引射式超声速干粉灭火装置的制作方法

本发明涉及一种消防器材，具体涉及一种引射式超声速干粉灭火装置。

背景技术：

干粉灭火器是一种重要的消防工具，很多场所都会配备灭火装置。火灾起因中电器故障和用火不慎占绝对比例，我们面临的防灾减灾任务依然严峻。专业、便捷、高效的灭火装置设计技术对于迅速控制火情、尽量避免伤亡、有效减轻损失具有重大意义。充分认识干粉灭火剂输运通道内外气固两相流行为，系统掌握几何、物性和运行参数的影响规律，才能提供干粉灭火装置核心部件设计的关键技术。

对于目前所使用的灭火装置普遍存在的缺点是，结构复杂，制造成本高，使用不方便，灭火性能不足，为了更好的提升灭火效率和降低灭火剂成本就需要研制出一种引射式超声速干粉灭火装置。

技术实现要素：

为了解决背景技术中的问题，本发明设计了一种引射式超声速干粉灭火装置。

本发明的技术方案如下：

一、一种引射式超声速干粉灭火装置

包括推车、密封连接器、驱动气体罐、低压罐、储粉装置、输粉金属软管和引射式喷管，推车上放置有驱动气体罐和低压罐，驱动气体罐上设置有注气口，驱动气体罐和低压罐之间通过金属管连接，金属管上安装有减压阀；

低压罐内部固定有储粉装置，输粉金属软管一端连接至储粉装置底部，另一端向下延伸并分为两路分支后引出低压罐罐体，输粉金属软管的两路分支与低压罐连接处设置有用于密封罐体的密封连接器；

低压罐罐体外设置有实现超音速喷粉的引射式喷管，引射式喷管包括从入口端到出口端依次连接的直管段、收缩段和扩张段，引射式喷管入口端通过连接至密封连接器从而与低压罐罐体内部相通，两路输粉金属软管从低压罐罐体引出后分别连接至引射式喷管的扩张段，且连接处靠近收缩段。

所述引射式喷管的直管段内径不变；在沿入口端到出口端的方向上，收缩段内径由大变小，扩张段内径由大变小；所述引射式喷管入口端半径为10.2mm～12.7mm，优选为11.5mm；出口端半径为14.8mm～17.3mm，优选为16.1mm；扩张段和收缩段连接处的半径为6.85mm～9.25mm，优选为8.05mm。

所述直线段轴向长度为44.8mm～47.2mm，优选为46mm；收缩段轴向长度为67.8mm～70.2mm，优选为69mm；扩张段轴向长度为136.8mm～139.2mm，优选为138mm。

收缩段的收缩角度α在3.16°～5.54°之间，优选为5.3°；扩张段的扩张角度β在1.2°～3.5°之间，优选为3.34°；两路输粉金属软管与低压罐连接处的输粉角度θ＝45°，优选为30°～50°。

所述输粉金属软管的主路上安装有球形控制干粉流量阀；

球形控制干粉流量阀用于控制干粉流量，防止由于重力干粉不断输出；

所述引射式喷管的出口端安装有球形控制气体流量阀以便控制气流间歇操作和随时中断喷射。

所述减压阀上设置有两个压力仪表，用于分别测量低压罐和驱动气体罐中的压力值，便于实时了解压力变化。

所述减压阀用于控制气流，以降低进入低压罐的气流压力。

所述低压罐的压力值控制在1.4mpa～2.5mpa之间，驱动气体罐的压力值控制在12.4mpa～13.7mpa之间。

所述驱动气体罐的材料为耐高压材料。

由于罐体有一定的重量，通过固定保护环将驱动气体罐和低压罐固定在推车上，方便移动到灭火场所。

在引射式喷管的扩张段安装有用于减小噪声的减噪装置。

所述注气口用于补充气体。

根据规范《gb8109-2005-推车式灭火器》规定，引射式喷管的长度为5米，引射式喷管应被安全地固定在贮藏盒或夹紧装置中，以防在危险时刻能够被快速简便地展开进行使用。

二、一种引射式超声速干粉灭火装置的工作方法，其特征在于：

s1：先打开低压罐，将干粉灭火剂装入低压罐中的储粉装置后关闭低压罐；

s2：通过注气口朝驱动气体罐充入气体，驱动气体罐中压力升高到稳定值后，打开减压阀，驱动气体罐中的气流经金属连接管进入低压罐，使低压罐中的压力达到稳定值；

s3：打开球形控制干粉流量阀和球形控制气体流量阀，储粉装置中的干粉灭火剂在低压罐中气流的压力作用下通过输粉金属软管进入引射式喷管，部分气流从引射式喷管入口端进入，入口端的气流速度为亚音速；

s4：在引射式喷管的扩张段，干粉灭火剂与进入引射式喷管的气流交汇形成气固两相流，气固两相流经扩张段后从出口端喷出，气固两相流在扩张段速度由亚音速跨越到超音速实现射流。

干粉灭火剂沿喷管轴线方向的颗粒速度通过下述方法计算：

1)计算干粉灭火剂进入引射式喷管时的初始颗粒速度v，具体计算公式如下：

其中，ae为喷管出口端的面积；a^*为喷管喉部的面积，喷管喉部为收缩段和扩张段的连接处；p0为喷管入口端的压力值；pe为环境的压力值；m为喷管出口马赫数，a为声速，为340m/s；γ为常数，取值为γ＝1.4；

2)将引射式喷管的结构参数和计算得到的初始速度v输入fluent19.0软件中模拟气固两相流在引射式喷管中的运动，从而得到干粉灭火剂从引射式喷管出口端喷出的颗粒速度。

引射式喷管的结构参数包括引射式喷管的长度、内径以及扩张角度。

喷管入口端的压力值p0为低压罐中的压力值。

本发明的有益效果：

1)本发明的引射式喷管可产生超声速气流，扩大了灭火装置的高速灭火效能，引射式喷粉的设置使干粉剂得到充分利用，有效经济地提高了灭火能力；

2)本发明能自由调节引射式喷管的喷射方向；在工作时没有飞逸物，并且达到了减噪效果。

附图说明

图1为本发明的整体外观示意图。

图2为本发明的结构示意图。

图3为引射式超声速喷管示意图。

图4为本发明装置与现有灭火装置中的干粉沿喷管轴线方向的颗粒速度对比图。

图中：1推车、2压力仪表、2注气口、3注气口、4金属连接管、5罐体固定保护环、6减压阀、7驱动气体罐、8低压罐、9储粉装置、10球形控制干粉流量、11密封连接器、12输粉金属软管、13引射式喷管、14减噪装置、15球形控制气体流量阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1和图2所示，本发明包括推车1、密封连接器11、驱动气体罐7、低压罐8、储粉装置9、输粉金属软管12和引射式喷管13，推车上固定有两个罐体，驱动气体罐7和低压罐8，在驱动气体罐上设置注气口3，用于补给气体。驱动气体罐7和低压罐8之间通过金属管4连接，金属管4上安装有减压阀6；减压阀6上安装体验2个压力仪表2，分别测量低压罐和驱动气体罐中的压力值。

低压罐8中安装储粉装置9，储粉装置9连接输粉金属软管12，输粉金属软管12主路上设置球形控制干粉流量阀10，把输粉金属软管12引出罐体后连接至引射式喷管13的扩张段，输粉金属软管12和引射式喷管13的连接处设置有用于密封罐体的密封连接器11；低压罐右侧下方连接引射式喷管，根据规范《gb8109-2005-推车式灭火器》规定，设金属软管其长度为5米，在引射式喷管的末端配有可调控的喷射控制阀，以便间歇操作和随时中断喷射，并在引射式喷管的出口端安装减噪装置，达到减噪的作用。

如图3为将图2所圈部分放大后的引射式喷管结构图，引射式喷管14包括从入口端到出口端依次连接的直管段ab、收缩段bc和扩张段cd；引射式喷管14的直管段内径不变；在沿入口端到出口端的方向上，收缩段内径由大变小，扩张段内径由大变小；引射式喷管14入口端半径为10.2mm～12.7mm；出口端半径为14.8mm～17.3mm；扩张段和收缩段连接处的半径为6.85mm～9.25mm。直线段轴向长度为44.8mm～47.2mm，优选为46mm；收缩段轴向长度为67.8mm～70.2mm，优选为69mm；扩张段轴向长度为136.8mm～139.2mm，优选为138mm。收缩段的收缩角度α在3.16°～5.54°之间，优选为5.3°；扩张段的扩张角度β在1.2°～3.5°之间，优选为3.34°；两路输粉金属软管12的输出端相比水平线的倾斜角度θ＝45°，优选为30°～50°。

所述驱动气体罐用于提供气源，采用耐高压材料；减压阀6用于减小压力；注气口用于补充气体；所述干粉灭火剂，是依需要而控制配比的超细粒径、超优性能的干粉灭火剂；球形控制干粉流量阀10用于控制干粉流量，防止由于重力干粉不断输出；所述输粉金属软管12采用金属软管，是为了减小摩擦力；为了降低噪声，在引射式超声速喷管的扩张段安装减噪装置14；由于罐体有一定的重量，罐体通过固定保护环5固定在推车1上，方便移动到灭火场所。

本发明实施的具体工作过程：

先打开低压罐8，将干粉装入储粉装置9。关闭低压罐8，充入气体，驱动气体罐中压力升高到稳定值后，打开减压阀，使低压罐中的压力达到一个稳定值，这时，打开球形控制干粉流量阀10和球形控制气体流量阀15，储粉装置中的干粉在气流的压力作用下通过输粉金属软管12进入引射式喷管输入端，部分气流进入喷射金属软管中，在引射式喷管13的扩张段，干粉灭火剂与进入引射式喷管13的气流交汇形成气固两相流，气固两相流经扩张段后从出口端喷出，气固两相流在扩张段速度由亚音速跨越到超音速实现射流。

如图4所示，根据fluent19.0软件模拟得到本发明装置(引射式送粉)与现有灭火装置(轴向送粉)中的干粉沿喷管轴线方向的颗粒速度对比图，可以看到引射式送粉的颗粒速度比轴向送粉的颗粒速度大，且相比轴向送粉本发明的引射式送粉能在保持高速的前提下喷射更远的距离，从而效果更好。

本发明的颗粒速度最高能达到415m/s。

本发明装置中的干粉灭火剂沿喷管轴线方向的颗粒速度的计算方式如下：

1)计算干粉灭火剂进入引射式喷管13时的初始颗粒速度v，具体计算公式如下：

其中，ae为喷管出口端的面积；a^*为喷管喉部的面积，喷管喉部为收缩段和扩张段的连接处；p0为喷管入口端的压力值，为低压罐中的压力值；pe为环境的压力值；m为喷管出口马赫数，a为声速，为340m/s；γ＝1.4；

2)将引射式喷管的结构参数和计算得到的初始速度v输入fluent19.0软件中模拟气固两相流在引射式喷管13中的运动，从而得到干粉灭火剂从引射式喷管13出口端喷出的颗粒速度。