CN103463773A

CN103463773A - 高速脉冲空气灭火喷枪

Info

Publication number: CN103463773A
Application number: CN2013104136701A
Authority: CN
Inventors: 王顺喜; 李林书; 蒋梅胜
Original assignee: China Agricultural University
Current assignee: China Agricultural University
Priority date: 2013-09-12
Filing date: 2013-09-12
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2033-09-12
Also published as: CN103463773B

Abstract

本发明属于森林草原灭火机械技术领域，特别涉及一种高速脉冲空气灭火喷枪。目的是为了解决传统小型手持式风力灭火机风速低，能量利用率低，灭火不彻底的问题。由空气压缩机产生的高压空气通过可调式共振腔，产生脉动高压高速空气，应用此脉动空气进行两次引流，即产生脉动高速大风量灭火气流。这种灭火方式能量利用率高，可以实现瞬间灭火，并且能够最大程度的减少复燃的情况发生，有效保护灭火人员的人身安全。该喷枪操作简便，质量较轻，可以灵活作业。应用本发明提供的高速空气灭火喷枪进行灭火，可大大提高灭火效率，缩短灭火时间。

Description

高速脉冲空气灭火喷枪

技术领域

本发明属于森林草原灭火机械技术领域，特别涉及一种高速脉冲空气灭火喷枪。

背景技术

现行的草原森林灭火设备中，便携式小型风力灭火机仍是主要应用的设备。其工作原理是靠2冲程小型汽油机带动离心风机叶轮旋转，产生较高速度的气流，进而通过渐缩式喷风筒喷出进行灭火。在实际灭火过程中，由于高速气流喷出后在大气中扩散较为严重，真正能够到达可燃物表面用于灭火的气流动能并不多。为获得更好的灭火效果，防火队员往往会手持灭火机靠近火源至1.5米或更近距离进行喷射。通过减少喷射距离的方式，来获得较大的风速以及较大的有效灭火面积。从能量角度来讲，这样做是为了提高有效灭火功率，即效率。然而却加大了灭火难度，同时增加了灭火的危险性。在草场或林区可燃物层较厚，地形较为复杂的等等情况下，由于能量使用效率及灭火风速不高，气流无法穿过表层进入可燃物层内部，所以极易导致灭火不彻底，可燃物复燃的状况时有发生。如何提高能量传递及使用效率，进一步增大灭火风速，提高灭火效果，缩短灭火时间，是目前风力灭火的关键问题所在。

发明内容

本发明的目的是为了解决传统小型手持式风力灭火机风速低，能量利用率低，灭火不彻底的问题。提出一种新型高速空气灭火方式，此灭火方式通过本发明提供的高速空气灭火喷枪来实现。

高速脉冲空气喷枪包括压缩空气进口，扳机式控风开关控制机构，主引射气流道，气流脉冲发生装置及脉冲气流道6，双吸引射喷风筒7。通过扳机把手8打开主引射空气流控制阀3后，进入空气喷枪的高压空气一部分进入主引射气流道，一部分从高压空气腔4中进入脉冲气流道6，再喷枪出口喷嘴出汇合，形成脉冲气流喷出。

所述压缩空气进口，由带有快速接头2的高压皮管1与喷枪进气管9相连接，高压气体通过喷枪进气管9进入喷枪的高压空气腔4待喷射。高压腔盖12拧紧通过高压腔密封圈11密封。在喷枪进气管9外壁套有硬胶皮把手10，用于手握。

所述扳机式控风开关控制机构，通过“握紧，松开”式的扳机把手8来实现。扳机把手8一端用销连接的方式固定于枪身，扳机把手可以以扳机连接销17为中心小角度旋转。扳机把手通过竖直放置的控制滑杆16与两个高压控制阀连接，2个高压控制阀固定在控制滑杆16上，分别控制主引射气流道与脉冲气流道6进气口的开和关，且主引射气流道的控制阀3位置在脉冲气流道控制阀15的下方，2控制阀间有弹簧实现传动。脉冲气流道控制阀15的上端再套有上弹簧14，上弹簧14顶部被固定挡板装置13挡住。所述挡板机构用螺钉固定在高压腔壁。当握紧把手时，控制阀被顶开。当松开把手时，弹簧将阀门复位。在一般情况下，由于气体压力，所以阀门处常闭状态。

所述脉冲气流道6包含固定于枪身30的亥姆霍兹共振腔，通过共振腔进气喷嘴19与共振腔进气管18连接。共振腔进气喷嘴19为渐缩喷嘴。共振腔体内径为共振腔进气管18直径的4.8倍。其内有可沿轴向移动的可移动内壁20。所述可移动内壁20外缘与腔体内壁配合，可移动内壁中间有1个气孔，可移动内壁气孔25直径为共振腔进气喷嘴19内径的1.8倍，并与共振腔出口管21相连接。

所述脉冲气流道6通过可调自激振动腔5实现脉冲气流的产生和脉冲频率调整。可移动内壁20固定在共振腔出口管21上，共振腔出口管21一端在共振腔内，另一端伸出共振腔并接入套孔件24，共振腔出口管21能够随可移动内壁20一起移动。共振腔出口管21伸出共振腔体部分中段外缘套有内螺纹套筒23。套孔件24外缘加工有螺纹，与内螺纹套筒23相配合，在转动内螺纹套筒23时，可连带共振腔出口管21与移动内壁20进行轴向移动。内螺纹套筒23上加工有套孔件夹紧限位螺栓22，当拧紧螺栓后，内螺纹套筒23位置固定。套孔件24一端接耐压铜气管26，耐压铜气管26另一端接入前述的脉冲气流喷筒27。

所述主喷射道分为主体段和喷枪两个部分。高压空气首先通过主引射空气流控制阀3进入主体段，主体段与喷枪相通，直径为喷枪进气管9直径的3倍。高压空气而后进入主引射气流喷管28，主引射气流喷管28外缘套有前述脉冲气流喷筒27，且在主引射气流喷管28外周与前述脉冲气流喷筒27设置有一圈间隙，其长度为喷枪喷口29直径的3倍。

所述双吸引射喷风筒7进气端通过带间隙的固定套31套装在喷枪出口端，主引射气流喷管28及套在外缘的脉冲气流喷筒27均伸入喷风筒的入口处，脉冲气流喷筒27的外壁与双吸引射喷风筒7进气口内壁设置有一圈间隙。喷风筒整体为渐缩式，其初始段安装喉管装置32，喉管装置32长度占喷风筒长度的1/3，在喷筒出口部分的外壁套装直径为1.1倍喷筒出口直径的薄壁筒为2次引风筒33，长度为双引射喷风筒7长度的1/6。在二次引风筒33右进气端为喇叭开口形状，出气端形状为突然缩紧，但其出口截面直径仍然大于喷风筒7出口直径。在所述薄壁筒内壁与喷风筒出口外壁之间存在一圈间隙，用于二次引射空气的进入。

所述主引射气流喷管28的外沿设计布置有尾端封闭，外径大于主引射气流喷管28的脉冲气流喷筒27。在脉冲气流喷筒27与主引射气流喷管28中间的空隙为脉冲气流喷出口。脉冲气流道6喷出的脉冲气流用以改变主引射气流喷射出口的负压区域条件，使被引射的气流随着脉冲气流副喷射道喷射出口的频率形成脉冲。形成脉冲后的混合总气流通过双吸引射喷风筒7喷射出。

所述脉冲气流副喷射道原理为：高速高压气流通过共振腔后，便会产生自激震荡的高速脉冲气流。通过旋拧套筒，改变共振腔长度，来获得不同频率的高速脉冲气流。高速脉冲气流由脉冲气流喷筒喷出，并射入双吸引射喷风筒，做脉冲引流之用。

所述双吸引射喷风筒原理为：由脉冲气流喷筒喷射的脉冲气流射入双吸引射喷风筒并经过喉管处，产生较强的负压区域。此区域的负压条件随脉冲气流的脉冲频率而改变，由于脉冲气流喷筒与双吸引射喷风筒进气口的外壁存在一圈间隙，则外界大气中的常压气体通过此间隙进入双吸引射喷风筒，由此实现脉冲引流。如需进一步增大风量，可在喷风筒出口处设置2次引流装置，即可实现大风量高风速的脉冲气流。

本发明的特点：

1、更高的能量利用率，由于本发明产生较高速度的气流，使得高速气流出口后扩散小，这样就提高了有效灭火面积比（即给定距离的有效灭火面积与风场总扩散面积的比值），从而减少了无用风的扩散，增加了能量利用率。本发明将连续气流脉冲化，如果把连续气流看做是连续的能量流，则脉冲后，能量亦形成脉冲的能量包，可以对可燃物造成多次瞬间强冲击，其灭火效果大大优于连续气流的滞止连续喷射。直观地说，若灭火功率为W，则脉冲效果将W分成有限的n份，分次打击，每次打击能量为W/n，其效果优于将W分成无穷大份数的连续打击。

2、瞬间灭火，不易复燃，本发明喷枪产生的风速远大于传统风力灭火机产生的风速，且附带打击效果，则大大减少了灭火时间。

3、操作简便，本发明使用简单的“握紧-松开”式开关，当“握紧”时即喷气，“松开”时即关闭。且整个喷枪质量较轻，便于灵活操作。

本发明的有益效果为：该高速脉冲空气喷枪操作简单，运行稳定，并大大提高了灭火效率及能量利用率。利用高速脉冲气流对火焰进行高频率的强力打击，较大程度的降低了火焰复燃的可能性，降低了灭火队员的人身危险。

附图说明

图1为高速脉冲空气灭火喷枪整体示意图；

图2为喷枪扳机把手开关及控制阀示意图；

图3为脉冲气流道及可调式自激振荡腔示意图；

图4为主引射气流道及喷嘴示意图；

图5为双吸引射喷风筒示意图；

图6为喷枪气流原理示意图。

图中，1--高压皮管，2--快速接头，3--主引射空气流控制阀，4--高压空气腔，5--可调自激振动腔，6--脉冲气流道，7--双吸引射喷风筒，8--扳机把手，9--喷枪进气管，10--硬胶皮把手，11--高压腔密封圈，12--高压腔盖，13--固定挡板装置，14--上弹簧，15--脉冲气流道控制阀，16--控制滑杆，17--扳机连接销，18--共振腔进气管，19--共振腔进气喷嘴，20--可移动内壁，21--共振腔出口管，22--套孔件夹紧限位螺栓，23--内螺纹套筒，24--套孔件，25--可移动内壁孔口，26--耐压铜气管，27--脉冲气流喷筒，28--主引射气流喷管，29--喷枪喷口，30--枪身，31--带间隙的固定套，32--喉管，33--二次引风筒

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体结构进一步说明。

图1为本发明的主体示意图，一种新型高速空气灭火方式，此灭火方式通过本发明提供的高速空气灭火喷枪来实现。高速脉冲空气喷枪包括压缩空气进口，扳机式控风开关控制机构，主引射气流道，气流脉冲发生装置及脉冲气流道6，双吸引射喷风筒7。通过扳机把手8打开主引射空气流控制阀3后，进入空气喷枪的高压空气一部分进入主引射气流道，一部分从高压空气腔4中进入脉冲气流道6，再喷枪出口喷嘴出汇合，形成脉冲气流喷出。压缩空气进口由带有快速接头2的高压皮管1与喷枪进气管9相连接，高压气体通过喷枪进气管9进入喷枪的高压空气腔4待喷射。可调自激振动腔5用于产生脉冲气流并调整其脉冲频率。

扳机式控风开关控制机构如图2所示，高压腔盖12拧紧通过高压腔密封圈11密封。在喷枪进气管9外壁套有硬胶皮把手10，用于手握。通过“握紧，松开”式的扳机把手8来实现。扳机把手8一端用销连接的方式固定于枪身，扳机把手可以以扳机连接销17为中心小角度旋转。扳机把手通过竖直放置的控制滑杆16与两个高压控制阀连接，2个高压控制阀固定在控制滑杆16上，分别控制主引射气流道与脉动气流道进气口的开和关，且主引射气流道的控制阀3位置在脉冲气流道控制阀15的下方，2控制阀间有弹簧实现传动。脉冲气流道控制阀15的上端再套有上弹簧14，上弹簧14顶部被固定挡板装置13挡住。所述挡板机构用螺钉固定在高压腔壁。当握紧把手时，控制阀被顶开。当松开把手时，弹簧将阀门复位。在一般情况下，由于气体压力，所以阀门处常闭状态。

如图3所示，脉动气流道包含固定于枪身30的亥姆霍兹共振腔，通过共振腔进气喷嘴19与共振腔进气管18连接。共振腔进气喷嘴19为渐缩喷嘴。共振腔体内径为共振腔进气管18直径的4.8倍。其内有可沿轴向移动的可移动内壁20。所述可移动内壁20外缘与腔体内壁配合，可移动内壁中间有1个气孔，可移动内壁气孔25直径为共振腔进气喷嘴19内径的1.8倍，并与共振腔出口管21相连接。可移动内壁20固定在共振腔出口管21上，共振腔出口管21一端在共振腔内，另一端伸出共振腔并接入套孔件24，共振腔出口管21能够随可移动内壁20一起移动。共振腔出口管21伸出共振腔体部分中段外缘套有内螺纹套筒23。套孔件24外缘加工有螺纹，与内螺纹套筒23相配合，在转动内螺纹套筒23时，可连带共振腔出口管21与移动内壁20进行轴向移动。内螺纹套筒23上加工有套孔件夹紧限位螺栓22，当拧紧螺栓后，内螺纹套筒23位置固定。

如图4所示，套孔件24一端接耐压铜气管26，耐压铜气管26另一端接入前述的脉动气流喷筒27。所述主喷射道分为主体段和喷枪两个部分。高压空气首先通过主引射空气流控制阀3进入主体段，主体段与喷枪相通，直径为喷枪进气管9直径的3倍。高压空气而后进入主引射气流喷管28，主引射气流喷管28外缘套有前述脉动气流喷筒27，且在主引射气流喷管28外周与前述脉动气流喷筒27设置有一圈间隙，其长度为喷枪喷口29直径的3倍。

如图1、图4和图5所示，双吸引射喷风筒7进气端通过带间隙的固定套31套装在喷枪出口端，主引射气流喷管28及套在外缘的脉动气流喷筒27均伸入喷风筒的入口处，脉动气流喷筒27的外壁与双吸引射喷风筒7进气口内壁设置有一圈间隙。喷风筒整体为渐缩式，其初始段安装喉管装置32，喉管装置32长度占喷风筒长度的1/3，在喷筒出口部分的外壁套装直径为1.1倍喷筒出口直径的薄壁筒为2次引风筒33，长度为双引射喷风筒7长度的1/6。在二次引风筒33右进气端为喇叭开口形状，出气端形状为突然缩紧，但其出口截面直径仍然大于喷风筒7出口直径。在所述薄壁筒内壁与喷风筒出口外壁之间存在一圈间隙，用于二次引射空气的进入。

主引射气流喷管28的结构示意如图4所示，其外沿设计布置有尾端封闭，外径大于主引射气流喷管28的脉动气流喷筒27。在脉动气流喷筒27与主引射气流喷管28中间的空隙为脉动气流喷出口。脉动气流道喷出的脉动气流用以改变主引射气流喷射出口的负压区域条件，使被引射的气流随着脉动气流副喷射道喷射出口的频率形成脉动。形成脉动后的混合总气流通过双吸引射喷风筒7喷射出。

图6为喷枪气流原理示意图。由高压空气腔提供的高压气体A进入主引射气流道，B进入脉冲气流道。气流B进入可调式共振腔后转化为脉冲气流C，进入脉冲气流喷筒。从脉冲气流喷筒喷出的脉冲气流F射入双吸引射喷风筒喉部，并与主引射空气流道喷出的高速气体E共同作用，产生负压条件随脉冲气流F频率变化的负压区，遂产生第一次脉冲引流作用，将大气中的空气D引入双吸引射喷风筒内。不同速度的空气在双吸引射喷风筒中段充分混合，由于气体速度依然较高，即在二次引风筒与双吸引射喷风筒出口之间再次形成负压区，由此实现二次引射。大气中的空气G被吸入二次引风筒。由此产生了大风量，高风速的脉冲气流H。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此。如产生可变频率脉冲气流的方式，还可以通过调节共振腔的几何尺寸来实现。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.高速空气灭火喷枪，其特征在于，包括压缩空气进口，扳机式控风开关控制机构，主引射气流道，气流脉冲发生装置及脉冲气流道（6），双吸引射喷风筒（7），通过扳机把手（8）打开主引射空气流控制阀（3）后，进入空气喷枪的高压空气一部分进入主引射气流道，一部分从高压空气腔（4）中进入脉冲气流道（6），再喷枪出口喷嘴出汇合，形成脉冲气流喷出；

所述压缩空气进口，由带有快速接头（2）的高压皮管（1）与喷枪进气管（9）相连接，高压气体通过喷枪进气管（9）进入喷枪的高压空气腔（4）待喷射，高压腔盖（12）拧紧通过高压腔密封圈（11）密封。在喷枪进气管（9）外壁套有硬胶皮把手（10），用于手握；

所述扳机式控风开关控制机构，通过“握紧，松开”式的扳机把手（8）来实现，2个高压控制阀固定在控制滑杆（16）上，分别控制主引射气流道与脉冲气流道（6）进气口的开和关。

2.如权利要求1所述的高速空气灭火喷枪，其特征在于，脉冲气流道（6）包含固定于喷枪主体上部的亥姆霍兹共振腔，通过共振腔进气喷嘴（19）与共振腔进气管（18）连接，共振腔进气喷嘴（19）为渐缩喷嘴。共振腔体内径为共振腔进气管（18）直径的4.8倍，其内有可沿轴向移动的可移动内壁（20），所述可移动内壁（20）外缘与腔体内壁配合，可移动内壁中间有1个气孔，可移动内壁气孔（25）直径为共振腔进气喷嘴（19）内径的1.8倍，并与共振腔出口管（21）相连接；

所述脉冲气流道（6）通过可调自激振动腔（5）实现脉冲气流的产生和脉冲频率调整。

3.如权利要求1或2所述的高速空气灭火喷枪，其特征在于，所述主喷射道分为主体段和喷枪两个部分，高压空气首先通过主引射空气流控制阀（3）进入主体段，主体段与喷枪相通，直径为喷枪进气管（9）直径的3倍，高压空气而后进入主引射气流喷管（28），主引射气流喷管（28）外缘套有前述脉冲气流喷筒（27），且在主引射气流喷管（28）外周与前述脉冲气流喷筒（27）设置有一圈间隙，其长度为喷枪喷口（29）直径的3倍。

4.如权利要求1或2或3所述的高速空气灭火喷枪，其特征在于，双吸引射喷风筒（7）进气端通过带间隙的固定套（31）套装在喷枪出口端，主引射气流喷管（28）及套在外缘的脉冲气流喷筒（27）均伸入喷风筒的入口处，脉冲气流喷筒（27）的外壁与双吸引射喷风筒（7）进气口内壁设置有一圈间隙，喷风筒整体为渐缩式，其初始段安装喉管装置喉管装置（32），喉管装置喉管装置（32）长度占喷风筒长度的1/3，在喷筒出口部分的外壁套装直径为1.1倍喷筒出口直径的薄壁筒为2次引风筒33，长度为双引射喷风筒（7）长度的1/6，在二次引风筒（33）右进气端为喇叭开口形状，出气端形状为突然缩紧，但其出口截面直径仍然大于喷风筒7出口直径，在所述薄壁筒内壁与喷风筒出口外壁之间存在一圈间隙，用于二次引射空气的进入。

5.如权利要求1或2或3或4所述的高速空气灭火喷枪，其特征在于，所述主引射气流喷管（28）的外沿设计布置有尾端封闭，外径大于主引射气流喷管（28）的脉冲气流喷筒（27），在脉冲气流喷筒（27）与主引射气流喷管（28）中间的空隙为脉冲气流喷出口，脉冲气流道（6）喷出的脉冲气流用以改变主引射气流喷射出口的负压区域条件，使被引射的气流随着脉冲气流副喷射道喷射出口的频率形成脉冲，形成脉冲后的混合总气流通过双吸引射喷风筒（7）喷射出。