DE1708091A1 - Mit Wasserkraft betriebener Schaumerzeuger fuer Feuerloeschgeraete - Google Patents

Description

SPECIALTIES DEVELOPMENT CORPORATION 675 Main Street, Belleville, New Jersey, V. St. A.

Mit Wasserkraft betriebener Schaumerzeuger für Feuerlöschgeräte.

Die Erfindung bezieht sich auf Schaumerzeuger für Feuerlöschgeräte, insbesondere betrifft sie mit Wasserkraft durch Rückstoßdüsen betriebene Geräte zum Erzeugen eines großvoiumigen Schaums (high expansion foam)*

Die bekannten Geräte sun Erzeugen eines großvoluaigen Schaums besitzen im allgemeinen «in rohrförmigee Teil, das einen Windtunnol darstellt, ein Ober das Ausblasende des Windtunnels gespanntes Netz aus Textilgewebe, ein tieblfse am Bi nb las end· des Windtunnels, das »inen Luft-

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strom durch den Tunnel hervorruft, und Düsen zwischen Gebläse und Netz, die eins Lösung aus Wasser und einem Schaummittel auf das Netz spritzen, Die auf das Nett gespritzte Lösung läuft über das Netz, und ein dünner Film dieser Lösung überspannt jsde öffnung der. N«izge« webes*Die von dem Gebläse geförderte Luft fließt durch diese öffnungen und schiebt den Film vor sich her_t, r;o daß an jeder öffnung eine Blase entsteht* Die Blasen werden νοη der nächsten Schicht von Blasen vom Netz weggeschoben, so dsfl an der Abwindseite des Netzes eine Schaumsä^le gs^e bildet wi Ein Schaumerzeuger dieser Art ist im einzelnen in der USA-Patentschrift 3.241„617 beschrieben.

Bisher wurde der Schaum in Aggregaten erzeugt„ in denen das Gebläse durch einen Benzin- oder Elektromotor ahge" trieben wurde.

In den. meisten Ffillen sind derartige Anlagen aber ar. Stellen Installiert, an denen das Wasser aus einem öffentlichen Wassernetz od. dgl. entnommen wird und wird daher dem Gerät unter Druck zugeführt. Häufig wäre es vorteilhaft, wenn die Energie des Druckwsssernetzes als Antriebsquelle für das Gebläse ausgenutzt warden könnte. Dadurch würden die Kosten der AnInge verringert werden können, auch würde die

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Anlage betriebssicherer, weil sie nicht mehr von einer örtlichen Stromversorgung oder den Betrieb eines Benzinmotors abhinge»

Die Betriebssicherheit einer nit Wasserkraft betriebenen Anlage ist dann von besonderer Bedeutung, wenn die Anlagen ortsfest installiert sind und von einem Feuerneidesystem gesteuert werden, so daß sie bei Ausbruch eines Brandes (

sich automatisch in Betrieb setzen« Bei solchen Anlagen M

kann ein Benzinmotor wegen der Schwierigkeit, ihn selbsttätig anlaufen zu lassen, nicht verwendet werden< > Gegen Elektromotoren bestehen weniger Einwände, jedoch besteht die ernste Gefahr, daß die Stromversorgung während eines Brandes unterbrochen wird, vor allem, wenn der Brand wegen eines Schadens in der elektrischen Anlage ästenden ist»

Stand der Technik \

Die bisherigen Versuche, einen mit Wasserkraft betriebenen Schaumerzeuger zu konstruieren, waren nicht erfolgreich.

Die bisher gebauten, mit Wasserkraft betriebenen Geräte verwendeten die oben erwähnte Einrichtung mit Axialgebläse, nämlich ein Netz Ober dem einen Ende eines rohrförmigen Wind»

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kanals und ein Gebläse am anderen Ende des Windkanals; die Luft wird durch den Windkanal hindurch in Richtung auf das Netz gefördert. Die Antriebskraft für das Gebläse wird durch einen Satz was serdurchs t römter Rückstoßdüsen geliefert,, die zwischen Gebläse und Netz auf einer den Windflügel tragenden Welle angeordnet sind« Die Düsen stehen unter einem Winkel gegen eine senkrecht zur Welle verlaufende Ebene, so daß sie in allgemeiner Richtung zum Netz weisen» Eine unter Druck stehende Lösung von Wasser und Schaummittel wird an die Düsen gefördert und strömt aus den Düsen; sie übt damit eine Reaktionskraft auf die Welle aus und treibt das Gebläse an. Die Winkelstellung der Düsen läßt die aus ihnen austretende Lösung gegen das Auslaßende des Windtunnels gelangen, damit das Netz von der Lösung befeuchtet wird. Eine weitere Düse ist in Richtung der Wellenachse angeordnet und richtet einen Lösungsstrahl parallel zur Welle, um die Netzmitte zu befeuchten.

Nachteile der gekannten Anordnungen

Die Wirksamkeit einer mit Wasserkraft betriebenen An&ge hängt davon ab„ welcher Anteil der in der Wasserversorgung verfügbaren Energie zur Erzeugung des Luftstroms durch das Gerät verwendet wird, sowie von der Gleichmässigkeit der

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Verteilung von Luftstrom und Lösung über das Netz_o

Sind Luftstrom und Lösung gleichmässig über die NetzflSehe verteilt ρ so weist der erzeugte Schaum an allen Stellen das gleiche Verhältnis von Lösung zu Luft auf« Die Luft·=· und die Lösungsmengen können dann so gewählt werden, daß der gesamte erzeugte Schaum das für die Brandbekämpfung geeig~

netste Verhältnis von Lösung zu Luft aufweist» J

Bei den bekannten Geräten wäre die maximale Ausnutzung der verfügbaren Wasserenergie nur dann erreicht, wenn alle Düsen im größten Abstand von der Welle angeordnet wären, so daß ein maximales Drehmoment erzeugt würdeö

Andererseits wäre die beste GleichmSssigkeit in der Verteilung der Lösung über die Netzfläche dann erreicht, wann alle Düsen im wesentlichen parallel zur Welle gerichtet und wenigstens einige Düsen in der Nähe der V/olle angeordnet

wären» "

Bei einem tatsächlich verwendbaren Gerät dieser Art lassen sich jedoch diese beiden Optimal-BedingisiRgen nicht gleichzei« tig verwirklichen. Die Kückstoßdüsen kömien nur dann sowohl das Gebläse antreiben wie das Netz befeuchten, wenn sie in

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einem mittleren Winkel gegenüber der Welle angebracht sind, beispielsweise unter 45° gegen die Welle geneigt« Diese Düsenausrichtung verringert den Energiebetrag, den die Düsen dem Wasser zum Antrieb des Gebläses entnehmen könnenη Diese Düsenanordnung führt ausserdera dazu, daß die Lösungsstrahlen gegen den Aussenramd des Netzes gerichtet sind_E ^ weswegen die axial angeordnete Düse benötigt wird, um die Netzmitte zu befeuchten« Die Energie des aus der Axiaidüss austretenden Wassers kann nicht zum Antrieb des Gebläses benutzt werden, weshalb der Wirkungsgrad der Anordnung weiter vt. ndert wird.

Auch für den Radialabstand, unter dem die Düsen von der Wellenachse entfernt angebracht werden müssen, muß ein Kompromiß geschlossen werden. Werden die Düsen in einem wesentlichen radialen Abstand von der Welle angebracht, damit " die aus dem Wasser gewonnene Energie möglichst groß ist_t so ψ wird die fius den Düsen austretende? Lösung in umso grösscrcm üüifsng- gegen den Aussenrand des Netzes geführt. Werden die Düsen ,iahe an die Achse der Welle gebracht₉ uns die Lösungsverteilung auf dem Nets zu verbessern_B wird die Antriebskraft, die aus dem Wasser gewonnen wird, verringert.

Ferner wird bei den bekannten Geritten die Verteilung der

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Lösung über das Netz dadurch ernsthaft gestört, daß Zentrifugalkräfte auf die aus den Rückstoßdüsen austretende Lösung wegen der Drehbewegung der Düsen einwirken«. Diese Zentrifugalkräfte versuchen, die hüsung noch weite* n&ch. aussen zu schleudern, so daS die Lösung noch waiter in Rieht» ting auf den Aussenrand des Netzes kenzentriert wird.

Das bei einem derartigen Gerät verwendeto Axialgebläse er- ^ zeugt eine höhere Strömungsgeschwindigkeit der Luft an den Spitzen der Gebläseflügel als an deren Innenabschnitten _t so daß der ron den Gebläse in Bewegung gesetzte Luftstrom in den ausseren Bereichen etwas schneller strömt als im Zentrum- Ausserden wird durch diese Art Gebläse die Luft verwirbelt, so daß eine Radialkomponente ent *eht, die die Strömungsgeschwindigkeit in den Randbereichen der bewegten Luftsäule noch weiter erhöht.

Die Geschwindigkeitsunterschiede innerhalb der Luftsäule " lassen sich vermeiden, wenn das Netz in gröaerar Entfernung von dem Gebläse (z.B. S,4 m - 18 feet) angeordnet wird, damit die Luftströmung sich ausgleichen kann; dieser Abstand ist Jedoch für die meisten Anwendungen zu groß. Ein sehr gleichmässiger Schaum läßt sich mit Schaumerzeugern mit Axialgebläse in Bsugrössen, die für die meisten An-

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Wendungsgebiete brauchbar sind, erfahrungsgemäß nur erzielen, wenn eine perforierte Diffusorplatte zwischen Gebläse und Netz zum Ausgleichen der Luftströmung eingeschaltet wird.

Bei Schäumerzeugern, die von einem Benzin- oder einem Elektro· motor angetrieben werden, entstehen durch das Einfügen einer Diffusorplatte keine Schwierigkeiten, weil ein stärkerer Motor verwendet werden kann, um die Energieverluste auszugleichen, die durch das Hindurchführen der Luft durch den Diffusor entstehen. Bei mit Wasserkraft betriebenen Geräten läßt sich ein Diffusor nicht verwenden, weil nur eine begrenzte Antriebsenergie zur Verfügung steht; bisher sind daher bei allen Geräten mit Axialgebläse bei Wasserkraftantrieb zur Schaumersofung Anlagen entstanden» bei denen die Luftströmung durch verschiedene Bereiche des schaumerzeugenden Netzes sehr unterschiedlich war, so daß ein ungleich massiger Schaum erzeugt wurde, der zur Brandbekämpfung nur bedingt brauchbar war.

In der Praxis erzeugen die bekannten mit Wasserkraft betriebenen Geräte einen Schaum, der sehr nasse Anteile be* sitzt, die tu Boden sinken, und andere Anteile» die leicht sind und daher Ober dem nassenSchaum schwimmen. Bs ist an·

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zunehmen, daß dieser ungleichmassige Schaum dadurch entsteht, daß die Netzränder mehr Lösung empfangen, als für die verfügbare Luftströmung erforderlich ist, während im Mittelbereich des Netzes weniger Lösung verfügbar ist als für die ankommende Luftmenge nötig ist. Ein derart ungleichmttssiger Schaum hat nur geringen Brandbekämpfung?« j wert, vor allem, wenn er über eine gewisse Entfernung an den Brandherd geschleudert werden muß. Der nasse Schaum fließt wegen seines Gewichts nicht so leicht, weshalb nur der leichte Schaum die Brandstelle erreicht. Der leichte Schaum dürfte aber nicht ausreichend Wasser enthalten, als daß er den jrand erfolgreich bekämpfen könnte, und der Wasserüberschufi in dem nassen Schaum₉ der die Brandstelle nicht erreicht, wird vergeudet.

Ein in bekannter Weise konstruierter wasserkraftbetriebener * Schaumerzeuger kamm daher nur unbefriedigend arbeiten, und | ein nach diesem Prinzip gebautes Gerlt kann nicht das Schaumvolumen innerhalb einer bestimmten Zeit erzeugen, das aus dem verfügbaren Wasserdruck und der benutzten Netzflieh· theoretisch hergestellt werden könnte, wenn der gesamte Wasserdruck und die gesamte Netzfliehe ausgenutzt würden.

Ziel der Erfindung war es daher, einen mit Wasserkraft b·-

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triebenen Schaumerzeuger zu konstruieren, der die genannten Nachteile nicht aufweist·

Das erfindungsgenfisse Gerat nutzt daher wirkungsvoll sowohl den verfügbaren Wasserdruck wie die Fläche des Netzes oder des sonstigen schaumerzeugenden Elements aus» Ferner wird die maximal verfügbare Wasserenergie ausgenützt, ohne daß dabei die zur Schaumerzeugung verfügbare wirksame Fläche des Netzes od. dgl. vermindert würde. Das erfindungsgemftsse Gerflt erlaubt ferner die Herstellung eines gleichmässigen Schaums; Luftströmung und Lösung sind gleichermassen gleichförmig über die gesamte Fläche des schaumerzeugenden Elements verteilt. Das erfindungsgemisse Gerät ist einfach und mit geringen Kosten herzustellen.

. Nachstehend werden einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben und zeichnerisch dargestellt. Die

Zeichnungen steiles dar:

Flg. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemässen Schaumerzeuger;

Fig. 2 einen Schnitt durch den Gebliserotor und das Netz längs der Linie 2-2 in Fig. 1;

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Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Anordnung, die das Schaummittel in die Wasserzufuhr einleitet;

Figo 4 bis 6 Vektordiagranate der Geschwindigkeitskonponenten und der resultierenden Geschwindigkeiten der Luft- und der Wasserteilchen» die von den GeblSserotor unter verschiedenen Bedingungen abgegeben werden; |

Figo 7 einen Längsschnitt durch eine weitere Aus führung« fom der Erfindung.

Im den Figo 1 bis 3 wird in einzelnen ein mit Wasserkraft betriebenes Zentrifugalgebläse Io nit Gehäuse 11 und Rotor 12 gezeigt; auf den Aussenrand des Gehäuses 11 ist. ein zylindrisches Netz 14 gesetzt und konzentrisch zur Drehachse des Rotors angeordnet; ferner ist eine Quelle 15 für unter {

Druck stehende Schaunerseugungslösung zun Antreiben des M Rotors 12 und Befeuchten des Netzes 14 vorgesehen.

An der einen Seite des Geblfisegehluses 11 befindet sich eine Kreisscheibe 16, an der anderen Seite ein Kreisring 17 nit einer zentralen Einlaßöffnung 18 für Luft; eine Anzahl U-föraiger Bügel 19 verbindet die Seitenteile 16 und 17

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miteinander. In der Mitte des Seitenteils 16 ist ein Lager 2o angebracht; eine Rohrleitungskupplung 21 mit einer Lagerung 22, durch die Flüssigkeit in eine umlaufende Hohlwelle 25 des Gebläserotors geführt wird, ist an einer Anzahl Arme 24 befestigt, die an das Seitenteil 17 geführt sind.

Der Gebläserotor 12 besteht aus der in den Lagerungen 2o ^ und 22 aufgenommenen Welle 25, die eine Bohrung 26 besitzt, in die Flüssigkeit von der Rohrleitungskupplung 21 eintritt, an der Welle ist eine kreisförmige Flügelhalterungsscheibe 27 angebracht und an dieser in gleichm&ssigem Abstand lings des Umfangs eine Anzahl Windflügel 29, wobei eine Ringleitung 3o, an der äusseren Ecke der Flügel 29 am Gehäuseseitenteil 17 gelegen, eine Anzahl Flüssigkeitszuleitungen 31 zwischen Welle 25 und Ringleitung 3o aufweist und an dem äuseren Rande jedes Windflügels 29 ein Flüssigkeitsverteilungsstutzen 32 angebracht ist, über dessen Länge mehrere Düsen 34 ver-' teilt sindo Diese Flüssigkeitsstutzen sind ringförmig und W praktisch parallel zur Rotorachse angeordnet«

Jeder Stutzen 32 steht an seinem einen Ende in Flüssigkeitsverbindung mit der Ringleitung 3o, während das andere Ende verschlössest ist. Die Düsen 34 sind so ausgerichtet, daß die aus ihnen austretende Flüssigkeit praktisch tangential zum

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Gebläserotor 12 austritt. Die Düsen 34 haben vorzugsweise einen solchen gegenseitigen Abstand und sind so ausgebildet, daß der Ausstro» aus benachbarten Düsen auf die Oberfläche des Netzes gerichtet ist und dieses Ober seine gesaate Brei* te befeuchtet, wenn die Stützen 32 umlaufen,

Die gezeichneten Windflügel haben Schaufelradfon, aber A

natürlich kann jede beliebige ander· Windflügelfor« benutzt werden, einschließlich aller nach vorn oder nach hinten abgebogener odr tragflügelartiger Foraen.

Ein Umlenkblech 35 in Kegelstuapffom ist aa Ende des Seiten« teils 17 befestigt und verläuft nach vorn in Richtung auf das Seitenteil 16, daait der erzeugte Schaua in Richtung parallel zur Achse des Gebläses Io abgefordert wird. Das Ualeakblech 35 weist einen zylindrische» äusseren Abschnitt. 36 auf, daait leichter «is Schauafurderrohr aufgesetzt werden ' kann, wenn es erforderlich ist, den Schaua von dea Gerät aus zu einem entfernt liegenden Platz zu bringen. Bei Anlagen, bei denen der Schaumerzeuger eingeschlossen' ist und Brände loschen soll, die in dieser BlnschlUssung auftreten, kann der Schauaualenker 55 weggelassen werden.

Die Quelle 15 für die unter Druck stehend« Schauaerzeugungs-

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lösung ist mit einer Flüssigkeitsleitung 39 an die Rohrleitungskupplung 21 angeschlossen und weist (Fig« 3) eine Quelle 4o für unter Druck stehendes Wasser, einen Schaumai ttelvorrat 41, eine in der Rohrleitung liegende Mischein« richtung 42 und einen Duschsatzregeluingsschieber 43 für Wasser auf. DjLe Quelle 4o für unter Druck stehendes Wasser ist über den Schieber 43 und die in de? Rohrleitung liegende Mischeinrichtung 42 mit der Leitung 39 verbunden* Aus dem Schaunnittelvorrat 41 wird in die Mischeinrichtung 42 durch eine Flüssigkeitsleitung 44 eingespeist, um die schaumbildende Lösung zu erhalten. Es kann jedes beliebige Schaummittel benutzt werden, welches eine starke Masse Schaumblasen auf dem Netz 14 erzeugt. In dem Vorrat 41 können sich beispielsweise 3o t aktives Ammoniumlaurylsulfat befinden, das in Wasser in einem Anteil von 15 Gewichtsprozent gelöst ist. Wenn dieses Agens mit Wasser in einem Anteil von 3 Volumen« protent gemischt wird, ergibt sich ein großvoluniger Schaum mit einen Volumenverhältnis von Luft zu Wasser in der Grossen· Ordnung von looo : 1.

Zur Inbetriebnahme wird der Schieber 43 entweder von Hand oder durch ein Feuermeldesyatem geöffnet* so daß Wasser durch die innenliegende Mischeinrichtung 42 strömen kann. Der den Mischer 42 passierende Wasserstrom zieht Schaummittel aus

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den Vorrat 41. Das Schaummittel vermischt sich mit dem Wasser, und die gebildete schauster zeugende Lösung gelangt durch die Leitung 39 in die Rohrleitungskupplung 21, von dort durch die Bohrung 26 in die Zuleitungen 31 und schließlich in die Ringleitung 3o. Aus der Ringleitung 3o fließt die Lösung in die einzelnen Verteilerstutzen 32 und wird von den Düsen 34 in eine Richtung tangential zu* Rotor 12 ausgestossen (vgl. Fig. 2), ™

Der aus den Düsen 34 austretende Lösungsstrom ruft eine Rück· Stoßkraft hervor, die den Rotor 12 in Richtung der in den Fig* 4-6 gezeichneten Pfeile dreht. Ferner trifft die aus den Düsen 34 austretende Lösung auch die Innenseite des Netzes 14, wodurch bei umlaufendem Rotor 12 die gesamte Netzflftche gleichmässig befeuchtet wird.

Die Drehung des Rotors 12 des Zentrifugalgebläses Io zieht J Luft durch die Einlaßöffnung 18 ein und drückt diese Luft £ radial nach aussen» wie es von Zentrifugalgebläsen an sich bekannt ist. Die Luft fließt von den Windflügeln an allen Punkten des Omfangs des GebIlses Io ab und wird gleichmässig Ober die Fläche des Netzes 14 verteilt. Die Luft strömt durch das Netz 14 und wird mit der gleichmäßig verteilten Lösung beladen, so daß ein gleichförmiger Schaum auf der ge-

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samten Fläche des Netzes 14 entsteht.

Da der von einen Zentrifugalgebläse erzeugte Luftstrom eine starke tangentiale Geschwindigkeitskomponente in Drehrichtung des Rotors besitzt, könnte es scheinen, daß die Luftströmung und die von dem Rotor ausgehende Lösungsströmung primär in entgegengesetzten Richtungen verliefen. Träfe das zu, so würde die Pumpwirkung des Gebläses durch d ie Anwesenheit von Lösungsspray stark reduziert werden. Eine genauere Analyse erweist jedoch, daß die Luftströmung und der Lösungsstro* tatsichlich primär in gleichen Richtungen verlaufen·

Wenn der Rotor 12 nach dem öffnen des Schiebers 43 anzulaufen beginnt, wird die Richtung der von den Düsen ausgehenden Sprühstrahlen durch die Zentrifugalkraft beeinflußt» die auf die Lösuagsteliehen durch die Rotordrehung ausgeübt wird. Die resultierende Geschwindigkeit der Sprühstrahlen hängt von der Tangentialgeschwindigkeit des Spray» rela· tiv zu den Flügelspitzen ab, da die Tangentialgeschwindigkeit der Flügelspitze und die durch die Zentrifugalkraft hervorgerufene Radialgeschwindigkeit auf die Lesung ein* wirken.. In gleicher «eise hangt die resultierende Geschwindigkeit der Luftteilchen, die von den Flügelspitsen ausgehen,

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von der Tangentialgeschwindigkeit der Flügelspitzen und der durch die Zentrifugalkraft hervorgerufenen Geschwindig« keit, die auf die Luft einwirkt, ab.

Richtung und Geschwindigkeit der aus Luft und Lösung zusammengesetzten Strömung hingen von all den genannten Geschwindigkeitskomponenten ab und ändern sich gemäß der Geschwindigkeit, die das Gebläse nach Maßgabe einer vorbestimmten Aus* ™ strömmenge an den Düsen 34 annimmt.

Da die Rückstoßdüsen 34 an dem Rotor angebracht sind, nimmt der von den Düsen hervorgerufene Schub unabhängig von der Rotorgeschwindigkeit einen festen Wert an. Bei zunehmender Rotorgeschwindigkeit nimmt auch der Energiebedarf für den Gebläseantrieb wegen der von dem Geblflse abgegebenen höheren Leistung zu. Daher beschleunigt eine vorbestimmte, aus den ( Düsen austretende Strömungsmenge bis auf eine Geschwindig- ä keit, bei der die für den Rotorantrieb benötigte Energie der von den Düsen zugeführten Energie gleich ist. Je nach der Konstruktion des Geräts kann die maximale Rotorgeschwindigkeit geringer, gleich oder grosser als die Ausströmgeschwindigkeit an den Düsen sein.

Die Wechselwirkung zwischen Luftstrom und Lösungsstrom hingt

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von den relativen Mengen der benutzten Luft bzw* Lösung abο Der Anteil Schaummittel in der Lösung ist so klein, daß er bei den nachstehenden Rechnungen vernachlässigt werden kann« Der großvolumige Schaum, der von dem erfindungsgemässen Gerät hervorgebracht wird, geht von etwa gleichen Gewichten Luft und Wasser aus. Zum Beispiel beträgt bei einem Schaum, der aus Luft und Nasser in einem Volumenverhältnis 89o : 1 besteht, das Gewichtsverhältnis von Luft

(o,00112 g/cm - 62,4 pounds per cubic feet) 1:1.

Die auf die Luft- und Wasserströmung, die von dem Gebläserotor ausgeht, einwirkende Zentrifugalkraft ist bestimmt durch die Formel

F » * OJ - VJ)

2 g

in der F * Zentrifugalkraft,

W « Gewicht der Flüssigkeit,
V₁ « Gebläsegeschwindigkeit an der Abgangsstelle der

Flüssigkeit,
V₂ » Gebläsegeschwindigkeit an der Auftreffstelle

der Flüssigkeit,
g * Erdbeschleunigung.

Wenn die Erstreckung des Windflügels in radialer Richtung

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gleich den halben Rotorradius ist, dann ist V₂ * 1/2 und die Zentrifugalkraft auf die Luft beträgt

^FLuft

.i

Da das Wasser an der Rotorachse eingeführt wird, istsein V₂NuIl, und die Zentrifugalkraft auf das Wasser betragt

F
^rWasser

2 g

Da die Gesamtgewichte des von dem Gebläse ausgehenden Wassers und der Luft einander gleich sind, gilt

^FLuft * T ^FWasser

Die' auf das Wasser wirkende Zentrifugalkraft ist demnach um 33 % grosser als die auf die Luft wirkende Zentrifugalkraft, weshalb die Radialgeschwindigkeit des Wassers um etwa 33 t grosser angenommen werden darf als die der Luft.

Angenommen, die resultierende Geschwindigkeit der von den

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Flügelspitzen ausgehenden Luft unterscheidet sich ihrer Richtung nach um 25° von der Tangente an den Rotor, so kann die radiale Geschwindigkeitskoaponente der Luft für jede Flügelspitzengeschwindigkeit errechnet werden» Aus der Radialgeschwindigkeit für Luft läßt sich die Radialgeschwindigkeit der Lösung mittels des oben angegebenen 331-Faktors berechnen. Es wird angenommen, daß die Tangentialgeschwindigkeit der Luft ™ und die der Lösung, soweit sie von der Flügelspitzengeschwin- W digkeit abhängen, dieser Geschwindigkeit gleich sind. Dann lassen sich Vektordiagramme für verschiedene Rotorgeschwindigkeiten und Lösungsstrommengen zeichnen, um die Strömungsgeschwindigkeit und Richtung der gleichen Massen Luft und Wasser zu zeigen, wenn sie sich vom Rotor ablösen.

Die Fig» 4-6 zeigen die Geschwindigkeitskomponenten und die resultierenden Geschwindigkeiten, die von den von einem Rotorflügel mit Schaufelradprofil ausgehenden Luft- und ^ Wassermassen angenommen werden, wenn verschiedene Flügelspitzengeschwindigkeiten und eine einheitliche Ausströmmenge für die Düsen angenommen werden. Die Buchstabenzeichen in den Figuren haben folgende Bedeutung:

V_n ■ Geschwindigkeit der Luft wegen der Flü^abt

gelspitzengeschwindigkeit

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V„ * Geschwindigkeit der Luft wegen der Zentrifu^acf

galkraft

^VLuft* ^{resultierende} Luftgeschwindigkeit V s Geschwindigkeit des Wassers gegenüber dem

Flügel

V_w * Geschwindigkeit des Wassers wegen der Flügel^wbt

Spitzengeschwindigkeit

V * Geschwindigkeit des Wassers wegen der Zentrifu- % ^wcf

galkraft ^

^VWasser * resultierende Geschwindigkeit des Wassers (der Lösung).

In allen Figuren 4-6 beträgt die Strömungsgeschwindigkeit der Lösung aus der Düse (die Geschwindigkeit der Lösung relativ zu dem Flügel) 15 m/sec (5o feet per second)« In Fig. betragt die Flügelspitzengeschwindigkeit 7,5 m/sec (25 feet per second); in Fig. 5 betrfigt die Flügelspitzengeschwindig- g keit 15 m/sec. (So feet per second) und in Fig. 6 beträgt sie 3o m/sec (loo feet per second).

In Fig. 4 erkennt man, daß bei wesentlich unter der Lösungs- ! Stromgeschwindigkeit liegender Flügelspitzengeschwindigkeit ; Luft- und Wasserströmung in ihrem Zusammenwirken eine deut- ■

liehe Strömung in radialer Richtung erzeugen«. Es ist jedoch ■

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unerwünscht, die Lösung rechtwinklig auf das Nets auftreffen zu lassen, weil dann ei» Teil der Lösung unmittelbar durch die Offnungen des Nettes gesprüht werden würde. Jedoch würde ein Gerfit gemäß der Erfindung sehr wirkungsvoll arbeiten, wenn dabei das in Fig. 4 der USA-Patentschrift 3,241,617 dargestellte gefältelte Nets verwendet werden würde»

Aus Pig« S ergibt sich, daß bei praktisch auf gleicher Höhe wie die FlUgelspitzengeschwindigkeit liegender Strömungsgeschwindigkeit der Lösung Luft und Lösung schon besser in gleicher Richtung strömen. Die zusammengesetzte Strömung wiese eine grosso Radialkomponente und eine kleine Tangential· komponente auf und daher das Netz unter einem spitzen Winkel treffent

Fig. 6 läßt erkennen, daß bei Erhöhung der Flügelspitzenge* schwindigkeit auf den zweifachen Wert der Lösungsstromgeschwindigkeit Luft und Lösung praktisch parallel zueinander strömen, so daß die Lösung das Netz unter einem grösseren Winkel trifft und damit die Lösungsverluste verringern hilft,.

Wie bereits erwähnt, hftngt die bei einer vorgegebenen Lösungsstromgeschwindigkeit auftretende Flügelspitzengeschwindigkeit von dem Leistungsbedarf des Gebläses bei den verschiedenen

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Geschwindigkeiten ab. Da der Leistungsbedarf des Gebläses

von der Durchlässigkeit des Nizes abhängt, läßt sich die

Richtung der kombinierten Luft-Lösungs-Strömung durch Wahl

des Netzina te rials ändern. Der Leistungsbedarf des Gebläses bei einer bestimmten Geschwindigkeit hängt ausserdem von Art und Grosse der Windflügel ab. Somit läßt sich durch passende

Wahl des Netzmaterials, der Netzgestaltung und der Windflügel j

eine sehr wirkungsvoll arbeitende Einrichtung herstellen.

In Fig. 7 ist ein mit Wasserkraft betriebener Schaumerzeuger für Feuerlöschgeräte dargestellt; der Schaumerzeuger Ho ist an einer Decke 111 aufgehängt und »it einer Quelle 112 für unter Druck stehende schäumerzeugende Lösung verbunden. Zu den Schaumerzeuger Ho gehören ein Axialgebläse 113,, das am oberen Ende einer vertikalen Welle 114 angebracht ist, eine zylindrische durchbrochene Metallwand 115, die konzentrisch zu den unteren Ende der Welle 114 verläuft, ein Rückstoß» f

motor 116 nit einem Paar Rückstoßdüsen 117, die an Armen 118 % angebracht sind, welche von der Welle 114 ausgehen; die Düsen 117 sprühen die schaumerzeugende Lösung auf die Wand 115 und treiben die Welle 114 durch die beim Ausspritzen erzeugte Rückstoßkraft an; ferner ist ein Gehäuse mit einem ringförmigen Einlaßteil und einem unteren Wandstück 12o vorgesehen, durch die die durch das Gebläse 113 erzeugte vertikal· Luft*

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strömung in eine horizontale und radiale Strömung durch die Durchbrechungen der Wand 115 umgewandelt wird»

Das Axialgebläse 113 besitzt eine Anzahl Flügel 124, die an einer starr mit der Welle 114 verbundenen Nabe 125 befestigt sind. Die Welle 114 ist mit einer zentralen Bohrung 126 versehen, die von dem oberen Ende da* Welle bis nahe an ihr unteres Ende reicht. Am oberen Ende der Welle 114 ist eine Drehkupplung 128 vorgesehen, und die schaumerzeugende Lösung wird von der Quelle 112 durch eine Leitung 13o in die Drehkupplung 128 gefördert, und von dort in die Bohrung 126. Die Arme 118 besitzen Bohrungen 131, durch die die Düsen 117 mit der Bohrung 126 in Verbindung gebracht werden.

Die Welle 114 wird von einer oberen Lagerung 132 und einer unteren Lagerung 134 aufgenommen; die Lagerungen werden von einer Anzahl L-förmiger Bügel 135 gehalten, die an der Innenwand des Einlaßteils 119 angebracht sind.

Das ringförmige Einlaßteil 119 ist aus Blech geformt und weist einen oberen Endabschnitt 137 auf, der leicht nach aussen erweitert ist, sowie einen unteren Endabschnitt 138, der'erheblich nach aussen erweitert ist, und einen verbindenden Abschnitt 139 zwischen den Endabschnitten.

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Das zylindrische Wandstück 115 hat einen grösseren Durchmesser als das Gebläse 113 und besteht aus durchbrochenen dünnen Blech_v das zu einen Zylinderrohr gebogen ist und an Aussenrand des unteren Endabschnitts 138 befestigt ist. Das Blech ist ο,8 mn stark und besitzt Durchbrechungen von 1,6 mn Durchmesser in solcher Zahl, daß 3ot der Flache von den Offnungen eingenommen werden·

Die untere Abschlußwand J2o besteht aus einer nicht durchbrochenen Kreisscheibe 14o aus Blech nit einen Durchmesser, der dem Durchmesser der Zylinderwand 115 gleich ist; an der Abschlußwand 12o ist ein kegelartiger Luftumlenkkörper 141 auf der Oberseite der Xreisscheibe 14o in deren Mitte befestigt. Die Kreisscheibe 14o wird von der zylindrischen Wand 115 getragen, die ihrerseits von dem Einlaßteil 119 gehalten wird.

Der Schaumerzeuger Ho ist an der Decke 111 mittels mehrerer * langer Träger 142 befestigt, die an dem Rande des unteren erweiterten Endabschnitts 138 des Einlaßteils 119 angreifen.

Die Quell· 112 für unter Druck stehende schaumbildend· Lösung umfaßt, eine Quelle 144 für unter Druck stehendes Wasser, einen Vorrat Schaumbildner 145, eine in einer Rohrleitung liegend·

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Mischvorrichtung 146 und einen Wassermengenregler 147ο Die Quelle 144 für unter Druck stehendes Wasser wird durch den Schieber 147 und die Mischvorrichtung 146 an die Leitung 13o angeschlossene Das Schaummittel aus dem Vorrat 145 wird durch eine Leitung 149 in die Mischvorrichtung 146 eingeführt und dort mit dem Wasser zu der schaumbildenden ^ Lösung gemischt» Es können beliebige schaumbildende Mittel verwendet werden, die eine grosse Menge Blasen an der perforierten Wand 115 erzeugen. Als Schaummittel im Vorrat 145 kann eine Lösung von 3o t wirksamem Ammoniumlaurylsulfat, in Wasser zu 15 Gewichtsprozent gelöst, verwendet werden. Wenn dieses Agens zu 3 Volumenprozent mit Wasser vermischt wird, entsteht erfahrungsgemäß ein großvolumiger Schaum mit e inem Verhältnis von Luft zu Wasser in der Grössenordnung von looo Volumenteilen zu 1_O

* Die Quelle 112 für schaumbildende Lösung kann in einiger Ent-P fernung vom Schaumerzeuger angeordnet werden und kann mehrere Schaumerzeuger gleichzeitig versorgen·

Für den Betrieb wird der Schieber 147 bei Ausbruch eines Brandes von Hand oder durch eine Feuermeldeanlage geöffnet, so daß Wasser aus der Quelle 144 durch die innenliegende Mischvorrichtung 147 strömen kann. Das durch die Mischeinrichtung strömende Wasser saugt Schaumbildner aus dem Vor«

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rat 145, und der Schaumbildner wird mit dem Wasser zu der schaurabildenden Lösung vermischte Die schaumbildende Lösung fließt unter Druck durch die Leitung 13o, die Drehkupplung 128, die Bohrung 126 und die Bohrungen 131 zu den Düsen 117.

Die Lösung wird von den Düsen 117 auf die Innenseite der Wand 115 gespritzt und erzeugt dabei Rückstoßkräfte, die

die Welle 114 und das Gebläse 113 in Rotation versetzen. |

Wenn die Düsen 117 stillstehen und maximale Schubwirkung ausüben, erzeugen sie einen engen Wasserkegel,, wenn jedoch die Welle 114 rotiert, werden die Sprühstrahlen ausgeblasen und befeuchten die gesamte Innenfläche der Wand 115 aus noch näher zu «läuternden Gründen.

Alle Segmente dieses Wasserkegels, abgesehen von dem Ab» schnitt, der in der Mittellinie der Düsenöffnung liegt,

besitzen eine Längskomponente der Geschwindigkeit, die pa- ' railel zur Mittellinie der Düsenöffnung verläuft, und eine Que'komponente der Geschwindigkeit«, welche senkrecht zur Mittellinie der Düse liegt. Wenn die Welle 114 rotiert, wird die Geschwindigkeit, mit der sich die Düsen bewegen, dem durch die Düsen ströaenden Wasser mitgeteilt und die absolute Längsgeschwindigkeit des Wassers beim Verlassen der Düse wird vermindert um die Geschwindigkeit der Düsen (obwohl die Re-

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lativgeschwindigkeit zwischen Wasser und Düsen unverändert bleibt)ο Da die absolute Längsgeschwindigkeit abnimmt, hat die Quergeschwindigkeit einen grösseren Einfluß auf die Bahnlinie der Segmente des Wasserkegels, und der Wasserkegel breitet sich aus und überdeckt die gesamte vertikale Ausdehnung des Netzes«

fc Das von dem Rückstoßmotor 116 getriebene Gebläse 113 saugt ^ Luft in das obere Ende 137 des Einlaßteils 119 und stößt

diese Luft vertikal abwärts durch den Verbindungsabschnitt des Einlaßteils· Der untere, ausgeweitete Teil 138 des Einlaßteils wirkt mit dem Ablenkkörper 141 und der Platte 14o zusammen und wandelt den durch den Verbindungsabschnitt 139 einströmenden vertikalen Luftstrom in einen nach allen radialen Richtungen verlaufenden Horizontalstrom um, der die Wand HS in ihren Offnungen durchsetzte Die diese Öffnungen durchströmende Luft wird mit der gleichmässig verteilten Lösung beladen und erzeugt Schaum.

Wie weiter oben erwähnt, ist es eine kennzeichnende Eigen«

heit von Axialgebläsen, daß sie die Luft verwirbeln, die sie fördern, und Zentrifugalkräfte erzeugen, die der Luft eine radiale Bewegungskomponente zuführen. Bei der vorliegenden Erfindung ist die der Schaumbildung dienende Wand gegenüber der Gebläseachse radial nach aussen versetzt, so daß diese

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radiale Bewegungskomponente benutzt wird, um Luft durch die durchbrochene Wand 115 zu drücken₀ Diese Eigenschaft eines Axialgebläses, die bei einer Windtunnelkonstruktion störend auftritt, wird bei der Erfindung zur Verstärkung der Wirkung des Gebläses 113 ausgenutzt·

Eine weitere, schon erwähnte Eigenschaft des Axialgebläses % ist die Verteilung der Luftgeschwindigkeit, die an den M

Flügelspitzen höher ist als an den inneren Flügelteilen« Bei der Erfindung führen die kombinierten Effekte der Wechselwirkung zwischen dem Wasserspray, dem Luftstrom offene Flächen in der durchbrochenen schaumbildenden Wand, und die Richtungsänderung des Luftstroms zu einem vollständig gleich· massen Luftstrom, ohne daß ein energieverzehrender Diffusor erforderlich wäre. Dieser gleichmässige Luftstrom wirkt zusammen mit der gleichmässig verteilten schaumbildenden j

Lösung und bringt einen gleichmässigen, hochwertigen Schaum _M fiber die gesamte Oberfläche der durchbrochenen Wand hervor«,

Die Beschreibung hat gezeigt, daß mit der Erfindung ein einfacher und preiswert herzustellender wasserkraftbetriebener Schaumerzeuger für grofivolumigen Schaum angegeben ist, der wirkungsvoll die in einem Wasserversorgungsnetz verfügbare Energie ausnützt und die schaumbildende Lösung

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und den Luftstrom gleichmässig über die gesamte Netzfläche verteilt, um eine höchstmögliche Lösungsmenge und Luftmenge in einen gleichmässigen Feuerlöschschaum umzuwandeln.

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Claims (1)

1. L 54 985 21. November

   Patentansprüche :

   lc) Gerät zum Erzeugen von Feuerlöschschaum mit einer durchbrochenen, zur Schaumbildung dienenden Wand, einen Luft- ™ einlaß, einer Quelle unter Druck stehender, schausbildender Lösung, Düsen, die in flüssigkeitsleitender Verbindung mit der genannten Quelle stehen und die die Lösung auf die genannte Wand verspritzen, sowie mit einem durch die Spritzstrahlen der Düsen angetriebenen Gebläse für die Förderung von Luft aus de« Einlaß durch die durchbrochene Wand,
   dadurch gekennzeichnet, daß die zur Schaumbildung dienende Wand (14, 115) ringförmigen Querschnitt besitzt und ein ( erstes Ende und ein zweites Ende zum Umschliessen eines Λ Volumens aufweist, wobei der Lufteinlaß an dem ersten
   Ende liegt, und die Düsen (34, 117) innerhalb des Volumens liegen und so angeordnet sind, daß sie die Sprühstrahlen _{ rechtwinklig gegenüber der Drehachse des Gebläses (lo, 113) aussenden.

   2. Gerät, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur

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   Schaumbildung dienende Wand (14, 115) so geformt ist, daß ein zylindrisches Volumen abgeschlossen wird, und daß ein massives Teil (16, 12o) an dem zweiten Ende der Wand (14, 115) vorgesehen ist«

   3t, Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (34, 117) konstruktionsmässig mit dem Gebläse (lo, 113) verbunden und so angeordnet sind, daß sie das Gebläse durch Rückstoßkräfte antreiben, die durch die aus den Düsen ausströmende Lösung erzeugt werden«

   4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse einen Zentrifugalgebläserotor (12) in dem Volumen aufweist, und daß die Düsen (34) an dem Gebläserotor

   (12) angebracht sind

   5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (34) an flusseren Rand des Rotors (12) angebracht sind und einen Lösungsstrom praktisch tangential zu» Rotor (12) aussenden.

   6» Gerfit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Hehrere

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   Düsen (34) ringförmig im wesentlichen parallel zur Achse des Rotors (12) und mit gegenseitigem Umfangsabstand an« geordnet sind, und daß die Düsen in einer Reihe liegend vorgesehen sind, so daß die gesamte Breite der Wand (14) befeuchtet wird.

   7· Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein ^ Axialgebläse (113) an dem Einlaß vorgesehen ist.

   8, Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse (113) von einer drehbaren Welle (114) gehalten wird, die in das Volumen hineinragt, und daß diese Welle (114) die Düsen (117) trägt,

   9. Gerät nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Ein· d richtung zum Verändern des axialen, aus dem Gebläse austretenden Luftstroms in einen in alle radialen Richtungen abfliessenden und die durchbrochene Wand (115) durchsetzenden Strom, mit einem ausgeweiteten Einlaßteil (119), das das Gebläse (113) umgibt und an das erste Ende der durchbrochenen Wand (115) anstößt.

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   lo. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die durchbrochene Wand (115) einen grösseren Durchmesser aufweist als das Gebläse (113), wodurch die der Luft von dem Geb&e (113) aufgeprägte Radialkomponente zur Förderung der Luft gegen die durchbrochene Wand (115) ausgenutzt wird,

   Ho Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die durchbrochene Wand (115) als feuerfeste Konstruktion die Form eines durchbrochenen Blechs hat»

   12o Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die durchbrochene Metallwand (115) die tragende Verbindung zwischen dem Einlaßteil (119) und dem nicht» dirchbrochenen Teil (12o) darstellt.

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