Патент на изобретение №2225732

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ДАЛЬНОБОЙНОСТИ СТРУИ

(57) Реферат:

Устройство для повышения дальнобойности струи, в котором основной рабочий поток делится на два самостоятельных коаксиальных потока, один из которых является рабочим, а в периферийной струе (потоке) за счет подсоса атмосферного воздуха и водного раствора ПАВ образуется высокократная пена, которая предохраняет основную струю (поток) от внешних возмущений. 1 ил.

Изобретение для увеличения дальнобойности струи относится, в частности, к противопожарной технике.

Известные устройства для увеличения дальнобойности струи не обеспечивают необходимую дальнобойность жидкости даже при повышении давления нагнетания рабочего раствора [3].

Это объясняется тем, что за счет поперечных возмущений начинается деформация цилиндра жидкости, которая приводит к неизбежному распаду струи на капли [1].

Известно устройство для снятия поперечных возмущений струи жидкости [2], которое достигается за счет испарения периферийной поверхности струи, паровая фаза которой предохраняет струю от внешних возмущений, благодаря чему сохраняется максимальная кинетическая энергия на значительных расстояниях от сопла.

Струя сформирована на этом принципе, способна обрабатывать сверхтвердые материалы, включая алмаз.

Такие устройства [2] сложны в изготовлении, потребляют значительные количества энергии для создания парового облака и никогда не найдут применения, например, для ликвидации пожаров при фактических расходах воды.

Известно устройство для повышения дальнобойности струи, в которую дозируется поверхностно активное вещество (ПАВ), а на выходе из сопла находится цилиндрический корпус, в котором установлены неподвижная сетка и дополнительная сетка с возможностью осевого перемещения [3].

Недостатком этого устройства является техническая сложность, низкая эффективность, так как в результате ввода дополнительной сетки неизбежно падение дальнобойности струи за счет снижения энергетики струи на этих дополнительных препятствиях.

Известным техническим решением к предлагаемому изобретению является устройство, которое содержит кожух, распылитель (сопло) и сетку, которая установлена с таким расчетом, чтобы площадь контакта основной части струи по отношению к площади сетки составляла 0,5-0,75 [4].

Такая конструкция позволяет увеличить дальнобойность струи в 2,5-3 раза.

Это объясняется тем, что периферийная зона струи имеет повышенную кратность пены по отношению к основному ядру потока и предохраняет его от внешних возмущений.

К недостаткам этого устройства необходимо отнести невозможность регулировать кратность пены периферийного участка струи, поэтому в рабочую часть потока попадает определенное количество воздуха, которое снижает кинетическую энергию этого потока.

Обязательным условием работоспособности устройства по изобретению [4] является дозировка ПАВ в весь объем жидкости в количествах до 3% с применением ПАВ типа ПО-6 или в количествах до 0,1-0,5% с применением ПАВ типа НЕОНОЛ, например, для целей пожаротушения.

Однако к основному недостатку этого устройства необходимо отнести снижение энергетики потока на величину площади сопротивления, определяемой площадью сетки (пятно тени струи, которое пропорционально двойной толщине нитей сетки, не считая площади узлов).

Эти недостатки в целом снижают дальность полета струи по сравнению с кинематическими возможностями твердого тела, направленного под углом к горизонту.

Наиболее близким к изобретению по техническому решению является устройство, описанное в патенте Франции [5].

Настоящее изобретение решает задачу увеличения дальнобойности струи при полном контроле за кратностью пены в периферийной зоне струи с одновременным снижением непроизводительных энергетических затрат и кратным снижением расхода ПАВ. Это достигается разделением основного потока на два, а именно периферийную кольцевую зону, в которую дозируются ПАВ и воздух в необходимых количествах, и струю рабочего потока.

Основная зона рабочего потока и периферийная зона, в которой создается пенная оторочка, разделены кольцевым пространством. Разделительная зона сообщена с атмосферой патрубком, проходящим радиально через кольцевую зону периферийного потока.

Диаметр патрубка, соединяющий кольцевой зазор между внешним диаметром рабочей струи и внутренним диметром периферийной струи, должен обеспечивать пропускную способность по воздуху в соотношении не менее 1:100(200), учитывая дозировку ПАВ, к производительности периферийной струи.

При работе установки в кольцевом пространстве между основным и вспомогательным потоками создается давление ниже атмосферного. Поэтому подача ингредиентов в периферийный поток для создания необходимой кратности и стабильности пены осуществляется без применения специальной подпорной аппаратуры и регулируется только соответствующими запорными вентилями.

Таким образом, сущность изобретения состоит в том, что устройство для повышения дальнобойности струи, содержащее корпус, цилиндрический насадок, коаксиально зафиксированный внутри корпуса и направляющий подачу периферийной струи, трубопровод подачи рабочего агента, коаксиально размещенный внутри насадка, и патрубок, радиально зафиксированный в межкольцевом пространстве цилиндрического насадка и трубопровода и предназначенный для подачи воздуха и поверхностно активного вещества в кольцевой зазор между основным и периферийным потоками, при этом в трубопроводе подачи рабочего агента выполнены перфорационные отверстия, а цилиндрический насадок заглушен шайбой, которая вставлена в трубопровод и заварена наглухо.

На чертеже изображена принципиальная схема конструкции устройства для повышения дальнобойности струи, например для средств пожаротушения.

Устройство включает цилиндрический корпус 1, соединенный с линией высокого давления. Внутри корпуса 1 коаксиально зафиксирован цилиндрический насадок 2, являющийся направляющим для подачи периферийной струи. Внутри насадка 2 коаксиально размещен трубопровод подачи рабочего агента 3.

В межкольцевом пространстве насадка 2 и трубопровода подачи рабочего агента 3 жестко и радиально зафиксирован патрубок 4, диаметр которого должен обеспечивать поступление в кольцевой зазор между периферийным и основным потоками жидкостей атмосферного воздуха и раствора поверхностно активного вещества (ПАВ) в необходимых количествах для получения стабильной пены. Расход воздуха и раствора ПАВ регулируется запорными вентилями. Патрубок 4 сообщается с патрубком 5.

Устройство работает следующим образом. В камере перед патрубком формирования периферийной струи происходит разделение потоков. Распределение потоков достигается соотношением площади основного потока и площади кольцевого сечения периферийной струи. В кольцевом разделительном зазоре между основной и периферийной струями образуется вакуум, в который самопроизвольно дозируется атмосферный воздух и раствор ПАВ, струи образуют пену высокой кратности с периферийной водой. При такой конструкции не теряется энергия основной рабочей струи, причем она полностью изолирована от внешнего воздействия периферийной пенной струей.

Пример реализации

Лабораторный образец устройства для увеличения дальнобойности струи представлял собой корпус в виде патрубка (1) длиной 150 мм с внешним диаметром 30 мм и толщиной стенки 2 мм. В этот патрубок (корпус) был вставлен цилиндрический насадок в виде патрубка (2) диаметром 26 мм со стенками толщиной также 2 мм. Длина этого патрубка 2 меньше длины корпуса на 20 мм. С одной стороны этот патрубок 2 был заглушен шайбой (6) с отверстием 14 мм. Шайба вставлялась в сопловый патрубок (3) (трубопровод подачи рабочего агента) внешнего диаметра 14 мм и заваривалась наглухо. Сообщение жидкости осуществлялось через перфорационные отверстия (7) в сопловом патрубке 3. Внутренний диаметр соплового патрубка 3 равнялся 10 мм.

При истечении водопроводной воды с расходом 200 см²/с при напоре до 3-4 ати через отверстие диаметром 10 мм максимальная дальнобойность струи не превышала 5 м. Дальность полета струи при пропускании через модель с диаметром сопла 10 мм без добавки ПАВ превысила 10 м.

Источники информации

1. Релей Дж. Теория звука. Т.2. – М.: Гостехиздат, 1955, с.341-363.

2. Патент РФ 2104804.

3. A.с. СССР 1158204.

4. A.с. СССР 1789239.

5. Патент Франции №21370004, кл. А 62 С 31/00, опубл. 29.12.1972.

Формула изобретения

Устройство для повышения дальнобойности струи, содержащее корпус, цилиндрический насадок, коаксиально зафиксированный внутри корпуса и направляющий подачу периферийной струи, трубопровод подачи рабочего агента, коаксиально размещенный внутри насадка, и патрубок, радиально зафиксированный в межкольцевом пространстве цилиндрического насадка и трубопровода и предназначенный для подачи воздуха и поверхностно активного вещества в кольцевой зазор между основным и периферийным потоками, при этом в трубопроводе подачи рабочего агента выполнены перфорационные отверстия, а цилиндрический насадок заглушен шайбой, которая вставлена в трубопровод и заварена наглухо.

РИСУНКИ