способ получения аэрозоля мелкораспыленной воды и диоксида углерода и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ получения аэрозоля мелкораспыленной воды и диоксида углерода, включающий ускорение потока водного раствора и повышение его турбулентности за счет закручивания в центробежном распылителе, отличающийся тем, что в воде предварительно растворяют диоксид углерода с концентрацией не менее 2-3 г/л и поверхностно-активное вещество с концентрацией 3-5 г/л, а ускорение потока достигают перепадом давления азота в резервуаре, равным не менее 10 МПа.

2. Устройство для получения аэрозоля мелкораспыленной воды и диоксида углерода, содержащее резервуар для приготовления и хранения под давлением водного раствора диоксида углерода и поверхностно-активного вещества, диспергирующее устройство, соединенное трубопроводом с расположенной в резервуаре сифонной трубкой, отличающееся тем, что на резервуаре установлено запорно-пусковое устройство с манометром для подачи водного раствора диоксида углерода и поверхностно-активного вещества, а на сферической крышке диспергирующего устройства установлены центробежные распылители с соплами диаметром не более 0,5 мм и завихрителями с двухзаходными винтовыми каналами, при этом суммарная площадь сопел меньше площади проходного сечения сифонной трубки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии получения аэрозоля из мелкораспыленной воды и газообразного диоксида углерода и предназначено для тушения пожаров объемным способом в герметичных помещениях кораблей и судов, а также других объектов.

В настоящее время известны способы получения аэрозоля из мелкораспыленной воды и газа, одни из которых диспергирование воды обеспечивают за счет сверхзвукового потока газа в эжекторных устройствах, а другие - за счет подачи потока газа в поток жидкости через отверстия в сифонной трубке установки.

Так, известен способ создания газокапельной струи [1], который заключается в использовании эжектирующего действия сверхзвуковой газовой струи, подаваемой в газоструйный двухступенчатый насадок, для диспергирования подсасываемой жидкости.

Известен также модуль пожаротушения распыленной жидкостью [2], включающий резервуар для жидкости и нейтрального газа, запорно-пусковое устройство (ЗПУ) и сифонную трубку в резервуаре, имеющую боковые сквозные отверстия в ее верхней части, через которые газ устремляется в поток жидкости, подаваемой к распылителю. Произведен патентный поиск, выявлен аналог, он же является одновременно прототипом.

Общие недостатки указанных аналогов заключаются в невозможности получения однородного высокого диспергирования жидкости с диаметром капель 1-10 мкм и значительный расход газа, составляющий 25-30% от массового расхода жидкости. Указанные недостатки снижают огнетушащую эффективность получаемого аэрозоля, а также обуславливают значительное увеличение массогабаритных характеристик установок пожаротушения.

Задачей изобретения является увеличение однородности и высокой степени диспергирования жидкости и, как следствие, повышение огнетушащей эффективности аэрозоля путем уменьшения времени тушения и огнетушащей концентрации аэрозоля. Кроме того, уменьшение огнетушащей концентрации аэрозоля ведет к уменьшению необходимых запасов воды и сжатого газа, а следовательно, к снижению массо-габаритных характеристик пожарной установки в целом.

Данная задача достигается тем, что по способу получения аэрозоля мелкораспыленной воды и диоксида углерода, включающему ускорение потока водного раствора и повышение его турбулентности за счет закручивания в центробежном распылителе, согласно изобретению, в воде предварительно растворяют диоксид углерода с концентрацией 2-3 г/л и поверхностно-ативное вещество (ПАВ) с концентрацией 3-5 г/л, а ускорение потока достигают за счет перепада давления азота в резервуаре не менее 10 МПа. Такой перепад давления обеспечивает качественный распыл предлагаемого водного раствора, а быстрое испарение-вскипание диоксида углерода в атмосфере защищаемого помещения взрывает капли, образуя более мелкие капли и пузырьки диаметром не более 1-10 мкм. Наличие ПАВ снижает поверхностное натяжение воды, что также способствует образованию более мелких капель и пузырьков.

Выделившийся при испарении диоксид углерода снижает концентрацию кислорода в атмосфере защищаемого помещения.

Все это обуславливает повышение огнетушащей эффективности образованного по данному способу аэрозоля мелкораспыленной воды и диоксида углерода

Указанный технический результат достигается и тем, что устройство для получения аэрозоля мелкораспыленной воды и диоксида углерода, содержащее резервуар для приготовления и хранения под давлением водного раствора диоксида углерода и ПАВ, диспергирующее устройство, соединенное трубопроводом с сифонной трубкой, снабжено установленным на резервуаре запорно-пусковым устройством (ЗПУ) с манометром для подачи водного раствора диоксида углерода и поверхностно-активного вещества, а на сферической крышке диспергирующего устройства установлены центробежные распылители с соплами диаметром не более 0,5 мм и завихрителями с двухзаходными винтовыми каналами. Для обеспечения заданного перепада давления перед центробежными распылителями суммарная площадь сечения их сопел меньше площади проходного сечения сифонной трубки.

Для получения заданного размера капель распыленной воды диспергирующее устройство снабжено сеткой, возмущающей поток жидкости перед входом в центробежные распылители. Геометрическая характеристика завихрителя с двухзаходными винтовыми каналами выбрана из условия А=1,7-2,1. Данное условие определяется формулой:

где Dвр - диаметр вращения потока жидкости относительно завихрителя, мм:

d_c - диаметр сопла, мм;

Н=2 - число входных винтовых каналов;

F_вх - площадь сечения одного канала, мм².

Принятое значение геометрической характеристики распылителя обеспечивает заданную дисперсность капель при угле раскрытия конусообразного потока капель в пределах 60-80°.

Выбранный угол расположения осей распылителей на крышке устройства и угол раскрытия потока капель обеспечивают дополнительное дробление капель при их соударении. Все это обуславливает получение мелкораспыленной воды с заданным наименьшим размером капель.

Схема диспергирующего устройства для получения аэрозоля мелкораспыленной воды и диоксида углерода изображена на фиг.1. На фиг.2 представлен распылитель центробежного типа, входящий в состав диспергирующего устройства.

Устройство для получения аэрозоля содержит резервуар 1, разделенный уровнем жидкости на жидкостной 2 и газовый 4 объемы. Резервуар 1 снабжен сифонной трубкой 3, соединенной с ЗПУ 5 с манометром 6 и приводом исполнения 7. Трубопровод 11 направляет поток жидкости в диспергирующее устройство 8 с сеткой 10 и распылителями центробежного типа 9. Для обеспечения автоматического режима работы устройства при тушении пожара ЗПУ 5 через привод 7 и прибор 13 электрически соединен с пожарными извещателями 12. Кроме того, ЗПУ 5 имеет дублирующее ручное управление.

Распылитель центробежного типа (фиг.2) состоит из корпуса 14 с соплом диаметром (d _c) и завихрителя 15 с двухзаходными винтовыми каналами 16, имеющими диаметр вращения (D_вр).

Способ создания аэрозоля мелкораспыленной воды и диоксида углерода осуществляется следующим образом.

Сначала в установленный вертикально резервуар 1 через ЗПУ 5 и сифонную трубку 3 заливают воду и ПАВ из расчета 3/4 объема резервуара 1. Затем в резервуар 1 подают сжатый диоксид углерода до создания концентрации 2-3 г/л, после чего в резервуар 1 подают азот до создания в нем давления не менее 10 МПа. Выполнив операцию по зарядке, ЗПУ 5 закрывают и к нему подсоединяют трубопровод 11 с диспергирующим устройством 8.

О готовности устройства пожаротушения к работе судят по показанию манометра. При возникновении возгорания в защищаемом помещении извещатели 12 подают сигнал на прибор 13, который в свою очередь вырабатывает импульс на открытие ЗПУ 5. При необходимости ЗПУ 5 скрывают вручную.

Под действием перепада давления сжатого газа в резервуаре 1 водный раствор диоксида углерода и ПАВ через сифонную трубку 3, ЗПУ 5, трубопровод 11 поступает в диспергирующее устройство 8. Проходя через сетку 10, водный раствор очищается от механических примесей и частично турбулизуется. Далее водный раствор поступает в корпуса распылителей 14, где в каналах 16 завихрителя 15 поток приобретает вращательное движение и турбулизуется, за счет чего при выходе из сопла конусообразная тончайшея пелена жидкости разрывается с образованием конусообразного пустотелого потока капель.

Тонкость и однородность распыла жидкости зависит от выбранных оптимальных значений перепада давления в резервуаре, геометрической характеристики распылителей, концентрации диоксида углерода и ПАВ в водном растворе.

Наличие ПАВ в водном растворе снижает поверхностное натяжение воды, тем самым улучшает распад ее пелены на капли.

Быстрое испарение-вскипание диоксида углерода при снижении давления до атмосферного взрывает капли, образуя из них более мелкие капли и пузырьки.

Описанный способ получения аэрозоля мелкораспыленной воды и диоксида углерода позволяет увеличить однородность и тонкость распыливания воды и, следовательно, повысить огнетушащую эффективность аэрозоля за счет уменьшения времени и интенсивности его подачи.

Предлагаемое диспергирующее устройство, с помощью которого реализуется описанный выше способ получения аэрозоля, обеспечивает диспергировние жидкости до заданных значений его тонкости и однородности по составу.

Предложенное изобретение может использоваться в противопожарной технике для тушения пожаров объемным способом в помещениях кораблей и судов, а также других важных объектов.

Источники информации

1. Патент РФ №2066404 С1, 6 F 04 F 5 /14.

2. Патент РФ №2112572 С1, 6 А 62 С 5/00.