NO337676B1

NO337676B1 - Safety device for reducing fluid pressure impact in a fluid pipe arrangement

Info

Publication number: NO337676B1
Application number: NO20141098A
Authority: NO
Inventors: Stein Madland
Original assignee: Fire Prot Engineering As
Priority date: 2014-09-12
Filing date: 2014-09-12
Publication date: 2016-06-06
Also published as: NO20141098A1; WO2016039633A1

Description

SIKKERHETSANORDNING FOR REDUSERING AV FLUIDTRYKKSTØT I ET FLUIDRØROPPLEGG SAFETY DEVICE FOR REDUCING FLUID PRESSURE SHOCK IN A FLUID PIPE ARRANGEMENT

Oppfinnelsen vedrører en sikkerhetsanordning for redusering av fluidtrykkstøt i et fluidrøropplegg. Oppfinnelsen vedrører mer bestemt en sikkerhetsanordning for redusering av vanntrykkstøt i et vannrøropplegg, så som en tilførselsledning i brannvannssystem. The invention relates to a safety device for reducing fluid pressure surges in a fluid pipe system. The invention relates more specifically to a safety device for reducing water pressure surges in a water pipe system, such as a supply line in a fire water system.

Vanntrykkstøt (eller, mer generelt, fluidtrykkstøt) er en trykkstøtbølge eller -bølge forårsaket når et fluid (vanligvis en væske, men enkelte ganger også en gass) i bevegelse tvinges til å stoppe eller å forandre retning brått (forandring i bevegelses-mengde). Et vanntrykkstøt opptrer i alminnelighet når en ventil stenger brått ved en ende av et rørledningssystem, og en trykkbølge forplanter seg i røret. Det kalles også hydraulisk støt. Trykkbølgen kan forårsake store problemer, fra støy og vibrasjon til at røret bryter sammen. Det er mulig å redusere effektene av vanntrykkstøtpulsene med akkumulatorer, ekspansjonstanker, utjevningstanker og andre trekk. Et anvendelsesområde hvor vanntrykkstøt er et alvorlig problem er brannbekjempelse ved bruk brannvannskanoner. En brannvannskanon er en anordning som brukes til å slå ned en brann i et bra nn risi koom råde. Brannvannskanonen er typisk lokalisert i avstand fra det området den beskytter, og kan dekke området med en vannsprut eller en vannstråle fra en avstand til brannen. Brannvannskanonen kan typisk være lokalisert i en avstand på 20 til 40 meter fra det området den beskytter. Vannkanonen kan roteres, og elevasjonsvinkelen for avgivelsen av vannet kan justeres opp eller ned. Brannvannskanonen kan være fjernstyrt, ved bruk av hydraulisk eller elektrisk fjernstyring, den kan være forsynt med en svingende anordning, hvilket vil forårsake at den svinger over en forhåndsinnstilt sektor, eller den kan opereres rent manuelt. Vannrøropplegg i slike systemer fører høytrykks vannsøyler som går med svært høye hastigheter. Vanntrykkstøtet forårsakes av den brå reduksjonen i tverrsnittsstrømningsareal som vannsøylen i bevegelse i den tørre seksjonen av røropplegget opplever når den når vannkanonens dyse, som har et mye mindre tverrsnittsareal enn materøret. Vanntrykkstøt-effekter i slike systemer, for eksempel ved åpning av utblåsings ventilen, kan lett frembringe trykkstøtbølger over 100 bar, i den siste tørre rør-seksjonen som er forbundet til utblåsingsventilen. Jo lengre denne tørre rørseksjonen er, jo større er vanntrykkstøteffekten, hvilket er årsaken til at innen kjent teknikk holdes de tørre rørseksjonene (mellom den siste utblåsingsventilen og vannkanonen) generelt korte (hvilket ikke er ønskelig for brannbekjempelse, ettersom du ikke kan komme nær brannen), eller det brukes dedikerte kostbare ventilsystemer svært nær enden av røropplegget. Water pressure shock (or, more generally, fluid pressure shock) is a pressure shock wave or wave caused when a fluid (usually a liquid, but sometimes also a gas) in motion is forced to stop or to change direction suddenly (change in momentum). A water pressure surge generally occurs when a valve closes suddenly at one end of a pipeline system, and a pressure wave propagates in the pipe. It is also called hydraulic shock. The pressure wave can cause major problems, from noise and vibration to pipe collapse. It is possible to reduce the effects of the water pressure shock pulses with accumulators, expansion tanks, equalization tanks and other features. One area of application where water pressure surges are a serious problem is fire fighting using fire water cannons. A fire water cannon is a device that is used to extinguish a fire in a fire or danger. The fire water cannon is typically located at a distance from the area it protects, and can cover the area with a spray of water or a jet of water from a distance from the fire. The fire water cannon can typically be located at a distance of 20 to 40 meters from the area it protects. The water cannon can be rotated, and the elevation angle for the release of the water can be adjusted up or down. The fire water cannon can be remotely controlled, using hydraulic or electric remote control, it can be provided with a swinging device, which will cause it to swing over a pre-set sector, or it can be operated purely manually. Water piping in such systems carries high-pressure water columns that travel at very high speeds. The water pressure surge is caused by the abrupt reduction in cross-sectional flow area that the moving column of water in the dry section of the pipework experiences when it reaches the nozzle of the water cannon, which has a much smaller cross-sectional area than the feed pipe. Water pressure shock effects in such systems, for example when opening the blow-off valve, can easily produce pressure shock waves over 100 bar, in the last dry pipe section connected to the blow-off valve. The longer this dry pipe section is, the greater the water pressure shock effect, which is why in the prior art the dry pipe sections (between the last exhaust valve and the water cannon) are generally kept short (which is not desirable for fire fighting, as you cannot get close to the fire) , or dedicated expensive valve systems are used very close to the end of the pipework.

US 3018799 offentliggjør en annen sikkerhetsanordning for redusering av fluidtrykkstøt. US 3018799 discloses another safety device for reducing fluid pressure shock.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller å redusere i det minste én av ulempene ved kjent teknikk, eller i det minste å skaffe tilveie et nyttig alternativ til kjent teknikk. The purpose of the invention is to remedy or to reduce at least one of the disadvantages of known technology, or at least to provide a useful alternative to known technology.

Formålet oppnås ved trekk som er angitt i nedenstående beskrivelse og i de etter-følgende krav. The purpose is achieved by features that are specified in the description below and in the following requirements.

Oppfinnelsen er angitt i de uavhengige patentkravene. De avhengige kravene angir fordelaktige utførelsesformer. The invention is set out in the independent patent claims. The dependent claims set forth advantageous embodiments.

I et første aspekt vedrører oppfinnelsen en sikkerhetsanordning for redusering av fluidtrykkstøt i et fluidrøropplegg for transport av en fluidsøyle i en nedstrømsretning. Sikkerhetsanordningen omfatter en diffusor plassert i et senterområde av fluidsøylen i operasjonell bruk, for omleding av fluid fra senterområdet i fluidsøylen til utsiden. Diffusoren omfatter et konisk eller klokkeformet legeme, hvor det koniske eller klokkeformede legemet er anordnet aksialt i forhold til fluidrøropplegget, og hvor en smal ende av det koniske eller klokkeformede legemet er rettet i oppstrømsretning. In a first aspect, the invention relates to a safety device for reducing fluid pressure surges in a fluid pipe system for transporting a fluid column in a downstream direction. The safety device comprises a diffuser placed in a central area of the fluid column in operational use, for redirection of fluid from the central area of the fluid column to the outside. The diffuser comprises a conical or bell-shaped body, where the conical or bell-shaped body is arranged axially in relation to the fluid pipe arrangement, and where a narrow end of the conical or bell-shaped body is directed in the upstream direction.

Effektene av kombinasjonen av trekkene ifølge oppfinnelsen er som følger. I operasjonell bruk av sikkerhetsanordningen inne i et fluidrøropplegg forandrer diffusoren i senterområdet bevegelsesretningen for det innkommende fluidet, hvilket senker hastigheten av fluidsøylen før den treffer for eksempel et uttak eller en brannvannskanon som er montert nedstrøms for diffusoren ved enden av røropplegget. Beregninger har vist at strømningshastigheten kan reduseres med 40 % til 50 % i noen utførelsesformer av oppfinnelsen. Plassering av diffusoren i senterområdet er særlig virksomt fordi strømningshastigheten inne i et fluidrøropplegg typisk er høyest i senterområdet. Det virksomme strømningstverrsnittsarealet er dog også I litte grann redusert, men dette gir kun et lite trykkfall ved nominell fluidstrøm (typisk ved 5 til 10 bar). Bruken av et konisk eller klokkeformet legeme i senterområdet av fluidrøropplegget som har sin smale ende pekende i oppstrømsretning, er en praktisk og effektiv måte til å oppnå virkningen av omleding av fluid fra senterområdet til det utvendige eller ytre området. Det som menes med uttrykkene "oppstrøms" og "nedstrøms" er videre illustrert i beskrivelsen av figurene, men slike uttrykk er likevel ganske alminnelige uttrykk for personen med fagkunnskap innen teknikken. The effects of the combination of features according to the invention are as follows. In operational use of the safety device inside a fluid piping arrangement, the diffuser in the center area changes the direction of movement of the incoming fluid, which lowers the speed of the fluid column before it hits, for example, an outlet or a fire water cannon mounted downstream of the diffuser at the end of the piping arrangement. Calculations have shown that the flow rate can be reduced by 40% to 50% in some embodiments of the invention. Placing the diffuser in the center area is particularly effective because the flow rate inside a fluid pipe arrangement is typically highest in the center area. The effective flow cross-sectional area is also slightly reduced, but this only results in a small pressure drop at nominal fluid flow (typically at 5 to 10 bar). The use of a conical or bell-shaped body in the center region of the fluid pipe arrangement which has its narrow end pointing in the upstream direction is a practical and effective way of achieving the effect of diverting fluid from the center region to the outer or outer region. What is meant by the expressions "upstream" and "downstream" is further illustrated in the description of the figures, but such expressions are nevertheless fairly general terms for the person with technical knowledge.

I en utførelsesform av sikkerhetsanordningen ifølge oppfinnelsen omfatter diffusoren videre en trakt for redusering av et tverrsnittsareal av fluidsøylen i lengderetningen i operasjonell bruk. Trakten danner en virksom anordning for å senke fluidhastigheten så vel som danne et høyere trykk i senterområdet, slik at fluidsøylen presses til utsiden etter passering gjennom trakten. I utførelsesformer hvor trakten er kombinert med det koniske eller klokkeformede legemet, er trakten fortrinnsvis plassert opp-strøms for det koniske eller klokkeformede legemet, og tverrsnittsarealet reduseres i nedstrømsretning. Trakten plassert foran det klokkeformede legemet danner en virksom anordning for å senke fluidhastigheten så vel som å rette fluidsøylen på det klokkeformede legemet, i og med at fluidet blir mer virksomt omledet. In an embodiment of the safety device according to the invention, the diffuser further comprises a funnel for reducing a cross-sectional area of the fluid column in the longitudinal direction in operational use. The funnel forms an effective device for lowering the fluid velocity as well as creating a higher pressure in the center area, so that the column of fluid is pushed to the outside after passing through the funnel. In embodiments where the funnel is combined with the conical or bell-shaped body, the funnel is preferably located upstream of the conical or bell-shaped body, and the cross-sectional area is reduced in the downstream direction. The funnel placed in front of the bell-shaped body forms an effective device for lowering the fluid velocity as well as straightening the column of fluid on the bell-shaped body, in that the fluid is more effectively diverted.

I en utførelsesform av sikkerhetsanordningen ifølge oppfinnelsen er trakten forsynt med åpninger rundt sin omkrets, for å tillate fluidet å strømme ut fra senterområdet i fluidsøylen til utsiden. Implementering av åpninger rundt omkretsen av trakten bidrar til omledingen av fluidsøylen, i og med at fluid kan strømme ut fra det indre området i trakten. In one embodiment of the safety device according to the invention, the funnel is provided with openings around its circumference, to allow the fluid to flow out from the center area of the fluid column to the outside. Implementation of openings around the perimeter of the funnel contributes to the redirection of the fluid column, in that fluid can flow out from the inner area of the funnel.

I en utførelsesform av sikkerhetsanordningen ifølge oppfinnelsen omfatter trakten en serie av deltrakter som er plassert aksialt i forhold til hverandre, og hvor nevnte deltrakter er plassert slik at det dannes en åpning mellom hvert nabopar av nevnte deltrakter, hvor nevnte åpning er for å tillate fluidet å strømme ut fra senterområdet av fluidsøylen til utsiden. Implementering av åpninger mellom hver av deltraktene i en serie av deltrakter bidrar til omledingen av fluidsøylen, i og med at fluid kan strømme ut fra det indre området i trakten. Denne utførelsesform en kan også kombineres med den forutgående utførelsesformen. In an embodiment of the safety device according to the invention, the funnel comprises a series of partial funnels which are placed axially in relation to each other, and where said partial funnels are placed so that an opening is formed between each neighboring pair of said partial funnels, where said opening is to allow the fluid to flow out from the center region of the fluid column to the outside. Implementation of openings between each of the partial funnels in a series of partial funnels contributes to the redirection of the fluid column, in that fluid can flow out from the inner area of the funnel. This embodiment can also be combined with the preceding embodiment.

I en utførelsesform av sikkerhetsanordningen ifølge oppfinnelsen omfatter sikkerhetsanordningen videre minst én blendeplate anordnet nedstrøms for diffusoren. Blendeplater bidrar ytterligere til å senke hastigheten til fluidsøylen. In one embodiment of the safety device according to the invention, the safety device further comprises at least one baffle plate arranged downstream of the diffuser. Baffles further help to slow down the velocity of the fluid column.

I en utførelsesform av sikkerhetsanordningen ifølge oppfinnelsen er sikkerhetsanordningen konfigurert til å plasseres inne i fluidrøropplegget og fastgjøres til et endeparti av fluidrøropplegget. Denne utførelsesformen er fordelaktig, fordi den sørger for en plassbesparende løsning. Uttrykt på en annen måte, sikkerhetsanordningen plasseres inne i fluidrøropplegget, og krever således ikke ytterligere plass nedstrøms for enden av fluidrøropplegget. In one embodiment of the safety device according to the invention, the safety device is configured to be placed inside the fluid pipe system and fixed to an end part of the fluid pipe system. This embodiment is advantageous, because it provides a space-saving solution. Expressed in another way, the safety device is placed inside the fluid pipe arrangement, and thus does not require additional space downstream of the end of the fluid pipe arrangement.

I en utførelsesform av sikkerhetsanordningen ifølge oppfinnelsen er sikkerhetsanordningen fri for bevegelige deler. Det er en betydelig fordel ved oppfinnelsen at anordningen er en fullt ut passiv mekanisk struktur, dvs. at den ikke krever noen bevegelige deler. En utførelsesform uten slike bevegelige deler er således svært fordelaktig. In one embodiment of the safety device according to the invention, the safety device is free of moving parts. It is a significant advantage of the invention that the device is a fully passive mechanical structure, i.e. that it does not require any moving parts. An embodiment without such moving parts is thus very advantageous.

I en utførelsesform av sikkerhetsanordningen ifølge oppfinnelsen er sikkerhetsanordningen fri for reservoarer eller ekspansjonskamre. Det er en betydelig fordel ved oppfinnelsen at anordningen ikke krever noen bevegelige deler. En utførelsesform uten slike ekspansjonskamre er således svært fordelaktig, dvs. plassbesparende. In one embodiment of the safety device according to the invention, the safety device is free of reservoirs or expansion chambers. It is a significant advantage of the invention that the device does not require any moving parts. An embodiment without such expansion chambers is thus very advantageous, i.e. space-saving.

I en utførelsesform av sikkerhetsanordningen ifølge oppfinnelsen er sikkerhetsanordningen fri for fjærende elementer. Det er en vesentlig fordel ved oppfinnelsen at anordningen er en fullt ut passiv mekanisk struktur, dvs. at den ikke krever noen fjærende elementer. En utførelsesform uten slike fjærende organer er således svært fordelaktig. In one embodiment of the safety device according to the invention, the safety device is free of springy elements. It is a significant advantage of the invention that the device is a fully passive mechanical structure, i.e. that it does not require any springy elements. An embodiment without such resilient members is thus very advantageous.

Heretter følger et par anvendelsesområder av sikkerhetsanordningen ifølge oppfinnelsen. Oppfinnelsen er imidlertid ikke begrenset til disse anvendelses-områdene. Vanntrykkstøt eller fluidtrykkstøt er et problem som opptrer i mange forskjellige systemer. A couple of application areas of the safety device according to the invention follow. However, the invention is not limited to these areas of application. Water pressure shock or fluid pressure shock is a problem that occurs in many different systems.

I et andre aspekt vedrører oppfinnelsen et vannsystem omfattende et vannrøropplegg med et endeparti for forbindelse til et uttak, hvor endepartiet av vannrøropplegget er forsynt med en sikkerhetsanordning i henhold til oppfinnelsen. Denne utførelses-formen danner et første anvendelsesområde for oppfinnelsen. In another aspect, the invention relates to a water system comprising a water pipe system with an end part for connection to an outlet, where the end part of the water pipe system is provided with a safety device according to the invention. This embodiment forms a first application area for the invention.

I et tredje aspekt vedrører oppfinnelsen et brannvannssystem omfattende et brannvannsrøropplegg med et endeparti for forbindelse til en brannvannskanon, hvor endepartiet av brannvannsrøropplegget er forsynt med en sikkerhetsanordning i henhold til oppfinnelsen. Denne utførelsesformen danner et andre anvendelsesområde for oppfinnelsen. In a third aspect, the invention relates to a fire water system comprising a fire water pipe system with an end part for connection to a fire water cannon, where the end part of the fire water pipe system is provided with a safety device according to the invention. This embodiment forms a second area of application for the invention.

I det følgende beskrives et eksempel på en foretrukket utførelsesform illustrert på de ledsagende tegningene, hvor: The following describes an example of a preferred embodiment illustrated in the accompanying drawings, where:

Fig.l viser et vannrøroppleggsystem med en sikkerhetsanordning i samsvar med en første utførelsesform av oppfinnelsen; Fig. 2 viser sikkerhetsanordningen på fig. 1; Fig. 3 illustrerer et hovedprinsipp bak oppfinnelsen; Fig. 4 illustrerer en spesifikk del av sikkerhetsanordningen på fig. 1 i nærmere Fig.l shows a water pipe installation system with a corresponding safety device with a first embodiment of the invention; Fig. 2 shows the safety device in fig. 1; Fig. 3 illustrates a main principle behind the invention; Fig. 4 illustrates a specific part of the safety device of fig. 1 in more detail

detalj; detail;

Fig. 5 en annen sikkerhetsanordning i samsvar med en andre utførelsesform av Fig. 5 another safety device in accordance with a second embodiment of

oppfinnelsen, og the invention, and

Fig. 6 illustrerer vannstrømmen i utførelsesformen på fig. 5. Fig. 6 illustrates the water flow in the embodiment of fig. 5.

Det skal påpekes at de ovennevnte utførelsesformer illustrerer snarere enn begrenser oppfinnelsen, og at de som har fagkunnskap innen teknikken vil være i stand til å designe mange alternative utførelsesformer uten å avvike fra omfanget av de ved-føyde krav. I kravene skal eventuelle henvisningstegn plassert mellom parenteser ikke fortolkes som begrensende for kravet. Bruk av verbet "omfatte" og dets konjugasjoner utelukker ikke tilstedeværelsen av andre elementer eller trinn enn de som er angitt i et krav. Artikkelen "en" eller "et" foran et element utelukker ikke tilstedeværelsen av en flerhet av slike elementer. Oppfinnelsen kan implementeres ved hjelp av maskinvare omfattende flere atskilte elementer. I anordningskravet som lister opp flere midler, kan flere av disse midlene gis konkret form av en og samme gjenstand av maskinvare. Kun den kjensgjerning at visse foranstaltninger er anført i innbyrdes forskjellige avhengige krav, angir ikke at en kombinasjon av disse foranstaltningene ikke med fordel kan brukes. Gjennomgående på figurene er like eller korrespon-derende trekk angitt med samme henvisningstall eller -merker. It should be pointed out that the above embodiments illustrate rather than limit the invention, and that those skilled in the art will be able to design many alternative embodiments without departing from the scope of the appended claims. In the claims, any reference signs placed between brackets shall not be interpreted as limiting the claim. Use of the verb "comprise" and its conjugations does not exclude the presence of elements or steps other than those set forth in a claim. The article "a" or "an" before an element does not exclude the presence of a plurality of such elements. The invention can be implemented by means of hardware comprising several separate elements. In the device requirement that lists several means, several of these means can be given concrete form by one and the same item of hardware. The mere fact that certain measures are set forth in mutually different dependent claims does not indicate that a combination of these measures cannot be advantageously used. Throughout the figures, similar or corresponding features are indicated with the same reference numbers or symbols.

I utførelsesformene som heretter beskrives er det et sterkt fokus på brannvanns-systemer. Oppfinnelsen er imidlertid over hodet ikke begrenset til slike systemer. Oppfinnelsen kan anvendes på ethvert fluidsystem. Alle steder hvor ordet "vann" brukes, kan dette således erstattes med "fluid", innbefattende enhver væske eller gass, eller blandinger av disse. Figur 1 viser et vannrøroppleggsystem 1 med en sikkerhetsanordning i samsvar med en første utførelsesform av oppfinnelsen. Vannrøroppleggsystemet 1 i dette eksempelet er et brannvannskanonsystem, som omfatter en såkalt vannkanon 200 som er montert på et vannrøropplegg 900. Figuren viser også en sikkerhetsanordning 100 i samsvar med oppfinnelsen, som er montert inne i vannrøropplegget 900. Figur 2 viser sikkerhetsanordningen 100 på fig. 1. Sikkerhetsanordningen 100 omfatter et sett av bæreribber 10 (i denne utførelsesformen 4) som i det minste tjener til mekanisk ramme sammen med delene som er montert derpå. Andre mekaniske rammekonstruksjoner er også mulige. I en oppstrøms side 900u av sikkerhetsanordningen 100 er det anordnet i diffusor 50. I denne utførelsesformen omfatter diffusoren 50 en trakt 53, som er satt i serie med og oppstrøms 900u for et konisk eller klokkeformet legeme 52. I denne utførelsesformen omfatter trakten 53 tre deltrakter 54, 56, 58 plassert i serie og med avstand fra hverandre. Diameteren av den midtre deltrakten 56 er ved dens bredeste side hovedsakelig lik diameteren dens forgjenger 54. Diameteren ved den smaleste siden av hver den midtre deltrakten 56 er hovedsakelig lik diameteren av dens etterfølger 58. Nedstrøms 900d for diffusoren 50 er det plassert en blendeplate 60, som ytterligere senker hastigheten av vann-strømmen. Figur 2 viser videre en koblingsflens 70, som tjener til å koble sikkerhetsanordningen 100 til en ende av vannrøropplegget (ikke vist) og til å kobles til en vannkanon (ikke vist). Koblingsflensen 70 kan være utformet til å passe sammen med dimensjonen av brannvannskanonen som skal brukes. Dimensjonen av bæreribbene 10 og diffusorelementene må tilpasses dimensjonen av vannrøropplegget som den skal brukes i. I tilfelle oppfinnelsen anvendes i en brannvannskanon, kan dimen-sjonene lages til å passe til forskjellige rørflensdimensjoner (tre tommer, fire tommer, seks tommer, åtte tommer, ti tommer eller tolv tommer). In the embodiments described below, there is a strong focus on fire water systems. However, the invention is not limited to such systems. The invention can be applied to any fluid system. Wherever the word "water" is used, this can thus be replaced by "fluid", including any liquid or gas, or mixtures thereof. Figure 1 shows a water pipe installation system 1 with a safety device in accordance with a first embodiment of the invention. The water pipe installation system 1 in this example is a fire water cannon system, which comprises a so-called water cannon 200 which is mounted on a water pipe installation 900. The figure also shows a safety device 100 in accordance with the invention, which is mounted inside the water pipe installation 900. Figure 2 shows the safety device 100 in fig. 1. The safety device 100 comprises a set of carrier ribs 10 (in this embodiment 4) which at least serve as a mechanical frame together with the parts mounted thereon. Other mechanical frame constructions are also possible. In an upstream side 900u of the safety device 100, it is arranged in a diffuser 50. In this embodiment, the diffuser 50 comprises a funnel 53, which is set in series with and upstream 900u of a conical or bell-shaped body 52. In this embodiment, the funnel 53 comprises three partial funnels 54, 56, 58 placed in series and spaced apart. The diameter of the central sub-funnel 56 is substantially equal to the diameter of its predecessor 54 at its widest side. The diameter of the narrowest side of each central sub-funnel 56 is substantially equal to the diameter of its successor 58. Downstream 900d of the diffuser 50 is placed a baffle plate 60, which further lowers the speed of the water flow. Figure 2 further shows a connecting flange 70, which serves to connect the safety device 100 to one end of the water pipe system (not shown) and to be connected to a water cannon (not shown). The coupling flange 70 may be designed to match the dimension of the fire water cannon to be used. The dimension of the support ribs 10 and the diffuser elements must be adapted to the dimension of the water pipe system in which it is to be used. In case the invention is used in a fire water cannon, the dimensions can be made to fit different pipe flange dimensions (three inches, four inches, six inches, eight inches, ten inches or twelve inches).

Sikkerhetsanordningen 100 kan i tillegg forsynes med en tømmeventil 80, men dette er bare en valgmulighet. Tømmeventiler brukes til å tilveiebringe en viss reduksjon av det gjenværende trykkstøtet. Slike ventiler er typisk fullt åpne i beredskapssituasjon, og de stenger automatisk etter et forhåndsbestemt tidsintervall med hjelp av vanntrykk når brannvannskanonen trykksettes. The safety device 100 can also be provided with an emptying valve 80, but this is only an option. Relief valves are used to provide some reduction of the residual pressure shock. Such valves are typically fully open in an emergency situation, and they close automatically after a predetermined time interval with the help of water pressure when the fire water cannon is pressurized.

Hovedformålet med diffusoren 50 er å forandre retningen av vannstrømmen slik at vann fra et senterområde i vannrøropplegget omledes til utsiden. Dette vil bli forklart med henvisning til fig. 3, som illustrerer et hovedprinsipp bak oppfinnelsen. Figuren viser et forstørret riss av diffusoren omfattende det koniske eller klokkeformede legemet 52 og serien av deltrakter 54, 56, 58, som tidligere omtalt. Det illustreres også åpningene 55, 57 mellom deltraktene 54, 56, 58. Vannstrømmen er illustrert ved hjelp av de stiplede pilene. Alle elementene i diffusoren 50 bidrar til en omledning av vannet fra et senterområde 920 til utsiden, hvor "utside" skal forstås som de ytre områdene 922 av tverrsnittsarealet av vannrøropplegget som er illustrert på fig. 3. Hva angår trakten, oppnås denne effekten ved tilveiebringelse av nevnte åpninger 55, 57 mellom deltraktene 54, 56, 58. I en alternativ utførelsesform kan deltraktene 54, 56, 58 være forsynt med hull for å slippe ut vannet. I enda en alternativ utførelses-form brukes en stor trakt som har slike hull, istedenfor tre deltrakter. Figur 3 illustrerer også klarere at en smal ende 52-1 av det koniske eller klokkeformede legemet er rettet i oppstrømsretning 900u. The main purpose of the diffuser 50 is to change the direction of the water flow so that water from a central area in the water pipe system is diverted to the outside. This will be explained with reference to fig. 3, which illustrates a main principle behind the invention. The figure shows an enlarged view of the diffuser comprising the conical or bell-shaped body 52 and the series of partial funnels 54, 56, 58, as previously discussed. The openings 55, 57 between the partial funnels 54, 56, 58 are also illustrated. The water flow is illustrated using the dashed arrows. All the elements in the diffuser 50 contribute to a redirection of the water from a central area 920 to the outside, where "outside" is to be understood as the outer areas 922 of the cross-sectional area of the water pipe arrangement illustrated in fig. 3. As regards the funnel, this effect is achieved by providing said openings 55, 57 between the partial funnels 54, 56, 58. In an alternative embodiment, the partial funnels 54, 56, 58 can be provided with holes to let the water out. In yet another alternative embodiment, a large funnel is used which has such holes, instead of three partial funnels. Figure 3 also illustrates more clearly that a narrow end 52-1 of the conical or bell-shaped body is directed in the upstream direction 900u.

Figur 4 illustrerer en spesifikk del av sikkerhetsanordningen 100 på fig. 1 i nærmere detalj. Denne figuren tjener til å illustrere blendeplaten 60 i nærmere detalj. Blendeplaten 60 omfatter en flerhet av hull 61 som er fordelt likt over overflaten. Blendeplater som sådan er velkjente komponenter, i alle fall bidrar de til en senking av vannhastigheten. Figure 4 illustrates a specific part of the safety device 100 in fig. 1 in more detail. This figure serves to illustrate the aperture plate 60 in more detail. The aperture plate 60 comprises a plurality of holes 61 which are distributed equally over the surface. Baffle plates as such are well-known components, in any case they contribute to a lowering of the water velocity.

Utførelsesformen av sikkerhetsanordningen 100 som illustrert med henvisning til fig. 1-4 virker som følger (i en brannvannskanon). Når vannet begynner å bevege seg i tørr seksjon av vannrøropplegget, vil det treffe sikkerhetsanordningen 100 med høy hastighet (flere meter pr. sekund). Når vannet treffer sikkerhetsanordningen 100, vil det møte de tre deltraktene i hurtig rekkefølge. Tverrsnittsarealet i lengderetningen reduseres sterkt over disse deltraktene 54, 56, 58, og vannet vil presses ut gjennom åpningene 55, 57. Etter at den gjenværende delen av vannet har passert gjennom den tredje deltrakten 58, vil det treffe det koniske eller klokkeformede legemet 52, som presser dette gjenværende vannet også til utsiden. Fra der hvor strømnings-hastigheten i senterområdet 920 var høyest før vannsøylen traff sikkerhetsanordningen 100, har vi nå nådd situasjonen hvor vannet i senterområdet 920 har blitt fullstendig stoppet og tvunget til det utvendige området 922. Etter diffusoren 50 vil vannet møte blendeplaten 60 (men dette elementet er fullstendig valgfritt), som ytterligere vil senke vannstrømningshastigheten. The embodiment of the safety device 100 as illustrated with reference to fig. 1-4 works as follows (in a fire water cannon). When the water begins to move in the dry section of the water pipe system, it will hit the safety device 100 at high speed (several meters per second). When the water hits the safety device 100, it will meet the three partial funnels in rapid succession. The cross-sectional area in the longitudinal direction is greatly reduced over these partial funnels 54, 56, 58, and the water will be forced out through the openings 55, 57. After the remaining part of the water has passed through the third partial funnel 58, it will strike the conical or bell-shaped body 52, which pushes this remaining water to the outside as well. From where the flow rate in the center area 920 was highest before the water column hit the safety device 100, we have now reached the situation where the water in the center area 920 has been completely stopped and forced to the outer area 922. After the diffuser 50, the water will meet the baffle plate 60 (but this element is completely optional), which will further decrease the water flow rate.

Summen av arealene av åpningene 54, 56, 58 innbefattende åpningen 58 mellom den tredje deltrakten og det koniske eller klokkeformede legemet 52, er fortrinnsvis tilpasset til å korrespondere med strømningsarealet av brannvannkanonen 200. Det samme gjelder for summen av arealene av hullene 61 i blendeplaten 60, som fortrinnsvis også er lik strømningsarealet for brannvannskanonen 200. The sum of the areas of the openings 54, 56, 58 including the opening 58 between the third partial funnel and the conical or bell-shaped body 52 is preferably adapted to correspond with the flow area of the fire water cannon 200. The same applies to the sum of the areas of the holes 61 in the baffle plate 60 , which is preferably also equal to the flow area for the fire water cannon 200.

Figur 5 illustrerer en annen sikkerhetsanordning 100' i samsvar med en andre utførelsesform av oppfinnelsen. I denne utførelsesformen er det en ekstra blendeplate 65 som er plassert nedstrøms for den første blendeplaten 60. Figur 6 illustrerer vannstrømmen i utførelsesformen på fig. 5 ved hjelp av de fete pillinjene. Det er klart illustrert hvordan vannet tvinges til å strømme fra senterområdet til de utvendige områdene, i likhet med utførelsesformen på fig. 1-4, dvs. at vannhastighetsprofilen til vannsøylen er vesentlig forandret i og med at hastigheten i senterområdet ikke lenger er høyere enn i det utvendige området. Hvert av elementene vil frembringe en ytterligere reduksjon i strømningshastighet. Figure 5 illustrates another safety device 100' in accordance with a second embodiment of the invention. In this embodiment, there is an additional baffle plate 65 which is placed downstream of the first baffle plate 60. Figure 6 illustrates the water flow in the embodiment of fig. 5 using the bold arrow lines. It is clearly illustrated how the water is forced to flow from the center area to the outer areas, similar to the embodiment in fig. 1-4, i.e. that the water velocity profile of the water column is significantly changed in that the velocity in the center area is no longer higher than in the outer area. Each of the elements will produce a further reduction in flow rate.

Sikkerhetsanordningen som beskrevet med henvisning til figurene kan installeres på en brannvannskanon eller annet brannvannsrøropplegg. Sikkerhetsanordningen reduserer vanntrykkstøtet, som oppstår når det tomme røropplegget fylles med vann. Tverrsnittsarealet av strømmen reduseres med 80-90 % når vannet treffer dysen av brannvannskanonen. Trykkstøtet ved dysen kan lett nå opp i 100 bar, som til og med kan fullstendig rive av dysen eller den siste delen av røropplegget. Av denne årsaken blir brannvannskanoner i dag typisk sjeldent brukt. The safety device as described with reference to the figures can be installed on a fire water cannon or other fire water piping system. The safety device reduces the water pressure shock, which occurs when the empty pipe system is filled with water. The cross-sectional area of the flow is reduced by 80-90% when the water hits the nozzle of the fire water cannon. The pressure shock at the nozzle can easily reach up to 100 bar, which can even completely tear off the nozzle or the last part of the pipework. For this reason, fire water cannons are typically rarely used today.

Når brannvannskanoner brukes, er de konvensjonelt montert overveiende direkte på en automatisk utblåsingsventil, slik at den tørre seksjonen av vannrøropplegget (delen mellom ventilen og dysen/vannkanonen) forblir kort. Dette betyr at konvensjonelt er det et behov for en utblåsingsventil pr. brannvannskanon, hvilket er en forholdsvis kostbar løsning. Alternativt må systemene være designet med en svært kort tørr seksjon av vannrøropplegget, hvilket betyr at dysen ikke kan være langt borte fra utblåsingsventilen, selv om det ønskelig av utblåsingsventilen er lokalisert så langt som mulig fra de farlige stedene. When fire water cannons are used, they are conventionally mounted predominantly directly on an automatic blow-off valve, so that the dry section of the water piping (the part between the valve and the nozzle/water cannon) remains short. This means that conventionally there is a need for an exhaust valve per fire water cannon, which is a relatively expensive solution. Alternatively, the systems must be designed with a very short dry section of the water pipework, which means that the nozzle cannot be far away from the blow-off valve, although desirably the blow-off valve is located as far as possible from the hazardous locations.

Dette er eksakt der hvor oppfinnelsen tilveiebringer en løsning, fordi oppfinnelsen gjør det mulig enten å designe den tørre seksjonen av vannrøropplegget lengre, eller det er nå mulig å dele den kostbare automatiske utblåsingsventilen mellom flerfoldige brannvannskanoner. This is exactly where the invention provides a solution, because the invention makes it possible either to design the dry section of the water piping system longer, or it is now possible to share the expensive automatic blow-out valve between multiple fire water cannons.

Oppfinnelsen tilveiebringer en enkel mekanisk enhet som kan installeres i eksisterende eller nye vannsystemer, og vil gi en virksom hydraulisk demping av vannhastigheten når vannet passerer gjennom vannrøropplegget. Dette vil bidra til en virksom reduksjon av trykkbølgen i vannsystemet, så som en brannvannskanon. Sikkerhetsanordningen er svært enkel å installere, og krever ikke noen modifikasjon av konfigurasjonen av røropplegget, og vil kun resultere i et lite nominelt trykkfall i den nominelle strømmen. Derfor, i tilfelle av bruk på et brannslukkingssystem, vil slukkeegenskapene ikke bli forandret. The invention provides a simple mechanical device that can be installed in existing or new water systems, and will provide an effective hydraulic damping of the water velocity when the water passes through the water piping system. This will contribute to an effective reduction of the pressure wave in the water system, such as a fire water cannon. The safety device is very easy to install, and does not require any modification to the configuration of the pipework, and will only result in a small nominal pressure drop in the nominal flow. Therefore, in case of use on a fire extinguishing system, the extinguishing properties will not be changed.

Claims

1. Safety device (100, 100') for reducing fluid pressure surges in a fluid pipe arrangement (900) for transporting a column of fluid in a downstream direction (900d), where the safety device (100, 100') comprises a diffuser (50) placed in a center area (920) in the fluid column in operational use for redirecting fluid from the center area (920) in the fluid column to the outside (922), characterized in that the diffuser (50) comprises a conical or bell-shaped body (52), where the conical or bell-shaped body (52 ) is arranged axially in relation to the fluid pipe arrangement (900), and where a narrow end (52-1) of the conical or bell-shaped body (52) is directed in the upstream direction (900u).

2. Safety device (100, 100') according to claim 1, characterized in that the diffuser (50) further comprises a funnel (53) for reducing a cross-sectional area of the fluid column in the longitudinal direction in operational use.

3. Safety device (100, 100') according to claim 2, characterized in that the funnel (53) is provided with openings around its circumference to allow the fluid to flow out from the center area (920) in the fluid column to the outside (922).

4. Safety device (100, 100') according to claim 2 or 3, characterized in that the funnel (53) comprises a series of partial funnels (54, 56, 57) which are placed axially in relation to each other, and where said partial funnels (54 , 56, 58) are positioned so that an opening (55, 57) is formed between each neighboring pair of said partial funnels (54, 56, 58), where said opening (55, 57) is to allow the fluid to flow out from the center area (920) in the fluid column to the outside (922).

5. Safety device (100, 100') according to any one of the preceding claims, characterized in that the safety device (100, 100') further comprises at least one baffle plate (60, 65) arranged downstream of the diffuser (50).

6. Safety device (100, 100') according to any one of the preceding claims, characterized in that the safety device (100, 100') is configured to be placed inside the fluid pipe arrangement (900) and is fixed to an end part of the fluid pipe arrangement (900).

7. Safety device (100, 100') according to any of the preceding claims, characterized in that the safety device (100, 100') is free of moving parts.

8. Safety device (100, 100') according to any of the preceding claims, characterized in that the safety device (100, 100') is free of reservoirs or expansion chambers.

9. Safety device (100, 100') according to any of the preceding claims, characterized in that the safety device (100, 100') is free of springy elements.

10. Water system (1) comprising a water pipe arrangement (900) with an end part for connection to an outlet, where the end part of the water pipe arrangement (900) is provided with a safety device (100, 100') according to any of the preceding claims.

11. Fire water system (1) comprising a fire water pipe arrangement (900) with an end part for connection to a fire water cannon (200), where the end part of the fire water pipe arrangement (900) is provided with a safety device (100, 100') according to any of the claims 1 to 9.