NO300530B1 - Sprederhode omfattende dyse med skruefjær som setter væske i hvirvelbevegelse - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et sprederhode omfattende en dyse med et hus, idet en skruefjær er anordnet foran dysens åpning på en slik måte at væske bringes til å flyte i en skruelinjeformet bane mellom fjærens vindinger for å sette væsken i en hvirvlende bevegelse før den forlater åpningen, hvilken skruefjær er plassert rundt et spindelelement som er innført i en hovedsakelig sylindrisk passasje i dysens hus.

Et slikt sprederhode er kjent fra DE 25 24 856. Her er imidlertid skruefjæren løst montert i huset, noe som gjør at konstruksjonen ikke virker på tilsiktet måte. Videre vil væske som tvinges til å passere huset, bringe skruefjæren i rotasjonsbevegelse. I tillegg til å redusere væskens hvirvlende rotasjonsbevegelse, forårsaker dette slitasje på sprederhodets bestanddeler.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe et sprederhode av den innledningsvis nevnte type som ikke er beheftet med ovennevnte mangler.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved at skruefjæren ved sin ende som vender bort fra dysens åpning ligger direkte eller indirekte an mot en flens av spindelelementet og utøver en kraft mot flensen.

Takket være spindelelementets flens holdes skruefjæren på plass når væske tvinges til å passere mellom skruefjærens ringformede passasjer og gis en kraftig hvirvelbevegelse. Flensen gjør det også mulig å variere skruefjærens indre diameter ved å presse skruefjæren mer eller mindre sammen. Derved kan spalten som dannes mellom fjærens indre diameter og spindelelementets ytre diameter varieres for å påvirke sprederhodets strømningsegenskaper.

Sprederhodet ifølge oppfinnelsen har også den fordel at strømningsegenskapene er mindre avhengig av drivvæskens arbeidstrykk. Når arbeidstrykket avtar, ekspanderer fjæren gradvis, hvorved tappen følger med og beveger seg fra sin bunnposisjon nær dyseåpningen. Dette resulterer i avtagende strømningsmotstand foran dyseåpningen, delvis fordi avstanden mellom skruefjærens vindinger øker og den skruelinjeformede strømningsbanes tverrsnitt således øker, og delvis fordi den aksiale lengde av den skruelinjeformede bane blir kortere.

Således vil mengden av utmatet væske pr. tidsenhet forbli hovedsakelig konstant til tross for variasjoner i arbeidstrykket. I mange tilfeller er det fordelaktig å benytte én eller flere hydrauliske akkumulatorer som drivenhet for væsken, hvorved det kan oppnås en hovedsakelig konstant mengde væskesprut til tross for et avtagende arbeidstrykk etterhvert som den hydrauliske akkumulator gradvis tømmes.

I det følgende vil oppfinnelsen bli beskrevet mer detaljert under henvisning til de vedføyede tegninger, som ved eksempel viser flere foretrukne utførelser, og hvor

fig. 1 viser et aksialsnitt av et sprederhode med en første utførelse av dysene ifølge oppfinnelsen,

fig. 2, 3 og 4 i forstørret målestokk viser et aksialsnitt av en individuell dyse ifølge fig. 1, under virkningen av forskjellige væsketrykk,

fig. 5 viser et aksialsnitt av et sprederhode med en andre utførelse av dysene ifølge oppfinnelsen,

fig. 6 og 7 i forstørret målestokk viser et aksialsnitt av den sentrale dyse på fig. 5 under virkningen av to forskjellige væsketrykk,

fig. 8 og 9 i forstørret målestokk viser et aksialsnitt av sidedysene på fig. 5 under virkningen av to forskjellige

væsketrykk,

fig. 10 - 14 viser en alternativ dyseutførelse, benyttet for en dyse som er anordnet sentralt i sprederhodet, under virkningen av forskjellige væsketrykk, og

fig. 15 viser dyser ifølge fig. 1-4 montert i et sprederhode forsynt med en utløserampulle.

På tegningene betegner henvisningstallet 1 et hus av et sprederhode med et innløp 2 for væske, fortrinnsvis med høyt trykk, helt opp til ca. 300 bar. Innløpet 2 fortsetter som en aksial kanal 3, som på fig. 1 fører til en sentralt anordnet dyse 4 og hvorfra det fører grenkanaler 7 som er rettet på skrå utover. Den sentrale dyse 4 og sidedysene 6 på fig. 1 utgjør en første foretrukken ut-førelse av oppfinnelsen og vil i det følgende bli beskrevet mer detaljert under henvisning til fig. 2, 3 og 4, som viser en sidedyse 6

Dysen 6 har et legeme eller en holder 7 som ved hjelp av gjenger 8 er skrudd inn i et sete som slutter seg til en grenkanal 5 i sprederhodets hus 1 . Gjennom holderen 7 forløper en forbindelse som, sett i retning fra kanalen 5, omfatter et sylindrisk parti hvis vegg er betegnet med 9 og som ender ved en ringformet stopper 10, og et konisk avsmalnende parti med et hvirvelkammerelement 11 som avgrenser et konisk avsmalnende hvirvelkammer 12 og en åpning 13.

Mellom den indre ende av holderen 7 og en stopper 14 som er utformet i dysesetet er det anordnet et filter, fortrinnsvis et skivelignende sintermetallfilter 15 med en sentral åpning gjennom hvilken det er ført en tapp 16 av en spindel med et sylindrisk parti 17 som når inn i holderens 7 sylindriske passasje og ender i en endeflate 18, som passer til den koniske flate av hvirvelkammeret 12 og som er

forsynt med f.eks. to - fire skråspor 19.

Rundt det sylindriske parti 17 av spindelen er det lagt en skruefjær 20 hvor den ene ende ligger an mot stopperen 10 og/eller den indre ende av hvirevelkammerelementet 11 , eller hvirvelkammerets 12 vegg, og den andre ende ligger an mot en flens 21 av spindelen, hvilken flens 21 i sin tur ligger an mot filteret 15. Fjæren 20 søker således å trykke spindelen bort fra hvirvelkammeret 12 og å trykke filteret 15 mot stopperen 14. Diameteren av flensen 21 er litt mindre enn diameteren av holderens 7 sylindriske passasje, ved 9, slik at det dannes en ringformet passasje 22 mellom flensen 21 og veggen 9 når spindelen er drevet mot (bunnen) veggen av hvirvelkammeret 12, som vist på fig. 3. I det ringformede rom mellom det sylindriske spindelparti 17 og veggen 9 av den sylindriske passasje er det dannet en skruelinjeformet bane 23 langs og mellom fjærens 20 vindinger; spindelpartiet 17 og fjæren 20 har fortrinnsvis slike dimensjoner at praktisk talt all den passerende væske følger den skruelinjeformede bane 23, og derved bibringes væsken en sterkt hvirvlende bevegelse i hvirvelkammeret 12 og videre ut gjennom åpningen 13.

På fig. 2 er sprederhodet enten uvirksomt eller det aktive væsketrykk er så lavt at fjæren tvinger filteret 15 til anlegg mot stopperen 14. Fjæren 20 er forholdsvis utstruk-ket og tverrsnittet av den skruelinjeformede bane 23 er forholdsvis stort. Det foreligger en spalte 24 mellom filteret 15 og enden av holderen 7. En fortrinnsvis koniske forlengelse 26 av tappelementet 16 når inn i innløpskanalen 5 og lukker kanalens 5 åpning. Den flate av flensen 21 som fjæren 20 ligger an mot, er hovedsakelig i plan med den indre ende av holderen 7.

På fig. 3 er sprederhodet aktivert og væsketrykket er høyt.

Trykkfallet, spesielt over den ringformede spalte 27 mellom konusen 26 og den omgivende kant av innløpskanalens 5 åpning og over den ringformede passasje 22 mellom flensen 21 og holderveggen 9, og i en viss grad også over filteret 15 og den skruelinjeformede bane 23, er så stort at fjæren 20 komprimeres inntil filteret 15 treffer holderen 7, og deretter fortsetter spindelen bevegelsen av seg selv på grunn av trykkfallet over de ringformede passasjer 27 og 22. Endeflaten 18 av spindelen når ned til kontakt med hvirvelkammerets bunnvegg og således blir den skruelinjeformede bane 23 meget trangere enn på fig. 2. En kraftig hvirvlende tåkelignende væskedusj sprøytes ut gjennom åpningen 13.

For sprederhoder som omhandles i foreliggende patentsøknad er det ofte hensiktsmessig å benytte én eller en flerhet av hydrauliske akkumulatorer som drivenhet og væskekilde.

Drivgasstrykket, og således væsketrykket, vil gradvis falle til en så lav verdi at fjæren 20 trykker spindelen løs fra hvirvelkammerelementet 11. Trykkfallene, spesielt over den ringformede passasje 22 og over den ringformede spalte 27, avbalanserer nå fjæren 20. Etterhvert som trykket fortsetter å falle, ekspanderer fjæren 20 videre inntil den koniske forlengelse eventuelt blokkerer innløpskanalen 5, hvor filteret 15 ligger nær eller mot stopperen 14.

I tilstanden på fig. 4 sikres en ønsket sentrert posisjo-nering av spindelen ved hjelp av den koniske forlengelse 26 av tappelementet 16 til tross for den sideveis eller radiale klaring mellom filteret 15 og stopperen 14 og klaringen 25 mellom tappelementet 16 og filteret 15. En sentrert posisjon er ønskelig for å oppnå jevn bredde av de ringformede passasjer 22 og 27 helt rundt og således oppnå en hovedsakelig forhåndsbestembar strømningsmotstand gjennom disse passasjer. Væskestrømningen forbi konusen 26 sentrerer automatisk spindelkonstruksjonen. Det bør imidlertid bemerkes at det i mange tilfeller også vil kunne oppnås et tilfredsstillende resultat uten en forlengelse 26, dvs. hvor tappelementet ender ved eller litt ovenfor filteret 15, f.eks. som tappelementet 32 på fig. 5-7.

Ved å variere den aksiale lengde av det sylindriske tapp-element 16 og/eller helningsvinkelen av forlengelsen 26, er det mulig å lukke innløpet 5 ved et forhåndsbestemt væsketrykk, da fjæren 20 ved avtagende drivtrykk ekspanderer gradvis fra tilstanden på fig. 3 via tilstanden på fig. 5 tilbake til tilstanden på fig. 2. Ved utførelsen på fig. 1-4 lukker forlengelsen 26 innløpet 5 like før eller samtidig med at filteret 15 kommer i kontakt med stopperen 14. Forlengelsen 26 vil selvsagt alternativt kunne ha hovedsakelig kjeglestumpform. Hvis sporene 19 utelates, vil dysen være lukket i posisjonen på fig. 3 og vil åpne seg ved et forhåndsbestembart redusert trykk. Filteret 15 spiller bare en mindre, neglisjerbar rolle for å skape disse trykkfall som styrer dysens funksjon, men et filter anbefales for rensning av væsken.

I tilstanden på fig. 4 er tverrsnittet av den skruelinjeformede bane 23 større enn på fig. 3. Resultatet av dette er at væskemengden ut av åpningen ikke avtar proporsjonalt med det avtagende væsketrykk, men forblir overraskende konstant, skjønt hvirvelbevegelsen av væsketåken avtar suksessivt og dråpestørrelsen øker.

Trykket av fjæren 20 så vel som de ringformede passasjer 22 og 27 kan varieres i henhold til varierende betraktninger når det gjelder væskemengde, dråpestørrelse, ønsket drivtrykk etc. på forskjellige trinn av en brannsluknings-prosedyre. Forskjellige sprederhoder i en installasjon for brannslukning vil kunne tilpasses individuelt, og likeledes individuelle dyser i ett sprederhode.

I sistnevnte tilfelle er det først og fremst den sentrale dyse i et sprederhode, som på fig. 1, som kan tilpasses for å avvike fra sidedysene, f.eks. på en slik måte at fjæren er noe sterkere enn fjærene i sidedysene, hvorved det ved et redusert væsketrykk er mulig å bibeholde en forholdsvis kraftig væskesprut eller -stråle i hovedretningen i lengre tid. Dette vil kunne utnyttes, f.eks. i en bærbar pistol-lignende brannslukningsanordning som vist i norsk patent-søknad nr. 950983, på en slik måte at det samtidig med en kraftig væskestråle i hovedretningen gjennom en sentral dyse, tilveiebringes en skjerm av væsketåke ved hjelp av sidedysene, hvorved det blir mulig å komme på nært hold av en voldsom brann som utvikler intens varme. En slik manuelt betjenbar anordning kan uten vanskeligheter kon-strueres på en slik måte at arbeids- eller væsketrykket kan varieres etter ønske under slukkeprosedyren.

Ved hjelp av dyser ifølge oppfinnelsen oppnås en spesielt gunstig virkning når hydrauliske akkumulatorer ifølge norsk patentsøknad nr. 951480 benyttes som drivenhet. Slike hydrauliske akkumulatorer har et utløpsrør med veggåpninger slik at drivgass blir blandet inn i slukkevæsken etter at gasstrykket har avtatt til et forhåndsbestemt nivå. I det innledende trinn i henhold til fig. 3, oppnås en kraftig hvirvlende væsketåke med små dråper og god gjennomtreng-ningskraft, i begynnelsen av trinnet ifølge fig. 4 oppnås større dråper med god evne til å kjøle varme flater og ulmebranner, og deretter, ved gradvis avtagende drivtrykk og økende mengder av innblandet gass, og gradvis retur til tilstanden på fig. 2, vil en fullstendig oversvømmelse med til og med mindre dråper enn under det innledende trinn på fig. 3 kunne vedlikeholdes i lang tid.

Ved brannslukningsinstallasjoner hvor det benyttes en væskepumpe som drivenhet, gjør dysene ifølge oppfinnelsen det mulig å variere væskespruttypen under slukkeprosedyren ved å variere væskepumpens arbeidstrykk, eller ved å anordne ventiler for strupning av væskestrømningen og derved justere trykket. Rekkevidden for virkningen av hvert sprederhode kan derfor utvides og man kan klare seg med færre sprederhoder.

Ved utførelsen vist på fig. 5-9, med en sentral dyse 30 og sidedyser 31, er den sentrale dyse forsynt med en spindeltapp 32 med en aksial kanal 33 som ender i en struper 34. En skruefjær 35 er lagt rundt tappen 32 for å danne en skruelinjeformet strømningsbane 36 langs og mellom fjærens 35 vindinger. Denne utførelse frembringer hovedsakelig en ganske kraftig stråle som skaper en sugekraft som bringer med seg væsketåke som er frembragt av sidedysene 31, som kan være forsynt med en massiv spindeltapp 37 rundt hvilken det er anordnet en skruefjær 35 for å danne en skruelinjeformet strømningsbane 36. Tappen 37 er fortrinnsvis forsynt med et utvidet hodeparti 38 for å danne en ringformet passasje 39 mellom hodet 38 og den omgivende vegg av huset 1, for samme formål som forlengelsen 26 vist på fig. 1-4. Hodet 38 vil kunne være utformet for å blokkere innløpet 5 i posisjonen på fig. 8.

Fig. 6, 7, og 8 og 9 viser i likhet med fig. 2 og 3 situasjonen ved hhv. intet eller lavt væsketrykk og ved høyt væsketrykk. Selvsagt inntreffer situasjonen på fig. 4 også.

En ytterligere utførelse av oppfinnelsen er vist på fig.

10 - 14. Sprederhodets sidedyser 6 er av samme type som på fig. 1 - 4, og den sentrale dyse 60 er forsynt med en holder 61 som er skrudd inn i den nedre ende av sprederhodets sentrale kanal 3 og et hvirvelkammer 62 ved dyseåpningen. En skruefjær 63 er ved sin ene ende avstøttet mot hvirvelkammerets 62 vegg og ved sin andre ende mot et fortykket stempellignende parti av en spindel 64 som er bevegelig i den sentrale kanal 3, hvilket stempellignende parti danner omtrent den halvdel av spindelen som vender mot kanalens 3 innløp. Mellom spindelens 64 stempelparti og kanalens 3 vegg er det en ringformet passasje 71 . Gjennom spindelen 64 løper en aksial kanal 65 med en struper 66 ved innløpet og med avgreninger 67 til kanalen 3 etter spindelens stempelparti. Resten av spindelens 64 smalere parti 69, som fjæren 63 er lagt rundt, kan være massivt. Fjærens 63 vindinger danner en skruelinjeformet bane 70 mellom spindelpartiet 69 og det sylindriske parti av holderen 61 som er skrudd inn i enden av kanalen 3.

I uvirksom tilstand, som vist på fig. 10, tvinger fjæren 63 spindelen 64 til anlegg mot den sentrale kanals 3 innløp. En høytrykksvæske som strømmer gjennom bevirker et slikt trykkfall over struperen 66 og over den ringformede passasje 71 mellom spindelens 64 stempelparti og veggen av kanalen 3 at spindelen drives til bunnen mot den sentrale dyse 60, som vist på fig. 11, med det massive spindelpartis 69 fortrinnsvis koniske ende i anlegg mot den likeledes koniske vegg av hvirvelkammeret 62. Fjæren 63 er kompri-mert og den skruelinjeformede bane 70 som dannes av fjærens vindinger er trang og fortsetter, etter fjærens 63 ende,

i en passasje 72 som er dannet mellom spindelenden og veggen av hvirvelkammeret og som fører til dyseåpningen.

En foretrukken utførelse av passasjen 72, som ikke fremgår tydelig på fig. 11, er vist på fig. 12 og 13. Den koniske endeflate av spindelpartiet 69 er betegnet med 73, og et antall fortrinnsvis skrått forløpende spor, f.eks.

to - fire spor, i den koniske flate 73 er betegnet med 74. I posisjonen på fig. 12 frembringer den sentrale dyse 60 således en voldsomt hvirvlende væsketåke, på samme måte som sidedysene 6. Sporene 19 ved utførelsen på fig. 1 - 4 er fortrinnsvis anordnet på samme måte. Hvis sporene 74 utelates, vil den spesielle dyse være lukket i posisjonen på fig. 11.

Etter at væsketrykket har avtatt tilstrekkelig, inntar spindelen 64 en posisjon omtrent som på fig. 14. I denne posisjon avbalanserer trykkfallet over den ringformede passasje 71, struperen 66 og den skruelinjeformede bane 70, kraften av fjæren 63. Den skruelinjeformede bane 70 er nå videre enn på fig. 12, og matekanalene 5 til sidedysene 6 er hovedsakelig blokkert av spindelens 64 stempelparti. Det meste av væsken mates nå ut gjennom den sentrale dyse 60 som en kraftig konsentrert stråle.

Et effektivt trykkfall i tilstanden på fig. 14 kan alternativt gjennomføres ved hjelp av den ringformede passasje 71 alene, dvs. med struperen 66 blokkert. Den ringformede passasje 71 ville da være videre og ville muliggjøre en tilsvarende friere forbindelse til sidedysene på fig. 14.

Generelt tilveiebringer utførelsen ifølge fig. 10 - 14 et bredt variasjonsområde når det gjelder dråpestørrelser via den sentrale dyse 60, fordi lengden av fjærens 63 bevegelse er proporsjonal med en tilsvarende bred variasjon av tverrsnittet av den skruelinjeformede bane 70. Følgelig er virkningsrekkevidden for den sentrale væskestråle lang i posisjonen på fig. 14.

Fig. 15 viser et sprederhode med et antall sidedyser av samme type som på fig. 1-4. I posisjonen av de tidligere beskrevne sentrale dyser er det anordnet en holder 100 for en utløserampulle 101 som smelter eller brytes ved en bestemt øket temperatur. En spindel 102 som er anbragt i sprederhodets sentrale kanal 3 er innrettet til ved hjelp av en skruefjær 103 å kunne trykkes mot ampullen 101 med en kraft som alene ikke er i stand til å bryte ampullen, men som etter at ampullen har smeltet eller er brutt, driver spindelen 102 nedad fra posisjonen på fig. 15 og derved åpner væskeforbindelser fra sprederhodets innløp til sidedysene 6.

Spindelen 102 er forsynt med en aksial kanal 104 som begynner fra enden for innløpet 1 og via grener 85 ender i et ringformet kammer 106 mellom veggen av kanalen 3 og det motsatte endeparti 107 av spindelen 102, hvilket endeparti 107 er tettende innført i ampulleholderen 100. Mot spindelens 102 innløpsende ender det ringformede kammer 106 i et stempelparti 108 som er avtettet i forhold til veggen av kanalen 3. Den ringformede flate 109 som dannes av stem-pelet 108 er lik den flate av spindelens 102 innløpsende som påvirkes av væsketrykket som virker i innløpet 2. Væsketrykket i innløpet 2 er således avbalansert av den ringformede flate 109. Derfor vil sprederhodet kunne utsettes for meget høye trykk i innløpet 2, inkludert trykksjokk, uten å bryte ampullen 101. Et sprederhode som vist på fig. 15 kan anvendes til å styre aktiveringen av en flerhet av andre sprederhoder i henhold til hvilken som helst av figurene 1 - 14.

Claims (10)

1. Sprederhode omfattende en dyse (6) med et hus (7;61), idet en skruefjær (20; 35; 63) er anordnet foran dysens åpning (13) på en slik måte at væske bringes til å flyte i en skruelinjeformet bane (23; 36; 70) mellom fjærens vindinger for å sette væsken i en hvirvlende bevegelse før den forlater åpningen (13), hvilken skruefjær er plassert rundt et spindelelement (17; 32, 37; 69) som er innført i en hovedsakelig sylindrisk passasje (9) i dysens hus (7;

61), karakterisert ved at skruef jæren (20;

35; 63) ved sin ende som vender bort fra dysens åpning (13) ligger direkte eller indirekte an mot en flens (21) av spindelelementet (17; 32, 37; 69) og utøver en kraft mot flensen.

2. Sprederhode ifølge krav 1, karakterisert ved at flensen (21) har mindre diameter enn diameteren av den sylindriske passasje (9) slik at det dannes en ringformet passasje (22) mellom flensen (21) og passasjeveggen.

3. Sprederhode ifølge krav 1, karakterisert ved at spindelelementet (32, 37) har en gjennomgående aksial kanal (33) som i sin mot dysens åpning vendende ende oppviser en passasje (34) som danner en strupning i den aksiale kanal (33).

4. Sprederhode ifølge krav 3, karakterisert ved at spindelelementet (32,37) er forsynt med en avsmalnende forlengelse (26;38), som sammen med det omgivende hus danner en ringformet passasje (27; 39).

5. Sprederhode ifølge krav 4, karakterisert ved at den avsmalnende forlengelse (26) er innrettet til å blokkere matekanalen (5) ved et forhåndsbestemt væsketrykk.

6. Sprederhode ifølge krav 1, karakterisert ved at spindelelementets (17) bevegelse mot kraften av skruefjæren (20) begrenses av veggen av et konisk hvirvelkammer (12).

7. Sprederhode ifølge krav 1, karakterisert ved at skruef jæren (63) ved sin ende som vender bort fra dyseåpningen (13) ligger an mot et stempellignende parti (64) av en spindel som er anordnet i en kanal (3) i sprederhodet, at elementet (69) som skruefjæren (63) er lagt rundt er et parti av spindelen, at spindelelementets bevegelse i kanalen (3) i den ene endeposisjon begrenses av en stopper ved sprederhodets innløp (2) og i den andre endeposisjon begrenses av elementet (69) som skruefjæren (63) er lagt rundt og stanser mot dysehuset (61) nær dyseåpningen, fortrinnsvis mot veggen av det koniske hvirvelkammer (62), og at det foreligger en ringformet passasje (71) mellom det stempellignende parti (64) og den omgivende vegg av kanalen (3), idet passasjen (71) står i forbindelse med den skruelinjeformede bane (70) .

8. Sprederhode ifølge krav 1 eller 7, karakterisert ved at spindelelementet (69) er forsynt med en aksial kanal (65), som sett i retning fra sprederhodets innløp (2), står i forbindelse med den skruelinjeformede bane (70) som løper mellom skruefjærens (63) vindinger.

9. Sprederhode ifølge krav 6 eller 7, karakterisert ved at den endeflate (18; 73) av spindelelementet som ligger an mot hvirvelkammerveggen er forsynt med et antall skråspor (19; 74) for å tilveiebringe en passasje mellom anleggsflåtene av hvirvelkammerveggen og spindelendeflaten (18).

10. Sprederhode ifølge krav 6 eller 7, karakterisert ved at spindelelementets endeflate (18; 73) ligger tettende an mot hvirvelkammerveggen.