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Luftschaumerzeuger für Feuerlö schzwecke
Die Erfindung behandelt einen
Luftschaumerzeuger für Feuerlöschzwecke. In diesen Schaumerzeugern entsteht der
Luftschaum aus einem innigen Gemisch von Wasser, einer schaumstabilisierenden Verbindung
und Luft. Der Luftschaum wird dabei rein mechanisch ohne Zuhilfenahme von chemischen
Reaktionen gebildet.
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Zur mechanischen Mischung der Hauptbestandteile Wasser und Luft führt
man bei diesen Schaumerzeugern einen oder mehrere Flüssigkeitsstrahlen in ein mit
Lufteinlaßöffnungen versehenes Schaumerzeugungsrohr ein, dessen Querschnitt in der
Strömungsrichtung gleichbleibt oder sich erweitert. Die Flüssigkeitstsrahlen reißen
dann aus den Einlaßöffnungen Luft an sich, und der Schaum kann im Rohr expandieren.
Die bekannten Schaumerzeuger dieser Art arbeiten ohne Luftdrosselung.
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Der Querschnitt der Lufteinlaßöffnungen ist meist ebenso groß, wie
der Querschnitt des Rohres für die Aufnahme der Flüssigkeitsstrahlen. Dabei verzehrt
sich der Energiegehalt der Flüssigkeitsstrahlen durch den Ubertritt in das lufterfüllte
Schaumerzeugungsrohr. Der Energieverlust wird noch verstärkt, wenn man die Flüssigkeitsstrahlen
zur besseren Mischung sich gegenseitig schräg schneiden und dadurch in an sich erwünschter
Weise streuen läßt. Der im Schaumerzeugungsrohr entwickelte Schaumstrom ist dann
zur Überwindung großer Hitze oder stärkeren Gegendrucks zu schwach. Solche Schaumerzeuger
versagen dann,
wenn der Schaum z. B. über ein Steigrohr auf die
Deckel von Öltanks oder durch längere Leitungen an entfernte Brandherde gespritzt
werden soll.
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Die Erfindung geht deshalb von dem Gedanken aus, nur so viel Luft
in das Schaumerzeugungsrohr einzuführen, wie für ein Optimum an Expansion und Druck
unbedingt nötig ist. Die Strömungsenergie des Schaumstromes bleibt also durch Drosselung
der Luftzufuhr erhalten. In der praktischen Ausführung erreicht die Erfindung die
Luftdrosselung dadurch, daß das Verhältnis des Rohrquerschnitts zum Gesamtquerschnitt
des Flüssigkeitsstrahles oder der Flüssigkeitsstrahlen zwischen 5 : 1 und 15 : 1,
vorzugsweise zwischen 8 : 1 und 12: 1, liegt und eine Vorrichtung vorgesehen ist,
die eine solche Streuung des oder der Flüssigkeitsstrahlen verursacht, daß der ganze
Rohrquerschnitt davon ausgefüllt ist.
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Auf die obere Größe der Lufteinlaßöffnungen braucht bei dieser Ausbildung
nicht mehr besonders geachtet zu werden. Die Luftdrosselung entsteht praktisch ausschließlich
durch den Durchmesser des Schaumerzeugerrohres. Durch die Streuvorrichtung erhalten
die Flüssigkeitsstrahlen vor dem Eintritt in das Schaumerzeugerrohr eine gewisse
Turbulenz, die dann die in das Schaumerzeugerrohr austretenden Flüssigkeitsstrahlen
in ihren Randzonen streuen läßt. Der hierbei auftretende Energieverlust ist wesentlich
geringer als bei gegenseitiger Überschneidung der Strahlen. Außerdem füllen die
streuenden Strahlen den ganzen Rohrquerschnitt aus. Zur Erzielung der Turbulenz
kann man entweder die Durchtrittsoberfiächen der Düsenmündungen aufrauhen oder einen
Stau- oder Aufprallkörper in die Bewegungsbahn der den Düsenmündungen zugeführten
Flüssigkeit stellen oder die Flüssigkeit durch ein weitmaschiges Filter hindurchgehen
lassen. Natürlich muß eine gewisse gegenseitige »Fühlungnahme« der Randstreuungen
der einzelnen Flüssigkeitsstrahlen stattfinden; da aber dabei die Flüssigkeitsstrahlen
sich nicht als Ganzes überschneiden, d. h. daß dieselben nicht kompakt aufeinanderstoßen,
bleibt die in diesem Falle verbrauchte kinetische Energie klein, so daß der Schaumerzeuger
eine beträchtliche Treibkraft entwickelt.
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Da nur ein schmales Mischrohr benutzt wird, setzt sich die endgültige
Schaumbildung in dem Mischrohr fort und wird erst in dem Steigrohr oder Endschlauch
abgeschlossen. Der oder die Flüssigkeitsstrahlen - es sei hierbei hervorgehoben,
daß auch mit nur einem einzigen Flüssigkeitsstrahl ein vollkommen zufriedenstellender
Erfolg erzielt wird, da ja das Mischrohr als solches verhältnismäßig eng vorgesehen
ist - müssen jeweils die gesamte Querschnittsfläche des Rohres über einen bestimmten
Längenabschnitt desselben ausfüllen, und da eine Streuung nur an deren Randzonen
stattfindet, ist das Rohr vorzugsweise parallelwandig vorgesehen, jedoch steht dem
nichts entgegen, wenn das Mischrohr leicht nach außen sich aufweitend ausgebildet
ist. Wenn jedoch der Aufweitungswinkel des Mischrohres (d. h. der Winkel der Wandung
desselben gegenüber dessen Längsachse) auf etwa I50 ansteigt, dann wird die Querschnittsfläche
des Rohres nicht mehr in ausreichendem Maße durch die Streuung der Flüssigkeitsstrahlen
ausgefüllt, und die in diesem Falle erzielte Wirkung muß leistungsmäßig natürlich
ahfallen.
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Beim Aufspalten eines unter Druck zugeführten Flüssigkeitsstromes
werden jeweils zwei oder mehr Flüssigkeitsstrahlen gebildet, und es ist dabei wesentlich,
daß die in jedem Strahl enthaltene Flüssigkeit einen möglichst großen Teil der Vorwärtsgeschwindigkeit
des ursprünglichen Flüssigkeitsstromes beibehält. Daraus folgt, daß der Flüssigkeitsstrahl
nicht in zu viele Teilstrahlen aufgespalten werden darf und daß die Flüssigkeitsstrahlen
auch keinen zu kleinen Durchmesser aufweisen dürfen. Es ist hierbei äußerst zweckmäßig,
eine Mündungsscheibe zu benutzen, bei der die Größenabmessungen der darin vorzusehenden
Mündungsöffnungen unter Berücksichtigung des vorausgehend Erläuterten in verhältnismäßig
weitem Ausmaße eine den individuellen Anforderungen angepaßte Variationsmöglichkeit
zulassen. Im allgemeinen werden Mündungsöffnungen mit einem Durchmesser zwischen
3,2 und 12,7 mm (tal8 bis 1/2 Zoll) benutzt. Flüssigkeitsstrahlen, die durch Mündungsöffnungen
von weniger als 3,2 mm Durchmesser erzeugt werden, neigen dazu, ihre Vorwärtsgeschwindigkeit
zu rasch zu verlieren, während es umgekehrt bei Mündungsöffnungen mit einem Durchmesser
von mehr als I2,7 mm schwierig ist, die erforderliche Turbulenz zu erreichen.
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Als Beispiel sei angeführt, daß, wenn die Flüssigkeit in einer Menge
von etwa 701 pro Minute und unter einem Druck von IO,5 at (techn.) zugeführt wird,
zweckmäßigerweise drei Mündungsöffnungen von je 3,2 mm benutzt werden. Wenn mehr
Schaum verlangt wird, wobei beispielsweise 900 1 Flüssigkeit pro Minute zugeführt
werden, dann können zweckmäßigerweise drei Mündungsöffnungen mit einem Durchmesser
von je I2,7 mm oder zwölf Mündungsöffnungen mit einem Durchmesser von je 6,4 mm
(1/4 Zoll) benutzt werden.
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Da die Flüssigkeit das parallelwandige Rohr über einen bestimmten
Längenabschnitt desselben ganz ausfüllen muß, bleibt die mitgerissene Luftmenge
notwendigerweise eingeschränkt. Hierbei ist es wichtig, daß die Luft jeweils in
einem angemessenen, d. h. gerade ausreichenden Mengenverhältnis mitgerissen wird,
da bei zu viel Luft durch das Miteinreißen derselben zu viel Energie verlorengeht.
Andererseits wird bei Miteinreißen von zu wenig Luft nicht hinreichend Schaum erzeugt.
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Das eingesaugte Luftvolumen hängt dabei jeweils von dem durch die
Luft in dem Einstrahl- oder Mischrohr auszufüllenden Querschnitt ab, und das Verhältnis
der Querschnittsfläche des Rohres zu dem Gesamtquerschnittsflächeninhalt der in
das Rohr eintretenden Flüssigkeitsstrahlen (im Moment des Austretens derselben aus
den Düsenmündungen oder Mündungsöffnungen) wird demgemäß zwischen 5 : 1 und 15:
1 gehalten. Vorzugs-
weise liegt dieses Verhältnis zwischen 8 :
1 und 12 : 1.
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Die Länge des parallelwandigen Einstrahlrohres ist ein weiterer Faktor,
der im Hinblick auf das gewünschte Endergebnis gleichfalls in Rechnung gestellt
werden muß. Das Einstrahlrohr muß genügend lang sein, damit die Flüssigkeit dasselbe
ausfüllt, und es muß bei demselben auch die Luft über eine angemessene Strecke mitgerissen
werden; da in der Praxis das Gerät unter den verschiedensten Flüssigkeitsdrucken
benutzt wird, ist es ratsam, der Bemessung der Länge des Einstrahlrohres den zu
erwartenden Höchstdruck zugrunde zu legen. Ein zu langes Rohr würde jedoch dem Vorwärtsfluß
des Flüssigkeitsstrahles zu viel Widerstand darbieten, was einen Energieverlust
in dem erzeugten Scbaumstrahl zur Folge hätte. Die Länge des Einstrahlrohres sollte
nicht kleiner als das Vierfache und nicht größer als das Zwölffache des Rohrdurchmessers
sein, wobei die bevorzugt gewählte Länge zwischen dem Sechs- und Zehnfachen des
Rohrdurchmessers liegt.
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Das Einstrahl- oder Mischrohr ist vorzugsweise im Querschnitt kreisförmig;
dasselbe kann jedoch, wenn verlangt, auch irgendeine andere Querschnittsform aufweisen.
Insbesondere muß bei Anwendung von nur zwei parallelen Flüssigkeitsstrahlen ein
Einstrahlrohr benutzt werden, das einen elliptischen oder ähnlichen Querschnitt
aufweist, da bei zwei parallelen Flüssigkeitsstrahlen die Luft in ein Rohr von kreisförmigem
Querschnitt nicht richtig eingesaugt wird.
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Wenn ein Schaumstrahl für Feuerlöschzwecke erzeugt werden soll, dann
kann an das Ende des Einstrahlrohres unmittelbar eine Ausstoßdüse angeschlossen
werden; im allgemeinen wird jedoch der Schaum durch ein Steigrohr oder eine Schlauchleitung
gedrückt, oder derselbe wird am Boden eines Öltanks eingeführt, wobei der Schaum
durch das Steigrohr qualitätsmäßig noch etwas verbessert wird. Das Steigrohr hat
dabei einen größeren Durchmesser als das Einstrahlrohr, damit der Schaum ohne irgendwelchen
nennenswerten Widerstand hindurchpassieren kann, und es ist dabei von Vorteil, zwischen
dem Einstrahlrohr und dem Steigrohr eine sich allmählich aufweitende Zwischenkammer
vorzusehen. Damit ein kräftiger Schaumstrom erzeugt wird, muß die Flüssigkeit den
Düsenmündungen unter hohem Druck zugeführt werden, der mindestens 10,5 at (techn.)
betragen muß und der vorzugsweise mit I4at (techn.) und mehr angesetzt wird.
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Zweckmäßigerweise wird als unter Druck zugeführte Flüssigkeit eine
entsprechend vorbereitete Lösung einer schaumstabilisierenden Verbindung in Wasser
benutzt. Die Erfindung schließt jedoch auch die Möglichkeit mit ein, daß den Düsenmündungen
nur Wasser unter Druck zugeführt wird und daß die schaumstabilisierende Verbindung
in flüssiger Form in das parallelwandige Einstrahlrohr mit eingerissen wird.
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Im folgenden werden an Hand der Zeichnung zwei gemäß vorstehender
Erfindung entwickelte Geräte als Ausführungsbeispiel beschrieben. In den Zeichnungen
ist Fig. I ein Längsschnitt durch eines der Geräte, Fig. 2 ein Querschnitt längs
der Linie II-II in Fig. I, Fig. 3 ein Längsschnitt durch einen Teil des zweiten
Gerätes.
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Das in Fig. I und 2 gezeigte Gerät besteht im wesentlichen aus einem
zylindrischen Gehäuse I, das ein zylindrisches Rohr 2 umgibt, ferner aus einer am
Einlaßende vorgesehenen Rohrverbindung 3 nebst einer Mündungsscheibe 4, welche zwischen
dem Rohr 2 und einem an der Rohrverbindung 3 ausgebildeten Innenflansch festgehalten
ist, sowie weiterhin aus einer sich allmählich nach außen aufweitenden Expansionskammer
5 und einem Schlauchverbinder 6. In der Mündungsscheibe 4 sind vier Düsenmündungen
7 ausgespart, die in der üblichen Weise konisch zulaufend ausgebildet sind, wenn
eine hohe Strahlgeschwindigkeit erzeugt werden soll, wobei die Achsen dieser Düsenmündungen
sowohl gegenseitig parallel als auch parallel zur Achse des Rohres 2 verlaufen.
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Ein in Form einer kreisförmigen Scheibe vorgesehener Aufprallkörper
8 ist an einem Haltezapfen g fest aufgebracht, der sich von der Mündungsscheibe
aus nach rückwärts erstreckt.
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Im Betriebsfall wird durch die Rohrverbindung 3 eine Lösung aus einer
Schaumverbindung in Wasser unter hohem Druck eingeführt und durch die Mündungsscheibe4
in vier Parallel strahlen aufgespalten. Diese Strahlen ergießen sich in dieRöhre2
und werden dank der denselben innewohnenden kinetischen Energie auch als Parallelstrahlen
entlang dem Rohr 2 vorgetragen. DieAufprallscheibe8 erteilt dabei der Flüssigkeit
gerade so viel Turbulenz, daß dadurch die Flüssigkeitsstrahlen in dem Rohr 2 an
ihren Randzonen derart auseinander streuen, daß in einer geringen Entfernung von
der Mündungsscheibe die gesamte Querschnittsfläche des Rohres 2 von der zugeführten
Flüssigkeit eingenommen wird, wobei dann die Flüssigkeit innig mit Luft gemischt
wird. Die Luft wird durch vier kreisförmige Öffnungen 10 hindurch mit eingerissen,
die in der Wandung des Rohres 2 ausgespart sind, und die Luft gelangt dabei zu den
Öffnungen 10 durch weitere Öffnungen II, die in dem Gehäuse I ausgespart sind. Der
Gesamtflächeninhalt der Öffnungen II ist größer als derjenige der Öffnungen 10,
während andererseits der Gesamtflächeninhalt der Öffnungen 10 wieder größer ist
als die Querschnittsfläche des Rohres 2. Auf diese Weise ist die für den Luftdurchtritt
verfügbare Querschnittsfläche praktisch gleich der Differenz zwischen der Querschnittsfläche
des Rohres 2 und dem Gesamtflächeninhalt der Düsenmündungen 7. Auf Grund einer Reihe
praktischer Versuche wurden besonders zufriedenstellende Ergebnisse bei Wasserdrücken
von 10,5 bis I4at (techn.) und vier parallelen Düsenmündungen von je 5,79I mm (0,228
Zoll) Durchmesser erhalten, welche mit ihren Mitten gegenseitig um jeweils 8,5 mm
auseinanderstehen, wobei die Düsen in ein
Rohr münden, das einen
Durchmesser von 38 mm aufweist und das 34 cm lang ist. Wie zu ersehen, ist bei einem
derartigen Gerät das Verhältnis der Querschnittsfläche des Rohres 2 zu dem Gesamtflächeninhalt
der Düsenmündungen ungefähr IO: I, während die Rohrlänge neunmal größer als der
Durchmesser des Rohres ist.
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Bei dem in Fig. 3 gezeigten abgeänderten Gerät ist das parallelwandige
Rohr von der Mündungsscheibe getrennt, und die Luft tritt hier anstatt durch eigens
an dem Rohr dafür vorgesehene (Sffnungen unmittelbar an dem offenen Ende des Mischrohres
ein. Das Mischrohr ist in Fig. 3 unter I2 dargestellt, wobei dasselbe durch eine
Scheibe I3 abgestützt ist, durch die die Stangen 14 hindurchgehen; die Stangen 14
sind dabei ihrerseits an einer Flanschmuffe I4a gehalten, in der die Mündungsscheibe
4 eingesetzt ist.