CN1238072C - 喷洒头 - Google Patents

Abstract

一种喷洒头包括下述结构元件：具有用于液体供给通道的体(1)、具有用于封闭喷洒头出口的阀(4)的热反应单元和热反应单元附件。在第一实施例中，所述喷洒头通道由圆柱形结构部分(10)和与之相连的圆锥形扩散器部分(11)组成。为了生成具有高动能并且空间均匀分布的细小均匀的气体水滴流，圆柱形部分(10)的长度比其通道直径大。圆锥形扩散器形式的部分(11)的长度比圆柱形通道部分(10)所在位置的通道直径大。在第二实施例中，喷洒头具有两个同轴的液体供给通道。轴向通道的长度超过它的直径。第二环形通道和第一通道同轴并配备有螺旋型引导元件。

Description

喷洒头

发明领域

本发明涉及一种灭火设备，换句话说，本发明涉及一种用于局部熄灭在具有大量潜在着火点的建筑内的火的喷洒头，例如医院、图书馆、博物馆、办公楼、百货公司、仓库、汽车库。这些设备通常被用作自动灭火系统的结构元件。

发明背景

众所周知在灭火设备中使用多种不同类型的喷洒头。这些现有设备在作为它们的结构元件的热反应单元以及灭火液体所通过的通道的类型上都存在差异。

例如本领域公知的喷洒头包括配备有用于液体供应的轴向圆柱形通道的体、带有用于关闭喷洒头出口的阀的热反应单元和热反应单元附件(美国专利US5,392,993，B05B1/26，公开日为1995年2月28日)。这种类型喷洒头的设计特征在于被固定在通道出口的对面的液流扩散器元件的结构。在美国专利US5,392,993中所介绍的改进是产生具有对于灭火来说最优化的空间结构的气体水滴流(gas-and-drop stream)，以及对所产生的气体水滴流中的液滴尺寸的改变和它们在所产生的气体水滴流中的具体分布(根据它们的大小)。然而这种喷洒头的特点在于它的结构复杂并且可能性有限。

其它的技术方案也是众所公知，在这些方案中，美国专利US4,800,961(A62C7/10，公开日为1989年1月31日)介绍了另一种喷洒头。一种普通的喷洒头包括配备有液体供应通道的体、配备有封闭喷洒头出口的阀的热反应单元和热反应单元附件。所述喷洒头通道由一些顺序相连的形状不同的具有不同通道横截面的部分(segment)组成。从供给液体侧开始计算的通道的第一部分是孔径角大约为8°的圆锥形扩散器。所述第一部分和孔径角为60°的圆锥形扩散器形状的第二部分相连。通道的第三部分是圆柱形形状，该部分的直径和圆锥形扩散器出口处横截面的直径相同。扩散器通道出口由环形突起形成。具有最小纵向尺寸的环形突起的平面的朝向垂直于喷洒头通道内的液流的方向。由于在通道出口处液流速度降低，这种实施例的喷洒头通道结构能够生成大的液滴。因此喷洒头产生具有所希望的液体分布的用于有效地灭火的气体水滴流，利用它的液滴尺寸形成所希望的液体分布。大的液体在气体水滴流的中心部分，用来直接熄灭火焰。相对小尺寸的液滴分布在气体水滴流的周边部分，用于减少烟气温度或冷却环境。

所述的喷洒头结构在整体上能减少非生产性液体的耗费量。然而所输入的用于生成气体水滴流的一部分能量被耗费在制止环形突起前方的圆柱形通道所在位置的液流的周边部分。

授权证书号为USSR №643162(A62C37/12，公开日为1979年1月27日)的专利中介绍了最近似于本发明第一实施例的设备。该设备包括配备有用于液体供应通道的体、配备有封闭喷洒头出口的阀的热反应单元和热反应单元附件，所述喷洒头通道由圆柱形部分和与之相连的圆锥形扩散器形式的部分组成。然而该喷洒头的尺寸和结构在所述结构内没有被优化，而这对于在着火点上方液体有效的散布是必需的。同时这种现有技术的喷洒头不能在火焰表面产生具有高动能液滴的均匀细致分布的气体水滴流。

欧洲专利申请EP 0701842 A2(A62C37/08，公开日为1996年3月20日)介绍了一种最近似于本发明第二实施例的设备。该设备包括配备有用于液体供应通道的体、配备有用于封闭喷洒头出口的阀的热反应单元和热反应单元附件。其中一个喷洒头通道被制造成轴向圆柱形通道形式，其长度比它的直径大，第二个通道采用具有螺旋引导元件并和第一通道同轴的环形通道形式。这种技术方案的目的是产生具有最佳尺寸的液滴并且在空间均匀分布的气体水滴流，能够有效地使用液体进行灭火。应该指出的是，由于在喷洒头出口产生气体水滴流，其横截面被公用出口的边缘限制，现有技术的喷洒头不能在大范围区域内进行有效地灭火。在此情况下，要求在房间内的天花板上增加喷洒头的配备密度。

发明概述

本发明的目的是提供一种喷洒头结构，它能产生均匀细致分布的具有高动能液滴的并且在空间均匀分布的气体水滴流。这个问题的解决方案能够增加具有所期望强度和用于有效灭火的高动能液滴的喷洒区域。换句话说，本发明目的在于针对火势增加要被保护房间的面积。此外，本发明的另一个目的是降低在生成具有上述优点的气体水滴流时的能量和液体耗费。

利用这样的事实实现上述目的，即喷洒头包括具有液体提供给通道的体，所述喷洒头通道由圆柱形结构部分和与之相连的圆锥形扩散器形式的部分组成，还包括具有阀的热反应单元和热反应单元附件。根据本发明，圆柱形部分的长度超过该部分的通道直径，圆锥形扩散器形式的部分的长度比圆柱形通道部分处的通道直径大，形成圆锥形扩散器的表面的锥顶角是10°～50°。

圆柱形部分的长度最好不超过该部分通道直径的三倍。

所述热反应单元附件可以是包围所述热反应单元的机架臂。

上述目的也可以由本发明第二实施例中的喷洒头实现，即一种喷洒头包括具有数个供给液体的通道的体，所述一个通道由圆柱形结构的轴向通道组成，其长度比它的直径大，第二个通道是具有螺旋型引导元件的并和第一通道同轴的环形通道，该喷洒头还包括具有阀的热反应单元和热反应单元附件，根据本发明，所述喷洒头的出口由轴向圆柱形通道的喷嘴和在径向上远离前者的环形通道的喷嘴组成，所述环形通道具有螺旋型引导元件。

在一个优选实施例中，喷洒头的圆柱形通道的出口直径是同轴通道的环形出口的平均直径的02.-0.4。

轴向圆柱形喷洒头通道的长度最好是它的直径的一倍或两倍。

在一个优选实施例，喷洒头的环形通道的螺旋型引导元件由多头螺丝螺旋组成。此外，喷洒头环形通道的螺旋型引导元件最好由四头螺丝螺旋组成。在此情况下，在环形通道出口能够可靠地生成均匀的锥形片流。

在本发明的一个最佳实施例中，喷洒头的环形通道的螺旋型引导元件由多头螺丝螺旋组成，螺旋通道相对于轴向通道对称轴线的倾角是20°～30°。在这些倾角情况下，生成具有优化孔径角和液滴切向速度分量的锥形片形流。

在上述喷洒头的实施例中的热反应单元附件可以由包围所述热反应单元的机架臂组成。

附图简介

下文将结合附图介绍具体的实施例：

图1是一个符合第一实施例的喷洒头的示意性断面图(在机架臂所在部位的平面内)；

图2是一个符合第二实施例的喷洒头的示意性断面图(在机架臂所在部位的平面内)；

图3是沿图2中A-A平面所做的喷洒头的横断面图。

发明的优选实施例

符合本发明第一实施例(图1)的喷洒头具有体1，其上部包含一用于和主要液体供应管相连的连接部。体1具有贯穿的通道，其具有密封环2，用于固定一插入喷洒头3。体1的通道具有被密封件5所密封的热反应单元阀4。利用由易碎材料制成的热反应单元蒸馏甑6，将阀4保持在它的初始位置。利用固定螺丝7将蒸馏甑6固定在所期望的位置。

在它的初始位置，热反应单元确保阀5密封，它封闭了喷洒头的出口。热反应单元附件被制造成围绕蒸馏甑6对称分布的机架臂8的形式(机架臂8围绕该热反应单元)。这些机架臂可以是体1的一部分或被制造成被固定在体1上的单独的元件。气体液体流的扩散器元件9(插座(arosett))被连接在所述机架臂8上。

被制造成插入喷洒头3的液体供应通道包括圆柱形部分10以及和该圆柱形部分10光滑地结合的锥形扩散器形式的部分11。根据本发明，圆柱形部分10的长度超过该部分的通道直径。锥形扩散器形式的部分11的长度超过圆柱形部分10所在位置的通道的直径。形成锥形扩散器表面的锥顶的角度是10°～50°。在此，圆柱形部分10的长度不大于其上的通道的直径的3倍(超过此范围，再增加喷洒头的尺寸，也不能改善性能)。

符合本发明第二实施例的喷洒头(图2和3)和第一实施例的喷洒头(看图1)具有相同的结构元件，区别分别在于插入喷洒头3的形式和液体供应通道的形式。在这个实施例中，喷洒头具有两个同轴的液体供应通道。一个是圆柱形的同轴通道12，它的长度不超过它的直径。第二通道是具有螺旋型引导元件并和第一通道同轴的环形通道13。

符合本发明第二实施例的喷洒头的特征在于它的形状和出口的布置。该喷洒头的出口由轴向通道12的喷嘴和在径向上远离前者的环形通道13的喷嘴组成。在一个具体的示例中，这样选择通道12的喷嘴直径，使它等于环形通道13的喷嘴的平均直径的0.2-0.4。通道12和13的最佳的直径相互关系是0.3。根据在液流中所产生的液滴的最佳尺寸、它们的散布范围(动能)和在一定的着火区域范围的分布的均匀性确定所述形成喷洒头出口的通道12和13的直径的相互关系。

此外，在第二实施例中，喷洒头没有气体液体流的扩散器元件9。它的功能由一定结构的片形流的混合和相互碰撞提供，在流过轴向通道12和环形通道13的液流中产生上述片形流。

环形通道13的螺旋型引导元件采用多头螺纹螺旋形式。在这个实施例的喷洒头中，环形通道13的螺旋型引导元件采用四头螺纹螺旋形式，以可靠地产生锥形结构的均匀的片形流。多头螺纹螺旋所形成的具体通道相对于轴向通道12的对称轴线的倾角是20°～30°。在此情况下，获得具有最佳孔径角的片形流和液滴的切线方向速度。所述螺旋所形成的通道的横截面是近似于正方形的矩形。根据所要求的通过环形通道13的流动，确定这些通道的尺寸，而所要求的通过环形通道13的流动又取决于通过通道12的流动。

对应于第一实施例的结构的喷洒头的功能被这样实现。

将水在比导致空隙现象所需的压力(对于水来说P＞0.25MPa)更高的压力下引入喷洒头。这个压力值大约是1MPa。在圆柱形部分10出口位置的静压力下降到低于饱和水蒸汽的压力。因而所述空隙现象中心在液流中出现并生长。随着液体进一步在圆锥部分11的扩大通道内的运动，生成气体水滴流。所生成的气体水滴流的参数取决于形成圆锥形扩散器(部分11)的锥顶角。当圆锥表面顶角小于10°时，液体不能和圆锥形部分11的壁分离或部分分离并周期性地粘附在圆锥壁的一部分上或另一部分上。上述过程发生的频率范围是10～50Hz。当顶角大于10°时，所述气体水滴流完全和圆锥壁分开，两者之间出现空间，稍微发散(发散角1-1.5°)的气体水滴流中充满气体涡流(在气体水滴流中流进气体(effluxing into air))。

在此情况下，当圆锥表面顶角大于50°时，喷嘴的性能几乎和具有平端表面的圆柱形通道的喷嘴的性能相同。所述涡流的尺寸减少，但是它们的生长频率增加。这些涡流仅仅影响所生成的液流的表面层，所述液流的核心还保持不受搅动。

选择形成喷嘴的最佳的圆锥表面顶角(根据本发明，在10°～50°之内)，因而通过气流喷射出现大规模的涡流。这些涡流摆动全部液流，同时液流反过来又水蒸气和气体饱和，随着所述液流从喷嘴流出，出现在液流中大尺寸气相形成的收缩。

上述现象的结果就是形成水蒸汽和气体饱和的液流，在和机架臂8的底部、固定螺丝7和气体水滴流扩散器9碰撞的同时，上述液流被破碎成细小的液滴，因此在气体水滴流中获得小尺寸并保持高动能的液滴。因此生成长范围气体水滴流的细小散布。这在整体上增加了使用具有最佳插入喷射3通道结构的喷洒头的灭火效率。

仅仅通过使圆柱形通道部分10的长度比该部分通道的直径大，就能获得上述效果，使用较短的圆柱形部分，不能在该部分的出口处在液体中生成空隙，也不希望圆柱形部分的长度过大，由于在此情况下，通道壁对液体流动提供了摩擦，增加了能量损耗。最好选择能够喷水的部分的长度范围为2～10毫米。

根据实验结果，符合上述实施例的喷洒头产生平均液滴尺寸为120微米的细微分布的气体水滴流。能够保护的房间的面积是21平方米。应该指出的是，在类似环境下，普通结构的喷洒头(例如25699 Grinell AM类型喷洒头)仅能产生平均液滴尺寸为380微米的气体水滴流。所保护的房间的面积不超过6平方米。

下文将用相同方式介绍具有第二实施例的结构的喷洒头的功能。

将压力为0.4-1.2MPa的水输送进喷洒头的通道入口，使水流按照轴向通道12和具有螺旋型引导元件的环形通道13的横截面比一分为二。通过环形通道13的水流的数量最好是通过轴向通道12的水流数量的二分之一(amount to 1 up to 2)。通过由多头螺纹螺旋例如四头螺纹螺旋所形成的螺旋型矩形通道，液流被扭曲，获得运动速度的切向分量。由于这个事实，液体流动在插入喷射3通道出口变成中空转动的锥形部分。随着它扩展到插入喷射3通道出口部分的后面，这个中空锥形部分“壁”的厚度减少。

从轴向通道12的出口流出的液流从定向的液流变形成气体水滴流。轴向通道12的长度必须能产生这样的圆柱形液流，即通道壁对该液流的摩擦可以忽略不计。通道12的长度最好是其直径的1.5～2倍。从通道12流出的液流和固定在机架臂8底部的固定螺丝7的端部碰撞，液流急剧改变它的方向和结构，形成液片，在远离通道12并和其轴线对称的方向上，所述液片变得更薄。这个过程发生的方式和普通设计的喷洒头的方式相同。

因此产生两个高速的液片，它们在体的附近碰撞。在液体从具有四头螺纹螺旋的螺旋型引导元件的环形通道13流出的同时，产生圆锥形转动片，它的发散角是60°～90°。从通道12流出的轴向流和固定螺丝7以及机架臂8的碰撞而产生的片变换成发散角为150°的片形流。

将这两个流混合，由于在它们中产生搅动，形成单独的细致散布的气体水滴流。在所生成的气体水滴流内的液滴尺寸几乎是每个单个液流中液滴尺寸的两倍，但是比两倍少些。这和这样的事实相关联，在通常轴对称的片形流的周边部分，形成薄的液流。由于液流扩展并和气体介质摩擦，在这种液流中的液滴速度在流出方向急剧下降。

在所生成的和从具有螺旋型引导元件的环形通道13中流出的液流相关的公用液流中的液滴速度的切向分量有助于生成更均匀的液滴流。由于锥形流的冲击以及在喷洒头结构元件的那一边生成相应的公用气体水滴流，所述液滴流不受位于液流冲击点附近的障碍物(机架臂8或固定螺丝7)的影响，在从轴向通道12和环形通道13流出的液流的碰撞和混合下，具有均匀的流动分布方位的细微气体水滴流被生成。在所生成的气体水滴流中的液滴的大小是60～400微米。

因此通过使用上述设计的喷洒头，能够在不增加液体耗用量和压力的前提下，生成细微的、空间均匀流的液滴。此外，无需在喷洒头1上安装气体水滴流扩散元件9(看图1)，在整体上简化了结构，降低了液滴的非生产性动能的损耗。如果在喷洒头结构上使用所述扩散器元件，则增加液滴的尺寸，同时液滴的初始速度下降。

作为实验的结果，符合上述实施例的喷洒头能够产生液滴平均尺寸为125微米的良好的气体水滴流。被保护房间的面积是12平方米。用于符合上述实施例的喷洒头的水的消耗量和它的供应压力不超过通用喷洒头的相应参数(例如25699 Grinell AM类型喷洒头)。

上述内容证明，在符合本发明的几个不同实施例的喷洒头的帮助下，能够实现所希望的技术结果。本发明产生具有高动能和均匀空间分布的均匀细小的气体水滴流，能够增加要被保护房间的面积。

工业实用性

本发明可以被用于灭火设备，换句话说，适用于用于具有大量潜在着火点的建筑内的局部灭火的固定喷洒头系统。这些系统可以被用于医院、图书馆、博物馆、行政办公楼、百货商店、仓库、修车库。符合本发明的喷洒头可以被用作包括监视传感器和控制系统的自动灭火装置的元件。通过标准可拆卸的接头，可以将上述结构的喷洒头安装在操作灭火系统的主管道上，代替陈旧结构的喷洒头。

以上已对本发明作了十分详细的描述，所以阅读和理解了本说明书后，对本领域技术人员来说，本发明的各种改变和修改将变得明显。所以一切如此改动和修正也包括在此发明中，因此它们在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种喷洒头，包括体(1)和用于供给液体的通道、具有阀(4)的热反应单元和热反应单元附件，其中，所述喷洒头通道由圆柱形结构部分(10)和与之相连的圆锥形扩散器形式的部分(11)组成，其特征在于：圆柱形部分(10)的长度超过这部分的通道直径，圆锥形扩散器形式的部分(11)的长度比圆柱形部分(10)处的通道直径大，形成圆锥形扩散器的表面的锥顶角是10°～50°。

2.根据权利要求1所述喷洒头，其特征在于：圆柱形部分(10)的长度不超过该部分通道直径的三倍。

3.根据权利要求1所述喷洒头，其特征在于：所述热反应单元附件由包围所述热反应单元的机架臂(8)组成。

4.一种喷洒头，包括具有供给液体的通道的体(1)，所述一个通道由圆柱形结构的轴向通道(12)组成，其长度比它的直径大，第二个通道是具有螺旋型引导元件的并和第一通道同轴的环形通道(13)，还包括具有阀(4)的热反应单元和热反应单元附件，其特征在于：所述喷洒头的出口由轴向圆柱形通道(12)的喷嘴和在径向上远离前者的环形通道(13)的喷嘴组成，所述环形通道具有螺旋型引导元件。

5.根据权利要求4所述喷洒头，其特征在于：所述轴向通道(12)的喷嘴的直径是环形通道出口的平均直径的0.2-0.4。

6.根据权利要求4所述喷洒头，其特征在于：所述轴向通道(12)的长度不大于它的直径的两倍。

7.根据权利要求4所述喷洒头，其特征在于：所述环形通道(13)的螺旋型引导元件由多头螺丝螺旋组成。

8.根据权利要求4所述喷洒头，其特征在于：所述环形通道(13)的螺旋型引导元件由四头螺丝路螺旋组成。

9.根据权利要求4所述喷洒头，其特征在于：所述环形通道(13)的螺旋型引导元件由多头螺丝螺旋组成，螺旋通道相对于轴向通道的对称轴线的倾角是20°～30°。

10.根据权利要求4所述喷洒头，其特征在于：所述热反应单元附件由包围所述热反应单元的机架臂(8)组成。

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