PL229600B1 - Urządzenie zapewniające przepływ dwufazowy w rozpylaczu cieczy oraz rozpylacz cieczy zawierający takie urządzenie i sposób modyfikowania rozpylacza cieczy - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie zapewniające przepływ dwufazowy w rozpylaczu cieczy oraz rozpylacz cieczy zawierający takie urządzenie, a także sposób modyfikowania rozpylacza cieczy.

Urządzenia do rozpylania cieczy istotne dla przedmiotowej innowacji są zaopatrzone w zbiornik (zasobnik ciśnieniowy) cieczy np. wody lub roztworów wodnych, oraz w gaz napędowy zapewniający hydroforowe wypieranie wspomnianej cieczy ze zbiornika. Urządzenia te są zaopatrzone w górnej części w głowicę z zaworem sterującym i z co najmniej jednym wylotem zakończonym dyszą wylotową oraz rurkę zanurzeniową rozciągającą się od głowicy co najmniej częściowo wewnątrz zbiornika. Rurka zanurzeniowa jest wyposażona w dolnej części, niemal stykającej się z dnem zbiornika w otwór wlotowy, często zaopatrzony w filtr oddzielający niepożądane cząstki stałe, które mogą uszkodzić głowicę lub zatykać dyszę wylotową. Głowica posiada różnego rodzaju osprzęt, siedzisko do zamocowania węża lub dyszy wylotowej, lub komory dyspersyjnej przed dyszą wylotową, manometr ze wskaźnikiem albo zawór bezpieczeństwa i może mieć różną budowę. W bardziej rozbudowanych konstrukcjach rozpylacza (tzw. agregatach) głowica może być częścią kolektora, który łączy dwa lub więcej zasobników fazy ciekłej, zbiornik na gaz sprężony, układ węży lub maskę gazową operatora itd. Urządzenia tego typu mogą być wykorzystywane przykładowo w farmacji, kosmetyce, np. do pielęgnacji skóry, w urządzeniach do ochrony roślin, urządzeniach dezynfekujących lub w budownictwie, do powierzchniowego zabezpieczania czy impregnowania różnych materiałów czy konstrukcji.

Szczególnym przypadkiem omawianego urządzenia są gaśnice. Gaśnice zasilane wodą (lub inną cieczą niepalną) i gazem napędowym, w których uzyskuje się silnie zdyspergowany warkocz mgły użytecznej do celów gaśniczych i spełniające wymagania normatywne dla gaśnic przenośnych lub przewoźnych nazywane są wodnomgłowymi. Zazwyczaj w takich gaśnicach nie występuje przepływ dwufazowy, a dyspersję uzyskuje się dzięki odpowiedniej konstrukcji dyszy wylotowej.

Problemem wszystkich gaśnic wodnych jest przewodność elektryczna strumienia gaśniczego, a także powodowanie dużych strat popożarowych w akcjach pożarniczych. Gaśnice mgłowe (a zwłaszcza wodnomgłowe pracujące na czystej wodzie) pozwalają wyeliminować te niedogodności, a jednocześnie zachowane zostają zalety wody jako łatwo dostępnego, taniego i przyjaznego dla środowiska środka gaśniczego. Dodatkowe zalety mgły gaśniczej, to możliwość skutecznego gaszenia wszystkich klas pożarów, poza pożarami metali palnych (klasa D), brak korozji w otoczeniu pożaru, wystarczającą obecność tlenu w atmosferze otoczenia pożaru pozwalającą na oddychanie, usuwanie dymu z otoczenia, tworzenie ochronnego ekranu termicznego przez obłok mgły chroniący operatora i osoby postronne, niepękanie rozgrzanych powłok żeliwnych i innych podobnych elementów (eliminacja szoku termicznego) gaszonych mgłą wodną, niska energia kinetyczna pożarowo efektywnej mgły pozwalająca na gaszenie ludzi.

Konstrukcje typowych przenośnych gaśnic wodnych napotykają jednak na barierę ograniczonej ilości gazu napędowego niezbędnego do rozproszenia wody do poziomu mgły gaśniczej. Możliwe są dwa sposoby generowania mgły. Pierwszym jest dynamiczne rozbicie strumienia środka ciekłego przy jednofazowym zasilaniu dyszy wylotowej, rzadziej komory dyspersyjnej, co wymaga zapewnienia stosunkowo wysokich ciśnień. Drugim sposobem, i taki zastosowano w urządzeniu według wynalazku, jest zapewnienie przepływu dwufazowego w celu rozbicia cieczy, w którym wymagane ciśnienia zasilania są niższe.

Z międzynarodowego opisu zgłoszeniowego WO 2007006987A1 znane jest urządzenie zaopatrzone w rurkę syfonową z otworem lub kilkoma otworami, umieszczonymi nad powierzchnią swobodną cieczy na tej samej wysokości, co powoduje napływanie gazu do strumienia środka ciekłego w rurce i generuje przepływ dwufazowy w postaci pęcherzyków gazu unoszonych strumieniem cieczy. Autorzy nie odnoszą się szczegółowo do wymaganych parametrów dla otworów w rurce syfonowej i nie proponują żadnych dodatkowych udoskonaleń urządzenia. Przy ciśnieniu gazu zasilającego (azotu) wynoszącym 15 bar dla 10 litrowego zbiornika napełnionego 3 litrami wody, uzyskano rozdrobnienie wody do kropli o rozmiarach poniżej 400 mikrometrów, a strumień mgły miał zasięg 8 m, przy czym działanie urządzenia zapewniono przez 25 sekund. Autorzy sygnalizują problemy związane z kalibracją urządzenia tj. możliwością zbytniego wypełniania gazem rurki syfonowej. W przedstawionym przykładowym użyciu jedynie poniżej 1/3 zbiornika została wypełniona czynnikiem gaśniczym (wodą), co było spowodowane brakiem gospodarki gazem i koniecznością zapewnienia jego naddatku.

PL 229 600 B1

W międzynarodowym opisie zgłoszeniowym WO 2011011087383A1 (także zgłoszeniu P.390170) przedstawiono urządzenie do regulacji przepływu dwufazowego. Istotą urządzenia jest zastosowanie wirnika łopatkowego o szczególnej konstrukcji pracującego w oddzielnym zasilaniu gazem i cieczą w układzie przeciwprądowym. Przewód zasilający gazowy jest zaślepiony na jednym końcu, zaopatrzony w otwory boczne, generujące zmienne proporcjonowanie gazu, ale proces wytwarzania przepływu dwufazowego zachodzi już w komorze roboczej wirnika, a przepływ ten jest tłoczkowy niemal w trakcie całego cyklu, natomiast staje się dyspersyjny jedynie pod sam koniec cyklu rozładunku, na etapie przedmuchu butli.

Różnego typu dyspersyjne dysze wylotowe, w tym stosowane od końca ubiegłego: wieku dysze pęcherzykowe (j. ang. effervescent) znalazły zastosowanie w rozpylaczach, nebulizatorach, wtryskiwaczach i palnikach.

W przykładowych opisach zgłoszeniowych US 20120241535A1 oraz US 20140138102A1 przedstawiono różne konstrukcje udoskonalonych, pęcherzykowych dyszy dyspersyjnych, które przy prawidłowym reżimie zasilania przepływem dwufazowym mają zazwyczaj najmniejsze możliwe zapotrzebowanie na gaz w stosunku do intensywności przepływu cieczy.

Przykładową dyszę zderzeniową do rozpylania cieczy, w której osiąga się zderzenia strumieni wylotowych przedstawiono w opisie wzoru użytkowego PL 65131Y1,

Ze względu na wysokie walory gaśnic mgłowych nadal istnieje potrzeba udoskonalenia tych urządzeń. W gaśnicy przenośnej pracującej w systemie dwufazowym sprawność procesu dyspersji cieczy w całym cyklu rozładowania gaśnicy ma fundamentalne znaczenie, ale w przywołanych rozwiązaniach nie została ona systematycznie powiązana z gospodarką gazem.

Urządzenie zapewniające przepływ dwufazowy w rozpylaczu cieczy, zawierające w górnej części układ sterowania rozładowaniem, z co najmniej jednym otworem wylotowym, oraz, umieszczoną poniżej tego układu, połączoną z nim, co najmniej jedną rurkę zanurzeniową mającą w swej najniższej części, zaopatrzony ewentualnie w filtr ciał obcych, wlot kanału rurki, połączony z układem sterowania rozładowaniem i dalej z otworem wylotowym, według wynalazku cechuje się tym, że rurka zanurzeniowa zawiera ogranicznik poboru cieczy, a powyżej niego zawiera szereg bocznych otworów łączących przestrzeń zewnętrzną rurki z kanałem rurki, przy czym kolejne otwory boczne rozmieszczone są w kierunku wzdłużnym rurki, w różnej odległości od ogranicznika.

W korzystnym wykonaniu otwory boczne rozmieszczone są na rurce tak, że wzajemna odległość pionowa pomiędzy sąsiadującymi otworami wzrasta wraz ze zbliżaniem się ich położenia w kierunku górnej części urządzenia, przy czym taki układ otworów zachowany na co najmniej części rurki.

Korzystnie, rurka ustawiona jest pionowo.

Korzystnie, otwory są rozmieszczone (zlokalizowane) na rurce w co najmniej jednej linii skośnej lub śrubowej względem wzdłużnej osi rurki.

Korzystnie, ogranicznik wraz z filtrem ciał obcych stanowi odłącza Iny zespół osadzony na wlocie kanału wewnętrznego rurki.

Korzystnie, ogranicznik ma formę przewężenia kanału rurki lub formę kryzy lub formę co najmniej jednej częściowej przegrody poprzecznej w kanale rurki lub skrzyżowanych kilku takich częściowych przegród poprzecznych lub formę nakładki o średnicy mniejszej niż średnica wlotu rurki.

Rozpylacz cieczy wyposażony w zbiornik fazy ciekłej oraz w źródło gazu pod ciśnieniem, które stanowi albo przestrzeń nad powierzchnią swobodną albo nabój albo zbiornik zewnętrzny oraz urządzenie zapewniające przepływ dwufazowy w rozpylaczu cieczy, zawierające w górnej części układ sterowania rozładowaniem, z co najmniej jednym otworem wylotowym i dyszą, oraz, umieszczoną poniżej tego układu, połączoną z nim, co najmniej jedną rurkę zanurzeniową mającą w swej najniższej części, zaopatrzony ewentualnie w filtr ciał obcych, wlot kanału rurki, połączony z układem sterowania rozładowaniem i dalej z otworem wylotowym i z dyszą, według wynalazku cechuje się tym, że rurka zanurzeniowa zawiera ogranicznik poboru cieczy, a powyżej niego zawiera szereg bocznych otworów łączących przestrzeń zewnętrzną rurki z kanałem rurki, przy czym kolejne otwory boczne rozmieszczone (zlokalizowane) są w kierunku wzdłużnym rurki, w różnej odległości od ogranicznika.

Korzystnie, otwory boczne rozmieszczone są na rurce tak, że wzajemna odległość pionowa pomiędzy sąsiadującymi otworami wzrasta wraz ze zbliżaniem się ich położenia w kierunku górnej części urządzenia, przy czym taki układ otworów zachowany na co najmniej części rurki.

Korzystnie, rozpylacz stanowi gaśnicę mgłową, w której ciecz stanowi woda.

Korzystnie, dysza wylotowa jest zderzeniową dyszą wielokanałową, a kanały wylotowe mają formę stożkową lub tulejowatą, o średnicy zwężającej się ku wylotowi.

PL 229 600 B1

Korzystnie, dysza jest dyszą zespoloną, złożoną z korpusu, na którym osadzona jest płyta czołowa, zaopatrzona w kanały wylotowe oraz znajdującą się w pewnej odległości płyty statora, zaopatrzonej w kanały przelotowe, ze znajdującą się pomiędzy tymi płytami komorą przygotowawczą.

Przedmiotem wynalazku jest także sposób modyfikowania rozpylacza cieczy wyposażone go w zbiornik fazy ciekłej oraz w źródło gazu pod ciśnieniem, które stanowi albo przestrzeń nad powierzchnią swobodną albo nabój albo zbiornik zewnętrzny, oraz w urządzenie zapewniające przepływ dwufazowy w rozpylaczu cieczy, zawierające w górnej części układ sterowania rozładowaniem, z co najmniej jednym otworem wylotowym i dyszą, oraz, umieszczoną poniżej tego układu, połączoną z nim, co najmniej jedną rurkę zanurzeniową mającą w swej najniższej części, zaopatrzony ewentualnie w filtr ciał obcych, wlot kanału rurki, połączony z układem sterowania rozładowaniem i dalej z otworem wylotowym i z dyszą, charakteryzujący się tym, że na rurce zanurzeniowej montuje się poprzez szczelne łącze klejowe, zgrzewane lub gwintowane ogranicznik poboru cieczy, a powyżej niego w rurce wykonuje się szereg bocznych otworów łączących przestrzeń zewnętrzną rurki z kanałem rurki, przy czym kolejne otwory boczne wykonuje się w kierunku wzdłużnym rurki, w różnej odległości od ogranicznika.

Przedmiot wynalazku w przykładowym wykonaniu został uwidoczniony na rysunku, na którym na fig. 1 przedstawiono widok ogólny rozpylacza cieczy w wariancie z gazem napędowym zmagazynowanym wewnątrz zbiornika z cieczą, ponad jej poziomem, z rurką zanurzeniową zaopatrzoną w otwory i z ogranicznikiem przepływu cieczy, na fig. 2A przedstawiono urządzenie zapewniające przepływ dwufazowy w rozpylaczu cieczy, zespolone bezpośrednio z układem sterowania rozładowaniem, obejmujące rurkę zanurzeniową z ogranicznikiem przepływu cieczy w postaci zespołu zintegrowanego z filtrem, na fig. 2B pokazano analogiczne urządzenie jak na fig. 2A, jednak ogranicznik przepływu cieczy ma postać zwężenia rurki, a filtr występuje osobno, na fig. 3A przedstawiono ogranicznik przepływu cieczy, jako zespół zintegrowany z filtrem, przy czym na fig. 3B dodatkowo pokazano jego przekrój poprzeczny w płaszczyźnie A-A zaznaczonej na fig. 3A, na fig. 3C stronę odpływową ogranicznika, a na fig. 3D stronę dopływową ogranicznika, na fig. 4A przedstawiono przykładową, korzystną budowę zespolonej dyszy wylotowej w przekroju poprzecznym, z końcówką dostosowaną do zamontowania dyszy na wężu, na fig. 4B pokazano korpus dyszy z fig. 4A, dostosowany do bezpośredniego montażu w korpusie zaworu spustowego, na fig. 4C widok płyty zewnętrznej (czołowej) zespołu dyszy od strony odpływowej (dolny rysunek) i widok płyty statora od strony odpływowej (górny rysunek), a na fig. 4D widok płyty zewnętrznej od strony dopływowej (dolny rysunek) i widok płyty statora od strony dopływowej (górny rysunek), a na fig. 4E widok boczny płyty zewnętrznej (dolny rysunek) i płyty statora (górny rysunek), na fig. 5 pokazano różne rodzaje rozpylaczy cieczy np. gaśnic tj. kolejno rozpylacz z gazem pod ciśnieniem, znajdującym się (zmagazynowanym) we wspólnej komorze (zbiorniku ciśnieniowym) z cieczą, z dyszą wylotową połączoną za pośrednictwem węża; analogiczny rozpylacz z dyszą dołączoną bezpośrednio do korpusu zaworu głównego, rozpylacz z gazem umieszczonym w naboju wewnętrznym i z dyszą wylotową połączoną za pośrednictwem węża; rozpylacz z gazem umieszczonym w zbiorniku zewnętrznym, połączonym z zasobnikiem na wodę układem kolektora i z dyszą wylotową połączoną za pośrednictwem węża; rozpylacz w układzie agregatu z dwoma zasobnikami cieczy połączonymi układem kolektora z zewnętrznym zbiornikiem gazu i dyszą wylotową połączoną za pośrednictwem węża; rozpylacz w układzie stałego urządzenia, np. gaśniczego, ze zdalnym sterowaniem zaworem sterującym rozładowaniem, instalacyjnie (sztywne łącze) połączonym z dyszą wylotową.

Znane, typowe rozpylacze cieczy zawierają zbiornik ciśnieniowy 1, w którym znajduje się ciekłe medium 2, a nad nim znajduje się gaz pod ciśnieniem 3, w pierwszym przykładzie wykonania, lub w drugim przykładzie wykonania - gaz pod niewysokim ciśnieniem oraz gaz napędowy w naboju wewnętrznym lub zbiorniku zewnętrznym, w trzecim przykładzie. Układ sterowania rozładowaniem 4 zawiera zawór umieszczony na szczycie zbiornika ciśnieniowego, a rurka zanurzeniowa (aspiracyjna) 5 jest zamocowana w dolnej części korpusu tego zaworu i rozciąga się poniżej w przestrzeni zbiornika 1. Dolna część rurki lub wlot rurki jest zaopatrzony w filtr, np. siatkowy, cząstek stałych. Układ sterowania rozładowaniem jest zaopatrzony w otwór wylotowy skojarzony z dyszą wylotową 8, która może być mocowana bezpośrednio lub pośrednio za pomocą elastycznego węża.

Urządzenie zapewniające przepływ dwufazowy w rozpylaczu cieczy, według wynalazku, cechuje się tym, że rurka zanurzeniowa 5 zawiera osadzony w jej dolnej części lub na jej końcu ogranicznik 6 przepływu cieczy, a powyżej niego zawiera boczne przelotowe otwory 9 łączące przestrzeń zewnętrzną rurki 5 z kanałem rurki. Lokalizacja otworów w stosunku do powierzchni swobodnej cieczy w rozpylaczu gotowym do pracy jest specyficzna - większość otworów lub wszystkie jest (są) ulokowana (-e) poniżej tej wysokości, a dostęp gazu do kolejnych otworów powstaje wskutek opadania powierzchni swobodnej

PL 229 600 B1 w trakcie rozładowania urządzenia. Otwory te są zorientowane prostopadle do ścian rurki i mają rozmiary o średnicy mieszczącej się w zakresie od 0,5 do 3 mm. Korzystnie otwory te nie są ustawione (rozmieszczone, umieszczone) w jednej linii pionowej, jeden nad drugim, aby pęcherzyki gazu dostające się do kanału rurki, gdzie znajduje się ciecz albo występuje przepływ dwufazowy, nadmiernie nie łączyły się ze sobą.

W urządzeniu można opcjonalnie umieścić (zainstalować) filtr cząstek stałych. W jednym z przykładów wykonania może on stanowić odrębną nakładkę 6a (co pokazano na fig. 2B) na rurkę zanurzeniową 5 lub być zintegrowany z ogranicznikiem 6 i stanowić jeden demontowalny element (co pokazano na fig. 2A). Taki ogranicznik może zawierać korpus 10 wewnątrz którego osadzony jest filtr 11, a na zewnątrz którego jest umieszczone łącze gwintowe 12 do połączenia korpusu z rurką zanurzeniową 5. Ograniczony kanał 13 utworzony jest przez skrzyżowane przegrody 14 ogranicznika. Taką przykładową budowę ogranicznika pokazano na fig. 3A, 3B, 3C i 3D.

Na potrzeby niniejszego wynalazku zaproponowano szczególną konstrukcję dyszy wylotowej dyszę zespoloną, gdzie zachodzi wielostopniowy proces przygotowania medium dwufazowego i dyspersji cieczy do poziomu użytecznej mgły gaśniczej w całym cyklu rozładowania urządzenia. Zespolona dysza wylotowa, w przykładowym wykonaniu pokazanym na fig. 4A, 4B, 4C, 4D i 4E złożona jest z korpusu 15, elementu zewnętrznego - płyty czołowej 16 wyposażonej w kanały wylotowe, oraz elementu wewnętrznego - płyty statora 17 wyposażonego w kanały przelotowe. W obszarze między dwoma wymienionymi płytami (16, 17) znajduje się wolna przestrzeń tj. komora przygotowawcza 18, w koncepcji nieco podobna do re-miksera, gdzie zachodzi proces częściowej re-homogenizacji dwufazowego przepływu medium zasilającego oraz eliminacja większych pęcherzy fazy gazowej, gdy ten przepływ osiągnie stan piany ciężkiej, zanim przepływ dwufazowy osiągnie wloty kanałów wylotowych znajdujących się w płycie czołowej. Płyta czołowa i płyta statora są umieszczone równolegle względem siebie, w pewnej odległości i mogą być połączone z korpusem poprzez łącza gwintowane.

Otwory boczne w rurce zanurzeniowej mogą mieć rozrzut przypadkowy, ale korzystne jest umieszczenie (rozmieszczenie) ich na rurce wzdłuż linii skośnej, linii łamanej lub linii śrubowej względem osi wzdłużnej rurki. Rurka jest ustawiona pionowo, co na potrzeby niniejszego wynalazku rozumie się jako pion względem ziemi, aby pęcherzyki gazu wydostające się z otworów pod wpływem siły wyporu przyspieszały względem następnych, ku górze rurki. Rurka zanurzeniowa jest zazwyczaj sztywna i wykonana z tworzywa sztucznego, ale możliwe jest także wykonanie rurki z innych surowców np. metalu lub z tworzyw elastycznych.

Otwory boczne, z których większość w momencie aktywizacji urządzenia znajduje się pod poziomem powierzchni swobodnej cieczy są położone na różnej wysokości względem górnego końca rurki, ponieważ w trakcie cyklu rozładowania urządzenia opadaniu powierzchni swobodnej cieczy towarzyszy spadek ciśnienia gazu napędowego, ale rurka musi zapewnić sterowalny i zmienny stosunek objętościowy napływających faz gazowej i ciekłej w całym zakresie rozładowania, co jest konieczne dla poprawnej pracy pęcherzykowej dyszy dyspersyjnej. Rozmieszczenie otworów w rurce jest progresywne w kierunku ku ogranicznikowi tj. zostały one zagęszczone ku dołowi rurki, jednak z wyłączeniem pewnego obszaru na samym jej końcu (przy dnie zbiornika). Na odcinku, gdzie występuje progresja odległość pomiędzy kolejnymi, sąsiadującymi otworami, mierzona w pionie, zwiększa się wraz z ich oddalaniem się od ogranicznika. Zwiększanie wspomnianej odległości należy rozumieć jako zwiększenie o co najmniej 5 lub 10%. Ta tendencja jest utrzymana na % długości rurki lub nawet 4/5 lub 5/6 długości rurki, liczonej od góry tj. miejsca jej osadzenia w układzie sterowania rozładowaniem. W pobliżu górnej części urządzenia, w sąsiedztwie układu sterowania rozładowaniem, rurka może być pozbawiona otworów. Dobre efekty pracy urządzenia osiąga się, kiedy otwory są umieszczone (zlokalizowane, rozmieszczone) na linii śrubowej a zwłaszcza dwóch linii śrubowych w układzie „bokser” to znaczy w liniach umieszczonych naprzeciwległe, z których każda, by zapobiegać kolizji pęcherzy generowanych z drugiej linii zakreśla fazę przesunięcia rzędu 180°. Jednak korzystne efekty np. dla urządzeń nieobjętych uregulowaniami gaśniczymi, osiąga się też przy innych ustawieniach otworów. Ogranicznik przepływu cieczy zamocowany jest od strony dopływowej rurki zanurzeniowej. Ogranicznik cieczy jest kalibrowany tzn. jego budowa i w. efekcie zredukowanie przekroju poprzecznego strumienia przepływu cieczy względem średnicy rurki powyżej jego położenia jest dostosowane do wielu innych cech urządzenia np. ciśnienia startowego wewnątrz zbiornika z cieczą,, ilości i średnicy, otworów, gęstości medium ciekłego itp. Przykładowo, gdy ogranicznik ma postać prostej kryzy umieszczonej wewnątrz rurki zanurzeniowej, to zmniejsza on powierzchnię przelotową rurki o co najmniej 8% względem średnicy wewnętrznej rurki.

PL 229 600 B1

Ogranicznik może mieć dowolną budowę redukującą lokalnie średnicę rurki zanurzeniowej. Może mieć formę prostego przewężenia rurki lub formę częściowej przegrody, np. kryzy, lub układu przegród. Możliwe jest też takie wykonanie wynalazku, że zarówno ogranicznik jak i filtr cząstek stałych stanowią odrębne rozłączalne elementy np. mocowane za pomocą gwintu na rurce.

Urządzenie lub rozpylacz według wynalazku są zaopatrzone w dyszę wylotową. W urządzeniu można zastosować każdą dyszę wylotową, jeżeli tylko będzie ona generować mgłę, np. może to być dysza z pojedynczym otworem wylotowym, dysza Stanleya, lub układy dysz Stanleya. Ze względu na efekt szybkiego; wzrostu udziału (stężenia) fazy gazowej wraz ze spadającym ciśnieniem, bo taki przepływ dwufazowy generowany jest celowo w aspiracyjnej rurce zanurzeniowej, każda taka dysza będzie generowała mgłę na zasadzie pracy dyszy pęcherzykowej. Ze względu na układ konstrukcyjny rozpylacza i korzystne parametry warkocza mgły, zalecany jest układ dyszy wielokanałowej, o kanałach stożkowanych, ustawionych kolizyjnie (dysza zderzeniowa).

Zespolona dysza wylotowa jest dyszą o specyficznej, udoskonalonej budowie i pracuje jako dysza pęcherzykowa, ale generuje mgłę nawet w reżimie, gdy wskutek zwiększonego udziału (stężenia) gazu w przepływie dwufazowym właściwie nie ma już prawidłowego zasilania tej dyszy. W celu uzyskania prawidłowego działania dyszy w całym cyklu rozładunku rozpylacza, wprowadzono dodatkowo dwa usprawnienia: a) komorę przygotowawczą oraz b) zderzenia strumieni wylotowych za płytą czołową. Wprowadzenie płyty statora poprawia dyspersję mgły w całym cyklu rozładowania. Dyspersja fazy ciekłej przebiega więc wieloetapowo - wewnątrz dyszy, ale też zderzeniową poza nią, a proces przygotowania przepływu dwufazowego w komorze przygotowawczej zwiększa efektywność dyspersji i zakres skutecznej pracy dyszy.

W płycie czołowej otwory wylotowe umieszczono parami skierowane ku sobie w celu uzyskania efektu zderzenia strumieni. Ponadto otwory w płycie statora i płycie czołowej są względem siebie nieco przesunięte lub co najmniej część otworów jest przesunięta, co zwiększa skuteczność pracy komory przygotowawczej.

Ogranicznik przepływu zabudowany w zespole filtra (lub wyodrębniony) generuje opór przepływu cieczy; który wytwarza nieznaczną, projektową różnicę ciśnień na ściance rurki. Różnica ciśnień powoduje przenikanie fazy gazowej do kanału (do wnętrza) rurki aspiracyjnej z otworów znajdujących się aktualnie nad powierzchnią swobodną cieczy. Tak wytworzony zostaje przepływ dwufazowy, który pod znacznym ciśnieniem dostarczany jest do dyszy dyspersyjnej, gdzie ulega atomizacji. Stabilny warkocz mgły produkowany jest przez niemal cały cykl rozładunku czynnika ciekłego, jedynie pod koniec tego cyklu pojawia się bardzo drobna mgła i duży przedmuch całego systemu związany z dyspersyjnym charakterem napływającego do dyszy medium (aerozolem). Ten wynik jest zamierzony, zrealizowany odpowiednią, zmodyfikowaną lokalizacją najniższych otworów na rurce aspiracyjnej, i ma na celu usunięcie resztek środka ciekłego ze zbiornika ciśnieniowego.

Urządzenie według wynalazku może być stosowane w różnych typach gaśnic np. w gaśnicy mgłowej stale pod ciśnieniem lub nabojowej tj. zaopatrzonej w źródło gazu napędowego, które jest aktywowane zbijakiem tuż przed użyciem gaśnicy. Gaz napędowy może być umieszczony wewnątrz gaśnicy w naboju lub na zewnątrz, w zbiorniku ciśnieniowym połączonym kolektorem z zasobnikiem cieczy. Na fig. 5 przedstawiono podstawowe odmiany wykonania wynalazku tj. różne typy gaśnic, które mogą zawierać urządzenie według wynalazku lub jako całość mogą stanowić rozpylacz według wynalazku.

Sposób według wynalazku prowadzi do zmiany trybu pracy znanych rozpylaczy, aby uzyskać udoskonalony rozpylacz poprzez dodanie ogranicznika przepływu cieczy oraz otworów bocznych na rurce zanurzeniowej.

W urządzeniu według wynalazku skojarzono współpracujące ze sobą trzy zasadnicze udoskonalenia. Zastosowano dyspersyjną dyszę wylotową typu pęcherzykowego, współpracującą z rurką zanurzeniowo-aspiracyjną typu OIG (j. ang. „outside in gas), spełniającą jednocześnie zadanie zmiennego dozowania (proporcjonowania) fazy gazowej do ciekłej poprzez progresywne rozmieszczenie na niej otworów bocznych odsłanianych w trakcie opadania powierzchni swobodnej. Ponadto na rurce zastosowano ogranicznik przepływu cieczy.

Wprowadzenie ogranicznika powoduje że po otwarciu zaworu sterującego powstaje stosunkowo mała różnica ciśnień na bocznej powierzchni rurki, wywołująca przenikanie fazy fazowej do kanału rurki z otworów znajdujących się nad powierzchnią swobodną cieczy. Siła wyporu pęcherzyków sprawia, że unoszone do góry z lekkim przyśpieszeniem w stosunku do następnych, zwiększają stopniowo stężenie objętościowe gazu wewnątrz rurki aspiracyjnej. Wprowadzenie linii śrubowej i stopniowanie podawania

PL 229 600 B1 gazu częściowo ogranicza koalescencję (łączenie się) pęcherzy, gdy wskutek wzrostu stężenia gazu przepływ staje się pianowy.

Śledząc bilanse energetyczne związane z dyspersją strumienia cieczy i odnosząc to do pracy gaśnic dla przykładowej gaśnicy wodnomgłowej, gdzie typowe ciśnienie robocze wynosi 15 bar (wzgl.), które w cyklu rozładowania spada do poziomu 1-1,5 bar przy początkowym wypełnieniu butli cieczą w stosunku 65% autorzy doszli do fundamentalnej dla przedstawionego rozwiązania konkluzji. Ośmiokrotnemu spadkowi ciśnienia w butli towarzyszy spadek poziomu lustra cieczy w butli o ponad połowę jej wysokości (odniesiony do jej całkowitej wysokości butli L), ale powinien towarzyszyć temu aż 32 krotny wzrost wymaganego stosunku udziałów objętościowych gazu do cieczy.

Z tego wynika, że zasilanie gazem strumienia cieczy musi koniecznie być zmienne wraz ze spadającym ciśnieniem wewnątrz butli, co realizuje rurka aspiracyjna wyposażona w ogranicznik przepływu cieczy, a dysza wylotowa powinna być przystosowana do gwałtownie rosnącego udziału (stężenia) fazy gazowej, ale pozostawać możliwie długo w pęcherzykowym reżimie zasilania. Dysza jest umiejscowiona za zaworem sterującym, dlatego spadek ciśnienia na kanałach wylotowych dyszy powinien być znacząco wyższy niż na tym zaworze. Wprowadzenie dyszy wielokanałowej o kanałach stożkowych w kierunku odpływowym spełnia ten warunek.

Dodatkowo, pożądane jest wprowadzenie kolizji strumieni (dysza zderzeniowa), które nadmiar energii kinetycznej, zwłaszcza fazy gazowej, powstający przy zwiększającym się udziale (stężeniu) fazy gazowej w dalszych fazach cyklu rozładowania zamieni w dodatkową dyspersję fazy ciekłej.

Metoda dyspersji cieczy stosowana w urządzeniu według wynalazku jest całkowicie mechaniczna, dlatego nie jest wymagane stosowanie środków powierzchniowo czynnych i możliwe jest stosowanie wszystkich gazów napędowych przewidzianych odpowiednimi uregulowaniami. Uniwersalność stosowanej mechanicznej metody dyspersji pozwala na stosowanie szerokiego zakresu dodatków chemicznych rozpuszczonych w cieczy. Wprowadzenie środków powierzchniowo czynnych jest dopuszczalne, wtedy przedstawiona gaśnica mgłowa, bez żadnych dalszych modyfikacji zostaje przekształcona w wysokosprawną gaśnicę pianową na pianę sprężoną.

W przykładowym teście pracy rozpylacza według wynalazku, który stanowiła gaśnica mgłowa z gazem (azotem) pod ciśnieniem znajdującym się wewnątrz zbiornika razem z wodą zaobserwowano bardzo zadawalające wyniki. Stosowano np. zbiornik o pojemności 10,7 l, który zawierał 6 l czystej wody jako środek gaśniczy, a początkowe ciśnienie w zbiorniku wynosiło 15 bar. Uzyskano stabilny warkocz mgły o długości 11 metrów spadającej do 8 metrów. Rozdrobnienie kropel wody było bardzo silne, ich rozmiary wynosiły średnio poniżej 80 mikrometrów, a przy prawidłowym wykonaniu dyszy wylotowej średnic kropel nieprzekraczających 120 mikrometrów. Uzyskano średnią intensywność przepływu środka ciekłego na poziomie 11 l/minutę. Uzyskano pełne rozładowanie gaśnicy w czasie 29 sekund. Odpowiednio dla zbiornika 3,7 l i 2 I czystej wody, przy tym samym ciśnieniu ładowania, osiągnięto stabilny warkocz mgły o długości 10,5 spadającej do 7,5 metra i czas rozładowania 12 sekund. Obserwowano więc bardzo dobre parametry pracy, uwzględniając objętość akcesoriów przy wypełnieniu gaśnicy cieczą w stopniu wynoszącym 60%, a wysoką sprawność gaśniczą utrzymuje się nawet przy wypełnieniu 70%-owym.

Oznaczenia na rysunkach:

zbiornik ciekłe medium gaz pod ciśnieniem układ sterowania rozładowaniem rurka zanurzeniowa ogranicznik

6a nakładka z filtrem dysza wylotowa otwory boczne w rurce zanurzeniowej korpus ogranicznika filtr łącze gwintowe ograniczony kanał rurki skrzyżowane przegrody ogranicznika korpus dyszy zespolonej płyta czołowa dyszy zespolonej

PL 229 600 B1 płyta statora dyszy zespolonej komora przygotowawcza końcówka do podłączenia węża przedłużającego

Claims (12)

1. Urządzenie zapewniające przepływ dwufazowy w rozpylaczu cieczy, zawierające w górnej części układ sterowania rozładowaniem, z co najmniej jednym otworem wylotowym, oraz, umieszczoną poniżej tego układu, połączoną z nim, co najmniej jedną rurkę zanurzeniową mającą w swej najniższej części, zaopatrzony ewentualnie w filtr ciał obcych, wlot kanału rurki, połączony z układem sterowania rozładowaniem i dalej z otworem wylotowym, znamienne tym, że rurka zanurzeniowa (5) zawiera ogranicznik (6) poboru cieczy, a powyżej niego posiada szereg bocznych otworów (9) łączących przestrzeń zewnętrzną rurki (5) z kanałem rurki (5), przy czym kolejne otwory boczne (9) rozmieszczone są w kierunku wzdłużnym rurki (5), w różnej odległości od ogranicznika (6),

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że otwory boczne (9) umieszczone są na rurce (5) tak, że wzajemna odległość pionowa pomiędzy sąsiadującymi otworami (9) wzrasta wraz ze zbliżaniem się ich położenia w kierunku górnej części urządzenia, przy czym taki układ otworów (9) zachowany na co najmniej części rurki (5).

3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że rurka (5) ustawiona jest pionowo.

4. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że otwory (9) są umieszczone na rurce (5) w co najmniej jednej linii skośnej lub śrubowej względem wzdłużnej osi rurki (5).

5. Urządzenie według któregokolwiek z zastrz. od 1 do 3, znamienne tym, że ogranicznik (6) wraz z filtrem ciał obcych stanowi odłączalny zespół osadzony na wlocie kanału wewnętrznego rurki (5).

6. Urządzenie według któregokolwiek z zastrz. od 1 do 4, znamienne tym, że ogranicznik (6) ma formę przewężenia kanału rurki (5) lub formę kryzy lub formę co najmniej jednej częściowej przegrody poprzecznej w kanale rurki (5) lub skrzyżowanych kilku takich częściowych przegród poprzecznych lub formę nakładki o średnicy mniejszej niż średnica wlotu rurki (5).

7. Rozpylacz cieczy wyposażony w zbiornik fazy ciekłej oraz w źródło gazu pod ciśnieniem, które stanowi albo przestrzeń nad powierzchnią swobodną albo nabój albo zbiornik zewnętrzny oraz urządzenie zapewniające przepływ dwufazowy w rozpylaczu cieczy, zawierające w górnej części układ sterowania rozładowaniem, z co najmniej jednym otworem wylotowym i dyszą, oraz, umieszczoną poniżej tego układu, połączoną z nim, co najmniej jedną rurkę zanurzeniową mającą w swej najniższej części, zaopatrzony ewentualnie w filtr ciał obcych, wlot kanału rurki, połączony z układem sterowania rozładowaniem i dalej z otworem wylotowym i z dyszą, znamienny tym, że rurka zanurzeniowa (5) zawiera ogranicznik (6) poboru cieczy, a powyżej niego zawiera szereg bocznych otworów (9) łączących przestrzeń zewnętrzną rurki (5) z kanałem rurki, przy czym kolejne otwory boczne (9) rozmieszczone są w kierunku wzdłużnym rurki (5), w różnej odległości od ogranicznika (6).

8. Rozpylacz według zastrz. 7, znamienny tym, że otwory boczne (9) umieszczone są na rurce (5) tak, że wzajemna odległość pionowa pomiędzy sąsiadującymi otworami (9) wzrasta wraz ze zbliżaniem się ich położenia w kierunku górnej części urządzenia, przy czym taki układ otworów (9) zachowany na co najmniej części rurki (5).

9. Rozpylacz cieczy według zastrz. 7 albo 8, znamienny tym, że stanowi gaśnicę mgłową, w której ciecz stanowi woda.

10. Rozpylacz cieczy według zastrz. 7 albo 8, albo 9, znamienny tym, że dysza wylotowa (8) jest zderzeniową dyszą wielokanałową, a kanały wylotowe mają formę stożkową lub tulejowatą, o średnicy zwężającej się ku wylotowi.

11. Rozpylacz cieczy według zastrz. 10, znamienny tym, że dysza (8) jest dyszą zespoloną, złożoną z korpusu (15), na którym osadzona jest płyta czołowa (16), zaopatrzona w kanały wylotowe oraz znajdującą się w pewnej odległości płyty statora (17), zaopatrzonej w kanały przelotowe, ze znajdującą się pomiędzy tymi płytami (16, 17) komorą przygotowawczą (18).

PL 229 600 B1

12. Sposób modyfikowania rozpylacza cieczy wyposażonego w zbiornik fazy ciekłej oraz w źródło gazu pod ciśnieniem, które stanowi albo przestrzeń nad powierzchnią swobodną albo nabój albo zbiornik zewnętrzny, oraz w urządzenie zapewniające przepływ dwufazowy w rozpylaczu cieczy, zawierające w górnej części układ sterowania rozładowaniem, z co najmniej jednym otworem wylotowym i dyszą, oraz, umieszczoną poniżej tego układu, połączoną z nim, co najmniej jedną rurkę zanurzeniową mającą w swej najniższej części, zaopatrzony ewentualnie w filtr ciał obcych, wlot kanału rurki, połączony z układem sterowania rozładowaniem i dalej z otworem wylotowym i z dyszą, znamienny tym, że na rurce zanurzeniowej (5) montuje się poprzez szczelne łącze klejowe, zgrzewane lub gwintowane, ogranicznik (6) poboru cieczy, a powyżej niego w rurce (5) wykonuje się szereg bocznych otworów (9) łączących przestrzeń zewnętrzną rurki (5) z kanałem rurki (5), przy czym kolejne otwory boczne (9) wykonuje się w położeniu w kierunku wzdłużnym rurki (5), w różnej odległości od ogranicznika (6).