CN104606811A - 文丘里管、泡沫比例混合控制系统和消防车 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种文丘里管、泡沫比例混合控制系统和消防车。文丘里管包括文丘里式腔体和分别与文丘里式腔体连通的射流管、吸液管和混合出液管，射流管具有射流口，文丘里管还包括用于控制流经射流口的流体流量的流量控制部，流量控制部至少部分设置在射流管的内部以调节射流管的有效流通面积。根据本发明，可以解决现有技术中的文丘里管难以控制流量的问题。

Description

文丘里管、泡沫比例混合控制系统和消防车

技术领域

本发明涉及消防领域，具体而言，涉及一种文丘里管、泡沫比例混合控制系统和消防车。

背景技术

图1示出了现有技术的文丘里管的剖视结构示意图，如图1所示，现有技术的文丘里管包括文丘里式腔体1’、分别与文丘里式腔体1’连通的射流管、吸液管3’和混合出液管4’，射流管具有射流口21’。

图2示出了现有技术的泡沫比例混合控制系统的主视结构示意图，如图2所示，现有技术的泡沫比例混合控制系统包括水泵60’、与水泵60’的出口连通的主管路液体管道40’、原液供应管路10’、内循环液体供应管路20’和设置在原液供应管路10’和内循环液体供应管路20’连接处的文丘里管、节流阀30’和开关阀50’。其中，节流阀30’设置在原液供应管路10’上，开关阀50’设置在内循环液体供应管路20’上且与控制器连接以实现内循环液体供应管路20’的通断。

现有技术中，泡沫比例混合控制系统采用文丘里管、节流阀30’、开关阀50’及流量计来实现泡沫原液与主管路液体管道40’的水流的比例调节。

泡沫比例混合控制系统的工作原理如下：

在主管路液体管道40’的出口与原液供应管路10’上各安装一个流量计监测主管路流量及泡沫原液流量，其中主动变量是主管路液体管道40’中的主流量，被动变量是原液供应管路10’中的原液流量，调整自动节流阀30’来调大或调小泡沫原液流量以使之与主流量比值在设置区间，整个过程通过可编程控制器来实现自动监控。

现有技术的文丘里管不能实现流量控制，且存在以下缺陷：

水泵出口水压很高时，通过文丘里管的水流量将急剧增加，即用于吸取泡沫原液的内循环水量大增，此时泡沫原液流量也将增大，而此时水泵出口的主管路液体管道中的水流量相比低压力时是减小的，因此需急速调节泡沫原液流量以达到相应比例，根据水泵的性能曲线，当水泵出口压力很高时，水泵能提供的流量会相应降低，即图2中主管路液体管道40’中的水流量降低；而此时由于水泵出口压力增大，致使内循环液体供应管路20’的入口处压力增大，最终导致内循环的水流量急剧增大，同时其携带泡沫原液的能力也大大提高，此时需调小节流阀30’的开度以降低泡沫原液流量，但此时内循环液体供应管路20’的水流量没有降低(内循环液体供应管路20’的液体用于携带泡沫原液，此时其携带能力太过富余)而水泵提供的流量是一定的，因此主管路液体管道40’出口的泡沫与水的混合液的流量会大幅下降，即用于灭火的流量大幅下降，很大部分水都在内循环液体供应管路20’中做无用功。

假设泡沫原液在消防车的出口灭火混合液中占比6％，若水泵工作的工况为：压力2MPa、流量60L/min时，通过仿真分析，在原管路中此时内循环液体供应管路20’的水流量为17L/min，位于水泵60’出口处的主管路液体管道40’的液体流量为60-17＝43L/min，泡沫原液流量为43×6％＝2.58L/min，内循环液体供应管路20’的水流量与主管路液体管道40’的流量之比为：17：43＝39.5％，由上述计算可知，高压时内循环液体供应管路20’的水流量占到水泵出口总流量高达30％以上，大大降低水泵出口混合液的利用率；原泡沫比例混合控制系统管实现比例调节是以能量损失为代价的，混合比例调节范围有限。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种文丘里管、泡沫比例混合控制系统和消防车，以解决现有技术中的文丘里管难以控制流量的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种文丘里管，包括文丘里式腔体和分别与文丘里式腔体连通的射流管、吸液管和混合出液管，射流管具有射流口，文丘里管还包括用于控制流经射流口的流体流量的流量控制部，流量控制部至少部分设置在射流管的内部以调节射流管的有效流通面积。

进一步地，流量控制部包括控制杆，控制杆的至少部分可轴向移动地设置在射流管的内部以调节射流管的有效流通面积。

进一步地，射流管包括内孔为锥形的锥形管段，锥形管段部分伸入文丘里式腔体的内部；控制杆包括与锥形管段配合的锥形杆段，锥形杆段沿锥形管段的轴向可移动地设置，其中，锥形杆段和锥形管段的横截面面积均沿射流管的射流方向逐渐减小。

进一步地，锥形杆段的最大直径大于锥形管段的最小直径。

进一步地，射流管还包括与锥形管段连接的直孔管段，控制杆还包括与锥形杆段连接的柱体杆段，文丘里管具有下述的约束条件：1.1＜D/d＜1.2，2＜φ/D＜3，2.5＜L/D＜3；其中，D为柱体杆段的外径；d为射流口的直径；L为锥形杆段的水平长度；φ为直孔管段的内径。

进一步地，文丘里管还包括封堵件，设置在射流管的远离文丘里式腔体的一端以封堵射流管，封堵件具有与控制杆配合的轴向通孔。

为了实现上述目的，根据本发明的另一个方面，提供了一种泡沫比例混合控制系统，包括原液供应管路、内循环液体供应管路和设置在原液供应管路和内循环液体供应管路连接处的文丘里管，文丘里管为前述的文丘里管。

进一步地，泡沫比例混合控制系统还包括节流阀，节流阀设置在内循环液体供应管路上以调节进入文丘里管的液体流量。

进一步地，泡沫比例混合控制系统还包括：驱动装置，与流量控制部连接以驱动流量控制部沿射流管的轴向移动以控制流经射流口的流体流量；控制器，与驱动装置连接以控制驱动装置的启停。

根据本发明的第三方面，提供了一种消防车，包括底盘、举升臂架和作业平台，作业平台通过举升臂架与底盘连接，消防车还包括前述的泡沫比例混合控制系统。

应用本发明的技术方案，文丘里管包括文丘里式腔体和分别与文丘里式腔体连通的射流管、吸液管和混合出液管，射流管具有射流口，文丘里管还包括流量控制部，利用设置在射流管内部的流量控制部可以控制流经射流口的流体流量。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了现有技术的文丘里管的剖视结构示意图；

图2示出了现有技术的泡沫比例混合控制系统的主视结构示意图；

图3示出了根据本发明的文丘里管的实施例的立体结构示意图；

图4示出了根据本发明的文丘里管的一个方向的剖视结构示意图；

图5示出了根据本发明的文丘里管的另一个方向的剖视结构示意图；以及

图6示出了根据本发明的泡沫比例混合控制系统的部分主视结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、文丘里式腔体；2、射流管；21、射流口；22、锥形管段；23、直孔管段；24、进液口；3、吸液管；4、混合出液管；5、流量控制部；51、控制杆；511、锥形杆段；512、柱体杆段；10、原液供应管路；20、内循环液体供应管路。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明及本发明的实施例中，主管路液体管道的液体流量指的是消防车出口用于灭火的混合液流量，内循环液体供应管路的液体流量是由泵的出口压力及射流管的射流口的有效流通面积决定的。

本发明及本发明的实施例中，射流管的有效流通面积指的是能够让液体流过的锥形管段的截面积。

如图3至图5所示，本发明提供了一种文丘里管。文丘里管包括文丘里式腔体1和分别与文丘里式腔体1连通的射流管2、吸液管3和混合出液管4，射流管2具有射流口21，其特征在于，文丘里管还包括用于控制流经射流口21的流体流量的流量控制部5，流量控制部5至少部分设置在射流管2的内部以调节射流管2的有效流通面积。

上述设置中，利用设置在射流管2内部的流量控制部5可以控制流经射流口的流体流量。

如图4所示，本发明实施例中，流量控制部5包括控制杆51，控制杆51的至少部分可轴向移动地设置在射流管2的内部以调节射流管2的有效流通面积。

上述设置中，利用控制杆51可以根据需要调节射流管2的有效流通面积。当上述的文丘里管用于泡沫比例混合控制系统时，可以通过调节流经文丘里管的液体流量的方式来实现调节泡沫原液的流量的目的。

本发明实施例中，相对于通过旋转运动方向改变射流管2的有效流通面积，利用控制杆51相对于射流管2的可轴向移动的方式实现改变射流管2的有效流通面积具有更好的技术效果，流量的改变更加平缓。

如图4和图5所示，本发明实施例中，射流管2包括内孔为锥形的锥形管段22，锥形管段22部分伸入文丘里式腔体1的内部；控制杆51包括与锥形管段22配合的锥形杆段511，锥形杆段511沿锥形管段22的轴向可移动地设置，其中，锥形杆段511和锥形管段22的横截面面积均沿射流管2的射流方向逐渐减小。

上述设置中，锥形杆段511沿锥形管段22的轴向移动，利用锥形杆段511与锥形管段22的配合来调节流经射流口21的流量，增强射流效果，减小流动阻力。

具体地，通过调节锥形杆段511的外壁面与锥形管段22的内壁面之间的间隙δ来调节射流管2的有效流通面积，进而调节吸液管3吸取的泡沫原液的流量。

如图4和图5所示，本发明实施例中，锥形杆段511的最大直径大于锥形管段22的最小直径。

上述设置中，由于锥形杆段511的最大直径大于锥形管段22的最小直径，当控制杆51沿图4的右侧移动到极限位置时，锥形杆段511的外壁面与锥形管段22的内壁面之间的间隙δ等于零，此时整个内循环液体供应管路20处于关闭状态。

因此，可以看到，本发明实施例取消了现有技术中的开关球阀50’及设置在原液供应管路上的节流阀30’。本发明的文丘里管不仅能调节泡沫原液的流量，而且能实现整个内循环液体供应管路20的开关功能。

如图4和图5所示，本发明的实施例中，文丘里管还包括封堵件，封堵件设置在射流管2的远离文丘里式腔体1的一端。封堵件具有与控制杆51配合的轴向通孔，控制杆51穿过轴向通孔并相对射流管2可移动地设置。

本发明实施例中，具体地，通过控制控制杆51的行程L’来调大或缩小控制杆51的锥形杆段511的外壁面与射流管2的锥形管段22的内壁面之间的间隙δ，从而调节射流口有效流通的截面积，以达到调节其流量的效果。其中，控制杆51的最大行程可设置为锥形杆段511的水平长度L。

如图4和图5所示，本发明实施例中，射流管2还包括与锥形管段22连接的直孔管段23，控制杆51还包括与锥形杆段511连接的柱体杆段512，文丘里管具有下述的约束条件：

1.1＜D/d＜1.2，2＜φ/D＜3，2.5＜L/D＜3；

其中，D为柱体杆段的外径；d为射流口的直径；L为锥形杆段的水平长度；φ为直孔管段的内径。

通过上述的尺寸约束，能使得液体的流动损失最小化，射流管2的射流速度最大化，即可用最小的流量来最大程度地携带泡沫原液。

如：泡沫原液比例为8％及以下，所选水泵的额定工作压力为2MPa时取D＝19mm；d＝16mm；φ＝50mm；L＝55mm。

本发明的文丘里管的射流管2时刻工作在“最佳”状态，因为泡沫原液的管路确定后，其流量由其进出口压差来确定，进口接大气，压力为0，出口负压由流经射流管2的流量来确定，通过调整内循环液体供应管路20的流量来寻找即时携带泡沫原液流量所需的负压值，此负压值为在该泡沫原液管路流通当时所需泡沫原液流量的最低要求负压值，射流管2所提供的负压没有富余量，即为最理想状态。(简单地讲就是现有技术中需要一预设值的泡沫原液时通过控制泡沫原液的供应量来实现，不让多余的泡沫原液流进吸液管3；而本申请则是需要多少泡沫原液，则吸取多少泡沫原液)，即射流所产生的负压刚好能够吸入即时所需的泡沫原液，这样就大幅减少能耗浪费，增大主管路液体管道20的液体流量(即增大消防车出口用于灭火的混合液流量)，从而增强灭火效果。

由于水泵的出口流量兵分两路，一路是主管路液体管道，一路是内循环液体供应管路20，现在内循环液体供应管路20的流量变小了，因此主管路液体管道的流量将增大，若主管路液体管道的流量保持不变则可降低水泵的出口流量，降低水泵出口流量即实现了节能效果。

经计算，当水泵工作在高压低流量工况时，使用本发明的泡沫比例混合控制系统的消防车出口可增大灭火出口混合液流量25％以上。

本发明的实施例中，射流管2还包括进液口24，进液口24与锥形管段22的内部连通。

如图6所示，本发明还提供了一种泡沫比例混合控制系统，包括原液供应管路10、内循环液体供应管路20和设置在原液供应管路10和内循环液体供应管路20连接处的文丘里管，文丘里管为前述的文丘里管。

上述设置中，包括上述文丘里管的泡沫比例混合控制系统一方面具有节省能耗、增加主管路液体管道的出口流量的效果，原理如下所述：若水泵转速不变，即水泵泵送能力不变，则在采用本发明方案以后，内循环液体供应管路20所需液体流量大大减少，因此主管路液体管道的出口流量将增加，相应增加消防车的灭火效果；若消防车灭火系统的出口总流量不变，由于主管路液体管道出口的流量增大了，因此需降低水泵转速使其泵送能力与流量相匹配，从而达到节能效果。

本发明实施例中，泡沫比例混合控制系统还包括节流阀，节流阀设置在内循环液体供应管路20上以调节进入文丘里管的液体流量。

上述设置中，通过设置节流阀可以进一步调节内循环液体供应管路20的液体流量。

本发明实施例中，泡沫比例混合控制系统还包括驱动装置和控制器。驱动装置与流量控制部5连接以驱动流量控制部5沿射流管2的轴向移动以控制流经射流口21的流体流量；控制器与驱动装置连接以控制驱动装置的启停。

上述设置中，利用驱动装置来实现控制杆51的轴向移动，从而控制流经射流口21的流体流量。

本发明实施例还提供了一种消防车，包括底盘、举升臂架和作业平台，作业平台通过举升臂架与底盘连接，消防车还包括前述的泡沫比例混合控制系统。

本发明及本发明的实施例中，泡沫比例混合控制系统采用文丘里管来吸入泡沫原液。消防车一般都采用出口压力较高的水泵，其出口压力高达1～2MPa。

采用如图1所示的现有技术的文丘里管能在射流口周围形成绝对值大于2个大气压以上的真空负压，具有足够的吸力将原液吸入管道。泡沫原液的流量需要得到保障，因此在设计此类文丘里管时需要留出一定裕度，以满足低压大流量时需的泡沫量；而在满足低压大流量条件下的文丘里管工作在高压小流量时，其携带泡沫原液的能力大量富余，其管路内循环流量占比也大幅提升，因此泡沫比例混合控制系统工作在恶劣的“低效”区。为了降低内循环供应管路的流量，提升管路系统总体性能，本发明提出了射流管的射流口流通面积可调的文丘里管。

若采用本发明的文丘里管，则可将内循环液体供应管路20’的水流量调整到最佳状态约为2L/min，假设泡沫原液在消防车的出口灭火混合液中占比6％，若水泵工作的工况为：压力2MPa、流量60L/min时，此时泡沫原液流量为(60-2)×6％＝3.48L/min，出口混合液流量为58L/min，与现有技术中的主管路液体管道40’的液体流量(即消防车出口的混合液流量)为43L/min，本申请的流量提升了(58-43)/43＝34.9％，这是在能耗不增加的情况下实现的，若在现有技术中要实现58L/min的出口混合液流量则必然要增加能耗才能达到。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：文丘里管包括文丘里式腔体和分别与文丘里式腔体连通的射流管、吸液管和混合出液管，射流管具有射流口，文丘里管还包括用于控制流经射流口的流体流量的流量控制部，流量控制部至少部分设置在射流管的内部，上述设置中，利用设置在射流管内部的流量控制部可以控制流经射流口的流体流量；

进一步地，包括上述文丘里管的泡沫比例混合控制系统具有节省能耗、增加主管路液体管道的出口流量的效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种文丘里管，包括文丘里式腔体(1)和分别与所述文丘里式腔体(1)连通的射流管(2)、吸液管(3)和混合出液管(4)，所述射流管(2)具有射流口(21)，其特征在于，所述文丘里管还包括用于控制流经所述射流口(21)的流体流量的流量控制部(5)，所述流量控制部(5)至少部分设置在所述射流管(2)的内部以调节所述射流管(2)的有效流通面积。

2.根据权利要求1所述的文丘里管，其特征在于，所述流量控制部(5)包括控制杆(51)，所述控制杆(51)的至少部分可轴向移动地设置在所述射流管(2)的内部以调节所述射流管(2)的有效流通面积。

3.根据权利要求2所述的文丘里管，其特征在于，

所述射流管(2)包括内孔为锥形的锥形管段(22)，所述锥形管段(22)部分伸入所述文丘里式腔体(1)的内部；

所述控制杆(51)包括与所述锥形管段(22)配合的锥形杆段(511)，所述锥形杆段(511)沿所述锥形管段(22)的轴向可移动地设置，其中，所述锥形杆段(511)和所述锥形管段(22)的横截面面积均沿所述射流管(2)的射流方向逐渐减小。

4.根据权利要求3所述的文丘里管，其特征在于，所述锥形杆段(511)的最大直径大于所述锥形管段(22)的最小直径。

5.根据权利要求3所述的文丘里管，其特征在于，所述射流管(2)还包括与所述锥形管段(22)连接的直孔管段(23)，所述控制杆(51)还包括与所述锥形杆段(511)连接的柱体杆段(512)，所述文丘里管具有下述的约束条件：

1.1＜D/d＜1.2，2＜φ/D＜3，2.5＜L/D＜3；

其中，D为所述柱体杆段的外径；d为所述射流口的直径；L为所述锥形杆段的水平长度；φ为所述直孔管段的内径。

6.根据权利要求3所述的文丘里管，其特征在于，所述文丘里管还包括封堵件，设置在所述射流管(2)的远离所述文丘里式腔体(1)的一端以封堵所述射流管(2)，所述封堵件具有与所述控制杆(51)配合的轴向通孔。

7.一种泡沫比例混合控制系统，包括原液供应管路(10)、内循环液体供应管路(20)和设置在所述原液供应管路(10)和所述内循环液体供应管路(20)连接处的文丘里管，其特征在于，所述文丘里管为根据权利要求1至6中任一项所述的文丘里管。

8.根据权利要求7所述的泡沫比例混合控制系统，其特征在于，所述泡沫比例混合控制系统还包括节流阀，所述节流阀设置在所述内循环液体供应管路(20)上以调节进入所述文丘里管的液体流量。

9.根据权利要求7所述的泡沫比例混合控制系统，其特征在于，所述泡沫比例混合控制系统还包括：

驱动装置，与所述流量控制部(5)连接以驱动所述流量控制部(5)沿所述射流管(2)的轴向移动以控制流经所述射流口(21)的流体流量；

控制器，与所述驱动装置连接以控制所述驱动装置的启停。

10.一种消防车，包括底盘、举升臂架和作业平台，所述作业平台通过所述举升臂架与所述底盘连接，其特征在于，所述消防车还包括根据权利要求7至9中任一项所述的泡沫比例混合控制系统。