CN1216477A - 用于消防泡沫的喷嘴 - Google Patents

Abstract

一种喷嘴组件,它具有一喷嘴本体,该喷嘴本体具有一位于第一端处的入口和一位于一第二端处的出口。喷嘴本体内形成一供第一流体在入口和出口之间通过的第一流体通道。所述喷嘴本体内还形成分别供第二和第三流体通过的第二和第三流体通道。在第二端处设置有一排出混合装置,它与第一、第二和第三流体通道相流体连通,用于将第一、第二和第三流体混合形成一排出溶液。该排出混合装置具有一或多个设置在喷嘴本体第二端的内表面上的混合腔室。混合腔室形成于多个从第二端的内表面向内延伸的叶片之间。喷嘴本体的第二端具有一可调延伸的图案选择套管。第三通道具有一可变流体流量控制装置,它可以用来改变排出溶液的膨胀比。

Description

用于消防泡沫的喷嘴

                        发明背景

在易燃液体消防型的空气泡沫喷嘴的设计和操作中，存在许多必须解决的问题。多年来，开发了许多种喷嘴，试图克服以下的一个或多个问题：(1)提供一简单的结构，用于将消防泡沫浓缩物在喷嘴处注入水流；(2)提供一结构，用于确保水和泡沫浓缩物在喷嘴内充分混合；(3)提供一结构，用于控制夹带到水-泡沫溶液中的空气量；(4)提供一结构，用于增大充满气体的泡沫溶液的排射范围。

传统的空气泡沫喷嘴可根据喷嘴的“膨胀比”而分为两大组。“膨胀比”是描述与泡沫溶液初始体积相比，空气泡沫最终的气泡体积的术语。随着一个泡沫样本的膨胀比的增加，它表明喷嘴机械混合和使泡沫溶液充气的能力提高。具有较高膨胀比的喷嘴所产生的泡沫的单位体积的重量较轻，其气泡更小、更均匀、壁更薄，由于它们在气泡内保持泡沫液体的能力更大，因而能持续更长时间。

设计用来与称作水膜成形泡沫(AFFF)的合成物基泡沫浓缩物一起使用的空气泡沫喷嘴，其膨胀比通常较低，一般小于4比1。水膜成形泡沫对易燃液体泄漏造成的火灾非常有效，本来是开发用于飞机坠毁灭火的，因为在这种情况下应优先选用蔓延迅速、膨胀比低的泡沫层来快速压低火焰，因而使乘客和机组人员能够被迅速地从燃烧的飞机中救出来。这种有效性大部分是由于水膜，它在易燃液体表面上随泡沫气泡破裂而蔓延，从而减慢液体表面的挥发，有助于防止再引燃。对于这种场合，应优先选用低膨胀、快速消耗的泡沫。

设计用来与水膜成形泡沫浓缩物一起使用的喷嘴可以进一步分成另外两类：(1)泡沫溶液通过灭火软管或管道而泵压到喷嘴的一类，如图1A和图1B的喷嘴10所示；以及(2)将水通过灭火软管或管道泵压到喷嘴，并将泡沫浓缩物通过单独的导管输送到喷嘴，从而在喷嘴中形成泡沫溶液的一类，如图2A和图2B的喷嘴20所示。

在泡沫溶液被泵压到喷嘴的这类喷嘴，例如在图1A和图1B的喷嘴10中，水和浓缩物在通过软管或管道的同时有足够的时间充分混合。在水和泡沫浓缩物必须在喷嘴处混合的这类喷嘴，例如在图2A和图2B的喷嘴20中，混合可能不够均匀，尤其是在浓缩物在排出水所形成的圆柱体的内部注入的情况下。

泡沫浓缩物在水流中的这种不均匀的分配会对喷嘴所产生的泡沫质量有不利的影响。泡沫气泡的尺寸将会不均匀，从而导致膨胀的(充气的)泡沫迅速退化。迅速退化(通常称作快速消耗)的泡沫不是最佳的，因而往往可能不适用于需要的场合。

当将图案调节套管调节到向外位置而将任一类喷嘴调节设定成直线流或接近直线流时，如图1A和图2A所示，空气只能夹带于排出图案的外表面上。这种受限制的充气产生较低的膨胀比。膨胀比较低的泡沫重于膨胀比较高的泡沫，其在一定排出速度下具有更大的能力通过空气中的更长的距离。

设计用来与蛋白质基泡沫浓缩物一起使用的喷嘴是空气吸入型的。代表性的喷嘴30和32分别示于图3A和图3B中。这些喷嘴的膨胀比大于6比1。蛋白质基泡沫浓缩物需要比合成物基浓缩物更大的能量，用来将泡沫溶液充气成膨胀的灭火泡沫。蛋白质基泡沫灭火靠的是厚的气泡层，而不是水膜。

这些喷嘴还可进一步分成另外两类：(1)泡沫溶液通过灭火软管或管道泵压到喷嘴的一类，如图3A所示；以及(2)水通过灭火软管或管道泵压到喷嘴，泡沫浓缩物通过单独导管输送到喷嘴的一类，如图3B所示。

能够利用内装式文氏管抽吸通过单独导管的浓缩物的喷嘴如图3B所示，自40年代发明以来已经被广泛使用。这种“自引出”喷嘴可使水和泡沫浓缩物良好地混合，然而，确保良好混合和空气吸入所需的动能降低了排出流的速度，因而缩短了所能达到的排射范围。另一方面，如图2A和2B所示的具有内装式文氏管的可变图案喷雾型喷嘴，其混合不如空气吸入型的好，但它们用于混合和空气吸入的动能较小，因而它们的排射范围增大了。

现有的具有内装式泡沫浓缩物抽吸结构的喷嘴，如图2A、2B和3B中所示，它们均设计成使浓缩物通过一位于喷嘴侧部的一导管进入。该导管通常与一沿喷嘴腔室中心轴线并在主水道内的管道相连。该管道可具有一文氏抽吸腔室，或者该管道的端部可以封闭。如果浓缩物导管在喷嘴的进入端侧封闭，则浓缩物必须由一单独的泵而泵压到喷嘴，该泵可以是水驱动文氏管型的。虽然设计可以有所不同，但基本原理自创立以来一直没有改变。

                          发明概要

因此，本发明一个目的在于提供一种可解决所有这四方面问题的单个消防喷嘴设计。本发明排出的溶液包括淡的、微咸的或海水，它与少量的消防泡沫浓缩物混合在一起。然后该溶液被充气形成适合于由易燃液体消防技术领域中的技术人员使用的膨胀的消防泡沫。火灾或事故的特性确定所使用的泡沫浓缩物的类型和百分比浓度、所需的泡沫膨胀比以及所选用的排出装置的类型。

因此，本发明提供一种喷嘴组件，它具有一喷嘴本体，该喷嘴本体具有一位于一第一端处的入口和一位于一第二端处的出口。喷嘴本体内形成一供第一流体在入口和出口之间通过的第一流体通道。所述喷嘴本体内还形成一分别供第二和第三流体通过的第二和第三流体通道。在第二端处设置有一排出混合装置，它与第一、第二和第三流体通道相流体连通，用于将第一、第二和第三流体混合形成一排出溶液。该排出混合装置具有一或多个设置在喷嘴本体第二端的内表面上的混合腔室。混合腔室形成于多个从第二端内表面向内内延伸的叶片之间。喷嘴本体的第二端具有一可调延伸的图案选择套管。第三通道具有一可变流体流量控制装置，它可以用来改变排出溶液的膨胀比。

                      附图简述

图1A和1B表示一种传统喷嘴的剖视图，其图案选择套管分别被向外调节用于直线流排射和向内调节用于雾流排射；

图2A和2B表示一种使用单独的泡沫浓缩物导管的传统喷嘴的剖视图，其图案选择套管分别被向外调节用于直线流排射和向内调节用于雾流排射；

图3A表示一种传统的吸气喷嘴的剖视图，其中泡沫溶液被输送到喷嘴；图3B表示一种传统的吸气喷嘴的剖视图，其中水和泡沫浓缩物通过不同的导管输送到喷嘴；

图4表示本发明的一喷嘴的剖视图，其图案选择套管被向外调节用于直线流排射；

图5表示图4的喷嘴处于分离状态的剖视图；

图6表示图4的喷嘴沿4-4线剖开的前视图；

图7表示从图4的喷嘴上分离下来的喷射嘴和排出管组件开口的剖视图。

所示实施例的详细描述

图4-6示出了本发明的一示例性的喷嘴40。喷嘴40具有一喷嘴本体42，该喷嘴本体有一输入导管41和一内部主水道43。一旋转入口接头44可使喷嘴连接于一所需的水或泡沫的供给源，如软管。

按照本发明的一示例性的实施例，水通过导管41泵压到喷嘴的底部，在那里水流入主水道43。主水道内有一排出管组件45，它变化成具有一中心短圆筒状管口46，该管口向外朝一环形开口47弯曲，该开口由一喷嘴排出头48和一消音板49形成。当排出头48被拧入喷嘴本体时，排出管组件45由排出头保持在适当位置。

排出管组件45具有多个排出口62。来自主水道43的流体通过多个喷射嘴63被送到排出口62。喷射嘴与排出口之间的相互作用起到喷射泵的作用，这将在下面进行更详细的描述。

喷嘴本体中的第一导管50与一个腔室51相通，该腔室同心地形成于主水道43外侧的周围。喷嘴本体内设置有一同轴移位的圆筒形壁52，用以将主水道与腔室51相分离。按照本发明的一示例性的实施例，导管50用作泡沫浓缩物进入喷嘴的通道。

喷嘴本体中的第二导管53与腔室54连通，腔室54同心地形成在主水道内。在喷嘴本体内设置一同轴移位的管55，以将主水道43和腔室54隔离。管55延伸通过主水道和排出头48，并具有一向外扩张的端部，该端部构成消音板49。按照本发明的示例性实施例，导管53用作空气进入喷嘴的通道。

喷嘴本体还具有一可调的图案选择套管56。该图案选择套管可以在一用以使来自喷嘴的流体直线流排射的充分外伸位置和一用以使来自喷嘴的流体雾流排射的向内位置之间滑动。

按照本发明，从图案选择套管56的内周端面上径向朝内延伸有多个叶片57。该多个叶片57进而又在它们之间限定出多个混合腔室58。这些混合腔室通过一个腔室59与主水道43和与第一导管50相连的腔室51流体连通。腔室59形成于图案选择套管56的内表面和排出头48之间。

图4中所示的喷嘴结构逐渐增大水流的速度头，因而降低压力头。在来自主水道43的水流通过环形开口47并排入大气的情况下，所有可以得到的动能均已被转换为速度头。水通过排出头48的外周边进入图案选择套管上的叶片57所形成的多个混合腔室58。在这些混合腔室58内，水与从导管50和腔室51流出的泡沫浓缩物相混合。

下面参见图7，对排出口62和喷射嘴63的喷射泵作用进行更详细的描述。喷射嘴63具有一与主水道43流体连通的入口70。在喷射嘴的出口和排出口62处形成有一吸入腔室71，它进而又与腔室51相流体连通。排出口62具有一圆柱形的平行部分72，该部分送至一与前面所描述的腔室59相重合的扩散/排出区73。

喷射嘴63和排出口62所形成的喷射泵的排射流体的能力，其原理与所有自排射型喷嘴的原理相同。该相同原理在空气吸入喷嘴中被用来抽吸空气和吸入泡沫溶液。入口70是流体进入喷射泵喷嘴的区域。吸入腔室70是被泵送的流体进入喷射泵以及来自喷射泵喷嘴的高速流体带走抽吸所泵送的流体的区域。平行部分72是被泵送的流体与来自喷射泵喷嘴的流体相混合的区域，因而从喷射嘴的排放得到能量。扩散/排出区是流体失去速度压力并因速度变化而重新获得静压力的区域，因而流体能够进入叶片57所形成的混合腔室58中的压力区。

按照一较佳实施例，排出头49的夹角等于或小于90°是非常关键的。如果该夹角更大的话，腔室59中的压力会升得过高，从而使喷射泵不再能够工作。喷射泵将在反压力等于喷嘴工作压力的10％以内的范围工作，如果夹角大于90°，腔室59中的反压力就会超出这10％的极限。

再重新参见图4-6，一可变空气流量控制装置60，例如一种传统的空气流量阀，它可以打开，以允许空气沿喷嘴轴线流过导管53和腔室54。空气排出中心腔室54进入一低压区61，该区位于管55端部处的消音板49的后面。图案选择套管56使环形开口47外面的水流偏向成平行于或接近平行于喷嘴的轴线流动，从而形成低压区61。空气进入混合腔室58并与泡沫溶液相混合，从而形成最终的排出泡沫。

可变空气流量控制装置60可以完全关闭，从而在使用水膜成形泡沫来对付泄漏火灾时提供较低的膨胀比。或者，空气流量控制装置可以完全打开，从而在使用蛋白质基泡沫时提供较高的膨胀比。

在泡沫溶液通过主水道43而被泵送到喷嘴输入导管41的情况下，就不需要使用导管50和腔室51来将泡沫浓缩物导入喷嘴。而可以用导管50和腔室51来进行附加的充气。利用这种方式，空气被允许进入腔室51，在那里它可流过腔室59进入混合腔室58，从而使排出的泡沫溶液实现更强的充气作用和更高的膨胀比。

因此，本发明提供了一种用于易燃液体消防的消防喷嘴，它具有传统喷嘴设计所无法实现的独特的优点组合。本发明将几个符合需要的特性组合在一高成本效率的设计中。例如，当调节成直线流或接近直线流图案时，充气如现有的喷嘴那样发生在流体的外侧，但独特的中心空气通道允许空气进入排出图案内部所产生的低压区，从而可允许选择更高的膨胀比。

使用位于外部图案选择套管56内侧上的叶片57可起到多重功能。这些叶片可用作校直叶片，以消除喷嘴内所形成的旋流以及这些旋流对排出图案的不利影响，这样可有助于增加充气泡沫的排射范围。叶片57将排出区分成多个混合腔室58，从而在液体必须在喷嘴中混合时增强水和泡沫浓缩物的混合。当中心空气通道打开并且喷嘴被调节成直线流或接近直线流图案时，叶片所形成的隔开的混合腔室可使溶液更强的混合和充气。如果泡沫溶液被泵送到喷嘴，并且围绕主导管的浓缩物腔室打开于大气中，则有更多的空气进入叶片所形成的混合腔室，并产生额外的充气作用。

此外，当水和泡沫浓缩物通过分离的导管进行输送时，无论选择什么图案，混合腔室中将发生良好的混合作用。

以上的描述是用来说明本发明，而不是用来限制本发明的。由于本技术领域的技术人员可以结合本发明的精神和实质而对所描述的实施例进行修改，因此本发明的范围应仅参照所附权利要求书和其等价内容来进行限制。

Claims (21)

1．一种喷嘴组件(40)，包括：

一喷嘴本体(42)，它具有一位于第一端处的入口(41)和一位于一第二端处的出口；

一形成于所述喷嘴本体内的第一流体通道(43)，供第一流体在所述入口和出口之间通过；

一形成于所述喷嘴本体内的第二流体的第二流体通道；

一形成于所述喷嘴本体内的第三流体的第三流体通道；以及

排出混合装置(45-48,56-59)，设置在所述第二端处，与所述第一、第二和第三流体通道相流体连通，用于将所述第一、第二和第三流体混合形成一排出溶液。

2．如权利要求1所述的喷嘴组件，其特征在于，所述第一流体通道由所述喷嘴本体内的一延伸于所述第一端和所述第二端之间的第一壁形成。

3．如权利要求2所述的喷嘴组件，其特征在于，所述第二流体通道形成于所述第一壁和一第二壁之间，该第二壁从所述第一壁向内设置，并位于所述第一通道内，所述第二流体通道围绕所述第二壁和所述第一流体通道。

4．如权利要求3所述的喷嘴组件，其特征在于，所述第三流体通道形成于所述第二壁和一第三壁之间，该第三壁从所述第二壁向内设置，并位于所述第一流体通道内，所述第一流体通道围绕所述第三壁和所述第三流体通道。

5．如权利要求1所述的喷嘴组件，其特征在于，所述排出混合装置包括至少一个设置在所述喷嘴本体的所述第二端的内表面上的混合腔室。

6．如权利要求5所述的喷嘴组件，其特征在于，所述至少一个混合腔室形成于从所述第二端的内表面向内延伸的多个叶片之间。

7．如权利要求6所述的喷嘴组件，其特征在于，所述喷嘴本体的所述第二端包括一可调延伸的图案选择套管。

8．如权利要求1所述的喷嘴组件，其特征在于，所述第三通道包括一可变流体流量控制装置，它可被控制用来改变所述排出溶液的膨胀比。

9．如权利要求1所述的喷嘴组件，其特征在于，所述第一流体包括水，所述第二流体包括泡沫浓缩物，所述第三流体包括空气。

10．如权利要求1所述的喷嘴组件，其特征在于，所述第一流体包括泡沫溶液，所述第二和第三流体包括空气。

11．一种喷嘴组件，包括：

一喷嘴本体，它具有一位于一第一端处的入口和一位于一第二端处的出口；

多个形成于所述喷嘴本体内的流体通道，分别用于使多个流体通过所述喷嘴本体到达所述第二端；以及

排出混合装置，设置在所述第二端处，与所述多个流体通道相流体连通，用于将所述多个流体混合形成一排出溶液，所述排出混合装置包括多个设置在所述喷嘴本体的所述第二端的内表面上的混合腔室。

12．如权利要求11所述的喷嘴组件，其特征在于，所述多个混合腔室形成于多个从所述第二端的内表面向内延伸的叶片之间。

13．如权利要求12所述的喷嘴组件，其特征在于，所述喷嘴本体的所述第二端包括一可调延伸的图案选择套管。

14．如权利要求11所述的喷嘴组件，其特征在于，所述多个流体通道包括分别用于使第一、第二和第三流体通过所述喷嘴本体的第一、第二和第三流体通道。

15．如权利要求14所述的喷嘴组件，其特征在于，所述第一流体通道由所述喷嘴本体内的一延伸于所述第一端和所述第二端之间的第一壁形成。

16．如权利要求15所述的喷嘴组件，其特征在于，所述第二流体通道形成于所述第一壁和一第二壁之间，该第二壁从所述第一壁向内设置，并位于所述第一通道内，所述第二流体通道围绕所述第二壁和所述第一流体通道。

17．如权利要求16所述的喷嘴组件，其特征在于，所述第三流体通道形成于所述第二壁和一第三壁之间，该第三壁从所述第二壁向内设置，并位于所述第一流体通道内，所述第一流体通道围绕所述第三壁和所述第三流体通道。

18．如权利要求14所述的喷嘴组件，其特征在于，所述第三通道包括一可变流体流量控制装置，它可被控制用来改变所述排出溶液的膨胀比。

19．如权利要求14所述的喷嘴组件，其特征在于，所述第一流体包括水，所述第二流体包括泡沫浓缩物，所述第三流体包括空气。

20．如权利要求14所述的喷嘴组件，其特征在于，所述第一流体包括泡沫溶液，所述第二和第三流体包括空气。

21．一种在一喷嘴组件中产生排出溶液的方法，所述喷嘴组件具有一喷嘴本体，该喷嘴本体具有一位于一第一端的入口和一位于一第二端的出口，所述方法包括：

使第一流体通过一第一流体通道，所述第一流体通道在所述喷嘴内形成于所述入口和出口之间；

使一第二流体通过一第二流体通道，所述第二流体通道形成于所述喷嘴本体内；

使一第三流体通过一第三流体通道，所述第三流体通道形成于所述喷嘴本体内；

在所述喷嘴本体的所述第二端处的混合腔室内将所述第一、第二和第三流体混合形成所述排出溶液。

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