CN104492007B - 一种压缩空气泡沫喷淋施放方法及喷头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种压缩空气泡沫喷淋施放方法及喷头，施放喷头包括施放管和支撑臂，支撑臂的下口还固定有一个分散盘，压缩空气泡沫自施放管输出后喷射到直径为D 2 的弧形分散盘表面，一部分压缩空气泡沫通过分散盘的间隙均匀喷射到火灾区，另一部分通过分散盘反溅后自由下落到火灾区，通过控制压缩空气泡沫在施放管内的流速，从而严格控制泡沫的性能，并可通过调节分散盘直径D 2 的大小、分散盘上表面至施放管下口之间的距离H控制压缩空气泡沫的覆盖范围，优点是喷头对泡沫破坏较小，冲击力大，压缩空气泡沫施放喷头的覆盖范围大、分布均匀，并且具体覆盖范围根据实际需求进行调节。
Description
技术领域
本发明涉及消防设备技术领域，尤其涉及一种压缩空气泡沫喷淋施放方法及喷头，适用于固定式压缩空气泡沫喷淋灭火系统。
背景技术
与传统的吸气式泡沫灭火技术相比，压缩空气泡沫灭火技术具有泡沫结构更细腻、均匀，泡沫稳定性更高的特点，可长时间覆盖在保护对象的表面，从而大大提高了泡沫系统的灭火效能，节约了泡沫灭火剂和水的用量。此外，压缩空气泡沫灭火技术是通过向泡沫溶液中正压注入空气(或氮气、氩气等气体)的方式产生泡沫，管网中输送的是泡沫而非液态的泡沫溶液，故此具有发泡倍数可调、摩擦阻力低的特点，能够根据不同的保护对象调整适宜的泡沫参数和输送距离。因此，压缩空气泡沫灭火技术所具备的这些独特技术优势，为其喷淋灭火系统在石油、化工、飞机库、车库等领域和场所的推广应用提供了广阔的发展空间。
压缩空气泡沫的灭火原理主要包括：(一)在燃料表面形成覆盖层，窒息灭火；(2)泡沫吸热、降温，冷却灭火。由此可见，采用适宜的泡沫喷洒及分散方式，将压缩空气泡沫快速、均匀的释放到保护对象表面是有效实施灭火的关键。这其中还必须要求压缩空气泡沫释放装置或喷头应安全可靠，不宜发生故障影响泡沫喷洒，而且应尽可能降低对压缩空气泡沫结构、性能及冲击力的破坏。但是，目前国内外尚未有一种适用于固定式压缩空气泡沫喷淋灭火系统的有效的压缩空气泡沫喷淋施放方法。特别是通过对固定式压缩空气泡沫喷淋灭火系统中的喷头结构进行设计，并应用相应的压缩空气泡沫喷淋施放方法，从而获得理想灭火效果，这样的技术方案在文献中尚未有相关报道。
现有泡沫喷淋灭火系统通常采用以下两种生方式：(一)采用吸气式泡沫喷头，管路中输送的是泡沫溶液，在泡沫喷头出口位置靠泡沫溶液射流而产生负压，从而吸入空气形成泡沫。采用这种方式产生的泡沫稳定性不高、泡沫状态不可调、灭火效果有限，并且在实际火场中的气体温度一般较高，这种依靠混入火场中高温气体而产生泡沫的方式会严重影响泡沫的灭火效果；(二)采用非吸气式泡沫喷头(如普通水喷淋喷头)，无空气吸入口，采用这种方式产生的泡沫发泡倍数极低，泡沫稳定性很差，无法发挥泡沫灭火技术的优势。上述两种方式使用的吸气式泡沫喷头和普通水喷淋喷头均不适宜用于压缩空气泡沫的分散和施放。
美国专利US6328225公布了一种压缩空气泡沫旋转施放喷头，该喷头由泡沫输送管和可旋转施放筒组成，其中施放筒通过固定件和旋转件与输送管连通，在施放筒相对的侧面上开有两个非对称孔，利用压缩空气泡沫自身的冲击力使施放筒旋转，通过施放筒上的两个孔施放压缩空气泡沫。该喷头结构复杂、可靠性差，实际使用过程中经常会因为长期处于静止状态而造成内部旋转部件故障(如堵塞、腐蚀)，导致喷头无法旋转或泡沫冲击力不够，进而导致不能及时有效的将泡沫喷洒到火灾区域。此外，由于该喷头是利用泡沫自身的冲击力进行旋转和喷洒泡沫，从而损耗了部分泡沫能量，导致喷洒出的泡沫冲击力较小，不利于泡沫快速进入火羽区，喷头的高速旋转会在一定程度上破坏泡沫的性能，从而影响泡沫灭火能力。
为此，本发明的目的之一在于提供一种适用于固定式压缩空气泡沫喷淋灭火系统的有效的压缩空气泡沫喷淋施放方法，以确保压缩空气泡沫的大面积、均匀、高质量施放，从而获得理想灭火效果。
发明的目的之二在于提供一种结构简单、安全可靠、喷洒范围可调的压缩空气泡沫施放喷头，以填补空白。
发明内容
本发明的目的就是为克服现有技术的不足，提供一种带压缩空气泡沫喷淋施放方法及喷头的设计方案，在固定式压缩空气泡沫喷淋灭火系统中，使用有分散盘结构的压缩空气泡沫喷头，利用压缩空气泡沫施放喷头结构简单、安全可靠、和可调整功能特征，结合合理、有效的施放方法，来实现压缩空气泡沫的大面积、均匀、高质量施放，从而获得理想灭火效果。
本发明为实现上述目的采取以下技术方案：一种压缩空气泡沫喷淋施放方法，通过在固定式压缩空气泡沫喷淋灭火系统中使用一种带有分散盘的压缩空气泡沫喷淋施放喷头，结合具体施放步骤实现；
所述压缩空气泡沫喷淋施放喷头包括施放管和支撑臂，支撑臂的下口还固定有一个分散盘，将源自管网的压缩空气泡沫连接管与带有分散盘的压缩空气泡沫喷淋施放喷头的施放管连接，压缩空气泡沫输入直径为D1的施放管，压缩空气泡沫自施放管输出后喷射到圆盘直径为D2的弧形的分散盘表面，一部分压缩空气泡沫通过分散盘的间隙均匀喷射到火灾区，另一部分通过分散盘反溅后自由下落到火灾区，其特征在于：
通过控制压缩空气泡沫在施放管内的流速，从而严格控制泡沫的性能，并通过调节分散盘直径D2的大小、分散盘中心微凸面至施放管下口之间的距离H控制压缩空气泡沫的覆盖范围，所述方法包括如下次序步骤：
a)根据灭火防护对象特点，确定泡沫施加强度C和防护区域面积A，则泡沫溶液流量Q为：
Q＝C×A……[1]
b)当压缩空气泡沫的气液比介于8:1～25:1之间时，为了确保施放出压缩空气泡沫，施放管内的泡沫溶液流速V取0～2.5m/s，则泡沫施放管的直径D1为：
c)将式[1]代入式[2]可得：
其中，在灭火防护对象确定的情况下，K为常量；防护区域面积A表示压缩空气泡沫的覆盖范围大小，由分散盘直径D2的大小、分散盘中心微凸面至施放管下口之间的距离H来确定；
d)通过调节D2和H的大小，使A达到实际灭火防护需求，D2为30mm～150mm，H为20mm～200mm，A为8m2～40m2；
e)根据公式[3]计算出施放管的直径D1，由此确定出泡沫喷头的相关关键参数，向灭火防护区域产生出均匀分布压缩空气泡沫，并且泡沫覆盖区域大小通过调节D2和H进行调整。
一种压缩空气泡沫喷淋施放方法中使用的压缩空气泡沫喷淋施放喷头，包括施放管和支撑臂，施放管的一端设有外螺纹，其作为管件接口，用于与压缩空气泡沫管网连通，施放管的另一端与支撑臂焊接为整体，支撑臂的下口还固定有一个分散盘，其特征在于，所述分散盘为中心微凸的圆形金属盘，金属盘中心开有螺孔，分散盘周边对称开有长短不一的槽，用于均匀分散泡沫，所述槽宽度为1.5mm～5mm，长槽和短槽长度比例为1.5/1～4/1，相邻槽之间的角度A为10°～45°，紧固螺钉穿过金属盘中心螺孔，与支撑臂下口内螺纹配合；
分散盘的长槽与短槽之间的夹角为15°，长槽(3-1)开口的长宽尺寸为12×2mm，短槽(3-2)开口的长宽尺寸为6×2mm。
本发明的有益效果及优点在于：
(1)本发明在大量实验研究和数值计算分析的基础上，总结提出了一种压缩空气泡沫施放方式，采用该方式既可以使泡沫破坏较小，又可以使泡沫具有一定的冲击力，确保向灭火防护区域喷洒出高质量且分布均匀的压缩空气泡沫，从而显著提高了灭火速度和灭火效能。
(2)本发明压缩空气泡沫施放喷头的覆盖范围大、分布均匀，并且具体覆盖范围可根据实际需求进行调节；
(3)本发明压缩空气泡沫施放喷头的结构简单、安全可靠，使用过程中不会因出现故障而影响喷射、分散泡沫的问题，这一点是国外现有旋转喷头所不具备的，旋转喷头结构复杂，实际使用过程中经常会因为内部堵塞、生锈及流体冲击力不够等原因而无法旋转，从而导致不能及时有效的将泡沫喷洒到火灾区；
(4)本发明喷头既可以做为开式压缩空气泡沫喷头(实施例一)，又可以做为闭式压缩空气泡沫喷头(实施例二)，这是现有国外的旋转喷头所不具备的，旋转喷头只能是开式。
附图说明
图1、是压缩空气泡沫施放原理示意图；
图2、是开式压缩空气泡沫喷头结构示意图；
图3、是泡沫分散盘结构示意图；
图4、是闭式压缩空气泡沫喷头结构示意图。
图中标记：1.施放管，2.支撑臂，3.分散盘，3-1.长槽，3-2.短槽，4.紧固螺钉，5.喷头座，6.密封圈，7.感温响应组件，7-1.易熔合金，7-2.支板，7-3.支架，7-4.支杆，8.锥头螺钉。
具体实施方式
为了更清楚的理解本发明，结合附图和实施例详细描述本发明：
如图1至图4所示，压缩空气泡沫施放原理：将源自管网的压缩空气泡沫输入直径为D1的施放管1，压缩空气泡沫自施放管1输出后喷射到圆盘直径为D2的弧形的分散盘3表面，一部分压缩空气泡沫通过分散盘的间隙均匀喷射到火灾区，另一部分通过分散盘反溅后自由下落到火灾区，通过控制压缩空气泡沫在施放管内的流速，从而严格控制泡沫的性能，并可通过调节分散盘的大小D2和到施放管的距离H从而控制压缩空气泡沫的覆盖范围。
压缩空气泡沫喷淋施放喷头，包括施放管1和支撑臂2，施放管1的一端设有外螺纹，其作为管件接口，用于与压缩空气泡沫管网连通，施放管1的另一端与支撑臂2焊接为整体，支撑臂2的下口还固定有一个分散盘3；分散盘3为中心微凸或平面的圆形金属盘，金属盘中心开有螺孔，分散盘周边对称开有长短不一的槽，用于均匀分散泡沫，所述槽宽度为1.5mm～5mm，相邻槽之间的角度A为10°～45°，紧固螺钉4穿过金属盘中心螺孔，与支撑臂2的下口内螺纹配合。
带有分散盘的压缩空气泡沫喷头既可以作为开式压缩空气泡沫喷头(实施例一)，又可以作为闭式压缩空气泡沫喷头(实施例二)，这是现有国外的旋转喷头所不具备的，旋转喷头只能是开式。
实施例一：
如图2所示为开式压缩空气泡沫喷淋施放喷头，包括施放管、支撑臂、分散盘和紧固螺钉，施放管一端设有螺纹，以便于与压缩空气泡沫管网连通，另一端焊接有支撑臂，支撑臂上设有螺丝孔，用于固定分散盘；所述分散盘为中心微凸或平面的圆形金属盘，分散盘中心开有螺丝孔，分散盘周边对称开有长短不一的槽，用于均匀分散泡沫，所述槽宽度为1.5mm～5mm，长槽和短槽长度比例为1.5/1～4/1，相邻槽之间的角度A为10°～45°，图3中为15°。图3所示为开式喷头上的分散盘结构图。
实施例中：长槽3-1与短槽3-2之间的夹角为15°，长槽3-1开口的长宽尺寸为12×2mm，短槽3-2开口的长宽尺寸为6×2mm。。
实施例二
如图4所示为闭式压缩空气泡沫喷淋施放喷头，包括施放管、支撑臂、喷头座、感温响应组件、分散盘和紧固螺钉，述施放管一端设有螺纹，以便于与压缩空气泡沫管网连通，另一端焊接有支撑臂，支撑臂上设有螺丝孔，用于固定分散盘；喷头座通过密封圈将施放管的输出端密封；支撑臂内设有感温响应组件；感温响应组件由支板、易熔合金、支架、支杆和锥头螺钉组成；所述支板由采用易熔合金焊接连接的金属片组成，一端与支架连接在一体，另一端与支杆连接在一体；支杆一端顶靠在喷头座上，另一端顶靠在支架上，所述支板、支杆和支架之间构成一个三角平衡体；感温响应组件也可采用感温玻璃泡；分散盘为中心微凸的圆形金属盘，分散盘中心开有螺丝孔，分散盘周边对称开有长短不一的槽，用于均匀分散泡沫，所述槽宽度为1.5mm～5mm，相邻槽之间的角度A为10°～45°，图3中为15°。
实施例二的工作原理：该喷头在无火灾情况下，喷头座被由支架、支杆、支板构成的三角平衡体顶住，使喷头及管网处于密闭状态；当有火灾发生时，由于火场温度迅速升高，支板中间的易容合金焊接材料熔化，从而导致支板从中间断开，整个三角平衡体垮塌，喷头座在管网内部压力的作用下自动打开，开始施放压缩空气泡沫。
实施例三：
带有分散盘的压缩空气泡沫喷淋施放喷头在固定式压缩空气泡沫喷淋系统中的应用实施例。
以保护非水溶性甲、乙、丙类液体为例，说明本发明压缩空气泡沫施放方式的实际应用及喷头参数的确定：
1、对于非水溶性甲、乙、丙类液体防护场所，压缩空气泡沫施加强度C确定为3.5L/(min·m2)，设定单个防护区域面积A为8.4m2，则由公式[1]可得泡沫溶液流量Q为29.4L/min；
2、施放管内泡沫溶液表观流速取0.85m/s，则由公式[2]可得D1为27.1mm，故施放管直径选取27mm；
3、通过试验测试可知，采用直径27mm的施放管，当喷头分散盘的大小D2为80mm且分散盘到施放管的距离H为60mm时，喷头的防护区域面积A为8.4m2；
4、由此可得到压缩空气泡沫喷头参数为：施放管直径选取27mm，分散盘的大小D2为80mm，分散盘到施放管的距离H为60mm；
5、根据上述参数可得到压缩空气泡沫喷淋施放喷头(如图2和图3)，采用此喷头进行试验测试，结果如下：
通过试验测试表明，采用本发明施放方式及喷头产生的压缩空气泡沫析液时间更长、性能更稳定，喷洒效果更均匀，因此更能快速、有效的将泡沫覆盖到保护对象，而且本发明方式产生的泡沫破坏程度较小。
根据上述说明，结合本领域技术可实现本发明的方案。
Claims (2)
1.一种压缩空气泡沫喷淋施放方法，通过在固定式压缩空气泡沫喷淋灭火系统中使用一种带有分散盘的压缩空气泡沫喷淋施放喷头，结合具体施放步骤实现；
所述压缩空气泡沫喷淋施放喷头包括施放管和支撑臂，支撑臂的下口还固定有一个分散盘，将源自管网的压缩空气泡沫连接管与带有分散盘的压缩空气泡沫喷淋施放喷头的施放管连接，压缩空气泡沫输入直径为D1的施放管(1)，压缩空气泡沫自施放管(1)输出后喷射到圆盘直径为D2的弧形的分散盘(3)表面，一部分压缩空气泡沫通过分散盘(3)的间隙均匀喷射到火灾区，另一部分通过分散盘反溅后自由下落到火灾区，其特征在于：
通过控制压缩空气泡沫在施放管内的流速，从而严格控制泡沫的性能，并通过调节分散盘(3)直径D2的大小、分散盘(3)中心微凸面至施放管(1)下口之间的距离H控制压缩空气泡沫的覆盖范围，所述方法包括如下次序步骤：
a)根据灭火防护对象特点，确定泡沫施加强度C和防护区域面积A，则泡沫溶液流量Q为：
Q＝C×A……[1]
b)当压缩空气泡沫的气液比介于8:1～25:1之间时，为了确保施放出压缩空气泡沫，施放管内的泡沫溶液流速V取0～2.5m/s，则泡沫施放管的直径D1为：
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c)将式[1]代入式[2]可得：
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其中，在灭火防护对象确定的情况下，K为常量；防护区域面积A表示压缩空气泡沫的覆盖范围大小，由分散盘(3)直径D2的大小、分散盘(3)中心微凸面至施放管(1)下口之间的距离H来确定；
d)通过调节D2和H的大小，使A达到实际灭火防护需求，D2为30mm～150mm，H为20mm～200mm，A为8m2～40m2；
e)根据公式[3]计算出施放管(1)的直径D1，由此确定出泡沫喷头的施放管直径D1、分散盘直径D2、分散盘中心微凸面至施放管下口之间的距离H的参数，向灭火防护区域产生出均匀分布压缩空气泡沫，并且泡沫覆盖区域大小通过调节D2和H进行调整。
2.如权利要求1所述的一种压缩空气泡沫喷淋施放方法中使用的压缩空气泡沫喷淋施放喷头，包括施放管(1)和支撑臂(2)，施放管(1)的一端设有外螺纹，其作为管件接口，用于与压缩空气泡沫管网连通，施放管(1)的另一端与支撑臂(2)焊接为整体，支撑臂(2)的下口还固定有一个分散盘(3)，其特征在于，所述分散盘(3)为中心微凸的圆形金属盘，金属盘中心开有螺孔，分散盘周边对称开有长短不一的槽，用于均匀分散泡沫，所述槽宽度为1.5mm～5mm，长槽(3-1)和短槽(3-2)长度比例为1.5/1～4/1，相邻槽之间的角度A为10°～45°，紧固螺钉(4)穿过金属盘中心螺孔，与支撑臂(2)下口内螺纹配合；
分散盘(3)的长槽(3-1)与短槽(3-2)之间的夹角为15°，长槽(3-1)开口的长宽尺寸为12×2mm，短槽(3-2)开口的长宽尺寸为6×2mm。
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