CN115738138B - 一种消烟泡沫发生与喷射一体化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种消烟泡沫发生与喷射一体化装置，包括消烟剂溶液供给管、切向引入式旋流喷嘴、气液混合管、产泡管和泡沫射流管，其中，气液混合管内依次设有吸气腔、气液混合腔和喉管，产泡管内依次设有增压产泡腔和螺旋产泡腔。该装置使用含有表面活性剂分子的消烟剂溶液，利用切向引入式旋流喷嘴产生旋转射流的强卷吸和强负压作用，通过吸气腔处的空气供给孔自动吸入空气，经过气液混合腔和喉管作用，气液两相充分混合后，通过两级增压产泡腔和螺旋产泡腔实现较高倍数消烟剂泡沫的制备，最终通过泡沫射流管的特殊四平扇形泡沫喷嘴结构射流而出，形成一个较大的方形射流区域，从而以较高的效率阻隔射流范围内烟气，提高消防应急救援能力和效率。
Description
技术领域
本发明属于消防应急救援技术领域，具体涉及一种消烟泡沫发生与喷射一体化装置。
背景技术
消防应急救援工作一直面临着高温高热、有毒烟气、缺氧环境等因素的挑战，这些因素之中，有毒烟气的威胁最大。有毒烟气的危害一方面在于烟气中存在的各种有毒成分对人体的毒害；另一方面，烟气中的烟粒子对可见光有完全的遮蔽作用，大量烟气弥漫时，可见光受到烟粒子的遮蔽而减弱，使人的直视距离缩短，能见度大大降低，严重阻碍消防应急救援行动的实施。因此，如何有效消除烟气、快速提高火场救援通道能见度、降低烟气有毒成分，是消防应急救援领域的一个重要研究方向。
目前，消防应急救援消烟措施主要为物理排烟和水雾消烟。物理排烟指通过自然通风或机械通风将火灾烟气排出。但物理排烟具有严格的条件限制和建筑空间要求，包括火场的内外压差、通风口的位置布置和通风量等，这使其经常受制于火场建筑条件导致排烟效果不佳，甚至可能引发烟流紊乱造成更严重的后果。而水雾消烟用水量大、烟尘捕获效率较低，且烟气中的CO等有毒成分降解率较低，因此消烟效果也并不理想，难以满足消防应急救援的实际需要。针对这一问题，本领域的技术人员研发了一种微泡型消烟剂(中国专利CN113577946A)，它利用泡沫的覆盖性、粘附性，有效地清除烟气中的固体颗粒物，增强环境可视度，同时其中的碱性物质以泡沫为载体充分与有毒有害气体接触，有效降低有毒有害气体浓度。但由于缺少面向现场需求的消烟泡沫发生和喷射装备，严重制约泡沫消烟技术的发展和应用。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种消烟泡沫发生与喷射一体化装置，其安装、操作方便，不含电气部件，安全可靠，可有效提高救援通道能见度，降低火场烟气毒性。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
提供一种消烟泡沫发生与喷射一体化装置，包括消烟剂溶液供给管、切向引入式旋流喷嘴、气液混合管、产泡管和泡沫射流管，五个部分依次平滑连接，其中，气液混合管内依次设有吸气腔、气液混合腔和喉管，其中吸气腔上设有空气供给孔；产泡管内依次设有增压产泡腔和螺旋产泡腔。
进一步地，消烟剂溶液供给管末端为渐扩结构，扩散角为α1＝20-30°，可增大射流压力，更好地引入射流进入切向引入式旋流喷嘴。
进一步地，切向引入式旋流喷嘴由旋流腔和喷头构成，其中旋流腔由一条主通道与八条旋向导流通道组成，旋流腔入口处有一个主孔与八个小孔分别将消烟剂溶液供给管流出的射流引入主通道和八个旋向导流通道；主通道位于旋流腔中心，直径d1＝10mm，可引入一股轴向入流，加强射流中心区的冲击作用，避免旋转中心低压区的出现；八条旋向导流通道在主通道周围水平均匀分布，与主通道径向间距l1＝7mm，由旋转角θ＝40-50°切入主通道；入流进入旋向导流通道后，沿着导流通道以较高的流速切向流入中心主通道，与主通道内轴向水流在旋流腔中心汇合，外层的旋转流体将带动内部的轴向入流流体一起旋转射出，形成旋转射流，该旋转射流具有较大的旋流强度；旋转射流进入喷头内，经过收缩段、喉管、扩张段喷出，扩张段扩散角为α2＝5-10°，增加了旋转射流覆盖范围，可使旋转射流在气液混合腔内与空气更好地混合。
进一步地，空气供给孔共八个，每个空气供给孔直径d2＝6.5-7.5mm，沿管呈环形斜向均匀布置，倾斜方向与管中心轴线夹角保证空气供给足量、均匀。
进一步地，气液混合腔入口直径d3＝18-20mm，与切向引入式旋流喷嘴出口距离小于防止外侧射流阻挡空气进入气液混合腔，保证空气与旋转射流可以在进入气液混合腔后进行混合。
进一步地，螺旋产泡腔内设有双螺旋渐缩式导槽，该双螺旋渐缩式导槽由螺旋轴和两组螺旋导槽构成，导槽壁分别固定在螺旋轴与螺旋产泡腔内壁上，形成内部的螺旋导槽轨道；螺旋轴直径为d4＝5-7mm；螺旋导槽的导槽宽度为l3＝10-15mm，两组导槽沿中轴面对称，整体呈渐缩式，收缩角β1＝20-30°；消烟剂溶液经由增压产泡腔增压后初步形成泡状流进入双螺旋渐缩式导槽，沿着两组导槽分为两股流体，两股流体分别沿着各自的螺旋导槽不断螺旋流动，同时，两个导槽内的两股流体在导槽相交处相互撞击，最终在液体质点的强紊动扩散作用和消烟剂溶液中表面活性剂分子的促进下，尚未成泡的那部分空气转化为气泡群，即完成消烟泡沫的较高倍数制备。因撞击对能量损失较大，渐缩式结构可使螺旋导槽内流体逐渐增压，弥补损失能量。
进一步地，泡沫射流管主体为空心四棱锥结构；四棱锥顶角θ2＝115-125°，末端与产泡管平滑连接，四个斜面上均设有平扇形泡沫喷嘴。消烟泡沫流由产泡管进入泡沫射流管后，通过其内部的四棱锥结构进行分流，四股射流分别进入其四个面上的平扇形泡沫喷嘴，最终四个平扇形泡沫喷嘴喷出的四股射流相互交合，形成一个较大的方形射流区域，以较高的效率阻隔射流范围内烟气，尽快提高救援通道能见度，保障消防队员救援行动的实施。
进一步地，平扇形泡沫喷嘴内依次设有喷嘴入口、导流腔和喷嘴出口；喷嘴入口为圆形，与四棱锥斜面相通；喷嘴出口为对称的扁平八边形，该八边形边长分别为2、8、8mm，其最小的外角定义为均匀角θ3，θ3＝5-10°，出口面积为110-120mm2；导流腔位于喷嘴入口与喷嘴出口之间，从入口处的圆形过渡至出口处的扁平八边形，导流腔上下两斜边夹角定义为压缩角β2，β2＝35-45°。消烟泡沫流通过喷嘴入口后进入导流腔，通过渐变的内部通道，泡沫射流由圆柱形导流为扁平形，并以一定角度扩散。
本发明的有益效果为：
1、消烟效率高。本发明与传统装置相比，既利用了泡沫喷雾，又加入了消烟剂，可以在发挥泡沫喷雾物理消烟作用的同时，增大消烟剂成分与有害气体的接触面积，有效发挥消烟剂的化学消烟作用，使消烟效率进一步提高。
2、发泡效果好。本发明中，消烟剂溶液利用切向引入式旋流喷嘴产生旋转射流的强卷吸和掺混效应及其形成的强负压作用，通过吸气腔处的空气供给孔自动吸入空气，经过气液混合腔、喉管、增压产泡腔多级作用，进入螺旋产泡腔的双螺旋渐缩式导槽内，其中气液两相介质沿着导槽不断螺旋流动，同时两个导槽内的两股流体在导槽相交处相互撞击，最终在液体质点的强紊动扩散作用和消烟剂溶液中表面活性剂分子的促进下，完成消烟泡沫的较高倍数制备。产泡倍数高，泡沫质量好。
3、覆盖面积大。本发明喷嘴处采用在四棱锥顶部四面上分别布置四个平扇形泡沫喷嘴的结构，四股射流相互交合，可以形成一个较大的方形射流区域，具有覆盖范围大、阻隔烟气效率高、与有毒烟气作用时间长等优点。有毒烟气被消烟剂泡沫喷雾完全覆盖住，可以尽快提高救援通道能见度，保障消防队员救援行动的实施，有效减少人员伤亡和财产损失。
附图说明
图1为本发明消烟泡沫发生与喷射一体化装置的结构剖视图；
图2为本发明消烟泡沫发生与喷射一体化装置切向引入旋流喷嘴的三维示意图；
图3为图2消烟泡沫发生与喷射一体化装置切向引入旋流喷嘴的三视图示意图；
图4为本发明消烟泡沫发生与喷射一体化装置空气供给孔的三维示意图；
图5为本发明消烟泡沫发生与喷射一体化装置双螺旋渐缩式导槽的三视图示意图；
图6为本发明消烟泡沫发生与喷射一体化装置泡沫射流管的三视图示意图；
图7为本发明消烟泡沫发生与喷射一体化装置平扇形泡沫喷嘴的三视图示意图。
其中：1-消烟剂溶液供给管；2-切向引入式旋流喷嘴；3-气液混合管；4-产泡管；5-泡沫射流管；6-吸气腔；7-气液混合腔；8-喉管；9-增压产泡腔；10-螺旋产泡腔；11-空气供给孔；12-旋流腔；13-喷头；14-收缩段15-喉管；16-扩张段；17-双螺旋渐缩式导槽；18-螺旋轴；19-螺旋导槽；20-平扇形泡沫喷嘴；21-喷嘴入口；22-导流腔；23-喷嘴出口。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
实施例
如图1所示，本发明的消烟泡沫发生与喷射一体化装置包括消烟剂溶液供给管1、切向引入式旋流喷嘴2、气液混合管3、产泡管4和泡沫射流管5，五个部分从下至上依次平滑连接；消烟剂溶液供给管1末端为渐扩结构，扩散角为α1＝20-30°；气液混合管3内从下至上依次设有吸气腔6、气液混合腔7和喉管8，其中吸气腔6上设有若干空气供给孔11；产泡管4内依次设有增压产泡腔9、螺旋产泡腔10；气液混合腔7入口直径d3＝18-20mm，与切向引入式旋流喷嘴2出口距离小于
如图2至图3所示，切向引入式旋流喷嘴2由旋流腔12和喷头13构成；旋流腔12由一条主通道与八条旋向导流通道组成，主通道位于旋流腔12中心，直径d1＝10mm，八条旋向导流通道在主通道周围水平均匀分布，与主通道径向间距l1＝7mm；喷头13内部包括收缩段14、喉管15、扩张段16，扩张段16扩散角为α2＝5-10°。
如图4所示，空气供给孔11共八个，每个空气供给孔直径d2＝6.5-7.5mm，沿管呈环形斜向均匀布置，倾斜方向与管中心轴线夹角
如图5所示，螺旋产泡腔10内设有双螺旋渐缩式导槽17，该双螺旋渐缩式导槽17由螺旋轴18和两组螺旋导槽19构成，导槽壁分别固定在螺旋轴18与螺旋产泡腔10内壁上，形成内部的螺旋导槽轨道；螺旋轴18直径为d4＝5-7mm；螺旋导槽19的导槽宽度为l3＝10-15mm，两组导槽沿中轴面对称，整体呈渐缩式，收缩角β1＝20-30°；
如图6所示，泡沫射流管5主体为空心四棱锥结构；四棱锥顶角θ2＝115-125°，末端与产泡管4平滑连接，四个斜面上均设有平扇形泡沫喷嘴20。
如图7所示，平扇形泡沫喷嘴20内依次设有喷嘴入口21、导流腔22和喷嘴出口23；喷嘴入口21为圆形，与四棱锥斜面相通；喷嘴出口23为对称的扁平八边形，该八边形边长分别为2、8、8mm，其最小的外角定义为均匀角θ3，θ3＝5-10°，出口面积为110-120mm2；导流腔22位于喷嘴入口21与喷嘴出口22之间，从入口处的圆形过渡至出口处的扁平八边形，导流腔22上下两斜边夹角定义为压缩角β2，β2＝35-45°。
工作原理：该装置将制备好的含有表面活性剂分子的消烟剂溶液通过消烟剂溶液供给管1高压引入，随后通过切向引入式旋流喷嘴2，形成一股不仅具有纵向速度，而且具有径向和切向分速的高速旋转射流，利用旋转射流的强卷吸和掺混效应及其形成的强负压作用，在气液混合管3内的吸气腔6内通过八个环形斜向均匀布置的空气供给孔11将外界空气足量、均匀地自动吸入，随后由于射流边界层与气体之间的粘滞作用，射流将气体从吸入腔6“携带”进入气液混合腔7，完成气液两相的初步混合；此时气液二者做相对运动，且均为连续介质；旋转射流由于自身的径向和切向分速以及受外界扰动的影晌，在离切向引入式旋流喷嘴2一段距离后，产生脉动和表面波；气液两相射流进入喉管8，由于旋转射流具有较普通射流强的径向扩散能力，液体质点紊动扩散作用不断增强，射流表面波的振幅不断增大，当振幅大于射流半径时，消烟剂溶液在喉管8内被剪切分散形成大量液滴，高速运动的液滴分散在气体中，与气体分子不断冲击和碰撞，将能量传给气体，使得气体被加速和压缩，在喉管8末端形成速度趋于一致的气液混合流体；气液混合流体进入产泡管4内的增压产泡腔9内，一部分空气被压缩、撕裂而成为微小气泡，液相介质则相互聚并成连续液体而将小气泡隔开，小气泡分散在液体中初步形成泡状流；随着泡状流进入螺旋产泡腔10，在双螺旋渐缩式导槽17内，气液两相介质沿着导槽不断螺旋流动，同时两个螺旋导槽19内的两股流体在导槽相交处相互撞击，最终在液体质点的强紊动扩散作用和消烟剂溶液中表面活性剂分子的促进下，尚未成泡的那部分空气转化为气泡群，即完成消烟泡沫的较高倍数制备；消烟泡沫流最终通过泡沫射流管5的平扇形泡沫喷嘴20射流而出，四股射流相互交合，形成一个较大的方形射流区域，以较高的效率阻隔射流范围内烟气，尽快提高救援通道能见度，保障消防队员救援行动的实施，同时减少烟尘颗粒数量，降低烟雾毒性。
于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (3)
1.一种消烟泡沫发生与喷射一体化装置，其特征在于：包括从下至上依次平滑连接的消烟剂溶液供给管(1)、切向引入式旋流喷嘴(2)、气液混合管(3)、产泡管(4)和泡沫射流管(5)；所述气液混合管(3)内从下至上依次设有吸气腔(6)、气液混合腔(7)和喉管(8)，所述吸气腔(6)上设有若干空气供给孔(11)；所述产泡管(4)内从下至上依次设有增压产泡腔(9)和螺旋产泡腔(10)；
所述螺旋产泡腔(10)内设有双螺旋渐缩式导槽(17)，所述双螺旋渐缩式导槽(17)包括螺旋轴(18)和两组螺旋导槽(19)，所述螺旋导槽(19)的导槽壁分别固定在螺旋轴(18)与螺旋产泡腔(10)内壁上，形成内部的螺旋导槽轨道；所述螺旋轴(18)直径为d4＝5-7mm；所述螺旋导槽(19)的导槽宽度为l3＝10-15mm，两组螺旋导槽(19)沿中轴面对称，整体呈渐缩式，收缩角β1＝20-30°；
所述泡沫射流管(5)主体为空心四棱锥结构；四棱锥顶角θ2＝115-125°，末端与产泡管(4)平滑连接，四个斜面上均设有平扇形泡沫喷嘴(20)；所述平扇形泡沫喷嘴(20)内从左至右依次设有喷嘴入口(21)、导流腔(22)和喷嘴出口(23)；所述喷嘴入口(21)为圆形，与四棱锥斜面相通；所述喷嘴出口(23)为对称的扁平八边形，该八边形边长分别为2、8、8mm，其最小的外角定义为均匀角θ3，θ3＝5-10°，出口面积为110-120mm2；所述导流腔(22)位于喷嘴入口(21)与喷嘴出口(23)之间，从入口处的圆形过渡至出口处的扁平八边形，所述导流腔(22)上下两斜边夹角定义为压缩角β2，β2＝35-45°；
所述切向引入式旋流喷嘴(2)包括旋流腔(12)和喷头(13)；所述旋流腔(12)由一条主通道与八条旋向导流通道组成，主通道位于旋流腔(12)中心，直径d1＝10mm，八条旋向导流通道在主通道周围水平均匀分布，与主通道径向间距l1＝7mm，由旋转角θ1＝40-50°切入主通道；所述喷头(13)内部包括从左至右依次设置的收缩段(14)、喉管(15)、扩张段(16)，所述扩张段(16)扩散角为α2＝5-10°；
所述气液混合腔(7)入口直径d3＝18-20mm，气液混合腔(7)与切向引入式旋流喷嘴(2)出口距离小于
2.根据权利要求1所述的一种消烟泡沫发生与喷射一体化装置，其特征在于：所述消烟剂溶液供给管(1)末端为渐扩结构，扩散角为α1＝20-30°。
3.根据权利要求1所述的一种消烟泡沫发生与喷射一体化装置，其特征在于：所述空气供给孔(11)共八个，每个供给孔直径d2＝6.5-7.5mm，沿管呈环形斜向均匀布置，倾斜方向与管中心轴线夹角
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