RU2083247C1

RU2083247C1 - Device for liquid spraying

Info

Publication number: RU2083247C1
Application number: RU94003528A
Authority: RU
Inventors: Евгений Александрович Глотов; Ирина Георгиевна Суворова
Original assignee: Харьковский государственный технический университет строительства и архитектуры
Priority date: 1994-02-01
Filing date: 1994-02-01
Publication date: 1997-07-10

Abstract

FIELD: fire-fighting equipment. SUBSTANCE: the offered device has Laval nozzle whose narrowing channel is connected with air supply line, toroidal vortex chamber located between narrowing and expanding channels, additional chamber which is connected with toroidal vortex chamber means of ejecting holes from one side and with liquid supply line from the other side. EFFECT: higher efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится к противопожарной технике и предназначено для создания газожидкостных, туманообразных завес, пены средней кратности и газопорошковых струй. The invention relates to fire fighting equipment and is intended to create gas-liquid, fog-like curtains, medium-frequency foam and gas-powder jets.

Известны устройства для распыления жидкостей, состоящие из корпуса с боковыми входными тангенциальными прорезями и выходным отверстием. Known devices for spraying liquids, consisting of a housing with lateral inlet tangential slots and an outlet.

Недостатком известных устройств является то, что с помощью данных устройств невозможно получить туманообразную (аэрозольную) струю и стабильную дисперсность капель в диапазоне от 0,005 до 0,4 мм при небольших давлениях на входе в устройстве (0,4 0,9 МПа). A disadvantage of the known devices is that using these devices it is impossible to obtain a misty (aerosol) jet and a stable dispersion of droplets in the range from 0.005 to 0.4 mm at low inlet pressures in the device (0.4 0.9 MPa).

Известно, что распыленные струи эффективны для тушения пожаров путем охлаждения горючего материала. В этом случае уменьшение диаметра капель огнетушащей жидкости ведет к увеличению общей поверхности капель и коэффициента теплопередачи, а также к снижению удельных расходов воды на тушение. С учетом изложенного устройства не повышают достаточно эффективность средств пожаротушения только лишь за счет равномерного распределения жидкости по сечению факела при достаточно больших диаметрах капель (0,5 0,6 мм) в распыленной струе, что не позволяет расширить зону его применения в производстве быстрогорящих материалов. Spray jets are known to be effective in fighting fires by cooling a combustible material. In this case, a decrease in the diameter of the droplets of the extinguishing liquid leads to an increase in the total surface of the droplets and the heat transfer coefficient, as well as to a decrease in the specific extinguishing water consumption. In view of the above device, the effectiveness of fire extinguishing agents does not increase sufficiently only due to the uniform distribution of liquid over the cross section of the torch with sufficiently large droplet diameters (0.5 to 0.6 mm) in the sprayed jet, which does not allow expanding the area of its application in the production of quick-burning materials.

Наиболее близким устройством к предлагаемому является устройство для распыления жидкостей, в котором при получении сигнала о возникновении аварийной ситуации осуществляют одновременную подачу в устройство через штуцеры жидкости и сжатого атмосферного воздуха (газа). The closest device to the proposed one is a device for spraying liquids, in which, upon receipt of a signal about an emergency, they simultaneously supply liquid and compressed atmospheric air (gas) to the device through fittings.

Недостатком известного устройства является то, что получение стабильной дисперсности капель обеспечивается сложной конструкцией устройства и, как результат этого, невысокая надежность работы за счет наличия перемещающегося подпружиненного штока с дифлектором, кроме того, это не позволяет использовать данное устройство для распыления порошков. A disadvantage of the known device is that obtaining a stable dispersion of droplets is ensured by the complex design of the device and, as a result of this, low reliability due to the presence of a moving spring-loaded rod with a diffuser, in addition, this does not allow the use of this device for spraying powders.

Поставленные задачи упрощение конструкции, повышение надежности и расширение функциональной возможности устройства для распыления жидкости решаются предложенным устройством. The set tasks simplify the design, increase reliability and expand the functionality of the device for spraying liquid are solved by the proposed device.

На чертеже изображено предлагаемое устройство. The drawing shows the proposed device.

Предлагаемое устройство содержит корпус 1 со штуцерами 2 и 3 для подключения к питающим магистралям и подачи жидкости и сжатого атмосферного воздуха (газа), сопло Лаваля, состоящее из сужающего 4 и расширяющего 5 каналов, торовидную вихревую камеру 6, расположенную между сужающим и расширяющим каналами, дополнительную кольцевую камеру 7, которая соединена с торовидной вихревой камерой с помощью эжектирующих отверстий 8. The proposed device comprises a housing 1 with fittings 2 and 3 for connecting to the supply lines and supplying liquid and compressed atmospheric air (gas), a Laval nozzle consisting of a narrowing 4 and expanding 5 channels, a toroidal vortex chamber 6 located between the narrowing and expanding channels, an additional annular chamber 7, which is connected to a toroidal vortex chamber using ejection holes 8.

Принцип работы устройства заключается в следующем. При возникновении аварийной ситуации (одного из признаков пожара) поступает сигнал на подачу сжатого атмосферного воздуха (газа). Сжатый воздух (газ) под давлением P₁ поступает в сужающий канал 4, на выходе которого скорость истечения газа W будет обратно пропорциональна площади сечения канала F и плотности газа S, что следует из уравнения расхода

На выходе из сужающего канала поток воздуха (газа) будет иметь максимальную скорость, что приведет к уменьшению давления на выходе сужающего канала до P₂, при этом отношение давлений на выходе канала по отношению к входу достигает критического значения, при котором

Благодаря тому, что газовая струя, выходящая из сужающего канала, обладает большой кинетической энергией, она на расстоянии от выходного отверстия сужающего канала до входного отверстия расширяющего канала сохраняет компактную форму, при которой диаметр газовой струи не превосходит диаметра входного отверстия расширяющего канала. Увеличение скорости газового потока на выходе сужающего канала приводит к тому, что молекулы атмосферного воздуха, которые находятся в вихревой камере, увлекаются скоростным потоком, это приводит к уменьшению давления ниже атмосферного в вихревой торовидной и кольцевой камерах. Эжектируемая жидкость под действием атмосферного давления поступает через штуцер 2 в кольцевую камеру 7, из которой жидкость в виде тонких струек, диаметр которых зависит от диаметра эжектирующих отверстий 8, поступает в вихревую торовидную камеру 6.The principle of operation of the device is as follows. In the event of an emergency (one of the signs of a fire), a signal is supplied to supply compressed air (gas). Compressed air (gas) under pressure P ₁ enters the narrowing channel 4, at the output of which the gas flow rate W will be inversely proportional to the cross-sectional area of the channel F and gas density S, which follows from the flow equation

At the exit from the narrowing channel, the air (gas) flow will have a maximum speed, which will lead to a decrease in pressure at the output of the narrowing channel to P ₂ , while the ratio of the pressures at the channel exit relative to the inlet reaches a critical value at which

Due to the fact that the gas jet exiting the narrowing channel has a high kinetic energy, it at a distance from the outlet of the narrowing channel to the inlet of the expanding channel maintains a compact shape in which the diameter of the gas stream does not exceed the diameter of the inlet of the expanding channel. An increase in the gas flow velocity at the exit of the narrowing channel leads to the fact that the molecules of the atmospheric air that are in the vortex chamber are carried away by the high-speed flow, this leads to a decrease in the pressure below atmospheric in the vortex toroid and annular chambers. The ejected liquid under atmospheric pressure enters through the nozzle 2 into the annular chamber 7, from which the liquid in the form of thin streams, the diameter of which depends on the diameter of the ejecting holes 8, enters the vortex toroid chamber 6.

Количество эжектирующих отверстий и их диаметр позволяет изменять количество и диаметр элементарных струек в торовидной камере, что в итоге влияет на диаметр капель в газожидкостной струе на выходе устройства от 5 мкм и более в случае, если эжектируется вода. Если эжектируется 6-ный раствор для получения пены, то на кратность, если эжектируется порошок с достаточной текучестью, то на плотность газопорошковой струи. Благодаря тому, что на выходе сужающего канала скорость газового потока может достигать скорости звука, при котором он имеет достаточную кинетическую энергию, в вихревой торовидной камере 6 образовывается вихревой поток, состоящий из тонких струек. Количество вихрей в торовидной камере будет зависеть от числа Рейнольдса (Re). Тонкие струйки увлекаются скоростным газовым потоком и на расстояние от выходного отверстия сужающего канала до входного отверстия расширяющего канала начинают дробиться на мелкие каналы. Так как после сужающего канала расположен расширяющий канал, то скорость в расширяющем канале газового потока еще больше увеличится, что приведет к еще большему дроблению капель, диаметр которых будет прямо пропорционален удвоенному произведению коэффициента выбора и поверхностного натяжения жидкости и обратно пропорционален плотности газа и квадрату разности скоростей газового потока и скорости жидкости. В результате чего, на выходе устройства получается газожидкостная струя. Если через штуцер 2 эжектируется раствор для получения пены, то в вихревой торовидной камере образуются пенные струйки, которые затем дробятся описанным выше способом. Аналогичные процессы происходят, когда эжектируется огнетушащий порошок достаточной текучести. The number of ejection holes and their diameter allows you to change the number and diameter of elementary streams in the toroidal chamber, which ultimately affects the diameter of the droplets in the gas-liquid stream at the output of the device from 5 μm or more in case water is ejected. If the 6th solution is ejected to produce foam, then by a factor, if the powder is ejected with sufficient fluidity, then by the density of the gas-powder jet. Due to the fact that the gas flow velocity can reach the speed of sound at the output of the narrowing channel, at which it has sufficient kinetic energy, a vortex flow consisting of thin streams is formed in the vortex toroid chamber 6. The number of vortices in the toroidal chamber will depend on the Reynolds number (Re). Thin streams are carried away by a high-speed gas flow and begin to break up into small channels at a distance from the outlet of the narrowing channel to the inlet of the expanding channel. Since the expansion channel is located after the narrowing channel, the velocity in the expansion channel of the gas stream will increase even more, which will lead to even greater fragmentation of droplets, the diameter of which will be directly proportional to the double product of the selection coefficient and surface tension of the liquid and inversely proportional to the gas density and the square of the velocity difference gas flow and fluid velocity. As a result, a gas-liquid jet is obtained at the output of the device. If a solution is ejected through the nozzle 2 to produce foam, then foam trickles are formed in the vortex toroid chamber, which are then crushed as described above. Similar processes occur when a fire extinguishing powder of sufficient fluidity is ejected.

Расход на выходе устройства Q₃ равен сумме расходов сжатого воздуха (газа) Q₁ и эжектируемой жидкости или порошка Q₂
Q₃=Q₁+Q₂.The flow rate at the output of the device Q ₃ is equal to the sum of the flow rates of compressed air (gas) Q ₁ and the ejected liquid or powder Q ₂
Q ₃ = Q ₁ + Q ₂ .

В НПО "Энергосталь" г. Харькова были проведены лабораторные испытания устройства для распыления жидкости в следующем диапазоне внешних параметров на входе в устройство:
Давление воздуха 0,4 0,9 МПа
Расход воздуха 10 30 г/с
Расход жидкости 0,1 0,4 кг/с
Давление жидкости 0,1 МПа.In NPO Energostal, Kharkov, laboratory tests of a device for spraying liquid were carried out in the following range of external parameters at the device inlet:
Air pressure 0.4 0.9 MPa
Air consumption 10 30 g / s
Liquid flow rate 0.1 0.4 kg / s
Liquid pressure 0.1 MPa.

Измерение дисперсного состава струи производилось на расстоянии 4 м от устройства. Средний диаметр капель, зависящий от геометрических параметров устройства, составил 0,005 мм. The dispersed composition of the jet was measured at a distance of 4 m from the device. The average droplet diameter, depending on the geometric parameters of the device, was 0.005 mm.

Лабораторные испытания подтвердили предполагаемый результат. Laboratory tests confirmed the intended result.

Claims

A device for spraying liquid, comprising a housing with water and air supply channels, an annular chamber connected to the water supply channel, characterized in that it has a Laval nozzle consisting of a tapering and expanding channel, in which the tapering channel is connected to the air supply line, toroidal a vortex chamber located between the tapering and expanding channels, an additional annular chamber, which is connected to the toroidal vortex chamber by ejection holes on one side and with the air supply line and on the other.