面有小于90度大于0度的夹角；复数个侧进水道位于中心进水道周围并对称设置，侧进水道与中心进水道的距离小于混合腔径向半径。本发明具有更大的轴向动量，最大限度地使雾滴穿透火场空间，实现深度灭火；同时保持了细水雾的径向动量，增大细水雾的雾化角，扩大细水雾的灭火范围，体积小，结构简单、加工方便、制造成本低，可批量生产。实验表明喷头的雾化性能、动能指标较好，对火灾有较好的扑灭能力。

Description

一种细水雾喷头

技术领域

本发明属于属于消防安全装备设计领域，尤其属于消防装备中水枪设计制造，特别涉及水枪的水雾喷头设计制造技术。

背景技术

近年来，细水雾灭火技术以其环保、高效、无毒等特点逐渐代替哈龙灭火剂成为主流的灭火技术，是消防科学研究的热点之一。目前细水雾灭火技术的研究已经取得了重大进展，然而细水雾喷头却是遏制其进一步发展的瓶颈，传统的直接雾化喷头的雾化效果不理想，雾化角小和保护半径小，限制了细水雾灭火系统的应用范围。

解决雾化角和保护半径问题有多种方法，包括对喷头改进的直射-旋流雾化喷头和旋芯结构的雾化喷头。

旋芯结构的雾化喷头是：高压流体在压力驱动下进入喷头或喷嘴内部的旋流腔，在喷头旋流腔内有一旋芯，旋芯在高压流体的驱动下产生强烈旋转，然后从喷嘴喷出在离心力的辅助作用下产生雾化。该结构的不足在于，①旋芯会增加流体的能量损失，导致喷嘴的喷雾动量低。②旋芯会导致喷嘴的结构复杂体积增大，长期不用还容易造成锈蚀流道堵塞，高加工精度的旋芯还带来制造成本的增加。③如果过度依靠离心力辅助雾化，喷嘴喷出的雾滴会形成一个空心锥形，而不是实心锥形，喷雾密度分布不均，不能充分发挥细水雾高窒息灭火的效果。

直射-旋流雾化喷头是：该喷头具有一个底部进口和2个侧面进口，2个侧面进口以轴向转向水平后与喷头内壁面相切的方向进入喷头，产生旋流，并与底部进口产生直射流相混合，形成具有直射流和旋流的强烈紊流运动，最后从喷头的喷嘴喷出。该结构不足在于，当水流由2个侧面与喷头内壁相切方向的进口进入时，虽然可以产生强烈的旋流，但是使得喷头在轴向动量方面损失的能量比较大，不利于深度灭火。

发明内容

本发明根据现有技术的不足公开了一种水雾喷头，本发明要解决的问题是提供一种新的喷头进水结构，以减少流体进口动量损失，达到节能环保，使旋流腔的旋流混合更好，提高喷头出口轴向动能，提高喷头的雾化性能，实现更好的灭火效果。

本发明通过以下技术方案实现：

细水雾喷头，包括进水口、混合腔和出水口，进水口包括中心进水道和侧进水道，其特征是：

侧进水道轴向线与混合腔一径向线垂直相交，侧进水道轴向线与混合腔径向平面有小于90度大于0度的夹角；

复数个侧进水道位于中心进水道周围并对称设置，侧进水道与中心进水道的距离小于混合腔径向半径。

进一步侧进水道位于中心进水道径向周围并对称设置2至6个。

优选侧进水道位于中心进水道径向周围并对称设置2个。

进一步侧进水道轴向线与混合腔径向平面夹角是60 度。

进一步侧向进水道的轴向线投影在喷头十字中心线平面上呈45度夹角。

进一步侧进水道直径大于或等于中心进水道直径。

优选侧进水道直径是中心进水道直径的二倍。

更进一步侧进水道与中心进水道的距离是混合腔径向半径的二分之一。

上述出水口与中心进水道在同一轴线上。

上述混合腔与出水口连接端部形状是一锥体。

上述水雾喷头具有中心进水道和与中心进水道轴线成特定夹角的侧进水道，侧进水道夹角相等旋向一致，侧进水道旋流与产生轴向动能的直射流相混合，在混合腔中中心进水道直射流和侧进水道旋流的强烈混合形成旋流运动，在中心进水道轴向动能的推动下，混合旋流最后从喷头的出水口喷出与大气产生强烈碰撞形成细水雾。上述结构在保持强烈旋流的同时使得侧面水道的轴向动量损失降到最低，与直射-旋流雾化喷头比较由于进口水流无急剧转弯，减少了进口损失，节约了能量，使旋流腔的旋流混合更好。

本发明具有以下优点：具有更大的轴向动量，最大限度地使雾滴穿透火场空间，实现深度灭火；同时保持了细水雾的径向动量，增大细水雾的雾化角，扩大细水雾的灭火范围，体积小，结构简单、加工方便、制造成本低，可批量生产。实验表明喷头的雾化性能、动能指标较好，对火灾有较好的扑灭能力。

附图说明

图1是本发明两侧进水道结构流体流场结构示意图；

图2是采用本发明喷嘴一种结构截面示意图；

图3是图2进口端面结构示意图；

图4是采用本发明喷嘴进水口结构示意图；

图5是图4BB截面结构示意图；

图6是图4AA截面结构示意图。

图中，1是进水口，1a是中心进水道，1b是侧进水道，2是径向平面，3是混合腔，4是出水口，a是侧进水道轴向线与混合腔径向平面夹角夹角。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体的描述，本实施例只用于对本发明进行进一步的说明，但不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员可以根据上述本发明的内容作出一些非本质的改进和调整属于本发明保护的范围。

实施例1

结合图1。图1是本发明两侧进水道结构流体流场结构示意图。如图所示，在结构体的限制中形成如图的两侧进水道结构流体流场结构。流场结构一端是中心进水道1a和侧进水道1b，本例有两个侧进水道1b；中部是混合腔3；另一端是出水口4；图1中有两个在混合腔3一端径向平面2对称设置的两个侧进水道1b，还可以在混合腔3径向平面2对称设置的2至6个侧进水道1b。

如图1所示，细水雾喷头包括进水口1、混合腔3和出水口4，进水口1包括中心进水道1a和侧进水道1b，侧进水道1b轴向线与混合腔3一径向线垂直相交，侧进水道1b轴向线与混合腔3径向平面2有小于90度大于0度的夹角a，所述混合腔3径向线是混合腔3径向平面2上穿过圆心的半径线或直径线；复数个侧进水道1b位于中心进水道1a径向周围并对称设置，侧进水道1b与中心进水道1a的距离小于混合腔3径向半径。

侧进水道1b位于中心进水道1a径向周围并对称设置2至6个；本例侧进水道1b位于中心进水道1a径向周围并对称设置2个。

本例侧进水道1b轴向线与混合腔3径向平面2夹角a是60 度。

侧向进水道1b的轴向线投影在喷头十字中心线平面上呈45度夹角。

侧进水道1b直径大于或等于中心进水道1a直径；本例侧进水道1b直径是中心进水道1a直径的二倍。

侧进水道1b与中心进水道1a的距离是混合腔3径向半径的二分之一。

出水口4与中心进水道1a在同一轴线上。

混合腔3与出水口4连接端部形状是一锥体。

本发明在中心进水道1a周边对称设置侧进水道1b，侧进水道1b和中心进水道1a在同一径向平面2与混合腔3连通，中心进水道1a轴线垂直于径向平面2，多个侧进水道1b对称设置在中心进水道1a周边，每个侧进水道1b轴线与径向平面2有相同的夹角a形成旋向一致的进水，并且侧进水道1b轴线与径向平面2相交的径向线垂直形成沿混合腔3轴向柱面的切向进水。

上述水雾喷头具有中心进水道1a和与中心进水道1a轴线成特定夹角的侧进水道1b，侧进水道1b夹角相等旋向一致，侧进水道1b旋流与产生轴向动能的直射流相混合，在混合腔3中中心进水道1a直射流和侧进水道1b旋流的强烈混合形成旋流运动，在中心进水道1a轴向动能的推动下，混合旋流最后从喷头的出水口喷出与大气产生强烈碰撞形成细水雾。上述结构在保持强烈旋流的同时使得侧面水道的轴向动量损失降到最低，与直射-旋流雾化喷头比较由于进口水流无急剧转弯，减少了进口损失，节约了能量，使旋流腔的旋流混合更好。

实施例2

结合图2至图6。

如图所示，图2是采用本发明喷嘴一种结构截面示意图，图3是图2进口端面结构示意图，图4是采用本发明喷嘴进水口结构示意图，图5是图4BB截面结构示意图，图6是图4AA截面结构示意图。本例通过各组件结构组合形成图1流体流场结构的细水雾喷头。

如图2所示，喷头包括构成喷嘴出水口4的喷嘴组件、构成进水口1的进水组件和与喷嘴组件、进水组件共同构成混合腔3的腔组件。喷嘴组件、进水组件与腔组件通过匹配的螺纹结构安装固定，为防止渗漏可在结合部增加橡胶密封圈。各组件均为不规则圆柱体，组合后其内部形成图1流体流场结构。

本例实现旋流流体流场结构是将进水组件设置侧进水道1b，如图4、图5和图6所示，进水组件与腔组件通过匹配的螺纹结构安装固定，进水组件圆柱轴向中心有通孔，即中心进水道1a，在进水组件的中心进水道1a外侧设置侧进水道1b，本例对称设置两个，侧进水道1b也是贯穿进水组件轴向的通孔，但倾斜设置，图中箭头是倾斜方向。

通过改变进水组件上中心进水道1a和/或侧进水道1b的位置、直径、倾斜角度、设置数量等可以实现不同的旋流腔的旋流混合。本例采用细水雾喷头包括进水口1、混合腔3和出水口4，进水口1包括中心进水道1a和侧进水道1b，侧进水道1b轴向线与混合腔3一径向线垂直相交，侧进水道1b轴向线与混合腔3径向平面2有60度的夹角a；2个侧进水道1b位于中心进水道1a径向周围并对称设置，侧进水道1b与中心进水道1a的距离等于混合腔3径向半径的二分之一。

实施例3

本发明采用FLUNET流动分析软件，对本发明结构细水雾灭火喷头内外部射流场进行了数值模拟分析，从喷头的内外部射流场预测分析了喷头的雾化性能，结构参数对喷头的雾化性能的影响因素进行了比较分析，通过进口中心进水道1a（尺寸1、1.5、2mm）侧进水道1b（尺寸1、1.5、2mm）出水口4（尺寸1.2、1.6、2mm）实验优化确定了细水雾喷头的结构。并对本发明结构细水雾喷头的雾化性能、灭火效果进行了试验。

喷头雾化性能试验的主要内容：喷头的雾化角、流量特性系数、雾粒直径及其分布和雾粒喷射动量。这些参数中, 流量特性、雾粒直径和雾粒喷射动量是主要的性能参数, 对细水雾喷头的灭火性能影响最大。

实验结果如下表：

轴向距离（mm）	0	20	40	60	80	100	120	140
									轴向速递（m/s）	16.7448	19.1257	20.1402	19.7686	18.1001	15.8588	13.2061	12.09
粒径大小（mμ）	71.27	62.72	60.11	62.01	56.08	63.97	75.11	74.53
									轴向距离（mm）	160	180	200	220	240	260	280	300
轴向速递（m/s）	8.9149	7.9109	6.2748	5.9345	5.2264	4.017	3.4951	2.8496
									粒径大小（mμ）	86.72	91.12	96.38	104.6	107.43	109.81	105.8	108.45

实验表明本发明具有以下优点：①具有较大的轴向动量，节约了能量，在3Mpa压力下，距喷头出口1米处实验测试，其细水雾的雾粒最大轴向速度为20.1402m/s,最大限度地使雾滴穿透火场空间，实现深度灭火； 喷头的雾粒直径在55-108μm范围内。②同时保持了细水雾的径向动量，细水雾的径向速度为？M/S，增大细水雾的雾化角，扩大细水雾的灭火范围，在3Mpa下实验测试雾化锥角不小于50度；③体积小，结构简单、加工方便、制造成本低，可批量生产。实验表明在1.2Mpa≦P≦3.5 Mpa中压范围喷头的雾化性能、动能指标都较好，对火灾有较好的扑灭能力，将本发明喷头装于水枪上在3Mpa压力条件下，作B类火8B灭火实验测试，加泡沫和未加泡沫两种情况下，其灭火时间为15-47秒，作A类火1A灭火实验测试，加泡沫情况下其灭火时间为210秒。

上述A类火是按GB4351.1—2005用1A级别试验模型进行试验，1A试验模型是400*400*100mm，72根木条组成的正方体木垛放在钢架上，用1.1L汽油盆引燃试验模型、条件、步骤、评定均按GB4351.1—2005进行。B类火是按GB4351.1—2005用8B级别试验模型进行试验吗，8B试验模型是试验油盆直径为570mm、深度为150mm，加入适量深度的水，然后加入8L汽油，预燃60s）试验模型、条件、步骤、评定均按GB4351.1—2005进行。

Claims (10)

1.一种细水雾喷头，包括进水口（1）、混合腔（3）和出水口（4），进水口（1）包括中心进水道（1a）和侧进水道（1b），其特征是：

侧进水道（1b）轴向线与混合腔（3）一径向线垂直相交，侧进水道（1b）轴向线与混合腔（3）径向平面（2）有小于90度大于0度的夹角（a）；

复数个侧进水道（1b）位于中心进水道（1a）径向周围并对称设置，侧进水道（1b）与中心进水道（1a）的距离小于混合腔（3）径向半径。

2.根据权利要求1所述的细水雾喷头，其特征是：所述侧进水道（1b）位于中心进水道（1a）径向周围并对称设置2至6个。

3.根据权利要求2所述的细水雾喷头，其特征是：所述侧进水道（1b）位于中心进水道（1a）径向周围并对称设置2个。

4.根据权利要求1所述的细水雾喷头，其特征是：所述侧进水道（1b）轴向线与混合腔（3）径向平面（2）夹角（a）是60 度。

5.根据权利要求1所述的细水雾喷头，其特征是：侧向进水道（1b）的轴向线投影在喷头十字中心线平面上呈45度夹角。

6.根据权利要求1所述的细水雾喷头，其特征是：所述侧进水道（1b）直径大于或等于中心进水道（1a）直径。

7.根据权利要求6所述的细水雾喷头，其特征是：所述侧进水道（1b）直径是中心进水道（1a）直径的二倍。

8.根据权利要求1至7任一项所述的细水雾喷头，其特征是：侧进水道（1b）与中心进水道（1a）的距离是混合腔（3）径向半径的二分之一。

9.根据权利要求8所述的细水雾喷头，其特征是：所述出水口（4）与中心进水道（1a）在同一轴线上。

10.根据权利要求8所述的细水雾喷头，其特征是：所述混合腔（3）与出水口（4）连接端部形状是一锥体。

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