CN103127641A - 一种双气溶胶灭火剂喷射装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双气溶胶灭火剂喷射装置，包括高射速风机或航空燃气轮机、气溶胶灭火剂喷射筒、输水圈、输泡沫灭火剂圈、超细干粉灭火剂喷射炮、超细水雾喷嘴、泡沫灭火剂喷嘴、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀。本发明实现大流量、高射速喷射，这种双气溶胶灭火剂射流，射入失火的建筑物内部空间后迅速弥散开来，产生“全淹没”状态，在火焰卷吸气流作用下进入火焰内部，快速扑灭建筑物内的火灾，阻止火焰复燃。
Description
技术领域
本发明属于消防技术领域，特别是一种双气溶胶灭火剂喷射装置。
背景技术
上世纪初至上世纪二十年代末，世界上先后出现了射水消防车、泡沫消防车、干粉消防车，这些高机动性的消防车在扑救城市火灾、石化工厂火灾等猛烈燃烧大火的战斗中发挥了重要作用，是当前火灾扑救中的主战消防装备。但在灭火实战中也暴露出其技术上存在着的缺陷。这些缺陷是：射水消防车从喷射枪(炮)的出口到火源形成水射流的一条连线，以水射流冲击冷却火源的方式灭火，这种以“点对点”喷射灭火剂的方式是“灭火剂的一维喷射模式”，它提高了扑灭A类火灾的能力。但水射流的弥散性差，80％以上的水流失掉了，为扑灭大火，需要持续不断地射水，以致造成了水渍损失。泡沫消防车和干粉消防车将射出的灭火剂覆盖在可燃物上，利用灭火剂的窒息和阻燃作用迫使火焰熄灭，从喷射枪(炮)的出口到落点形成灭火剂的“点对面”的喷射方式，是“灭火剂的二维喷射模式”，其灭火能力远高于射水灭火，成为扑灭燃油等火灾的主战装备。但为维持灭火剂覆盖在燃烧物上的浓度，在扑灭大火的战斗中需要大量喷射，以致造成对环境的化学污染。上述消防车射出的灭火剂很快坠落地上，未能产生在火焰中弥散的灭火效果，使灭火效率大为降低。在扑救城市建筑物火灾时，需要喷射大量灭火剂，扑救时间长，投入灭火的兵力大。例如，2012年12月22日，延安市宝塔区一栋总高14层6层以上为办公区和宾馆的国贸大厦发生火灾，市消防支队出动27辆消防车、161人参战，另有300名公安干警展开救援，大火持续燃烧12个小时才熄灭。显示出外攻射水的灭火效果不佳，缺乏内攻型的灭火手段。
为提高扑救城市建筑物火灾的作战能力，当前正在发展举高喷射消防车等外攻灭火型消防装备。在扑救建筑物内火灾时人们早就发现，当射出的灭火剂能快速弥散至建筑物内的三维空间时，可产生快速控制火势和扑灭大火的效果。二氧化碳、七氟丙烷等气体灭火剂虽有“全淹没”灭火性能，却无法实现大流量喷射。本世纪初出现的超细干粉灭火剂，经压缩气体驱动喷射后其微小粒子悬浮于空气中，成为灭火能力很强的气溶胶灭火剂(称之为“固基气溶胶灭火剂”，超细水雾之称为“水基气溶胶灭火剂”)，具有与气体灭火剂相似的“全淹没”的灭火持性，灭火效能又远高于气体灭火剂，可用于快速扑灭建筑物内的火灾，这类灭火剂的喷射方式是“灭火剂的三维喷射模式”。200910035878.8专利技术研制出大流量喷射超细干粉灭火剂的“气溶胶消防车”，能夠快速扑灭建筑物内的火灾。但是，固基气溶胶灭火剂的缺点是，当其浓度下降时已熄灭的火焰在余热作用下易于复燃。201210344566.7专利技术解决了在同一支灭火剂喷射枪中同时喷射双灭火剂的方法，在克服火焰易复燃问题方面前进了一大步，但是其喷射出的双灭火剂中只有一种灭火剂能产生“全淹没”灭火作用，且存在着枪(炮)喷射灭火剂的流量小、喷射功率不足的问题；200910035880.5专利技术解决了在大功率喷射的高速气流中生成空气泡沫灭火剂的方法，但不能生成充满建筑物内部空间的“全淹没”型的灭火剂射流。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双气溶胶灭火剂的大功率喷射装置，实现双气溶胶灭火剂的大流量高射速喷射，射入建筑物内部的双气溶胶灭火剂迅速弥散开来，产生“全淹没”状态，在火焰卷吸气流作用下进入火焰内部，快速扑灭建筑物内的火灾，阻止火焰复燃。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种双气溶胶灭火剂喷射装置，包括高射速风机或航空燃气轮机、气溶胶灭火剂喷射筒、输水圈、输泡沫灭火剂圈、超细干粉灭火剂喷射炮、超细水雾喷嘴、泡沫灭火剂喷嘴、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀，高射速风机或航空燃气轮机的后端与气溶胶灭火剂喷射筒连接，沿该气溶胶灭火剂喷射筒上安装有输水圈和输泡沫灭火剂圈，在输水圈位于气溶胶灭火剂喷射筒内的侧面连接有顺气流方向分布的超细水雾喷嘴，在输泡沫灭火剂圈位于气溶胶灭火剂喷射筒内的侧面连接有顺气流方向分布的泡沫灭火剂喷嘴，在输水圈下端的连接管道上安装第一电磁阀门，在输泡沫灭火剂圈下端的连接管道上安装有第二电磁阀门；在气溶胶灭火剂喷射筒内并在该气溶胶灭火剂喷射筒的中心轴线上顺气流方向安装超细干粉灭火剂喷射炮，该超细干粉灭火剂喷射炮的连接管道上安装有第三电磁阀门。
本发明与现有技术相比，其显著优点：（1）将超细干粉灭火剂射流与平均粒径小于200μm的超细水雾射流在气溶胶灭火剂喷射筒内混合和高速射出，成为“固基-水基” 两种不同性质的气溶胶灭火剂的混合射流，射入发生火灾的建筑物内时发挥“全淹没”灭火作用，固基气溶胶灭火剂快速熄灭火焰，包括被障碍物遮蔽的火焰，超细水滴汽化吸热降温，阻止火焰复燃。（2）射入建筑物内的双气溶胶灭火剂，在火灾产生的上升气流和高层建筑物火灾产生的“烟囱效应”作用下进入上层失火区域，抑制和快速扑灭上层空间的火灾。（3）当扑救石化工厂、危险化学品泄漏等火灾时，超细干粉灭火剂射流与泡沫灭火剂射流在气溶胶灭火剂喷射筒内混合和高速射出，随着射流速度的减小，经斥水工艺处理的超细干粉灭火剂微粒飘飞出来形成云状的气溶胶灭火剂，快速扑灭火焰，泡沫灭火剂阻止火焰复燃，大幅度提高灭火效率。（4）实现了平均粒径小于200μm的超细水雾的大流量喷射。本装置射出的超细水雾水滴平均粒径小于200μm，远小于涡喷消防车喷射的细水雾射流的平均粒径(在1.0～1.2 mm之间)，与气体射流混合后的超细水滴处于不坠落的飘飞状态，成为大流量喷射的“强风-超细水雾”射流。单一喷射的“强风-超细水雾”射流可用于改变火场局部烟气的流速流向，吹除或稀释火灾产生的有毒烟气，降低火场温度、提高火场能见度；或用于吹除或稀释泄漏出的有毒有害或易燃易爆的气体，进行应急救援。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明以大功率高速风机的高速气流为喷射动力，喷射“水-固”基双气溶胶灭火剂混合射流，或“固基气溶胶灭火剂-泡沫灭火剂”混合射流的消防装置的总体结构示意图。
图2为本发明以燃气轮机的高速气流为喷射动力，喷射“水-固”基双气溶胶灭火剂混合射流，或“固基气溶胶灭火剂-泡沫灭火剂”混合射流的消防装置的总体结构示意图。
图3为图1和图2中局部剖视图Ⅰ中的大流量超细水雾喷嘴的结构示意图：（a）为主视图，（b）为图3（a）的A-A剖视图。
图4为图1和图2中局部剖视图Ⅱ中的超细干粉灭火剂喷射炮的轴向剖面图。
具体实施方式
结合图1和图2，本发明双气溶胶灭火剂喷射装置，包括高射速风机10或航空燃气轮机11、气溶胶灭火剂喷射筒1、输水圈2、输泡沫灭火剂圈3、超细干粉灭火剂喷射炮4、超细水雾喷嘴5、泡沫灭火剂喷嘴6、第一电磁阀7、第二电磁阀8、第三电磁阀9，高射速风机10或航空燃气轮机11的后端与气溶胶灭火剂喷射筒1连接，沿该气溶胶灭火剂喷射筒1上安装有输水圈2和输泡沫灭火剂圈3，在输水圈2位于气溶胶灭火剂喷射筒1内的侧面连接有顺气流方向分布的超细水雾喷嘴 5，在输泡沫灭火剂圈3位于气溶胶灭火剂喷射筒1内的侧面连接有顺气流方向分布的泡沫灭火剂喷嘴6，在输水圈2下端的连接管道上安装第一电磁阀门7，在输泡沫灭火剂圈3下端的连接管道上安装有第二电磁阀门8；在气溶胶灭火剂喷射筒1内并在该气溶胶灭火剂喷射筒1的中心轴线上顺气流方向安装超细干粉灭火剂喷射炮4，该超细干粉灭火剂喷射炮4的连接管道上安装有第三电磁阀门9。
本发明双气溶胶灭火剂喷射装置的超细水雾喷嘴5的轴线与气溶胶灭火剂喷射筒1的轴线之间的夹角可以为25～30°，泡沫灭火剂喷嘴6的轴线与气溶胶灭火剂喷射筒1的轴线之间的夹角可以为25～30°。
结合图3（a）、图3（b），本发明双气溶胶灭火剂喷射装置的超细水雾喷嘴5的喷口为“一”字型喷口，喷口内通道的宽度为30～50 mm、喷口上下边之间的间隙为1.0～2.0毫米，在喷口侧面设置有水射流的反射板12，反射板12的板面呈弧形，反射板12与超细水雾喷嘴5轴线的夹角为10°～15°，超细水雾喷嘴5射出的水射流在距喷嘴出口10～15毫米处与反射板12撞击。超细水雾喷嘴5的数量可以为8～16个，喷射流量为10～40 kg/s；泡沫灭火剂喷嘴6的数量为6～10个，喷射流量为40～80 L/s，超细干粉灭火剂的喷射流量为5～20 kg/s。高速水射流经反射板12撞击后，又被高速气流撕裂，产生的超细水雾的平均粒径小于200 mm。风机高速气体射流可携带的超细水雾的质量随着气体射流速度的增大而增大。当高射速风机10出口处的风速为80～200 m/s时，在每立方米高速气体射流可与0.4～0.6 kg的超细水雾均匀混合后进行远距离喷射；当航空燃气轮机11的出口处的风速为300～500 m/s时，在每立方米高速气体射流可与0.8～1.5 kg的超细水雾均匀混合后进行远距离喷射。
本发明双气溶胶灭火剂喷射装置可安装在消防车上，也可安装在其它机动型装置上。除用于扑救建筑物内的火灾外，也可用于扑救地下工程火灾、隧道火灾、石化工厂火灾，或利用其“强风-细水雾”射流用于吹除泄漏的有毒有害气体用于应急救援。
本发明双气溶胶灭火剂喷射装置能够实现大流量、高射速喷射水基气溶胶灭火剂射流，也能够实现大流量、高射速喷射“水-固”基双气溶胶灭火剂混合射流，还能够实现大流量、高射速喷射“固基气溶胶灭火剂-泡沫灭火剂”混合射流，是多用途消防装置。
在实现大流量、高射速喷射水基气溶胶灭火剂射流时，在气溶胶灭火剂喷射筒的入口处安装大流量高射速风机，压力为0.8～1.0 MPa的水进入超细水雾喷嘴，从喷嘴喷口射出流速大于40 m/s的超簿形水射流，厚度为1.0～2.0 mm的超簿形水射流与反射板撞击，被板面呈弧形的反射板溅射为平均粒径小于200 μm的超细水雾，超细水雾与来自高射速风机的高速流动的气体混和并获得增速，在混和增速及远距离喷射过程中超细水雾的雾滴中的一部分水份蒸发，生成水雾粒径更小的水基气溶胶灭火剂射流。
在实现大流量喷射“水-固”基双气溶胶灭火剂混合射流时，由大流量高射速喷射水基气溶胶灭火剂射流与大流量喷射固基气溶胶灭火剂射流组合而成。大流量喷射固基气溶胶灭火剂射流：在气溶胶灭火剂喷射筒内的中心轴线上安装轴向剖面为“拉瓦尔喷管”型的超细干粉灭火剂喷射炮，压力为1.2～1.6Mpa的压缩氮气驱动超细干粉灭火剂在输粉管路中高速流动，每千克超细干粉灭火剂由16～24升氮气驱动，压缩氮气进入超细干粉灭火剂的微小颗粒之间的间隙，与超细干粉灭火剂混和成为“气-粉”两相混合流体，当混合流体进入超细干粉灭火剂喷射炮中时，在收敛段因管道的截面积减小而流量不变，迫使流体增速流动；流体进入扩散段后在内外压差作用下压缩气体膨胀，直至膨胀至与外界大气压相等，迫使流体再次加速后高速射出，与来自高射速风机的高速流动的气体混和生成固基气溶胶灭火剂射流。由超细水雾喷嘴射入气溶胶灭火剂喷射筒内的水基气溶胶灭火剂射流，与微粒经过斥水工艺处理的固基气溶胶灭火剂射流在气溶胶灭火剂喷射筒内混和在一起，并获得高速流动的气体增速，从气溶胶灭火剂喷射筒中高速射出，成为具有“全淹没”灭火功能的“水-固”基双气溶胶灭火剂射流。
实现大流量、高射速喷射“固基气溶胶灭火剂--泡沫灭火剂”混合射流时，由大流量喷射固基气溶胶灭火剂射流与大流量、高射速喷射泡沫灭火剂射流组合而成。在气溶胶灭火剂喷射筒内入口处沿内壁上安装有一组周向分佈的大流量泡沫灭火剂喷嘴，压力为0.8～1.0 MPa的稀释后的水成膜泡沫灭火液或A类泡沫灭火液，从大流量泡沫灭火剂喷嘴中射出，生成空气泡沫灭火剂，与气溶胶灭火剂喷射筒内高速流动的气体混和成为空气泡沫灭火剂射流，空气泡沫灭火剂射流与从超细干粉灭火剂喷射炮中射入气溶胶灭火剂喷射筒内的固基气溶胶灭火剂射流混和在一起，获得高速流动的气体增速后从气溶胶灭火剂喷射筒中射出，成为“固基气溶胶灭火剂-泡沫灭火剂”高速射流。
实施例1
参见图1、图3、图4，扑灭建筑物火灾时，启动高射速风机10，高射速风机10产生流量为20～50 m3/s的高速气体射流进入气溶胶灭火剂喷射筒1内，从喷口射出机外的射速为100～200 m/s。打开输水圈2下端的第一电磁阀门7，由消防车供给的压力为0.8～1.0 Mpa、流量为10～30 kg/s的水，经输水圈2上的8～16个超细水雾喷嘴5射出超薄型高射速水射流，水射流以10°～15°角撞击在板面呈弧形的反射板12上溅射为超细水雾，在高速气流的冲击下形成水基气溶胶灭火剂射流。将气溶胶灭火剂喷射筒1的喷口对准建筑物打开的门、窗通道，使水基气溶胶灭火剂射流射入失火的建筑物内。打开电磁阀门9，来自消防车灭火剂贮罐的由1.2～1.6 MPa的压缩氮气驱动的流量为5～15kg/s的超细干粉灭火剂，经输粉管9进入超细干粉灭火剂喷射炮4内，超细干粉灭火剂喷射炮4的进粉口的内径与输粉管的内径相等，收敛段4-1与扩散段4-2交界处的内径为进粉口内径的0.7倍，扩散段喷口的内径为进粉口内径的1.5倍，收敛形的进粉段的长度为进粉口内径的2～3倍，扩散形的出粉段的长度为进粉口内径的4～6倍，在收敛段因管道的截面积减小而流体流量不变，迫使流体增速；进入扩散段后压缩气体膨胀，使流速进一步加快，在扩散段出口处压缩气体已膨胀至与大气压力相等，流体获得充分增速，从喷射通道中高速射出，与来自高射速风机的高速流动的气体混合，形成固基气溶胶灭火剂射流。固基气溶胶灭火剂与水基气溶胶灭火剂射流混合，高速流动的气体使之进一步增速，成为“水-固”基双气溶胶灭火剂混合射流。双气溶胶灭火剂射流的密度远大于单一喷射的固基气溶胶灭火剂射流的密度，可实现远距离喷射。射入建筑物内的双气溶胶灭火剂射流，在建筑物内受到阻挡流速降低，快速弥散开来，被卷吸入火焰之中，有极高灭火效能的气溶胶灭火剂快速熄灭火焰；超细水雾在火区汽化，吸热降温，阻止火焰复燃。在火灾上升烟气的抽吸作用下，“水-固”基双气溶胶灭火剂混合射流向建筑物内各连通的空间扩散；在高层楼房火灾的“烟囱效应”下，经楼梯间等垂直通道进入上层空间，快速扑灭建筑物上层空间内的火灾。
实施例2
参见图2、图3，用于扑灭石化工厂、飞机等火灾时，通常采用航空燃气轮机11作为气体射流的喷射动力，启动航空燃气轮机11，产生流量为20～50 m3/s的气体射流，出口处的风速为300～500 m/s。打开输泡沫灭火剂圈3下端的第二电磁阀门8，由消防车供给的压力为0.8～1.0 Mpa、流量为40～80 kg/s的水成膜泡沫灭火液或A类泡沫灭火液，经输泡沫灭火剂圈3上6～10个泡沫灭火剂喷嘴6射入气溶胶灭火剂喷射筒1内，形成空气泡沫灭火剂射流，与高速气流混合增速后对准火源喷射。打开电磁阀门9，来自消防车灭火剂贮罐的，由压力为1.2～1.6MPa压缩气体驱动的流量为15～20 kg/s的超细干粉灭火剂，经超细干粉灭火剂喷射炮4高速射入气溶胶灭火剂喷射筒1内，形成固基气溶胶灭火剂射流，高速气流使固基气溶胶灭火剂射流与泡沫灭火剂射流混合、增速，成为“固基气溶胶灭火剂-泡沫灭火剂灭火剂”混合射流，从气溶胶灭火剂喷射筒1高速射向火源，在双灭火剂协同作用下，快速扑灭油、气大火。
在扑灭飞机火灾时，当扑灭飞机外部的燃油溢流火灾后，关闭输泡沫灭火剂圈3下端的电磁阀门8，打开输水圈2下端的第一电磁阀门7，转为由消防车供给压力为0.8～1.0 Mpa的水，经输水圈2上的8～16个超细水雾喷嘴5射出流量为10～40 kg/s的超细水雾射流，与气体射流混合增速成为“强风-超细水雾”射流，消防人员在“强风-超细水雾”射流掩护下靠近飞机机体，向机体内射入气体灭火剂或固基气溶胶灭火剂，扑灭机身内的火焰。
实施例3
参见图1、图3，用于应急救援吹除危险化学品运输车辆或燃气输送管道泄漏出的有毒有害、易燃易爆气体时，高射速风机10顺风向停放。启动高射速风机10 或航空燃气轮机11，产生流量为20～50 m3/s、流速为100～500 m/s的高速气体射流，吹除或稀释危险化学品运输车辆或燃气输送管道泄漏出的有毒有害、易燃易爆气体；当泄漏出的有毒有害气体为硫化氢、氯气、氨气等易溶于水的气体时，打开输水圈2下端的电磁阀门7，由消防车供给的压力为0.8～1.0 Mpa、流量为10～40 kg/s的水，经输水圈2上的8～16个超细水雾喷嘴5射入气溶胶灭火剂喷射筒1内，产生“强风-超细水雾”高速射流，喷除和吸收、稀释有毒有害气体，减轻对下游的危害；
当泄漏出的易燃易爆气体扩散至空气中的浓度达到或接近爆燃、爆炸浓度时，打开第一电磁阀门7，由消防车供给的压力为0.8～1.0Mpa、流量为10～40 kg/s的水，经输水圈2上的8～16个超细水雾喷嘴5射入气溶胶灭火剂喷射筒1内，打开电磁阀门9，由消防车供给的由压力为1.2～1.6 Mpa的压缩气体驱动的流量为5～20 kg/s的超细干粉灭火剂，经超细干粉灭火剂喷射炮4射入气溶胶灭火剂喷射筒1内，生成“水-固”基双气溶胶灭火剂混合后的高速射流，在吹除和稀释易燃易爆气体时，与易燃易爆气体混和产生惰化易燃易爆气体的作用，用于抑爆和消爆。
本发明所述的大功率高速风机为喷射功率达100～400 kw的多级轴流风机、4级对旋风机；本发明所述的航空燃气轮机为喷射功率在1000～4000 kw之间的涡喷发动机、涡扇发动机。
Claims (4)
1.一种双气溶胶灭火剂喷射装置，其特征在于包括高射速风机（10）或航空燃气轮机（11）、气溶胶灭火剂喷射筒（1）、输水圈（2）、输泡沫灭火剂圈（3）、超细干粉灭火剂喷射炮（4）、超细水雾喷嘴（5）、泡沫灭火剂喷嘴（6）、第一电磁阀（7）、第二电磁阀（8）、第三电磁阀（9），高射速风机（10）或航空燃气轮机（11）的后端与气溶胶灭火剂喷射筒（1）连接，沿该气溶胶灭火剂喷射筒（1）上安装有输水圈（2）和输泡沫灭火剂圈（3），在输水圈（2）位于气溶胶灭火剂喷射筒（1）内的侧面连接有顺气流方向分布的超细水雾喷嘴 （5），在输泡沫灭火剂圈（3）位于气溶胶灭火剂喷射筒（1）内的侧面连接有顺气流方向分布的泡沫灭火剂喷嘴（6），在输水圈（2）下端的连接管道上安装第一电磁阀门（7），在输泡沫灭火剂圈（3）下端的连接管道上安装有第二电磁阀门（8）；在气溶胶灭火剂喷射筒（1）内并在该气溶胶灭火剂喷射筒（1）的中心轴线上顺气流方向安装超细干粉灭火剂喷射炮（4），该超细干粉灭火剂喷射炮（4）的连接管道上安装有第三电磁阀门（9）。
2.根据权利要求1所述的双气溶胶灭火剂喷射装置，其特征在于超细水雾喷嘴（5）的轴线与气溶胶灭火剂喷射筒（1）的轴线之间的夹角可以为25-30°，泡沫灭火剂喷嘴（6）的轴线与气溶胶灭火剂喷射筒（1）的轴线之间的夹角可以为25-30°。
3.根据权利要求1所述的双气溶胶灭火剂喷射装置，其特征在于超细水雾喷嘴（5）的喷口为“一”字型喷口，喷口内通道的宽度为30～50 mm、喷口上下边之间的间隙为1.0～2.0毫米，在喷口侧面设置有水射流的反射板（12），反射板（12）与超细水雾喷嘴（5）轴线的夹角为10°～15°，超细水雾喷嘴（5）射出的水射流在距喷嘴出口10～15毫米处与反射板（12）撞击。
4.根据权利要求1所述的双气溶胶灭火剂喷射装置，其特征在于超细水雾喷嘴（5）的数量为8～16个，喷射流量为10～40 kg/s；泡沫灭火剂喷嘴（6）的数量为6～10个，喷射流量为40～80 L/s，超细干粉灭火剂的喷射流量为5～20 kg/s。
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