DE202009013325U1

DE202009013325U1 - Hohlstrahl erzeugende Strahlrohreinheit

Info

Publication number: DE202009013325U1
Application number: DE202009013325U
Authority: DE
Original assignee: AIRMATIC GES UMWELT & TECH MBH; Airmatic Gesellschaft fur Umwelt und Technik Mbh
Current assignee: AIRMATIC GES UMWELT & TECH MBH; Airmatic Gesellschaft fur Umwelt und Technik Mbh
Priority date: 2008-10-14
Filing date: 2009-10-09
Publication date: 2009-12-10
Anticipated expiration: 2019-10-10
Also published as: CN102202742B; WO2010043555A1; CN102202742A

Abstract

Flüssigkeitshohlstrahl erzeugende Strahlrohreinheit (1, 13, 27, 31) mit wenigstens einer bei einem Betrieb der Strahlrohreinheit (1, 13, 27, 31) hochdruckbeaufschlagten, rotatorisch gelagerten und innerhalb eines Strahlrohres (7, 18, 30, 32) angeordneten Düse (3, 3.1; 40), dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlrohr (7, 18, 30, 32) eine solche Länge aufweist, damit die aus der zumindest einen Düse (3, 3.1; 40) austretenden Flüssigkeitströpfchen infolge eines sich in dem Strahlrohr (7, 18, 30, 32) aufbauenden Staudrucks und/oder durch in Kontaktbringen mit der Innenwand (8, 23, 38) des Strahlrohres (7, 18, 30, 32) hinsichtlich ihrer Fluggeschwindigkeit gegenüber ihrer Düsenaustrittsgeschwindigkeit abgebremst und/oder hinsichtlich ihrer Flugbahn abgelenkt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine einen Flüssigkeitshohlstrahl erzeugende Strahlrohreinheit mit wenigstens einer bei einem Betrieb der Strahlrohreinheit hochdruckbeaufschlagten, rotatorisch angetriebenen und innerhalb eines Strahlrohres angeordneten Düse.
Zur Brandbekämpfung wird in vielen Fällen Flüssigkeit, insbesondere Wasser als Löschmittel eingesetzt. Dieses ist mitunter mit einem Löschmittelzusatz versehen. Bei der Brandbekämpfung gilt es, mit dem Löschmittel den Brandherd zu kühlen und das Feuer zu ersticken. Zur Verfügung stehen einem Feuerwehrmann hierzu unterschiedliche Strahlrohre oder Strahlrohreinheiten, die je nach ihrer Konzeption einen unterschiedlichen Löschmittelstrahl erzeugen. Bekannt sind beispielsweise Vollstrahl- oder Hohlstrahlrohre. Mit diesen erfolgt eine Brandbekämpfung im Niederdruckbereich, bei dem das Löschmittel mit einem Druck von 6 bis 12 bar an der jeweiligen Düse des Strahlrohrs ansteht. Vollstrahl- oder Hohlstrahlrohre werden eingesetzt, wenn der Brandherd aus der Entfernung bekämpft werden soll oder muss. Neben einer solchen Brandbekämpfung werden zur Brandnahbekämpfung, wie in DE 295 22 023 U1 beschrieben, auch Feuerlöscher eingesetzt, die zum Ausbilden eines Löschmittelnebels ein gasförmiges Treibmittel verwenden. Die Löscheffektivität eines Löschmittelnebels ist verglichen mit der Löscheffektivität eines Löschstrahls aufgrund der durch das Löschmittel gebildeten größeren Oberfläche deutlich höher. Allerdings eignen sich derartige Feuerlöscher nicht für eine Brandfernbekämpfung.
Aus WO 2007/036554 A1 ist eine Strahlrohreinheit sowie ein Verfahren zum Ausbilden eines Löschmittelnebels bekannt geworden, mit der bzw. mit dem eine Brandfernbekämpfung mit einem Löschmittelnebel erfolgen kann. Mit dieser vorbekannten Strahlrohreinheit wird ein gebündelter rotierender Löschmittelvollstrahl erzeugt, durch den das Löschmittel über eine erste Wurfstrecke transportiert wird. Nach dieser ersten Wurfstrecke vergrößert sich quasi explosionsartig der Löschmittelstrahl unter Ausbildung des Löschmittelnebels volumenmäßig. Beaufschlagt wird die Strahlrohreinheit mit unter Hochdruck stehendem Löschmittel. Die Strahl rohreinheit, die typischerweise mehrere Strahlrohre aufweist, ist rotatorisch angetrieben, um den gewünschten rotierenden Hohlstrahl zu erzeugen. Die Düsen der Strahlrohre einer Strahlrohreinheit sitzen am ausgabeseitigen Ende jeweils eines Strahlrohres. Der Einsatz eines jeder Düse zugeordneten Strahlrohres dient zur Bündelung des jeweils aus einer Düse austretenden Strahls. Zur Erhöhung der Austrittsgeschwindigkeit des Löschmittels können Beschleunigungsdüsen (Laval-Düsen) eingesetzt werden. In einem Ausführungsbeispiel der in diesem Dokument beschriebenen Strahlrohreinheit ist diese in ein zylindrisches Gehäuseteil eingesetzt, wobei dieses zur radialen Abstützung der rotierenden Strahlrohreinheiten und/oder zum Zuführen eines zusätzlichen, dem Löschmittelstrahl beizumengenden Mediums genutzt werden kann. Vornehmlich dient dieses Gehäuseteil jedoch als Gehäuseteil zum Verhindern eines Eingriffes in die rotierende Strahlrohreinheit bei einem Betrieb derselben.
Obwohl mit dieser vorbekannten Strahlrohreinheit eine Brandfernbekämpfung unter Ausbildung eines Löschmittelnebels erfolgreich durchgeführt werden kann, wäre es wünschenswert, wenn die Wurfweite des Löschmittelstrahls vor seiner Volumenvergrößerung zum Ausbilden des Löschmittelnebels weiter sein könnte, um eine Brandbekämpfung aus noch größerer und daher sicherer Entfernung vornehmen zu können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Strahlrohreinheit dergestalt weiterzubilden, dass unter Beibehaltung des Strahlprinzips gemäß WO 2007/036554 A1 grundsätzlich eine größere Wurfweite realisiert werden kann, bevor sich der Löschmittelnebel ausbildet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine eingangs genannte, gattungsgemäße Strahlrohreinheit gelöst, bei der das Strahlrohr eine solche Länge aufweist, damit die aus der zumindest einen Düse austretenden Flüssigkeitströpfchen infolge eines sich in dem Strahlrohr aufbauenden Staudrucks und/oder durch in Kontaktbringen mit der Innenwand des Strahlrohres hinsichtlich ihrer Fluggeschwindigkeit gegenüber ihrer Düsenaustrittsgeschwindigkeit abgebremst und/oder hinsichtlich ihrer Flugbahn abgelenkt werden.
Während bei vorbekannten Strahlrohreinheiten zum Erzeugen eines Löschmittelstrahls die Bündelung der unter Hochdruck aus der Düse austretenden Flüssigkeitströpfchen stand, die infolge der Zerstäubung der Löschmittelflüssigkeit am Düsenausgang nur eine geringe Größe aufweisen, sei es durch Einsatz längerer Strahlrohre oder durch Erzeugen eines rotierenden Hochstrahls, wird beim Gegenstand der Erfindung ein gänzlich anderer Weg beschritten. Beim Gegenstand der Erfindung werden die durch die Zerstäubung beim Austritt aus der oder den Düsen der Düseneinheit entstandenen Flüssigkeitströpfchen, die nur eine sehr geringe Größe und Masse aufweisen, zum Ausbilden größerer Tropfen zusammengeführt und vereint. Zusammengeführt werden können die kleinen, durch die Zerstäubung aus den Düsen austretenden Flüssigkeitströpfchen mit weiteren, indem die Fluggeschwindigkeit der kleinen Tröpfchen gebremst und/oder deren Flugbahn entsprechend beeinflusst wird. Beides jeweils unabhängig voneinander oder auch in Kombination miteinander führt dazu, dass die durch die Zerstäubung entstandenen Flüssigkeitströpfchen kleinerer Größe mit anderen zusammengeführt werden. Zweck dieser Maßnahme ist, dass aus mehreren kleineren Flüssigkeitströpfchen jeweils ein größerer und daher bezüglich seiner Masse schwererer Tropfen gebildet wird. Die kinetische Energie der im Zuge des Hochdruckaustrittes gebildeten kleinen Flüssigkeitströpfchen geht in den gebildeten größeren Tropfen ein.
Ein Abbremsen der Fluggeschwindigkeit der austretenden kleinen Flüssigkeitströpfchen zum Zusammenführen und Vereinen derselben, wie vorstehend beschrieben, kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der zumindest einen Düse nachgeschaltet ein Staudruck, etwa durch entsprechende Konzeption des Strahlrohrs, aufgebaut wird. Zu diesem Zweck weist das Strahlrohr eine gewisse Mindestlänge auf. Da typischerweise der Durchmesser des Strahlrohres zum Aufbauen des Staudruckes ein gewisses Maß nicht überschreiten sollte, werden infolge der auf die rotierenden Flüssigkeitströpfchen wirkenden Fliehkraft diese auch gegen die Innenwand des Strahlrohres gelenkt und somit auch an dieser hinsichtlich ihrer Fluggeschwindigkeit abgebremst und abgelenkt.
Überraschend hat sich gezeigt, dass sich trotz Abbremsens und/oder Ablenken der Flugbahn der Flüssigkeitströpfchen eine größere Wurfweite der zu einem Hohlstrahl gebündelten Tropfen erzielen lässt als ohne eine zuvor beschriebene Flüssigkeitströpfchenzusammenführung und -vereinigung. Zudem war überraschend festzustellen, dass trotz der Ausbildung von größeren Tropfen, verglichen mit der unmittelbar aus einer solchen hochdruckbeaufschlagten Düse im Zuge des Zerstäubungseffektes austretenden Flüssigkeitströpfchen ein solcher Hohlstrahl nach einer ersten Wurfstrecke dennoch auf kurzer Strecke zur Ausbildung eines Löschmittelnebels sein Volumen um ein Vielfaches vergrößert, wie dieses hinsichtlich der Strahlcharakteristik zu WO 2007/036554 A1 beschrieben ist. Offenbar werden, nachdem der Löschmittelstrahl eine gewisse Weite erreicht hat, die den Strahl bildenden, zuvor zusammengeführten Flüssigkeitstropfen zerrissen und damit wiederum in eine Vielzahl kleinerer Flüssigkeitstropfen geteilt. Dieses Phänomen zu beobachten war deswegen unerwartet, da bei früheren Maßnahmen regelmäßig darauf geachtet worden ist, dass sich die im Zuge der Zerstäubung am Ausgang einer Düse gebildeten Flüssigkeitströpfchen für die gewünschte Löschmittelnebelausbildung nicht wieder zu größeren Tropfen vereinen. Somit werden zum Erzielen der gewünschten Wurfweite die durch die Zerstäubung entstandenen Flüssigkeitströpfchen zu größeren Transporttropfen vereint, bevor diese zur Ausbildung des gewünschten Löschmittelnebels am oder unmittelbar vor dem Brandherd wieder in kleinere Tropfen für eine wirksame Brandbekämpfung zerstäubt werden.
Ausgenutzt wird zum Erzielen der gewünschten Wurfweite auch die Strahlbündelung durch Erzeugen eines rotierenden Hohlstrahls, bei dem durch den im Hohlstrahlinneren aufgrund der Rotation erzeugten Unterdruck eine besonders wirkungsvolle Strahlausbildung eingestellt werden kann.
Die Länge des Strahlrohres von der Mündung der zumindest einen Düse bis zum Ausgang des Rohres bestimmt das Ausmaß der erzeugten Flüssigkeitströpfchenvereinigung und damit die Größe der im Zuge der Vereinigung gebildeten Tropfen. Mithin kann das Strahlrohr auch als Tropfengrößen-Einstellungseinrichtung angesprochen werden. Bei einem kürzeren Strahlrohr werden weniger Flüssigkeitströpfchen vereint, sodass die Tropfengröße eines mit einem solchen Strahlrohr gebildeten Hohlstrahls geringer ist als bei einem Strahlrohr mit einer größeren Länge. Vor diesem Hintergrund ist in einem Ausführungsbeispiel vorgesehen, die wirksame Rohrlänge einstellbar zu konzipieren, damit eine Tröpfchengrößenmodulation zum Erzeugen des jeweils benötigten Löschmittelstrahls durchgeführt werden kann. In diesem Zusammenhang versteht es sich, dass in Abhängigkeit von dem anliegenden Hochdruck und damit der Flüssigkeitströpfchengröße am Austritt der zumindest einen Düse und der Länge des Tropfengrößen-Einstellungsrohres bei einer zu großen Länge zu viele Tropfen vereint und infolgedessen die gewünschte Wurfweite nicht erzielt werden kann. Eingesetzt wird bei dem vorbeschriebenen Verfahren und der vorbeschriebenen Strahlrohreinheit der Einsatz einer unter Hochdruck aus den Düsen austretenden Flüssigkeit als für eine Brandbekämpfung eingesetztes Löschmittel, insbesondere Wasser, da mit einem Löschnebel ein Brandherd nicht nur besonders effektiv sondern auch mit einer erheblich geringeren Flüssigkeitsmenge gelöscht werden kann, verglichen mit der zum Löschen desselben Brandherdes mit Niederdrucktechnik. Bei Einsatz einer Hochdrucktechnologie ist der Löschmittelverbrauch etwa fünf bis sieben Mal geringer, verglichen mit einem Löschmittelverbrauch bei Einsatz einer Niederdrucktechnik. Vor diesem Hintergrund eignet sich die vorbeschriebene Hochdrucklöschtechnik insbesondere zum Einsatz in solchen Fällen, in denen das Löschmittel nicht nur über einen Strahl an den Brandherd gebracht werden soll, sondern vor allem auch dann, wenn grundsätzlich wenig Löschmittel zur Verfügung steht oder mit diesem gehaushaltet werden muss. Aus diesem Grunde ist die beschriebene Hochdrucklöschtechnik vor allem zum Löschen von Waldbränden geeignet.
Zur Abgrenzung des Begriffes Hochdruck im Zusammenhang mit diesen Ausführungen von Niederdrucklöschtechniken sind unter dem Begriff ”Hochdruck” Drücke zu verstehen, die 100 bar und mehr betragen, typischerweise zwischen 200 und 500 bar.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:
1: Eine schematisierte längsgeschnittene Ansicht einer Strahlrohreinheit zum Erzeugen eines rotierenden Hohlstrahls,
2: eine schematisierte Draufsicht auf die rotierend gelagerte Dü seneinheit der Strahlrohreinheit der 1,
3: eine schematisierte Darstellung des durch die Strahlrohreinheit der 1 und 2 abgegebenen Löschmittelstrahls und dem damit erzeugten Löschmittelnebel,
4: eine schematisierte längsgeschnittene Ansicht einer Strahlrohreinheit zum Erzeugen eines rotierenden Hohlstrahls gemäß einer weiteren Ausgestaltung,
5: eine schematisierte längsgeschnittene Ansicht einer Strahlrohreinheit zum Erzeugen eines rotierenden Hohlstrahls gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung,
6: eine schematisierte längsgeschnittene Ansicht einer Strahlrohreinheit zum Erzeugen eines rotierenden Hohlstrahls gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung,
7: eine schematisierte längsgeschnittene Ansicht einer weiteren Strahlrohreinheit zum Erzeugen eines rotierenden Flüssigkeitshohlstrahls,
8: der Düsenkörper der Düseneinheit der 8 in einer Stirnseitenansicht und
9: eine Stirnseitenansicht der Düseneinheit der Strahlrohreinheit der 7.
Eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 in den Figuren bezeichnete Strahlrohreinheit verfügt über eine Düseneinheit 2. Die Düseneinheit 2 ist als Rotor konzipiert und verfügt über zwei Düsen 3, 3.1. Die Düsen 3, 3.1 sind mit ihrer Längsachse in Richtung zur Drehachse 4 der Düseneinheit 2 angeordnet. Die Düsen 3, 3.1 bilden den Ausgang eines sich in radialer Richtung zur Drehachse 4 jeweils erstreckenden Löschmittelkanals 5, 5.1, die an eine Löschmittelleitung 6 angeschlossen sind. In dieser steht die für die Erzeugung eines Löschmittelstrahls verwendete Löschflüssigkeit unter Hochdruck stehend an, beispielsweise mit einem Druck von 100 bis 200 bar. Zugeführt wird das Löschmittel in die Löschmittelleitung über eine in den Figuren nicht näher dargestellte, aber ansonsten hinreichend bekannte Drehdurchführung.
Anstelle des Zuführens des Löschmittels über eine Drehdurchführung in die Löschmittelleitung 6 der Düseneinheit 2 kann sich die Drehdurchführung auch unmittelbar in der Düseneinheit befinden, beispielsweise wie in WO 2007/122236 A1 beschrieben, wobei durch diese explizite Inbezugnahme der diesbezügliche Offenbarungsgehalt dieses Dokumentes zum Gegenstand dieser Beschreibung gemacht wird.
Die Längsachsen der Düsen 3, 3.1 sind, wie aus der Draufsicht der 2 erkennbar, entgegen der vorgesehenen Rotationsrichtung der Düseneinheit 2 wie durch die Pfeile kenntlich gemacht, geneigt. Dieses dient dem Zweck, dass bei einem Betrieb der Strahlrohreinheit 1 die Düseneinheit 2 allein durch den anstehenden Hochdruck und durch sich beim Austritt der Flüssigkeit aus den Düsen 3, 3.1 einstellenden Rückstoß angetrieben wird. Aufgrund des anstehenden Hochdruckes rotiert die Düseneinheit 2 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von bis zu 2000 U/min.
Der Strahlrohreinheit 1 ist zugehörig ein Tropfengrößen-Einstellungsrohr 7. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Tropfengrößen-Einstellungsrohr um ein hohlzylindrisches Strahlrohr mit einer zylindrischen inneren Mantelfläche 8. Das Tropfengrößen-Einstellungsrohr 7 ist gegenüber der Drehbewegung der Düseneinheit 2 drehentkoppelt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Strahlrohr 7 drehfest an einem in den Figuren nicht dargestellten Gestell der Strahlrohreinheit 1 gehalten. Das Tropfengrößen-Einstellungsrohr 7 ist, wie in 1 durch den Doppelpfeil angedeutet, in längsaxialer Richtung und somit in Richtung der Drehachse 4 der Düseneinheit 2 bewegbar und einrichtbar. Zweck dieser Einstellbarkeit ist die Anpassbarkeit der für die Löschstrahlerzeugung wirksame Rohrlänge, die dem Abstand zwischen dem Ausgang der Düsen 3, 3.1 und dem Rohrende 9 entspricht.
Bei einem Betrieb der Strahlrohreinheit 1 wird die Löschmittelleitung 6 mit unter Hochdruck stehendem Löschmittel, vorzugsweise Wasser, gegebe nenfalls mit einem Löschmittelzusatz versetzt, beaufschlagt. Dieses tritt in die Löschmittelkanäle 5, 5.1 ein und wird aus den Düsen 3, 3.1 herausgepresst. Infolge des entstehenden Rückstoßes wird die Düseneinheit 2 in eine Rotationsbewegung um die Drehachse 4 versetzt. Infolge des Zuführens von unter Hochdruck stehendem Löschmittel, insbesondere Wasser oder mit einem Löschmittelzusatz versehenem Wasser, wird dieses im Zuge des Durchpressens durch die Düsen 3, 3.1 zerstäubt, mit der Folge, dass an den Düsen 3, 3.1 zerstäubtes Löschmittel in Form kleiner Löschmitteltröpfchen austritt, die infolge der Rotation der Düsen 3, 3.1 einen Flüssigkeitströpfchen-Hohlstrahl bilden. Schematisiert sind im Bereich des Ausganges der Düsen 3, 3.1 oberhalb des Tropfengrößen-Einstellungsrohrs 7 Flüssigkeitströpfchen gezeigt, die die zerstäubte Löschmittelflüssigkeit darstellen sollen. Die Darstellung ist nicht maßstabsgerecht.
Im Zuge der auf die Flüssigkeitströpfchen durch ihre Rotation einwirkende Zentrifugalkraft werden diese gegen die innere Mantelfläche 8 des Tropfengrößen-Einstellungsrohrs 7 gebracht und an dieser infolge der eintretenden Reibung abgebremst. Die Folge dieses Abbremsprozesses ist, dass innerhalb des Tropfengrößen-Einstellungsrohrs 7 für die nachfolgend aus den Düsen 3, 3.1 ausgegebenen Flüssigkeitströpfchen ein Staudruck entsteht und die nachfolgenden Flüssigkeitströpfchen somit an die zuvor ausgebrachten, abgebremsten Flüssigkeitströpfchen heran- und mit diesen zusammengeführt werden. In der Folge vereinigen sich die Flüssigkeitströpfchen und bilden bezüglich ihrer Masse und damit auch bezüglich ihrer Größe größere Flüssigkeitstropfen aus. Mithin werden im Zuge dieser Maßnahme mehrere Flüssigkeitströpfchen zu jeweils einem Flüssigkeitstropfen vereint. Schematisiert sind oberhalb des Tropfengrößen-Einstellungsrohrs 7 mit Abstand zu den Düsen 3, 3.1 der Düseneinheit 2 einzelne, aus der Vereinigung mehrerer Flüssigkeitströpfchen gebildete Tropfen gezeigt. Die Rotation der den Hohlstrahl bildenden Tröpfchen bzw. Tropfen ist schematisiert in 1 eingezeichnet. Je länger die Strecke ist, die der durch die Rotation der Düseneinheit 2 erzeugte Hohlstrahl in dem Tropfengrößen-Einstellungsrohr 7 geführt ist, je größer sind die am Ausgang desselben am Aufbau des Hohlstrahls beteiligten Wassertropfen. Dies gilt auch umgekehrt: Ist der Abstand von den Ausgängen der Düsen 3, 3.1 zum Ausgang 9 des Rohrs 7 kürzer, ist die Größe und die Masse der austretenden Tropfen kleiner. Die Tropfengröße hat wiederum Einfluss auf die Wurfweite eines mit der Strahlrohreinheit 1 erzeugten Hohlstrahls. Daher ist das Tropfengrößen-Einstellungsrohr 7, wie in 1 schematisiert gezeigt, hinsichtlich seiner wirksamen Länge gegenüber dem Ausgang der Düsen 3, 3.1 und damit gegenüber der Düseneinheit 2 einrichtbar.
Der sich typischerweise einstellende Löschmittelstrahl, der bei einem Betrieb der Strahlrohreinheit 1 gebildet wird, ist in 3 schematisiert gezeigt. In dieser Darstellung, die einen solchen Löschmittelstrahl stark schematisiert und nicht maßstabgerecht zeigt, verfügt dieser über eine Hohlstrahlabschnitt 10. Der Hohlstrahlabschnitt 10 schließt sich an den Ausgang 9 der Strahlrohreinheit 1 an und ist in Wurfrichtung geringfügig konisch verjüngt. Dieses ist Folge des sich im Inneren, im Bereich der Drehachse, ausbildenden Unterdrucks, der aufgrund der Rotationsgeschwindigkeit größer ist als die auf die Wassertropfen wirkende Zentrifugalkraft. Dieser erste Hohlstrahlabschnitt ist verantwortlich für die Wurfweite des Löschmittelstrahls. An diesen Hohlstrahlabschnitt schließt sich ein Abschnitt 11 an, in dem wohl unter rascher Geschwindigkeitsabnahme der Löschmittelstrahl 10 sein Volumen quasi explosionsartig unter Ausbildung eines Löschmittelnebels 12 vergrößert. Für diese explosionsartige Volumenvergrößerung sind neben anderen Mechanismen, wie diese in WO 2007/036554 A1 beschrieben sind, vermutlich auch die Abnahme der Rotationsgeschwindigkeit mit zunehmender Wurfweite verantwortlich, sodass in dem Abschnitt 11 offenbar kein Wassertropfen zusammenhaltender Unterdruck mehr vorhanden ist, mithin die Wassertropfen auch durch die dann effektivere Zentrifugalkraft auseinander gerissen werden.
Zum Modulieren des auf diese Weise gebildeten Löschmittelstrahls, mit dem durch Ausbilden von so genannten Transporttropfen, die durch den beschriebenen Prozess der Tröpfchenvereinigung eine größere Masse aufweisen, insbesondere auch größere Wurfweiten möglich sind, können neben der Einrichtung der wirksamen Länge des Tropfengrößeneinstellrohres 7 auch die anstehende Flüssigkeitsmenge, der anstehende Druck, die Rotationsgeschwindigkeit der Düseneinheit sowie das Verhältnis des Radiuses der Düsen 3, 3.1 von der Drehachse 4 zu dem Abstand der inneren Mantelfläche 8 von der Drehachse 4 geändert werden. Die Rotationsgeschwindigkeit ist einstellbar durch den anstehenden Druck und/oder den Grad der Neigung der Düsenachsen. Möglich ist auch, die Düsenachsen winklig zur Drehachse 4 anzuordnen. Gleichfalls ist es möglich, die Düseneinheit motorisch anzutreiben und in diesem Zuge die Löschmittelkanäle 5, 5.1 als Zentrifugal-Beschleunigungskanäle zum Erzeugen des gewünschten Druckes zu verwenden, wobei dieses mit oder ohne Hochdruck anstehende Löschmittel möglich ist. Wesentlich zum Durchführen der Erfindung ist, dass das Löschmittel am Eingang der Düsen 3, 3.1 hochdruckbeaufschlagt ansteht.
In der vorstehenden Beschreibung sind Parameter angegeben, die einzeln oder in Kombination miteinander zur Modulation des Löschmittelstrahls eingestellt werden können. Das in den vorstehenden Figuren beschriebene Ausführungsbeispiel weist als Tropfengrößen-Einstellungseinrichtung ein Rohr auf. Dieses verfügt über eine kreisförmige innere Querschnittsfläche. Anstelle einer kreisförmigen Querschnittsfläche kann eine solche als Rohr konzipierte Tropfengrößen-Einstellungseinrichtung auch eine andere Querschnittsgeometrie aufweisen, wobei die Querschnittsgeometrie ebenfalls Einfluss auf die Ausbildung des gewünschten Staudruckes hat bzw. haben kann. So ist beispielsweise bei einem Tröpfchengrößen-Einstellungsrohr mit einer von der kreisrunden Querschnittsfläche abweichenden Querschnittsgeometrie, beispielsweise einer fünf-, sechs- oder achteckigen, aufgrund der mit Bezug auf den rotierenden Löschmittelstrahl vorhandenen Totzonen ein stärkerer Bremseffekt und somit bereits eine Tröpfchenvereinigung auf kürzerer Strecke zu beobachten. Damit ist auch die Querschnittsgeometrie eines als Tropfengrößen-Einstellungseinrichtung vorgesehenen Rohres mitverantwortlich für die Strahlausbildung.
4 zeigt eine weitere Strahlrohreinheit 13, die prinzipiell aufgebaut ist wie die zu den 1 bis 3 beschriebene Strahlrohreinheit 1. In Ergänzung zu der Strahlrohreinheit 1 verfügt die Strahlrohreinheit 13 über eine mit ihrer Mündung 14 im Bereich der Rotationsachse 15 befindliche Absaugeinrichtung. Dargestellt ist in 4 lediglich das Absaugrohr 16 der Absaugeinrichtung. Angeschlossen ist das Absaugrohr 16 an eine Unterdruckpumpe. Das Vorsehen der Absaugeinrichtung mit ihrem Absaugrohr 16 dient dem Zweck, den im Zentrum des rotierenden Löschmittelstrahls sich aufbauenden Unterdruck zu verstärken bzw. diesen aufzubauen. Somit erfolgt durch diese Maßnahme eine zusätzliche Löschmittel strahlbündelung, wodurch wiederum die Wurfweite des gebündelten Löschmittelstrahls vergrößert werden kann. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich die Mündung 14 des Absaugrohrs 16 im letzten Drittel des Tropfengrößen-Einstellrohres. In Abhängigkeit von der Form des zu erzeugenden Hohlstrahls kann die Mündung des Absaugrohres auch an anderer Stelle innerhalb des Tropfengrößen-Einstellrohres angeordnet sein. Ebenfalls ist es möglich, innerhalb des Tropfengrößen-Einstellrohres die Mündung oder die Mündungen mehrerer Absaugrohre anzuordnen, an denen mit jeweils gleicher oder mit unterschiedlicher Pumpenleistung ein Unterdruck erzeugt wird. Auch auf diese Weise kann die Geometrie des erzeugten Hohlstrahls beeinflusst werden.
Eine weitere Strahlrohreinheit 17 ist in 5 gezeigt. Die Strahlrohreinheit 17 ist ebenfalls grundsätzlich konzipiert wie die Strahlrohreinheit 1 der 1 bis 3. In Ergänzung zu der Strahlrohreinheit 1 sind in die Wand des Tropfengrößen-Einstellungsrohres 18 eine Vielzahl radialer Öffnungen 19 eingebracht. Ummantelt ist das Tropfengrößen-Einstellungsrohr 18 durch ein Ringgehäuse 20, sodass zwischen der Innenseite des Ringgehäuses 20 und der Außenseite des Tropfengrößen-Einstellungsrohres 18 ein Ringspalt 21 vorhanden ist. Zum vorderen Abschluss des Tropfengrößen-Einstellungsrohres 18 hin ist der Ringspalt 21 verschlossen. Der Ringspalt 21 ist mit einem vorzugsweise unter Druck anstehendem Gas, beispielsweise Luft oder Inertgas, beaufschlagt, sodass dieses durch die Öffnungen 19 in das Rohrinnere 22 eintreten kann. Bei einem Betrieb der Strahlrohreinheit 17 bildet sich sodann im Bereich der Innenwand 23 des Tropfengrößen-Einstellungsrohres 18 ein Luftpolster L aus. Die von der Düseneinheit 24 der Strahlrohreinheit 17 ausgebrachten rotierenden Flüssigkeitströpfchen werden an dem Luftpolster L weniger stark gebremst verglichen mit der in den 1 bis 3 beschriebenen Ausgestaltung. Je nach Ausbildung des Luftpolsters L können die aus der Düseneinheit 24 austretenden Flüssigkeitströpfchen das Luftpolster L durchschlagen und treffen sodann gedämpft auf die Innenwand 23 des Tropfengrößen-Einstellungsrohres 18. Somit kann über eine solche Luftpolsterausbildung der an der Rohrwandung eintretende Bremseffekt eingestellt werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind lediglich zwei Reihen mit Öffnungen 19 vorgesehen, die einander zur Achse des Tropfengrößen-Einstellungsrohres 18 diametral gegenüberliegend angeordnet sind. Auf grund der Rotation des Löschmittelstrahls wird die an den Öffnungen 19 eintretende Druckluft mitgerissen und bildet sodann über den gesamten Umfang der Innenwand 23 das gewünschte Luftpolster L aus. Bei dieser Ausgestaltung kann durch den anstehenden Druck des durch die Öffnungen 19 gebrachten Gases das Luftpolster auch so ausgebildet werden, dass dieses sich nur über einen Abschnitt der Innenwand 23 in Rotationsrichtung des Löschmittelstrahls erstreckt. Daher kann auch auf diese Weise Einfluss auf den Tröpfchenvereinigungsprozess genommen werden. Wird ein stärkeres Luftpolster benötigt oder sollte das Einbringen eines solchen gewünscht sein, wird man Öffnungen 19 umfänglich verteilt anordnen.
Zur Unterstützung der Luftpolsterausbildung verfügt die Strahlrohreinheit 17 zusätzlich im Bereich ihres rückwärtigen Abschlusses 25 über Gaszuführöffnungen 26. Die Gaszuführöffnungen 26 dienen zur Unterstützung der Ausbildung eines vorbeschriebenen Luftpolsters. Die Gaszuführöffnungen 26 sind jedoch nicht zwingend erforderlich, um eine gewünschte Luftpolsterausbildung realisieren zu können.
6 zeigt eine weitere Strahlrohreinheit 27, die prinzipiell aufgebaut ist wie die Strahlrohreinheit 1 der 1 bis 3. In Ergänzung zu der Strahlrohreinheit 1 verfügt die Strahlrohreinheit 27 über ein Hüllrohr 28, welches unter Belassung eines Ringspaltes 29 das Tropfengrößen-Einstellungsrohr 30 einfasst. Das Hüllrohr 28 ist, wie durch die Pfeile angedeutet, mit einem zusätzlichen Medium, beispielsweise Luft oder Inertgas oder auch einer Flüssigkeit, beaufschlagbar. Dieses dient dem Zweck, dass der aus der Strahlrohreinheit 27 austretende Löschmittelstrahl von einer im Falle einer Gasbeaufschlagung des Ringspaltes 29 gebildeten Gashülle umgeben ist. Die Gashülle dient zum Ummanteln des austretenden Löschmittelstrahls und daher zur weiteren Bündelung desselben. Der vornehmliche Effekt in dem Zuführen des zusätzlichen Mediums über den Ringspalt 29 in den Bereich der Mündung der Strahlrohreinheit 27 liegt darin, den aus der Strahlrohreinheit 27 austretenden Löschmittelstrahl nicht bereits unmittelbar am Ausgang des Tropfengrößen-Einstellungsrohres 30 der zunächst ruhenden Umgebungsluft vorbeiströmen zu lassen, sondern zumindest auf einem ersten Abschnitt den Löschmittelstrahl von einem mitströmenden Mantel zu begleiten, der durchaus auch mit einer geringeren Geschwindigkeit mitströmen kann als der Löschmittelstrahl selbst. Damit wird eine verbesserte Führung und eine verbesserte Wurfweite des Löschmittelstrahls erzielt. In diesem Zusammenhang versteht es sich, dass zum Erzeugen eines solchen Mantelstromes nicht notwendigerweise ein Hüllrohr, wie in 6 dargestellt, verwendet werden muss, sondern dass sich für einen Fachmann zahlreiche andere Ausgestaltungen erschließen, einen solchen Mantelstrom bereitzustellen. Dieses umfasst beispielsweise auch das Erzeugen eines Mantelstromes durch ein nach Art einer Saugstrahlpumpe arbeitendes Unterdruckprinzip. Bei diesem Ausführungsbeispiel können in dem Ringspalt 21 Leit- bzw. Drallfläche eingebaut sein, sodass die ausgangsseitig austretende Mantelströmung ebenfalls rotiert, und zwar vorzugsweise gleichsinnig zu der Rotationsrichtung des Hohlstrahls.
Die zu den 4 bis 6 beschriebenen Maßnahmen können einzeln oder auch in Kombination in einer Strahlrohreinheit verwirklicht sein.
7 zeigt eine weitere Strahlrohreinheit 31. Die Strahlrohreinheit 31 verfügt über ein zylindrisches Strahlrohr 32, welches konzipiert ist wie das Strahlrohr 7 der Strahlrohreinheit 1. In das eine Ende des Strahlrohrs 32 ist eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 33 gekennzeichnete Düseneinheit eingesetzt. Die Düseneinheit 33 umfasst ein Düsenrohr 34 als Düsenkörperaufnahme, in dem ein Düsenkörper 35 auf einer Nabe 36 sitzend drehbar gelagert ist. Die Nabe 36 ist durch eine in dem Düsenrohr 34 festgelegte Scheibe 37 in dem Düsenrohr 34 ortsfest an einem Widerlagerabsatz des Düsenrohrs 34 gehalten. Ausgehend von der Scheibe 37 ist die Nabe 36 und der daran angrenzende Abschnitt des Düsenkörpers 35 kegelstumpfartig unter Annäherung an die innere Mantelfläche 38 des Düsenkörpers ausgebildet. An den ersten kegelstumpfförmigen Abschnitt des Düsenkörpers 35 grenzt ein Abschnitt 39 mit zylindrischer Mantelfläche. In den Abschnitt 39 des Düsenkörpers 35 sind, wie aus der Seitenansicht des Düsenkörpers 35 der 7 erkennbar, zahlreiche, jeweils aneinander angrenzende Nuten 40 eingebracht. Die Längsachse der Nuten 40 ist gegenüber der Längsachse des Düsenkörpers 35 geneigt. Dieses dient dem Zweck, dass unter Hochdruck die die Düseneinheit 33 beaufschlagende Flüssigkeit den Düsenkörper 35 in Rotation versetzt.
Die Nuten 40 bilden, wie aus 8 ersichtlich, zusammen mit der inneren Mantelfläche 38 des Düsenrohrs 34 als Düsen dienende Kanäle aus. Zu diesem Zweck ist ein für eine Rotation des Düsenkörpers 35 innerhalb des Düsenrohrs 34 notwendiger Bewegungsspalt zwischen der Mantelfläche des Abschnittes 39 und der inneren Mantelfläche 38 des Düsenkörpers 34 gering gehalten. Ausgenutzt wird bei dieser Konzeption, dass bei einem Betrieb der Strahlrohreinheit 31 die eingesetzte Flüssigkeit gleichzeitig als Gleitmittel zwischen dem gegenüber dem Düsenrohr 34 mit hoher Drehzahl drehenden Düsenkörper 35 dient.
Die Nabe 36 der Düseneinheit 33 ist an die Scheibe 37 angeschlossen. In die Scheibe 37 sind umfänglich verteilt mehrere Bohrungen 41 eingebracht (siehe auch 9). Durch diese tritt die eingangsseitig die Düseneinheit 33 beaufschlagende Flüssigkeit hindurch, um an den Düsenkörper 35 geführt zu werden. Auf der Nabe 36 sitzen zwei Kugellager deren statorseitiger Lagerkäfig an der Nabe 36 anliegt. Der komplementäre Käfigteil ist Teil des Düsenkörpers 35, der sodann kugelgelagert auf der Nabe 36 sitzt. Zum Schutze der Kugellager befindet sich auf der druckzugewandten Seite des Kugellagers eine Dichtung.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Nuten 40 mit einer gleich bleibenden Tiefe und gleich bleibender Breite und somit mit einer gleich bleibenden Querschnittsfläche in Bezug auf ihre Längsachse ausgeführt. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass sich der Nutenquerschnitt in Richtung zum düseneinheitsseitigen Ausgang der Nuten hin verjüngt.
Bei dem Anschluss der Nabe 36 innerhalb des Düsenrohrs 34 wird ausgenutzt, dass bei einem Betrieb der Strahlrohreinheit 31, also, wenn diese, wie durch den Blockpfeil in 7 angedeutet, mit einer Flüssigkeit beaufschlagt ist, sich die Nabe 36 und der Düsenkörper 35 aufgrund ihrer entgegen der Strömungsrichtung ausgebildeten kegelstumpfartigen Verjüngung im Zentrum des zugeführten Flüssigkeitsstromes ausrichten. Mithin wird es als ausreichend angesehen, wenn die Nabe 36 nach Art einer Einpunkthalterung an die Scheibe 37 angeschlossen ist.
9 zeigt eine Ansicht auf die Eingangsöffnung 42 der Düseneinheit 33, aus der insbesondere die Anordnung der Durchlassbohrungen 41 in der Scheibe 37 erkennbar ist.
Bei einer Hochdruckbeaufschlagung der Strahlrohreinheit 31 bzw. ihrer Düseneinheit 33 arbeitet diese hinsichtlich der Strahlausbildung nach demselben Prinzip, das zu den bereits zuvor beschriebenen Strahlrohreinheiten ausgeführt ist.
Alternativ zu der in den 7 bis 9 beschriebenen Ausgestaltung, bei der der Düsenkörper 35 auf der Nabe 36 sitzt und gegenüber der Nabe 36 rotiert, kann ebenfalls vorgesehen sein, den Düsenkörper und die Nabe als eine gegenständliche Einheit, ergebend einen alternativen Düsenkörper zu konzipieren, der drehbar in der Scheibe zum Halten der Nabe drehbar gelagert ist.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben worden. Ohne den Umfang der geltenden Ansprüche zu verlassen, ergeben sich für einen Fachmann zahlreiche weitere Möglichkeiten, die Erfindung auszuführen, ohne dass diese explizit beschrieben werden müssten. Beispielsweise besteht die Möglichkeit, anstelle einer Düseneinheit mit zwei Düsen, eine solche mit mehreren oder auch nur eine einzige Düse einzusetzen. Die Düse oder Düseneinheit kann ebenfalls nicht rotativ angeordnet sein. Zum Erzeugen eines rotierenden Hohlstrahls ist in einem solchen Fall die typischerweise als Rohr ausgebildete Tropfengrößen-Einstellungseinrichtung rotatorisch angetrieben, sodass die Rotation infolge eines Mitnahmeeffektes erfolgt. Ebenfalls ist es möglich, die zu dem Ausführungsbeispiel der 5 gezeigten radialen Öffnungen in einer in Rotationsrichtung des Hohlstrahles gerichtete Neigung vorzusehen, sodass die Rotation durch das Eindüsen eines Fluides, insbesondere eines Gases durch diese Öffnungen erzeugt wird. Letzteres kann auch in Kombination mit einer rotierenden Düseneinheit vorgesehen sein, wobei eine Neigung der radialen Öffnungen in Rotationsöffnung des Strahles den Bremseffekt mindert und eine Neigung entgegen der Rotationsrichtung einen Bremseffekt erhöhen würde. Zur Ausbildung eines Luftpolsters ist es ebenfalls möglich, die radialen Öffnungen wechselweise oder gruppiert in entgegen gesetzte Richtungen zu neigen. Auch eine Kombination der vorbeschriebenen Maßnahmen ist möglich.
Alternativ zu dem in den 7 bis 9 beschriebenen Ausführungsbeispiel ist es beispielsweise ohne weiteres auch möglich, nur einzelne Nuten in einen Düsenkörper wie zu diesem Ausführungsbeispiel beschrieben, einzubringen, beispielsweise zwei. Dabei bietet es sich an, die Nuten so anzuordnen, dass der Düsenkörper selbst keine Unwucht bei den zu erwartenden Rotationsgeschwindigkeiten erfährt.

1: Strahlrohreinheit
2: Düseneinheit
3, 3.1: Düse
4: Drehachse
5, 5.1: Löschmittelkanal
6: Löschmittelleitung
7: Tropfengrößen-Einstellungseinrichtung
8: innere Mantelfläche
9: Ende/Ausgang
10: Hohlstrahlabschnitt
11: Abschnitt
12: Löschmittelnebel
13: Strahlrohreinheit
14: Mündung
15: Rotationsachse
16: Absaugrohr
17: Strahlrohreinheit
18: Tropfengrößen-Einstellungsrohr
19: Öffnung
20: Ringgehäuse
21: Ringspalt
22: Rohrinneres
23: Innenwand
24: Düseneinheit
25: Abschluss
26: Gaszufuhröffnung
27: Strahlrohreinheit
28: Hüllrohr
29: Ringspalt
30: Tropfengrößen-Einstellungsrohr
L: Luftpolster
31: Strahlrohreinheit
32: Strahlrohr
33: Düseneinheit
34: Düsenrohr
35: Düsenkörper
36: Nabe
37: Scheibe
38: Mantelfläche
39: Abschnitt
40: Nut
41: Bohrung
42: Eingangsöffnung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 29522023 U1 [0002]
- WO 2007/036554 A1 [0003, 0005, 0009, 0029]
- WO 2007/122236 A1 [0024]

Claims

Flüssigkeitshohlstrahl erzeugende Strahlrohreinheit (1, 13, 27, 31) mit wenigstens einer bei einem Betrieb der Strahlrohreinheit (1, 13, 27, 31) hochdruckbeaufschlagten, rotatorisch gelagerten und innerhalb eines Strahlrohres (7, 18, 30, 32) angeordneten Düse (3, 3.1; 40), dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlrohr (7, 18, 30, 32) eine solche Länge aufweist, damit die aus der zumindest einen Düse (3, 3.1; 40) austretenden Flüssigkeitströpfchen infolge eines sich in dem Strahlrohr (7, 18, 30, 32) aufbauenden Staudrucks und/oder durch in Kontaktbringen mit der Innenwand (8, 23, 38) des Strahlrohres (7, 18, 30, 32) hinsichtlich ihrer Fluggeschwindigkeit gegenüber ihrer Düsenaustrittsgeschwindigkeit abgebremst und/oder hinsichtlich ihrer Flugbahn abgelenkt werden.
Strahlrohreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Abbremsen der aus der zumindest einen Düse (3, 3.1; 40) austretenden Flüssigkeitströpfchen wirksame Strahlrohrlänge zum Einstellen der aus dem Strahlrohr (7, 18, 30, 32) austretenden Flüssigkeitstropfengröße einrichtbar ist.
Strahlrohreinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Düse (3, 3.1; 40) eine gegenüber der Innenwand (8, 23, 38) des Rohres geneigte Längsachse aufweist.
Strahlrohreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von zu einer Düseneinheit (33) zusammengefassten Düsen (40) vorgesehen sind und die Düseneinheit (33) einen innerhalb einer Düsenkörperaufnahme (34) um seine Längsachse drehbar gelagerten Düsenkörper (35) umfasst, der über eine Vielzahl von mit ihrer Längsachse gegenüber der Längsachse des Düsenkörpers (35) geneigte Düsen (40) mit radialem Abstand zu seiner Rotationsachse verfügt.
Strahlrohreinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse der Düsen auch gegenüber der Rotationsachse geneigt ist, wobei der virtuelle Schnittpunkt der Längsachsen der Düsen an der dem Rohr gegenüberliegenden Seite des Düsenkörpers liegt.
Strahlrohreinheit nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen durch ein die Mantelfläche des Düsenkörpers eingebrachte Nuten (40) und die innere Mantelfläche (38) der Düsenkörperaufnahme (34) gebildet sind.
Strahlrohreinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Querschnittsfläche der in den Düsenkörper eingebrachten Nuten in Richtung der Strömungsgeschwindigkeit der durch die Nuten geförderten Flüssigkeit verjüngt.
Strahlrohreinheit nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (35) kugelgelagert auf einer in der Düsenkörperaufnahme (34) gehaltenen Nabe (36) sitzt.