DE69530191T2

DE69530191T2 - Feurbekämpfungdüse mit einem strömungskonditionierer

Info

Publication number: DE69530191T2
Application number: DE69530191T
Authority: DE
Inventors: Jeffrey David MEYER
Original assignee: Orion Safety Industries Pty Ltd
Current assignee: Orion Safety Industries Pty Ltd
Priority date: 1994-01-13
Filing date: 1995-01-13
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2015-01-14
Also published as: WO1995019504A1; US6047903A; EP0746691A4; AUPM333394A0; EP0746691B1; EP0746691A1; JPH09507557A; DE69530191D1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Düse zum Feuerlöschen.
Strömungskonditionierer nach dem Stand der Technik umfassen den Flügeltyp und den Rohrbündeltyp, wobei beide im Fluidstrom angeordnet sind. Eine übliche Verwendung solcher Strömungskonditionierer ist das Konditionieren des Wasserstrahls für Feuerlösch-Jetstreams. Obwohl Konditionieren nach dem Stand der Technik bezüglich der Beseitigung von Wirbeln im Wasser sehr effektiv sind, sind sie bei der Konditionierung anderer Fluidstromeigenschaften weniger erfolgreich.
Eine andere Art Konditionieren nach dem Stand der Technik ist der Ein-Platten-Konditionierer (single plate conditioner) der aus einer ringförmigen Platte besteht, die darin eine Anordnung von 36 Fluiddurchlässen aufweist. Jeder Durchlass ist in Richtung des Fluidstroms kegelförmig nach innen geneigt. Rundum das stromabwärtige Ende eines jeden Durchlasses ist ein Rohr angeordnet, dass üblicherweise den 0,13-fachen Durchmesser der Platte aufweist. Üblicherweise entspricht die Dicke der Platte plus der Rohre ebenfalls dem 0,13-fachen Durchmesser der Platte.
Die Druckschrift US-A-4559275 offenbart eine perforierte Platte zum Stabilisieren der Strömung zwischen der Brennkammer und der Schaufelanordnung einer Gasturbine. Die Platte weist eine Vielzahl von Durchgangslöchern auf, die derart geformt sind, dass sie als Shock-Diffuser (Stoß-Verteiler) fungieren.
Die JP-A-06047669 offenbart eine Kavitationsstrahldüse.(cavitation jet nozzle) die eine Platte mit kleinen Röhrchen aufweist, die als Druckreduktionsdüsen fungieren.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, verbesserte Platten-Strömungskonditionierer zur Verfügung zu stellen, welche in Düsen zum Feuerlöschen, wie beispielsweise Düsen mit einstellbarem Spritzbild oder Nebeldüsen der Art, wie sie beim Feuerlöschen verwendet werden, Verwendung finden, die einfacher herzustellen sind und eine bessere Leistungsfähigkeit aufweisen als Konditionieren nach dem Stand der Technik.
Gemäß dieser Erfindung wird eine Wasserdüse zum Feuerlöschen zur Verfügung gestellt, umfassend eine Düse mit einem hohlen Gehäuseteil, ein Kupplungsmittel zum Verbinden der Düse mit einer Fluidversorgung, ein Düsenstück, durch das ein Fluid aus der Düse hinausfließt, und einen Fluidstromkonditionierer im Gehäuseteil zwischen dem Kupplungsmittel und dem Düsenstück, wobei der Fluidstromkonditionierer eine Platte mit einer Mehrzahl von durch ihn hindurch verlaufenden Fluidkanälen umfasst, wobei jeder Fluidkanal ein stromaufwärts befindliches Ende, das in der Richtung des Fluidstroms innen kegelförmig ist, und ein stromabwärts befindliches Ende hat, das in der Richtung des Fluidstroms nach außen kegelförmig ist, aufweißt.
Damit die Erfindung leichter verständlich und in praktischem Zusammenhang steht, wird nun auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen. Diese zeigen:
1 eine Vorderansicht eines bekannten Platten-Strömungskonditionierers;
2 eine Seitenansicht des Strömungskonditionierers aus 1;
3 eine Vorderansicht eines anderen bekannten Platten-Strömungskonditionierers;
4 eine Forderansicht eines dritten bekannten Platten-Strömungskonditionierers;
5 ein vergrößerter Querschnitt eines Durchflusskanals der Platten aus Fig. 1 bis 4;
6 ein vergrößerter Querschnitt eines zweiten Durchflusskanals der Platten gezeigt in 1 bis 4;
7 einen Querschnitt einer Wasserstrahldüse, die in dem Düsengehäuse einen Platten-Strömungskonditionierer gemäß der Erfindung enthält;
8 einen Querschnitt einer Wasserstrahldüse, die einen Platten-Strömungskonditionierer gemäß der Erfindung enthält, wobei der Konditionierer in der Kupplung der Düse angeordnet ist;
9 einen Querschnitt einer Nebeltypwasserdüse, die einen Platten-Strömungskonditionierer gemäß der Erfindung enthält;
10 eine Draufsicht des Platten-Strömungskonditionierers der Nebeldüse gezeigt in 9;
11 eine Vorderansicht eines weiteren Platten-Strömungskonditionierers;
12 eine Seitenansicht des Strömungskonditionierers aus 11; und
13 ein Querschnitt einer Düse, die koaxiale Mischer aufweist, die einen Strömungskonditionierer beinhalten, wie er in den 11 und 12 gezeigt ist.
Der Einplatten-Strömungskonditionierer, wie er in den 1 und 2 gezeigt ist, besteht aus einer Platte (10), die einen Durchmesser (D) aufweist. Er weißt einen mittlerer Fluidkanal (11), eine innere Anordnung von 6 Fluidkanälen (12) und eine äußere Anordnung von 12 Fluidkanälen (13) auf. Die Fluidkanalanordnungen (12) und (13) sind kreisförmig, zum Mittelpunkt des mittleren Fluidkanals (11) konzentrisch verlaufend angeordnet. Wie in 2 gezeigt, hat jeder Fluidkanal einen Durchmesser (d).
Der in 3 gezeigte Strömungskonditionierer (16) ist zu dem in Fig. 1 und 2 gezeigten identisch, bis auf eine weitere äußere Anordnung von 18 Fluidkanälen (14), die kreisförmig, ebenfalls zum Mittelpunkt des Fluidkanals (11) konzentrisch angeordnet verläuft. Der Strömungskonditionierer (17), der in 4 gezeigt ist, ist zu dem in Fig. 1 und 2 gezeigten identisch, bis auf eine weitere äußere Anordnung von 24 Fluidkanälen (15), die kreisförmig, ebenfalls konzentrisch zum Mittelpunkt des Fluidkanals (11) verlaufend, angeordnet sind.
Die Fluidkanäle sind über die Fläche der Platte gleichmäßig verteilt, so dass eine leichte Herstellung berücksichtig wird. Die Lochanzahl pro Kreis ist nur eine ungefähre Angabe und es erscheint nicht besonders von Bedeutung, wenn ein paar Löcher weggelassen werden, um dadurch die Herstellung etwas zu vereinfachen.
Der Durchmesser (d) der Fluidkanäle hängt von der Anzahl der im Strömungskonditionierer verwendeten Fluidkanäle ab. Für den Strömungskonditionierer (10) mit 19 Fluidkanälen, wie er in Fig. 1 und 2 dargestellt ist, sollte die Größe der Fluidkanäle ungefähr das 0,1 bis 0,18-fache des Plattendurchmessers (D) betragen. Bei dem in 3 gezeigten 37-Kanal-Konditionieren (16) sollte die Größe der Kanäle ungefähr das 0,08 bis 0,13-fache des Plattendurchmessers (D) betragen. Bei dem in 4 gezeigten 61-Kanal-Konditionieren (17) sollte die Kanalgröße ungefähr das 0,05 bis 0,01-fache des Plattendurchmessers (D) betragen. Es ist nicht wesentlich, dass alle Kanäle die selbe Größe aufweisen, allerdings ist die Herstellung einfacher, wenn alle Kanäle gleich groß sind. Die Dicke der Platte (10) hängt vom Durchmesser (d) der Kanäle ab. Die Plattendicke (10) beträgt minimal das 0,6-fache des Durchmessers (d) der Kanäle, wobei der Maximalwert zwischen dem 1,0 und 1,7-fachen des Kanaldurchmessers (d) liegt. Konstruktive Überlegungen beeinflussen die Wahl der Plattendicke.
Die Leistungsfähigkeit einer Wasserstrahldüse hängt von der Fluidkanalanzahl ab. Bei steigender Kanalanzahl, steigt auch die Qualität des Wasserstrahles. Um einen Wasserstrahl zu generieren, der besser ist als der von Schaufel- oder Rohrbündel-Strömungskonditionierern nach dem Stand der Technik, beträgt die Minimalanzahl 19 Kanäle.
Eine Erhöhung der Lochanzahl über 19 bis 37 und 61 hat auf die Qualität des Wasserstrahles einen geringen Effekt, jedoch muss für eine optimale Leistungsfähigkeit der Abstand zum Strömungskonditionierer verringert werden. Die Verkürzung der Düsen/Konditioniereranordnung ist einer der grundsätzlichen Vorteile der Erfindung.
Die Geometrie alternativer Fluidkanäle ist in den 5 und 6 dargestellt. Wie in 5 ersichtlich, ist das stromaufwärts befindliche Ende (20) des Fluidkanals (11) in Richtung des Fluidstroms nach innen kegelförmig und das stromabwärts befindliche Ende (21) des Kanals (11) in Richtung des Fluidstroms nach außen kegelförmig. Der zentrale Teil (22) des Kanals (11) weist einen konstanten Querschnitt auf und ist wesentlich länger als das kegelförmige stromaufwärts befindliche Ende (20) oder das stromabwärts befindliche Ende (21).
Das in 6 gezeigte stromaufwärts befindliche Ende (30) des Kanals (11) ist in Richtung des Fluidstroms nach innen kegelförmig. An dem Einlassende (30) liegt ein kleinerer Mittelteil des Kanals (31) mit konstantem Querschnitt an; rechts des Mittelteils (31) ist ein nach außen kegelförmiger Diffuserteil (32) angeordnet. Der Diffuserteil (32) ist wesentlich länger als der stromaufwärts befindliche Teil (30) oder der mittlere Teil (31). In diesem Fall ist der Diffuserteil wenigstens 0,3 mal so dick wie die Platte (10) und der mittlere Teil (31). Das entspricht dem 0,2 bis 0,5-fachen Durchmesser (d) des Kanals. Bei diesem Beispiel entspricht jedes stromaufwärts befindliche Ende (20) und jedes stromabwärts befindliche Ende (21) dem 0,1-fachen des Kanaldurchmessers (d).
Die Geometrie der Kanäle hat nicht nur in Bezug auf die Leistungsfähigkeit entscheidende Vorteile. Für Strömungskonditionierer mit einem großen Durchmesser (100 mm und darüber) können alle Kanäle in der Platte gegossen werden und die Diffuserseite des Kanals der Ausführungsform nach 6 erfordert keine maschinelle Bearbeitung. Für Strömungskonditionierer mit kleinem Durchmesser kann die Platte aus herkömmlichen Kunststoffmaterial ausgeformt oder gegossen werden. Der Öffnungswinkel des Diffuserteils (32) der Ausführungsform nach 6 sollte zwischen 0 bis 15 Grad betragen, wobei 6 bis 10 Grad bevorzugt sind. Anstelle von kegelförmig sollte der Diffuser trompetenförmig sein.
Die 7 und 8 zeigen eine Düse zum Feuerlöschen gemäß der Erfindung, welche einen Strömungskonditionierer (10) aufweist, der innerhalb einer Düse (40) angeordnet ist, die einen Düsenteil (41), einen Rohr- oder Gehäuseteil (42) und einen Kupplungsflansch (43) aufweist.
Bei dem 19-LochStrömungskonditionierer (10) nach 1 und 2, muss der Abstand (S) zwischen den Strömungskonditionierern (10) und dem Düsenteil (41) ein Minimum von 7 Rohrdurchmessern betragen. Beim 37-Kanal-Konditionieren, wie er in 3 gezeigt ist, muss der Abstand (S) zwischen 4 bis 7 Rohrdurchmesser betragen. Die Verwendung von kleineren oder größeren Abständen verursachen bei dem 37-Kanal-Konditionieren nach 3 einen Leistungsverlust.
Der Strömungskonditionierer (10) ist auch in anderen Düsen zum Feuerlöschen, wie beispielsweise Düsen mit einstellbarem Spritzbild oder einer Nebeldüse (50), wie sie in 9 dargestellt ist, eingebunden. Die Nebeldüse (50) hat einen Kupplungsflansch (51), einen Rohr- oder Gehäuseteil (52), einen einstellbaren Düsenteil (53) und einen Schaft (54). In diesem Fall wird der Strömungskonditionierer (10) als eine Abstürzplatte für den Schaft (54) verwendet, der ein Gewindeende hat, das in einen korrespondierenden Gewindeteil der Wand des zentralen Kanals (11) eingreift. Ein Strömungskonditionierer kann in unterschiedlich ausgebildete Nebeldüsen, unter anderem solche, die mit koaxialen Mischern versehen sind, eingebunden werden. Ein derartig verwendeter Strömungskonditionierer muss ein Minimum von 6 Kanälen aufweisen, wobei die bevorzugte Anzahl 36 beträgt. Die Verwendung von 6 Löchern führt zu geringen oder gar zu keinen Leistungsverbesserungen, außer wenn das Wasser, das in die Düse eintritt, sehr turbulent ist.
Ein Strömungskonditionierer (60), der dafür geeignet ist mit einer Düse verwendet zu werden, die koaxiale Mischer aufweist, ist in den 11 und 12 dargestellt. Der Strömungskonditionierer (10) hat eine zentrale Bohrung (63) und zwei konzentrische Kanalanordnungen (61) und (62). Die innere Anordnung (61) weist 18 Kanäle und die äußere Anordnung (62) 24 oder 25 Kanäle auf. In diesem Beispiel ist die Platte (60) 18 mm dick und weist einen Durchmesser von 152 mm auf. Jeder Kanal weist einen Durchmesser von 16 mm auf und jedes stromaufwärts befindliche Ende und stromabwärts befindliche Ende ist 2 mm lang.
Die Koaxialdüse (70), wie sie in 13 gezeigt ist, beinhaltet einen Strömungskonditionierer (60) gemäß Fig. 11 und 12. Die Düse (70) beinhaltet ein Mischelement (71), eine Kupplung (72), einen Düsenkörper (73) und einen Formgeber (74) (shaper). Innerhalb dieses Formgebers (74) ist ein Schaft (75) angeordnet, der einen Dampfkopf (76) (steamhead) und eine Schaftplatte (77) (stemplate) aufweist. Der Konditionieren (60) ist innerhalb des Düsengehäuses (73) angeordnet.

Claims

Wasserdüse zum Feuerlöschen, umfassend eine Düse (40) mit einem hohlen Gehäuseteil (42), ein Kupplungsmittel (43) zum Verbinden der Düse mit einer Fluidversorgung, ein Düsenstück (41), durch das Fluid aus der Düse hinausfließt, und einen Fluidstromkonditionierer (10) im Gehäuseteil zwischen dem Kupplungsmittel und dem Düsenstück, wobei der genannte Fluidstromkonditionierer (10) eine Platte mit einer Mehrzahl von durch sie hindurch verlaufenden Fluidkanälen (11, 12, 13, 14, 15) umfasst, wobei jeder Fluidkanal ein stromaufwärts befindliches Ende (20,30), das in der Richtung des Fluidstroms nach innen kegelförmig ist, und ein stromabwärts befindliches Ende (21,32) hat, das in der Richtung des Fluidstroms nach außen kegelförmig ist, aufweißt.
Düse nach Anspruch 1, bei der jeder Fluidkanal (11, 12, 13, 14, 15) zwischen dem stromaufwärts befindlichen Ende und dem stromabwärts befindlichen Ende einen Teil konstanten Querschnitts (22, 31) hat.
Düse nach Anspruch 2, bei der der Teil konstanten Querschnitts (22, 31) wesentlich länger ist als das kegelförmige stromaufwärts befindliche Ende oder das kegelförmige stromabwärts befindliche Ende (21, 32).
Düse nach Anspruch 2, bei der das kegelförmige stromabwärts befindliche Ende (21, 32) wesentlich länger als das kegelförmige stromaufwärts befindliche Ende (20, 30) oder der Teil konstanten Querschnitts (22, 31) ist.
Düse nach Anspruch 4, bei der das kegelförmige stromabwärts befindliche Ende (21, 32) ein Diffuser (32) ist.
Düse nach Anspruch 5, bei der der Diffuser (32) kegelförmig ist.
Düse nach Anspruch 6, bei der der eingeschlossene Winkel des kegelförmigen Diffusers (32) im Bereich von 0 bis 15 Grad liegt.
Düse nach Anspruch 6, bei der der eingeschlossene Winkel des kegelförmigen Diffusers (32) im Bereich von 6 bis 10 Grad liegt.
Düse nach Anspruch 6, bei der der Diffuser (32) trompetenförmig ist.
Düse nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem zentralen Fluidkanal (11), einer ersten Anordnung von sechs Fluidkanälen (12) und einer zweiten Anordnung von zwölf Fluidkanälen (13), wobei die erste und die zweite Anordnung auf Kreisen liegen, die mit der Mitte des zentralen Kanals konzentrisch sind.
Düse nach Anspruch 10 und ferner mit einer dritten Anordnung von Kanälen (14), die auf einem Kreis liegt, der mit der Mitte der Kanäle konzentrisch ist und der radial außerhalb der zweiten Anordnung liegt.
Düse nach Anspruch 11 und ferner mit einer vierten Anordnung von Kanälen (15), die auf einem Kreis liegt, der mit der Mitte der Kanäle konzentrisch ist und der radial außerhalb der dritten Anordnung liegt.
Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit einer zentralen Bohrung (11) und inneren und äußeren konzentrischen Kanalanordnungen.
Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der der Durchmesser jedes Fluidkanals im Bereich des 0,1- bis 0,18-fachen des Durchmessers der Platte liegt.
Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der der Durchmesser jedes Fluidkanals im Bereich des 0,1- bis 0,13-fachen des Durchmessers der Platte liegt.
Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der der Durchmesser jedes Fluidkanals im Bereich des 0,05- bis 0,1-fachen des Durchmessers der Platte liegt.
Düse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Dicke der Platte im Bereich des 0,6- bis 1,7-fachen des Durchmessers jedes Kanals liegt.
Düse nach Anspruch 2, bei der das stromaufwärts befindliche Ende und das stromabwärts befindliche Ende jedes Kanals den 0,1-fachen Durchmesser des Kanals haben.
Düse nach Anspruch 5, bei der der Diffuser die 0,3-fache Dicke der Platte hat.
Düse nach Anspruch 19, bei der der Teil konstanten Querschnitts den 0,2- bis 0,5-fachen Durchmesser des Kanals hat.
Düse nach Anspruch 13 und ferner mit einem Schaftteil (75) im Gehäuseteil, wobei der genannte Schaftteil innerhalb der zentralen Bohrung des Konditionierers positioniert ist.