DE4407779C2

DE4407779C2 - Sprühdüse zur Erzeugung von Sprühnebeln

Info

Publication number: DE4407779C2
Application number: DE4407779A
Authority: DE
Inventors: Ulf Schremmer
Original assignee: Total Walther Feuerschutz GmbH; Total Feuerschutz GmbH
Current assignee: Total Walther GmbH Feuerschutz und Sicherheit
Priority date: 1994-03-09
Filing date: 1994-03-09
Publication date: 1997-07-31
Anticipated expiration: 2014-03-10
Also published as: FI108407B; ATE185092T1; DE59408789D1; FI951025A0; DE4407779A1; NO950836D0; FI951025A; NO302866B1; NO950836L; EP0671217A3; EP0671217B1; EP0671217A2

Description

Die Erfindung betrifft eine Sprühdüse zur Erzeugung von Sprühnebeln im Niederdruckverfahren, insbesondere für die Brandbekämpfung mit stationären Wassernebel-Feuerlöschanlagen, wobei die Sprühdüse in eine Rohrleitung der Feuerlöschanlage mit einer aus der Rohrleitung radial nach außen geführten Düsenaustrittsbohrung einbaubar ist und aus einem Gehäuse mit einem darin eingebauten Strömungskörper besteht, der mit dem Gehäuse eine Drallkammer bildet und ein zapfenförmiges Ende aufweist, das koaxial zur Düsenaustrittsbohrung angeordnet ist.

Derartige Düsen werden zum Versprühen von Flüssigkeiten verwendet, wobei bezüglich der Flüssigkeitsverteilung ein gleichmäßiges Sprühbild, insbesondere in Feuerlöschanlagen, angestrebt wird. In der Patentschrift DD 116 398 wird eine solche Düse beschrieben, die aus einem Düsenhohlkörper und einem Düseneinsatz mit äußerer Drallnut besteht. Diese Düsen besprühen im wesentlichen einen Kreisring. Die Fläche innerhalb des Kreisringes wird nur gering besprüht. Das heißt, daß sich bei Freisetzung des Wasserstromes aus der Düse durch die Ausbildung von Innenwirbeln im Sprühkegel ein Hohlkegel einstellt. Ein weiterer Nachteil bei der älteren Sprühdüse wird darin gesehen, daß die vorgesehenen Drallkanäle zu Verstopfungen neigen und außerdem der Drallkörper bei der Herstellung hohe Bearbeitungszeiten verursacht.

Des weiteren ist eine Niederdrück-Sprühdüse bekannt (EP 0244201 A1), die mit mindestens zwei Substanzen, nämlich Gas und Flüssigkeit arbeitet. Das Gas dient als Trägermedium für die Flüssigkeit. Ohne dieses Trägermedium kann die Flüssigkeit nicht zerstäubt werden. Die beiden Medien werden in einem Zwischenkanal vor der Austrittsöffnung zusammengeführt. Diese Zusammenführung verhindert eine Vernebelung der Flüssigkeit. Aufgrund des Druckes im Zwischenkanal und des zusätzlichen Trägermediums entsteht ein Flüssigkeitsstrahl mit sehr großen Flüssigkeitstropfen. Ohne Trägermedium kann keine zerstäubte Flüssigkeit aus der Austrittsöffnung austreten. Diese ältere Düse erfordert immer den Einsatz von zwei Medien.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Sprühdüse zu schaffen, mit der die Nachteile der älteren Sprühdüse vermieden werden und mit der ein Sprühkegel als Vollkegel mit einer intensiveren Innenwirbelbildung erzeugt wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Strömungskörper mit einem von der Düsenaustrittsbohrung abgewandten Stopfen dicht in einer Bohrung des Gehäuses sitzt und einen sich vom Stopfen zur Düsenaustritts-Bohrung hin verjüngenden konischen Teil mit einem sich daran anschließenden zylindrischen Zapfen aufweist, wobei der Zapfen mit der Düsenaustrittsbohrung einen Ringspalt bildet, und daß das Gehäuse mit einer oder mehreren Zuführbohrungen versehen ist, deren zylindrische Bohrungswände die Außenwand der Drallkammer tangential berühren und zu einer senkrecht zur Drallkammerachse liegenden Ebene zur Düsenaustrittsbohrung hin geneigt in die Drallkammer münden, und daß sich die Drallkammer zur Düsenaustrittsbohrung hin im Querschnitt zunächst erweitert und dann verengt.

Mit der erfindungsgemäßen Sprühdüse bildet sich ein Vollkegel aus, wobei die Sprühdüse bezüglich der Flüssigkeitsverteilung ein gleichmäßiges und stabiles Sprühbild über eine Kreisfläche erzeugt. Damit kann die Sprühdüse in einem für Sprühwasser- Feuerlöschanlagen üblichen Drückbereich eingesetzt werden. Die Sprühdüse besitzt eine große und intensive Sprühwirkung in horizontaler und radialer Richtung, bei einem guten Einhausungs- und Tiefenwirkungseffekt. Damit ist eine Anwendung im Zuluftstrom und in der Schwerkraftaufbringung des Wassers zum Brandherd möglich.

Die Ausgestaltung der Sprühdüse mit einem nach außen geführten Strömungskörperzapfen am Düsenaustritt, führt zu einem äußerst stabilen und sauberen Sprühkegel durch eine zusätzliche Stabilisierung und Bündelung des Wasserstromes. Die konstruktive Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sprühdüse führt zu einer geringen Verstopfungsneigung durch größere Düsenaustritts- und Eintrittsflächen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Weiterhin wird die Wirkungsweise der Erfindung aufgezeigt und dabei auf weitere erfinderische Merkmale eingegangen. Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch die Rohrleitung mit der Sprühdüse,

Fig. 2 einen Schnitt gemäß Linie A-B in Fig. 1.

Eine Sprühdüse 1 ist in einer Rohrleitung radial eingebaut. Die Sprühdüse 1 besteht aus einem Gehäuse 3 mit einer zylindrischen Bohrung 10, in die ein Strömungskörper 4 eingebaut ist. Bei einer Druckbeaufschlagung der in der Rohrleitung 2 befindlichen Flüssigkeit, z. B. Wasser, fließt es durch Zuführbohrungen 14 im Gehäuse 3 in eine Drallkammer 8. Das Gehäuse 3 ist mit einer oder mehreren Zuführbohrungen 14 versehen, deren zylindrische Bohrungswände die Außenwand der Drallkammer 8 tangential berühren und zu einer senkrecht zur Drallkammerachse liegenden Ebene zu der Düsenaustrittsbohrung 9 hin geneigt in die Drallkammer 8 münden. Der Strömungskörper 4 besteht aus einem konischen Teil 6 und einem zylindrischen Zapfen 7, der mit einer zylindrischen Düsenaustrittsbohrung 9 einen Ringspalt bildet. Der aus den Zuführbohrungen 14 mit einem Drall und turbulent in die Drallkammer 8 eintretende Wasserstrom umströmt den konischen Teil 6 des Strömungskörpers 4. Der Strömungskörper 4 ist im oberen Teil aus einem zylindrischen Stopfen 5 mit einem Außengewinde 12 gebildet, das in ein Innengwinde 13 der zylindrischen Bohrung 10 des Gehäuses 3 eingeschraubt ist. Durch den in axialer Einbauweise angeordneten Strömungskörper 4 werden die durch die Zuführbohrungen 14 eintretenden turbulenten Wasserstrahlen mit unterschiedlichen tangentialen und axialen Geschwindigkeitskomponenten in der Drallmischkammer 8 stabilisiert und über einen konischen Bohrungsabschnitt 11 im Bereich des kleinsten Durchmessers 16 des konischen Teils 6 beschleunigt. Der Wasserstrom tritt aus dem Ringspalt 15 über eine kurze Wegstrecke als gebündelter, gedrallter und im Druck erhöhter Strahl aus. In dem Ringspalt 15 wird eine weitere Stabilisierung und Bündelung des aus der Düse austretenden Strahles bewirkt. Nach dieser Strecke kommt es zur Ausbildung eines Sprühkegels, in dem sich innerhalb des Sprühkegelmantels eine Wirbelzone ausbildet. Aufgrund des Ringspaltes 15 ist der durch die Düse freigesetzte Tropfenstrahl charakterisiert durch einen Großtropfen- und einen Feintropfenanteil, wobei der Feintropfenanteil überwiegt. Der Großtropfenanteil dient als Trägermedium für die feinen Tropfen durch Ausbildung von Schleppwirbeln. Der mit der erfindungsgemäßen Sprühdüse 1 erzeugte Sprühkegel ist ab dem Betriebsdruck der Düse äußerst stabil, auch wenn der Vordruck, d. h. der Druck in der Rohrleitung 2, schwankt. Der Sprühwinkel des austretenden Sprühnebels kann durch eine entsprechende Einstellung der Strömungsgeometrie zwischen 60° und 140° betragen. Dies wird dadurch erreicht, daß das der Summen der Querschnitte der Zuführbohrungen 14 zum größten Ringquerschnitt der Drallkammer 8 in einem Bereich von 1 : 2 bis 1 : 10 liegt, und daß das Verhältnis der Summen der Querschnitte der Zuführbohrungen 14 zum Querschnitt des Ringspaltes 15 im Bereich von 1 : 1,5 bis 1 : 5 liegt. Durch diese Dimensionierung und funktionelle Abstimmung der Drallkammer 8 zu der Düseneintrittsbohrung (Querschnitt der Bohrungen 14) und der Düsenaustrittsfläche (Ringspalt 15) kann der Strahlverlauf, die Flüssigkeitsverteilung und die Tropfenverteilung beeinflußt werden. Die erfindungsgemäße Strömungsgeometrie gewährleistet einen gleichmäßigen, stabilen und aus feinen Wassertropfen mit einem Großtropfenanteil bestehenden Sprühnebel.

Insbesondere die Ausbildung des Ringspaltes 15 am Düsenaustritt vermeidet einen Hohlkegel des Sprühnebels und Instabilität des Sprühkegels am Düsenaustritt. Durch eine nach innen gerichtete Wirbelbildung des Sprühnebels nach Verlassen der durch den Zapfen 7 gebildeten Stabilisierungsstrecke, ist ein stabiler Vollkegel gewährleistet.

Aufgrund der Einfachheit des Wirkprinzips am Strömungseintritt der Düsen können größere Zuführbohrungen 14 bei niedriger Durchflußrate zur Anwendung gebracht werden, weshalb die Verstopfungsneigung dieser Düsen erheblich minimiert ist.

Erfindungsgemäß sind die Zuführbohrungen 14 derart ausgebildet, daß deren zylindrische Bohrungswände die Außenwand der Drallkammer 8 tangential berühren und zu einer senkrecht zur Drallkammerachse liegenden Ebene zur Düsenaustrittsbohrung 9 hin unter einem Winkel β zwischen 5° und 40° geneigt sind.

Der Zapfen 7 kann mit seiner unteren Fläche mit der äußeren Kante der Düsenaustrittsbohrung 9 abschließen oder über das Gehäuse 3 hinausragen. Mit dieser Maßnahme wird erreicht, daß der Sprühkegel nicht an der äußeren Kante der Düsenaustrittsbohrung 9 abreißt. Um noch feinere Tröpfchen innerhalb des Sprühkegels zu erzeugen, soll der Flüssigkeitsfilm weiter zerrieben werden. Dies kann dadurch erfolgen, daß die Oberflächen des konischen Teiles 6 und des Zapfens 7 sowie die Flächen der Bohrungen 10 und 11 und der Düsenaustrittsbohrung 9 aufgerauht werden. Eine Aufrauhung kann in üblicher Weise vorgenommen werden.

Die erfindungsgemäße Sprühdüse ist nicht nur in stationären Wassernebel- Feuerlöschanlagen einsetzbar. Sie kann auch zur Niederschlagung und Auswaschung toxischer Rauch- und Brandgase und zum Binden und die Niederschlagung von Stäuben eingesetzt werden.

Claims

1. Sprühdüse zur Erzeugung von Sprühnebeln im Niederdrückverfahren, insbesondere für die Brandbekämpfung mit stationären Wassernebel- Feuerlöschanlagen, wobei die Sprühdüse in eine Rohrleitung der Feuerlöschanlage mit einer aus der Rohrleitung radial nach außen geführten Düsenaustrittsbohrung einbaubar ist und aus einem Gehäuse mit einem darin eingebauten Strömungskörper besteht, der mit dem Gehäuse eine Drallkammer bildet und ein zapfenförmiges Ende aufweist, das koaxial zur Düsenaustrittsbohrung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskörper (4) mit einem von der Düsenaustrittsbohrung (9) abgewandten Stopfen (5) dicht in einer Bohrung (10) des Gehäuses (3) sitzt und einen sich vom Stopfen (5) zur Düsenaustrittsbohrung (9) hin verjüngenden konischen Teil (6) mit einem sich daran anschließenden zylindrischen Zapfen (7) aufweist, wobei der Zapfen (7) mit der Düsenaustrittsbohrung (9) einen Ringspalt (15) bildet, und daß das Gehäuse (3) mit einer oder mehreren Zuführbohrungen (14) versehen ist, deren zylindrische Bohrungswände die Außenwand der Drallkammer (8) tangential berühren und zu einer senkrecht zur Drallkammerachse liegenden Ebene zur Düsenaustrittsbohrung (9) hin geneigt in die Drallkammer (8) münden und daß sich die Drallkammer (8) zur Düsenaustrittbohrung (9) hin im Querschnitt zunächst erweitert und dann verengt.

2. Sprühdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Strömungskörper (4) umgebende Bohrung (10) des Gehäuses (3) im von der Düsenaustrittsbohrung (9) abgewandten Abschnitt zylindrisch ausgebildet ist und im Bereich des kleinsten Durchmessers (16) des konischen Teiles (6) in einen sich zur Düsenaustrittsbohrung (9) hin verjüngenden konischen Bohrungsabschnitt (11) mündet, an den sich eine zylindrische Düsenaustrittsbohrung (9) anschließt.

3. Sprühdüse nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen (5) mit einem Außengewinde (12) in ein Innengewinde (13) der zylindrischen Bohrung (10) des Gehäuses (3) einschraubbar ist.

4. Sprühdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Zuführ bohrungen (14) zu einer senkrecht zur Drallkammerachse liegenden Ebene zur Düsenaustriftsbohrung (9) hin unter einem Winkel β zwischen 5° und 40° geneigt sind.

5. Sprühdüse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkel β zwischen 10° und 20° betragen.

6. Sprühdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Summen der Querschnitte der Zuführbohrungen (14) zum größten Ringquerschnitt der Drallkammer (8) in einem Bereich von 1 : 2 bis 1 : 10 liegt, und daß das Verhältnis der Summen der Querschnitte der Zuführbohrungen (14) zum Querschnitt des Ringspaltes (15) im Bereich von 1 : 1,5 bis 1 : 5 liegt.

7. Sprühdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (7) mit seinem freien Ende an der Austrittsebene der Düsenaustrittsbohrung (9) endet oder über das Gehäuse (3) hinausragt.

8. Sprühdüse nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen des konischen Teiles (6) und des Zapfens (7) sowie die Flächen der zylindrischen und konischen Bohrungsabschnitte (10 und 11) und der Düsenaustrittsbohrung (9) aufgerauht sind.