CN105715292B - 一种防治煤田火灾的多级雾化型双相流细水雾发生装置 - Google Patents
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Abstract
一种防治煤田火灾的多级雾化型双相流细水雾发生装置，适用于大面积煤田火区中煤岩空洞高温区的治理。装置包括压力水供给管、多孔喷嘴与射流雾化筒体；射流雾化筒体内部依次设有冲击雾化室、混合增速室和扩散喷射室；冲击雾化室靠近多孔喷嘴端设有半球形内壁，壁面上设有斜向锥形吸气孔以连通冲击雾化室与外界环境。压力水供给管提供的压力水通过多孔喷嘴完成初次雾化；喷嘴射流产生的负压将外界空气自动吸入冲击雾化室与初次雾化的雾流碰撞，实现二次雾化；而后雾流和空气在混合增速室内进一步混合、摩擦，再次雾化；后经扩散喷射室喷至煤田火灾防治区域。该装置无需附加压气系统，结构紧凑简单，安全可靠，操作简单，便携性强，雾化程度高。
Description
技术领域
本发明涉及一种防治煤田火灾的多级雾化型双相流细水雾发生装置，尤其适用于大面积煤田火区中煤岩空洞高温区的治理。
背景技术
煤田火灾每年直接烧毁大量不可再生的煤炭资源，严重威胁能源安全、火区周边生态环境及当地居民的身体健康。为实现高效灭火，快速置换出火区内蕴藏的大量热量是火区治理的关键。水的比热容和汽化热很高，置换火区热量的效果显著，且成本低、容易获取，是最合适的煤田灭火材料之一。细水雾技术可通过将水雾化的方式，在火区内对高温煤岩进行三维立体覆盖，可提高水与高温煤岩的接触面积，发挥细水雾的高效吸热作用、窒息作用和阻隔辐射作用，大大提高水的利用率，实现对火区的快速灭火降温。
当前气体雾化方式被广泛应用于细水雾的制备，该方式借助空气或惰性气体等流体的高速射流使液体的液柱或液膜发生分裂，进而产生细小雾滴，也称双流体雾化。该方式较单一的高压雾化、碰撞式雾化效果稳定，但在雾化过程中必须配置单独的外界动力源供气系统(如空压机、制氮机等)，如本领域科研人员设计有公开号为CN101915113A，公开日期为2010-12-15的中国发明专利“一种矿用氮气细水雾发生装置”通过煤矿井下设有的氮气管路向装置中压入氮气与水流撞击来实现雾化。由于我国煤田火区多分布于野外或和山区，空压机或制氮机等供气系统不易搬运和携带，使得当前必须配置单独外界动力源供气系统的双流体细水雾雾化装置在煤火治理过程中使用不便、便携性不强，适用性较差。此外，该方式单纯采用人工压气和水流碰撞实现雾化，雾化过程中还易出现雾滴粒径偏大、雾化程度偏低的现象，影响细水雾的灭火降温效果。
发明内容
技术问题：本发明的目的针对现有技术中存在的的问题，提供一种安全可靠、操作简单、便携性强、雾化程度高的防治煤田火灾的多级雾化型双相流细水雾发生装置。
技术方案：为实现上述目的，本发明的防治煤田火灾的多级雾化型双相流细水雾发生装置，包括压力水供给管、多孔喷嘴与射流雾化筒体，所述的射流雾化筒体内部依次设有冲击雾化室、混合增速室和扩散喷射室；所述压力水供给管螺纹连接在多孔喷嘴上，所述多孔喷嘴螺纹连接在射流雾化筒体上，多孔喷嘴的喷射端经喷孔连通射流雾化筒体内部的冲击雾化室，冲击雾化室靠近多孔喷嘴的一端为半球形内壁，半球形内壁上斜向开有通向射流雾化筒体壁面上的锥形吸气孔，锥形吸气孔连通冲击雾化室与外界环境；所述混合增速室为长度L的直通孔，冲击雾化室内孔渐缩与混合增速室一端光滑相连，混合增速室另一端与扩散喷射室呈光滑圆弧状相连，所述扩散喷射室为渐扩孔。
所述多孔喷嘴的喷孔的孔径为1～2mm，数量为3～5个。
所述的锥形吸气孔为由外向内的渐缩结构，其收缩角α1＝20～40°，最小内径d1＝6～10mm。
所述的冲击雾化室与混合增速室渐缩相连一端的收缩角α2为3～10°。
所述混合增速室的长度L与其内径d2的比值为：L/d2＝15～25。
所述扩散喷射室内部的渐扩孔的扩散角α3为10～20°。
有益效果：由于采用上述方案，本发明与现有技术相比具有以下优点：
(1)通过多孔喷嘴的多孔射流在冲击雾化室内形成强负压效应，将外界空气通过斜向锥形吸气孔大流量自动吸入冲击雾化室；锥形吸气孔的渐缩结构使空气增速并以较高速度进入冲击雾化室，与冲击雾化室内的雾流发生水气碰撞，实现气体雾化。整个过程无需单独设置外界压气系统(空压机等)，极大提高了装置的可操作性和便携性。
(2)首先通过多孔喷嘴射流完成初次雾化，再通过喷嘴射流产生负压自动吸入的外界空气与雾流撞击，实现二次雾化，同时增加雾流的运动动力；最后利用混合增速室使得雾粒与空气进一步混合、摩擦与撕裂，再次雾化；从而实现多级雾化方式，显著提高雾化程度，避免了单纯采用人工压气和水流碰撞实现雾化时易出现雾滴粒径偏大、雾化程度偏低的不足。
(3)装置无需附加压气系统，结构紧凑简单，安全可靠，操作简单，便携性强，雾化程度高，在本技术领域内具有广泛的实用性。
附图说明
图1是本发明的防治煤田火灾的多级雾化型双相流细水雾发生装置结构图。
图2是本发明的多孔喷嘴喷孔的截面结构示意图。
图中：1-压力水供给管；2-多孔喷嘴；3-喷孔；4-锥形吸气孔；5-射流雾化筒体；6-冲击雾化室；7-混合增速室；8-扩散喷射室。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步说明：
如图1所示，本发明的防治煤田火灾的多级雾化型双相流细水雾发生装置，主要由压力水供给管1、多孔喷嘴2与射流雾化筒体5构成，所述的射流雾化筒体5内部依次设有冲击雾化室6、混合增速室7和扩散喷射室8；所述压力水供给管1螺纹连接在多孔喷嘴2上，所述多孔喷嘴2螺纹连接在射流雾化筒体5上，多孔喷嘴2的喷射端经喷孔3连通射流雾化筒体5内部的冲击雾化室6，所述多孔喷嘴2的喷孔3的孔径为1～2mm，数量为3～5个。冲击雾化室6靠近多孔喷嘴2的一端为半球形内壁，半球形内壁上斜向开有通向射流雾化筒体5壁面上的锥形吸气孔4，锥形吸气孔4连通冲击雾化室6与外界环境；所述的锥形吸气孔4为由外向内的渐缩结构，其收缩角α1＝20～40°，最小内径d1＝6～10mm。所述混合增速室7为长度L的直通孔，所述混合增速室7的长度L与其内径d2的比值为：L/d2＝15～25。冲击雾化室6内孔渐缩与混合增速室7一端光滑相连，所述的冲击雾化室6与混合增速室7渐缩相连一端的收缩角α2为3～10°。混合增速室7另一端与扩散喷射室8呈光滑圆弧状相连，所述扩散喷射室8为渐扩孔。所述扩散喷射室8内部的渐扩孔的扩散角α3为10～20°。
工作过程：将压力水供给管1通过螺纹旋进多孔喷嘴2，多孔喷嘴2通过螺纹旋进射流雾化筒体5。多孔喷嘴2的喷射端设有4个喷孔3，喷孔3孔径为1～2mm，其排布方式如图2所示，喷射端中心处设有1个喷孔3，其余三个喷孔3以喷射端中心为圆心沿圆周均匀排布。冲击雾化室6靠近多孔喷嘴2的一端设有半球形内壁，壁面上设有斜向锥形吸气孔4，锥形吸气孔4连通冲击雾化室6与外界环境。斜向锥形吸气孔4的内部为渐缩结构，收缩角α1＝30°，最小内径d1＝8mm，冲击雾化室6靠近混合增速室7一端为渐缩结构，收缩角为α2＝10°，混合增速室7的长度与内径的比值L/d2＝20，扩散喷射室8内部为渐扩结构，扩散角为α3＝12°，扩散喷射室8与混合增速室7连接处的壁面呈光滑圆弧状。
使用时，将煤田火区防灭火供水通过压力水供给管1输入多孔喷嘴2，再经4个喷孔3高速射出，完成压力水的初次雾化，随后多孔射流在冲击雾化室6内形成负压效应将外界空气通过斜向锥形吸气孔4吸入，在锥形吸气孔4的作用下所吸空气以较高速度冲击雾流，实现二次雾化。雾流和空气随后进入混合增速室7进一步混合、摩擦与撕裂，进一步提高雾化程度，最后经扩散喷射室8喷至煤田火灾防治区域，用以煤田火区的防治。
Claims (3)
1.一种防治煤田火灾的多级雾化型双相流细水雾发生装置，其特征在于：它包括压力水供给管(1)、多孔喷嘴(2)与射流雾化筒体(5)，所述的射流雾化筒体(5)内部依次设有冲击雾化室(6)、混合增速室(7)和扩散喷射室(8)；所述压力水供给管(1)螺纹连接在多孔喷嘴(2)上，所述多孔喷嘴(2)螺纹连接在射流雾化筒体(5)上，多孔喷嘴(2)的喷射端经喷孔(3)连通射流雾化筒体(5)内部的冲击雾化室(6)，冲击雾化室(6)靠近多孔喷嘴(2)的一端为半球形内壁，半球形内壁上斜向开有通向射流雾化筒体(5)壁面上的锥形吸气孔(4)，锥形吸气孔(4)连通冲击雾化室(6)与外界环境；所述混合增速室(7)为长度L的直通孔，冲击雾化室(6)内孔渐缩与混合增速室(7)一端光滑相连，混合增速室(7)另一端与扩散喷射室(8)呈光滑圆弧状相连，所述扩散喷射室(8)为渐扩孔；所述喷孔(3)的孔径为1～2mm，数量为3～5个，一个所述喷孔(3)设置在多孔喷嘴(2)的喷射端中心，其余喷孔(3)以喷射端中心为圆心沿圆周均匀排布；所述的锥形吸气孔(4)为由外向内的渐缩结构，其收缩角α1＝20～40°，最小内径d1＝6～10mm，所述混合增速室(7)的长度L与其内径d2的比值为：L/d2＝15～25。
2.根据权利要求1所述的防治煤田火灾的多级雾化型双相流细水雾发生装置，其特征在于：所述的冲击雾化室(6)与混合增速室(7)渐缩相连一端的收缩角α2为3～10°。
3.根据权利要求1所述的防治煤田火灾的多级雾化型双相流细水雾发生装置，其特征在于：所述扩散喷射室(8)内部的渐扩孔的扩散角α3为10～20°。
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