DE1708091B2

DE1708091B2 - Geraet zum erzeugen von feuerloeschschaum mit einer durchbrochenen, zur schaumbildung dienenden wand

Info

Publication number: DE1708091B2
Application number: DE1967S0112929
Authority: DE
Inventors: Gerald Borough of Pomton Lakes; Barnes Robert Woodhams Borough of Fanwood; N.J. Durstewitz (V.StA.)
Original assignee: Walter Kidde & Co. Inc. (n.d.Ges. d.Staates Delaware), Belleville, N.J. (V.St.A.)
Priority date: 1966-11-21
Filing date: 1967-11-21
Publication date: 1976-07-01
Also published as: SE331798B; DK144936B; FI51902B; NO120715B; DK144936C; FI51902C; US3441086A; DE1708091A1; ES347303A1; GB1213658A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Erzeugen von Feuerlöschschaum mit einer durchbrochenen, zur Schaumbildung dienenden Wand, einem Lufteinlaß, einer Quelle unter Druck stehender, schaumbildender 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 Reaktionskräfte der Spritzstrahlen der Düsen angetriebenen Gebläse für die Förderung von Luft aus dem Einlaß durch die durchbrochene Wand.

Die bisherigen Versuche, einen mit unter Druck stehender, schaumbildender Lösung betriebenen Schaumerzeuger zu konstruieren, waren wenig erfolgreich.

Die bisher gebauten, mit der Wasserkraft der Lösung betriebenen Geräte verwendeten die obenerwähnte Einrichtung mit Axialgebläse, nämlich ein Netz über dem einen Ende eines rohrförmigen Windkanals 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 wasserdurchströmter 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 verlaufenden 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. Eine derartige Anordnung, die in der DT-AS 17 08 031 beschrieben ist, war in ähnlicher Ausführung bereits in USA im Handel erhältlich.

Die Wirksamkeit einer mit Wasserkraft betriebenen Anlage 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 Verteilung von Luftstrom und Lösung über das Netz.

Sind Luftstrom und Lösung gleichmäßig über die Netzfläche verteilt, 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 geeignetste Verhältnis von Lösung zu Luft aufweist.

Bei den bekannten Geräten wäre die maximale Ausnützung der verfügbaren Wasserenergie nur dann

t.

erreicht, wenn alle Düsen im größten Abstand von der Welle angeordnet wären, so daß ein maximales Drehmoment erzeugt würde.

Andererseits wäre die beste Gleichmäßigkeit in der Verteilung der Lösung über die Netzfläche dann erreicht, wenn alle Düsen im wesentlichen parallel zur Welle gerichtet und wenigstens einige Düsen in der Nähe der Welle angeordnet wären.

Bei einem tatsächlich verwendbaren Gerät dieser Art lassen sich ysdoch diese beiden Optimal-Bedingungen nicht gleichzeitig verwirklichen. Die Rückstoßdüsen können nur dann sowohl das Gebläse antreiben wie das Netz befeuchten, wenn sie in einem mittleren Winkel gegenüber der Welle angebracht sind, beispielsweise unter 45° gegen die Welle geneigt Diese Düsenausrich- '5 tung verringert den Energiebetrag, den die Düsen dem Wasser zum Antrieb des Gebläses entnehmen können. Diese Düsenanordnung führt außerdem dazu, daß die Lösungsstrahlen gegen den Außenrand des Netzes gerichtet sind, weswegen die axial angeordnete Düse benötigt wird, um die Netzmitte zu befeuchten. Die Energie des aus der Axialdüse austretenden Wassers kann nicht zum Antrieb des Gebläses benutzt werden, weshalb der Wirkungsgrad der Anordnung weiter vermindert 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 gewönnene Energie möglichst groß ist, so wird die aus den Düsen austretende Lösung in um so größerem Umfang gegen den Außenrand des Netzes geführt. Werden die Düsen nahe an die Achse der Welle gebracht, um die Lösungsverteilung auf dem Netz zu verbessern, wird die Antriebskraft, die aus dem Wasser gewonnen wird, verringert.

Ferner wird bei den bekannten Geräten die Verteilung der 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 Lösung noch weiter nach außen zu schleudern, so daß die Lösung noch weiter in Richtung auf den Außenrand des Netzes konzentriert wird.

Das bei einem derartigen Gerät verwendete Axialgebläse erzeugt eine höhere Strömungsgeschwindigkeit der Luft an den Spitzen der Gebläseflügel als an deren Innenabschnitten, so daß der von dem Gebläse in Bewegung gesetzte Luftstrom in den äußeren Bereichen etwas schneller strömt als im Zentrum. Außerdem wird durch diese Art Gebläse die Luft verwirbelt, so daß eine Radialkomponente entsteht, die die Strömungsgeschwindigkeit in den Randbereichen der bewegten Luftsäule noch weiter erhöht.

Die Geschwindigkeitsunterschiede innerhalb der Luftsäule lassen sich vermeiden, wenn das Netz in größerer Entfernung von dem Gebläse (z. B. 5,4 m) angeordnet wird, damit die Luftströmung sich ausgleichen kann; dieser Abstand ist jedoch für die meisten fto Anwendungen zu groß. Ein sehr gleichmäßiger Schaum läßt sich mit Schaumerzeugern mit Axialgebläse in Baugrößen, die für die meisten Anwendungsgebiete brauchbar sind, erfahrungsgemäß nur erzielen, wenn eine perforierte Diffusorplatte zwischen Gebläse und fts Netz zum Ausgleichen der Luftströmung eingeschaltet wird.

Bei Schaumerzeugern, die von einem Benzin- oder einem Elektromotor 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 entstehea 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 Schaumerzeugung Anlagen entstanden, bei denen die Luftströmung durch verschiedene Bereiche des schaumerzeugenden Netzes sehr unterschiedlich war, so daß ein ungleichmäßiger Schaum erzeugt wurde, der zur Brandbekämpfung nur bedingt brauchbar war.

In der Praxis erzeugen die mit Wasserkraft betriebenen Geräte einen Schaum, der sehr nasse Anteile besitzt, die zu Boden sinken, und andere Anteile, die leicht sind und daher über dem nassen Schaum schwimmen. Es ist anzunehmen, daß dieser ungleichmäßige 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 ungleichmäßiger Schaum hat nur geringen Brandbekämpfungswert, 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 Brand erfolgreich bekämpfen könnte, und der Wasserüberschuß in dem nassen Schaum, der die Brandstelle nicht erreicht, wird vergeudet.

Ein in der vorstehenden Weise konstruierter wasserkraftbetriebener Schaumerzeuger kann daher nur unbefriedigend arbeiten, und ein nach diesem Prinzip gebautes Gerät kann nicht das Schaumvolumen innerhalb einer bestimmten Zeit erzeugen, das aus dem verfügbaren Wasserdruck und der benutzten Netzfläche theoretisch hergestellt werden könnte, wenn der gesamte Wasserdruck und die gesamte Netzfläche ausgenutzt würden.

Aufgabe der Erfindung war es daher, einen mit Wasserkraft betriebenen Schaumerzeuger zu konstruieren, der einen gleichmäßigen, großvolumigen Schaum bei hoher Schaumleisiung erzeugt.

Ausgehend von einem Gerät der eingangs genannten Gattung ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, da3 die zur Schaumbildung dienende Wand, wie bereits vorgeschlagen, ringförmigen Querschnitt besitzt und ein erstes Ende und ein zweites Ende zum Umschließen eines Volumens aufweist, wobei jedoch der Lufteinlaß an dem ersten Ende liegt, und die Düsen innerhalb des Volumens liegen und so angeordnet sind, daß sie die Sprühstrahlen rechtwinklig gegenüber der Drehachse des Gebläses aussenden.

Das erfindungsgemäße Gerät nutzt daher wirkungsvoll sowohl den verfügbaren Wasserdruck wie die Hache 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 erfindungsgemäße Gerät erlaubt ferner die Herstellung eines gleichmäßigen Schaums; Luftströmung und Lösung sind gleichermaßen gleichförmig über die gesamte Fläche des

schaumerzeugenden Elements verteilt. Das erfindungsgemäße Gerät ist einfach und mit geringen Kosten herzustellen.

Es wurde bereits vorgeschlagen, zur Schaumbildung eine ringförmige Siebwand vorzusehen; dabei wurde jedoch kein durch Sprühstrahlen angetriebenes Gebläse verwendet, sondern das aus einer Düse austretende Wasser-Schaummittel-Gemisch wurde auf eine im Mittelpunkt der ringförmigen Siebwand angeordnete Prallplatte gerichtet und von dieser allseitig radial zur Siebwand hin abgelenkt, um durch diese hindurchzutreten (DT-PS 12 78 843).

Die Verwendung eines Gebläses in Verbindung mit einer zur Schaumbildung dienenden siebartigen Wand ist ferner aus der US-PS 32 72 263 bekannt, jedoch wird dort das Gebläse nicht durch Flüssigkeitsstrahlen angetrieben, noch ist die schaumbildende Wand als Ringwand ausgebildet

Die Verwendung eines umlaufenden Rades, aus dem die schaumbildende Flüssigkeit gegen ein Sieb geschleudert wird, ist aus der DT-PS 5 74 933 bekannt, jedoch dient dort das umlaufende Rad nicht als Gebläse, sondern Druckluft wird durch das Sieb getrennt zugeführt.

Nachstehend werden einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben und zeichnerisch dargestellt. Die Zeichnungen stellen dar:

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Schaumerzeuger,

F i g. 2 einen Schnitt durch den Gebläserotor und das Netz längs der Linie 2-2 in F i g. 1,

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

F i g. 4 bis 6 Vektordiagramme der Geschwindigkeitskomponenten und der resultierenden Geschwindigkeiten der Luft- und der Wasserteilchen, die von dem Gebläserotor unter verschiedenen Bedingungen abgegeben werden,

Fig. 7 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

In den F i g. 1 bis 3 wird im einzelnen ein mit Wasserkraft betriebenes Zentrifugalgebläse 10 mit 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 Schaumerzeugungslösung zum Antreiben des Rotors 12 und Befeuchten des Netzes 14 vorgesehen.

An der einen Seite des Gebläsegehäuses 11 befindet sich ein massives Seitenteil in Form einer Kreisscheibe 16, an der anderen Seite ein Kreisring 17 mit einer zentralen Einlaßöffnung 18 für Luft; eine Anzahl U-förmiger Bügel 19 verbindet die Seitenteile 16 und 17 miteinander. In der Mitte des Seitenteils 16 ist ein Lager 20 angebracht; eine Rohrleitungskupplung 21 mit einer Lagerung 22, durch die Flüssigkeit in eine umlaufende Hohlwelle 25 des Gebläserotors geführt wird, ist an einer Anzahl von Armen 24 befestigt, die an das Seitenteil 17 geführt sind.

Der Gebläserotor 12 besteht aus der in den Lagerungen 20 und 22 aufgenommenen Welle 25, die eine Bohrung 26 besitzt, in die Flüssigkeit von der Rohrleitungskupplung 21 eintritt, an der Welle ist eine kreisförmige Schaufelhalterungsscheibe 27 angebracht und an dieser in gleichmäßigem Abstand längs des Urnfaiigs eine Anzahl Schaufeln 29, wobei eine Ringleitung 30, an der äußeren Ecke der Schaufeln 29 am Gehäuseseitenteil 17 gelegen, eine Anzahl Flüssigkeitszuleitungen 31 zwischen Welle 25 und Ringleitung 30 aufweist und an dem äußeren Rande jeder Schaufel 29 ein Flüssigkeitsverteilungsstutzen 32 angebracht ist, über dessen Länge mehrere Düsen 34 verteilt sind. Diese Flüssigkeitsstutzen sind ringförmig und praktisch parallel zur Rotorachse angeordnet

Jeder Stutzen 32 steht an seinem einen Ende in Flüssigkeitsverbindung mit der Ringleitung 30, während

ίο das andere Ende verschlossen ist Die Düsen 34 sind so ausgerichtet, daß die aus ihnen austretende Flüssigkeit praktisch tangential zum Gebläserotor 12 austritt. Die Düsen 34 haben vorzugsweise einen solchen gegenseitigen Abstand und sind so ausgebildet, daß der Flüssigkeitsstrom aus benachbarten Düsen auf die Oberfläche des Netzes gerichtet ist und dieses über seine gesamte Breite befeuchtet, wenn die Stützen 32 umlaufen.

Die gezeichneten Schaufeln ergeben ein Schaufelrad, aber natürlich kann jede beliebige andere Schaufelform benutzt werden, einschließlich aller nach vorn oder nach hinten abgebogener oder tragflügelartiger Formen.

Ein Umlenkblech 35 in Kegelstumpfform ist am Ende des Seitenteils 17 befestigt und verläuft nach vorn in Richtung auf das Seitenteil 16, damit der erzeugte Schaum in Richtung parallel zur Achse des Gebläses 10 abgefördert wird. Das Umlenkblech 35 weist einen zylindrischen äußeren Abschnitt 36 auf, damit leichter ein Schaumförderrohr aufgesetzt werden kann, wenn es erforderlich ist, den Schaum von dem Gerät aus zu einem entfernt liegenden Platz zu bringen. Bei Anlagen, bei denen der Schaumerzeuger in einem geschlossenen Raum ist und Brände löschen soll, die in diesem Raum auftreten, kann der Schaumumlenker 35 weggelassen werden.

Die Quelle 15 für die unter Druck stehende Schaumerzeugungslösung ist mit einer Flüssigkeitsleitung 39 an die Rohrleitungskupplung 21 angeschlossen und weist (F i g. 3) eine Quelle 40 für unter Druck stehendes Wasser, einen Schaummittelvorrat 41, eine in der Rohrleitung liegende Mischeinrichtung 42 und einen Duschsatzregelungsschieber 43 für Wasser auf. Die Quelle 40 für unter Druck stehendes Wasser ist über der Schieber 43 und die in der Rohrleitung liegende Mischeinrichtung 42 mit der Leitung 39 verbunden. Au« dem Schaummittelvorrat 41 wird in die Mischeinrichtung 42 durch eine Flüssigkeitsleitung eingespeist, urr die schaumbildende Lösung zu erhalten. Es kann jede; beliebige Schaummittel benutzt werden, welches viele Schaumblasen auf dem Netz 14 erzeugt. In dem Vorra 41 können sich beispielsweise 30% aktives Ammonium laurylsulfat befinden, das in Wasser in einem Anteil voi 15 Gewichtsprozent gelöst ist Wenn dieses Agens mi Wasser in einem Anteil von 3 Volumenprozent gemisch wird, ergibt sich ein großvolumiger Schaum mit einen Volumenverhältnis von Luft zu Wasser in de Größenordnung von 1000 :1.

Zur Inbetriebnahme wird der Schieber 43 entwede von Hand oder durch ein Feuermeldesystem geöffne:

so daß Wasser durch die innenliegende Mischeinrich tung 42 strömen kann. Der den Mischer 42 passierend* Wasserstrom zieht Schaummittel aus dem Vorrat 41 Das Schaummittel vermischt sich mit dem Wasser, um die gebildete schaumerzeugende Lösung gelangt durcl die Leitung 39 in die Rohrleitungskupplung 21, von dor durch die Bohrung 26 in die Zuleitungen 31 um schließlich in die Riagieiiung 30. Aus der Rhigieiiung 3 fließt die Lösung in die einzelnen Verteilerstutzen 3

und wird von den Düsen 34 in eine Richtung tangential zum Rotor 12 ausgestoßen (vgl. F i g. 2).

Der aus den Düsen 34 austretende Lösungsstrom ruft eine Rückstoßkraft 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 Netzfläche gleichmäßig befeuchtet wird.

Die Drehung des Rotors 12 des Zentrifugalgebläses 10 zieht 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 Schaufeln 29 an allen Punkten des Umfangs des Gebläses 10 ab und wird gleichmäßig über 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 gesamten Fläche des Netzes 14 entsteht.

Da der von einem 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 die Anwesenheit von Lösungsspray stark reduziert werden. Eine genauere Analyse erweist jedoch, daß die Luftströmung und der Lösungsstrom tatsächlich 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 Lösungsteilchen durch die Rotordrehung ausgeübt wird. Die resultierende Geschwindigkeit der Sprühstrahlen hängt von der Tangentialgeschwindigkeit des Sprays relativ zu den Schaufelspitzen ab, da die Tangentialgeschwindigkeit der Schaufelspitze und die durch die Zentrifugalkraft hervorgerufene Radialgeschwindigkeit auf die Lösung einwirken. In gleicher Weise hängt die resultierende Geschwindigkeit der Luftteilchen, die von den Schaufelspitzen ausgehen, von der Tangentialgeschwindigkeit der Schaufelspitzen und der durch die Zentrifugalkraft hervorgerufenen Geschwindigkeit, die auf die Luft einwirkt, ab.

Richtung und Geschwindigkeit der aus Luft und Lösung zusammengesetzten Strömung hängen von all den genannten Geschwindigkeitskomponenten ab und ändern sich gemäß der Geschwindigkeit, die das Gebläse nach Maßgabe einer vorbestimmten Ausströmmenge 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 Gebläse abgegebenen höheren Leistung zu. Daher beschleunigt eine vorbestimmte, aus den Düsen austretende Strömungsmenge bis auf eine Geschwindigkeit, 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 größer als die Ausströmgeschwindigkeit an den Düsen sein.

Die Wechselwirkung zwischen Luftstrom und LösunjiKtrom hängt von den relativen Mengen der benutzten Luft bzw. Lösung ab. 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 Wasser in einem Volumenverhältnis 890 :1 besteht, das Gewichtsverhältnis von Luft (0,00112 g/cnv¹1:1.

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

W ι

in der

F = Zentrifugalkraft,
VV = Gewicht der Flüssigkeit,

Vi = Gebläsegeschwindigkeit an der Abgangsstelle der

Flüssigkeit,
V₂ = Gebläsegeschwindigkeit an der Auftreffstelle der

Flüssigkeit,
25, g = Erdbeschleunigung.

Wenn die Erstreckung des Windflügels in radialer Richtung gleich dem halben Rotorradius ist, dann ist V₂ = Ui V\, und die Zentrifugalkraft auf die Luft -,o beträgt.

3 Η· Γ?

Da das Wasser an der Rotorachse eingeführt wird, ist sein V₂ Null, und die Zentrifugalkraft auf das Wasser beträgt

H If

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

f ρ

^ I ufl 4 Wasser ■

Die auf das Wasser wirkende Zentrifugalkraft isi demnach um 33% größer als die auf die Luft wirkende Zentrifugalkraft, weshalb die Radialgeschwindigkeit de« Wassers um etwa 33% größer angenommen werder darf als die der Luft

Angenommen, die resultierende Geschwindigkeit dei von den Schaufelspitzen ausgehenden Luft unterschei det sich ihrer Richtung nach um 25° von der Tangent« an den Rotor, so kann die radiale Geschwindigkeits komponente der Luft für jede Schaufelspitzengeschwin digkeit errechnet werden. Aus der Radialgeschwindig keit für Luft läßt sich die Radialgeschwindigkeit de:

Lösung mittels des oben angegebenen 33%-Fakton berechnen. Es wird angenommen, daß die Tangentialge schwindigkeit der Luft und die der Lösung, soweit si<

von der Schaufelspitzengeschwindigkeit 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 einer Rotorschaufel- mit Schaufelradprofil ausgehenden Luft- und Wassermassen angenommen werden, wenn verschiedene Schaufelspitzengeschwindigkeiten und eine einheitliche Ausströmmenge für die Düsen angenommen werden. Die Buchstabenzeichen in den Figuren haben folgende Bedeutung:

Γ, = Geschwindigkeitskomponente der Luft aus

der Schaufelspitzengeschwindigkeit. '!(,, = Geschwindigkeitskomponente der Luft aus der Zentrifugalkraft

V₁ = resultierende Luftgeschwindigkeit. V_n = Geschwindigkeit des Wassers gegenüber der

'' Schaufel,
I₁, = Geschwindigkeitskomponente des Wassers

aus der Schaufelspitzengeschwindigkeit. V_n. = Geschwindigkeitskomponente des Wassers aus der Zentrifugalkraft,

l„ = resultierende Geschwindigkeit des Wassers (der Lösung).

In allen Fig.4-6 beträgt die Strömungsgeschwindigkeit der Lösung aus der Düse (die Geschwindigkeit der Lösung relativ zu der Schaufel 15 m/sec. In F i g. 4 beträgt die Schaufelspitzengeschwindigkeit 7,5 m/sec; in F i g. 5 beträgt die Schaufelspitzengeschwindigkeit 15 m/sec, und in F i g. 6 beträgt sie 30 m/sec.

In F i g. 4 erkennt man, daß bei wesentlich unter der Lösungsstromgeschwindigkeit liegender Schaufelspitzengeschwindigkeit Luft- und Wasserströmung in ihrem Zusammenwirken eine deutliche Strömung in radialer Richtung erzeugen. Es ist jedoch unerwünscht, die Lösung rechtwinklig auf das Netz auftreffen zu lassen, weil dann ein Teil der Lösung unmittelbar durch die öffnungen des Netzes gesprünt werden würde.

Aus F i g. 5 ergibt sich, daß bei praktisch auf gleicher Höhe wie die Schaufelspitzengeschwindigkeit liegender Strömungsgeschwindigkeit der Lösung Luft und Lösung schon besser in gleicher Richtung strömen. D'e zusammengesetzte Strömung wiese eine große Radialkomponente und eine kleine Tangentialkomponente auf »nd daher das Netz unter einem spitzen Winkel treffen.

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

Wie bereits erwähnt, hängt die bei einer vorgegebenen Lösungsstromgeschwindigkeit auftretende Schaufelspitzengeschwindigkeit von dem Leistungsbedarf des Gebläses bei den verschiedenen Geschwindigkeiten ab. Da der Leistungsbedarf des Gebläses von der Durchlässigkeit des Netzes abhängt, läßt sich die Richtung der kombinierten Luft-Lösungs-Strömung durch Wahl des Netzmaterials ändern. Der Leistungsbedarf des Gebläses bei einer bestimmten Geschwindigkeit hängt außerdem von Art und Größe der Schaufel tb. Somit laßt sich durch passende Wahl des Netzmaterials, der Netzgestaltung und der Schaufelr eine sehr wirkungsvoll arbeitende Einrichtung herstel !en.
In Fig.7 ist ein mit Wasserkraft betriebene:

^s Schaumerzeuger für Feuerlöschgeräte dargestellt; dei Schaumerzeuger UO ist an einer Decke 111 aufgehäng und mit einer Quelle 112 für unter Druck stehendi schaumerzeugende Lösung verbunden. Zu den Schaumerzeuger 110 gehören ein Axialgebläse 113, dai

ίο am oberen Ende einer vertikalen Welle 114 angebrach ist, eine zylindrische durchbrochene Metallwand 115, di« konzentrisch zu dem unteren Ende der Welle IK verläuft, ein Rückstoßmotor 116 mit einem Paai Rückstoßdüsen 117, die an Armen 118 angebracht sind

is welche von der Welle 114 ausgehen; die Düsen 11/ sprühen die schaumerzeugende Lösung auf die Wane 115 und treiben die Welle 114 durch die beirr Ausspritzen erzeugte Rückstoßkraft an; ferner ist eir Gehäuse mit einem ringförmigen Einlaßteil und einerr

massiven Seitenteil in Form eines unteren Wandstücki 120 vorgesehen, durch die die durch das Gebläse 113 erzeugte vertikale Luftströmung in eine horizontale unc radiale Strömung durch die Durchbrechungen dei Wand 115 umgewandelt wird.

is Das Axialgebläse 113 besitzt eine Anzahl Schaufelr 124, die an einer starr mit der Welle 114 verbundener Nabe 125 befestigt sind. Die Welle 114 ist mit einer zentralen Bohrung 126 versehen, die von dem oberer Ende der Welle bis nahe an ihr unteres Ende reicht. An oberen Ende der Welle 114 ist eine Drehkupplung 12J vorgesehen, und die schaumerzeugende Lösung wire von der Quelle 112 durch eine Leitung 130 in di< Drehkupplung 128 gefördert und von dort in dii Bohrung 126. Die Arme 118 besitzen Bohrungen 131

K durch die die Düsen 117 mit der Bohrung 126 ir Verbindung gebracht werden.

Die Welle 114 wird von einer oberen Lagerung 13i und einer unteren Lagerung 134 aufgenommen; di< Lagerungen werden von einer Anzahl L-förmiger Büge

■i⁰ 135 gehalten, die an der Innenwand des Einlaßteils 115 angebracht sind.

Das ringförmige Einlaßteil 119 ist aus Blech geform und weist einen oberen Endabschnitt 137 auf, der leich nach außen erweitert ist, sowie einen unterer Endabschnitt 138, der erheblich nach außen erweitert ist und einen verbindenden Abschnitt 139 zwischen der Endabschnitten.

Das zylindrische Wandstück 115 hat einen größerer Durchmesser als das Gebläse 113 und besteht au:

durchbrochenem dünnem Blech, das zu einem Zylinder rohr gebogen ist und am Außenrand des unterer Endabschnitts 138 befestigt ist Das Blech ist 0,8 mn stark und besitzt Durchbrechungen von 1,6 mn Durchmesser in solcher Zahl, daß 30% der Fläche voi

den öffnungen eingenommen werden.

Die untere Abschlußwand 120 besteht aus einer nich durchbrochenen Kreisscheibe 140 aus Blech mit einen Durchmesser, der dem Durchmesser der Zylinderwanc 115 gleich ist; an der Abschlußwand 120 ist eil kegelartiger Luftumlenkkörper 141 auf der Oberseite der Kreisscheibe 140 in deren Mitte befestigt Die Kreisscheibe 140 wird von der zylindrischen Wand Hi getragen, die ihrerseits von dem Einlaßteil 119 gehalter wird.

Der Schaumerzeuger 110 ist an der Deck' 111 mittel: mehrerer langer Träger 142 befestigt die an dem Rande des unteren erweiterten Endabschnitts 138 des Einlaßteils 119 angreifen.

Die Quelle 112 für unter Druck stehende schaumbildende Lösung umfaßt eine Quelle 144 für unter Druck stehendes Wasser, einen Vorrat Schaumbildner 145, eine in einer Rohrleitung liegende Mischvorrichtung 146 und einen Wassermengenregler 147. Die Quelle 144 für unter Druck stehendes Wasser wird durch den Schieber 147 und die Mischvorrichtung 146 an die Leitung 130 angeschlossen. 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 30% wirksamem Ammoniumlaurylsulfat, in Wasser zu is 15 Gewichtsprozent gelöst, verwendet werden. Wenn dieses Agens zu 3 Volumenprozent mit Wasser vermischt wird, entsteht erfahrungsgemäß ein großvolumiger Schaum mit einem Verhältnis von Luft zu Wasser in der Größenordnung von 1000 Volumenteilen zu 1.

Die Quelle 112 für schaumbildende Lösung kann in einiger Entfernung 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 _}0 saugt Schaumbildner aus dem Vorrat 145, und der Schaumbildner wird mit dem Wasser zu der schaumbildenden Lösung vermischt Die schaumbildende Lösung fließt unter Druck durch die Leitung 130, die Drehkupplung 128, die Bohrung 126 und die Bohrungen 3 s 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 erläuternden Gründen.

Alle Segmente dieses Wasserkegels, abgesehen von dem Abschnitt, der in der Mittellinie der Düsenöffnung liegt, besitzen eine Längskomponente der Geschwindigkeit, die parallel zur Mittellinie der Düsenöffnung verläuft, und eine Querkomponente der Geschwindigkeit weiche senkrecht zur Mittellinie der Düse liegt Wenn die Welle 114 rotiert, wird die Geschwindigkeit, mit der sich die Düsen bewegen, dem durch die Düsen strömenden Wasser mitgeteilt, und die absolute Längsgeschwindigkeit des Wassers beim Verlassen der Düse wird vermindert um die Geschwindigkeit der Düsen (obwohl die Relativgeschwindigkeit zwischen Wasser und Düsen unverändert bleibt). 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.

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 139 des Einlaßteils. Der untere, ausgeweitete Teil 138 des Einlaßteils wirkt mit dem Ablenkkörper 141 und der Platte 140 zusammen und wandelt den durch den Verbindungsabschnitt 139 einströmenden vertikalen Luftstrom in einen nach allen radialen Richtungen verlaufenden Horizontalstrom um, der die Wand 115 in ihren Öffnungen durchsetzt. Die diese Öffnungen durchströmende Luft wird mit der gleichmäßig verteilten Lösung beladen und erzeugt Schaum.

Wie weiter oben erwähnt, ist es eine kennzeichnende Eigenheit von Axialgebläsen, daß sie die Luft verwirbeln, die sie fördern, und Zentrifugalkräfte erzeugen, die der Luft eine radiale Bewegungskomponente zuführen. Bei der vorliegenden Einrichtung ist die der Schaumbildung dienende Wand gegenüber der Gebläseachse radial nach außen versetzt, so daß diese radiale Bewegungskomponente benutzt wird, um Luft durch die durchbrochene Wand 115 zu drücken. 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 Axialgebiäscs ist die Verteilung der Luftgeschwindigkeit, die an den Schaufelspitzen höher ist als an den inneren Schaufelteilen. Bei dem beschriebenen Gerät führen die kombinierten Effekte der Wechselwirkung zwischen dem Wasserspray, dem Luftstrom offene Flächen in der durchbrochenen schaumbildenden Wand und die Richtungsänderung des Luftstroms zu einerr gleichmäßigen Luftstrom, ohne daß ein energieverzeh render Diffusor erforderlich wäre. Dieser gleichmäßig« Luftstrom wirkt zusammen mit der gleichmäßig verteilten schaumbildenden Lösung und bringt einei gleichmäßigen, hochwertigen Schaum über die gesamti Oberfläche der durchbrochenen Wand hervor.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gerät zum Erzeugen von Feuerlöschschaum mit einer durchbrochenen, zur Schaumbildung dienenden Wand, einem Lufteinlaß, einer Quelle unter Druck stehender, schaumbildender 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 Reaktionskräfte der Spritzstrahlen der Düsen angetriebenen Gebläse für die Förderung von Luft aus dem Einlaß durch die durchbrochene Wand, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Schaumbildung dienende Wand (14, 115) — wie bereits vorgeschlagen — ringförmigen Querschnitt besitzt und ein erstes Ende und ein zweites Ende zum Umschließen eines Volumens aufweist, wobei jedoch der Lufteinlaß an dem ersten Ende liegt, und die Düsen (34, 117) innerhalb des Volumens liegen und to angeordnet sind, daß sie die Sprühstrahlen rechtwinklig gegenüber der Drehachse des Gebläses (10,113) aussenden.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Schaumbildung dienende Wand (14, 115) so geformt ist, daß ein zylindrisches Volumen abgeschlossen wird, und daß ein massives Seitenteil (16, 120) an dem zweiten Ende der Wand (14, 115) vorgesehen ist

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse einen Zentrifugalgebläserotor (12) in dem Volumen aufweist und daß die Düsen (34) an dem Gebläsero'or (12) angebracht sind.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (34) am äußeren Rand des Rotors (12) angebracht sind und einen Lösungsstrom praktisch tangential zum Rotor (12) aussenden.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Düsen (34) ringförmig im wesentlichen parallel zur Achse des Rotors (12) und mit gegenseitigem Umfangsabstand angeordnet sind, und daß die Düsen (34) in einer Reihe liegend vorgesehen sind, so daß die gesamte Breite der Wand (14) befeuchtet wird.

6. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Axialgebläse (113) an dem Einlaß vorgesehen ist.

7. Gerät nach Anspruch 6, 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.

8. Gerät nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Einrichtung 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.

9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die durchbrochene Wand (115) einen größeren Durchmesser aufweist als das Gebläse (113), wodurch die der Luft von dem Gebläse (113) aufgeprägte Radialkomponente zur Förderung der Luft gegen die durchbrochene Wand (115) ausgenutzt wird.

10. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, daß die durchbrochene Wand (115) als feuerfeste Konstruktion die Form eines durchbrochenen Blechs hat

11. Gerät nach Anspruch 10, dadurch gekenn zeichnet, daß die durchbrochene Metallwand (115) die tragende Verbindung zwischen dem Einlaßteil (119) und dem nichtdurchbrochenen Seitenteil (120) darstellt