Форсунка со спиральной пружиной, которая придает жидкости вихревое движение - RU2121886C1

Чертежи

Показать все 14 чертежа(ей)

Описание

Изобретение относится к форсункам.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является форсунка, содержащая спиральную пружину, расположенную перед жиклером форсунки таким образом, чтобы жидкость направлялась по спиральному каналу, образованному между витками пружины в сильном вихревом движении перед тем как быть выпущенной из жиклера форсунки, при этом спиральная пружина расположена вокруг стержня, входящего по существу в цилиндрический канал, выполненный в корпусе форсунки, при этом конец спиральной пружины опирается вблизи жиклера форсунки [1].

В этой заявке раскрыта форсунка со спиральной пружиной, придающей жидкости вихревой движение.

Однако эта пружина не приспособлена прилагать усилие на стержень, которое удерживает стержень на расстоянии от жиклера. Таким образом, аксиальное перемещение стержня, зависящее от результирующего усилия пружины и давления жидкости, не будет осуществляться в известной форсунке. В этой форсунке также отсутствует автоматическое регулирование количества текучей среды через входное отверстие жиклера.

Задачей изобретения является создание новой форсунки, пригодной, в частности, для применения в таких распылительных головках, которые способны работать при высоком давлении потока жидкости.

В настоящем изобретении количество выходящей жидкости в единицу времени остается постоянным независимо от изменений рабочего давления (см. абзац 4, стр. 2 описания). Если форсунка, раскрытая в вышеуказанной заявке, связана с источником жидкости, не обеспечивающим постоянное давление, такой источник жидкости является типичным гидравлическим аккумулятором, такая известная форсунка не обеспечивает постоянное распыление. Это обычно является проблемой при тушении пожаров, и она решена настоящим изобретением.

Форсунка, выполненная в соответствии с настоящим изобретением, отличается главным образом тем, что содержит спиральную пружину, расположенную таким образом до жиклера форсунка, что поток жидкости направляется по спиральному каналу, образованному между витками пружины с сильным завихрением до ее выпуска из жиклера форсунки.

Предпочтительно, спиральная пружина расположена вокруг стержня, входящего в цилиндрический канал в корпусе форсунки.

При уменьшении рабочего давления пружина постепенно растягивается, при этом стержень движется вдоль нее и выходит из его нижнего положения вблизи отверстия форсунки. Результатом является то, что сопротивление потока уменьшается перед отверстием форсунки частично, потому что расстояние между смежными витками спиральной пружины увеличивается и, следовательно, увеличивается поперечное сечение спирального канала для потока и частично, потому что осевая длина становится более короткой.

Таким образом количество выпускаемой жидкости за единицу времени будет оставаться по существу постоянным, несмотря на изменения в рабочем давлении. Во многих случаях целесообразно применять один или несколько гидравлических аккумуляторов в качестве средства привода в движение жидкости, таким образом можно достичь по существу постоянную скорость струи жидкости, несмотря на уменьшение рабочего давления, когда гидравлические аккумуляторы постепенно разряжаются.

Далее изобретение описано более подробно со ссылкой на приложенные чертежи, которые показывают на примере множество конкретных исполнений.

Фиг. 1 показывает продольный разрез распылительной головки, применяемой по первому варианту исполнения форсунок, выполненных в соответствии с изобретением;
фиг. 2, 3 и 4 - продольный разрез отдельной форсунки, показанной на фиг. 1 в увеличенном масштабе, в условиях различного давления жидкости;
фиг. 5 - продольный разрез распылительной головки, применяемой по второму варианту исполнения форсунок, выполненных в соответствии с изобретением;
фиг. 6 и 7 - продольный разрез центральной форсунки, показанной на фиг. 5 в увеличенном масштабе, в условиях двух различных давлений жидкости;
фиг. 8 и 9 - продольный разрез боковых форсунок, представленных на фиг. 5 в увеличенном масштабе, в условиях двух различных давлений жидкости;
фиг. 10-14 - альтернативный вариант исполнения распылительных головок с соплом, расположенным в центре распылительной головки, в условиях различного давления жидкости;
фиг. 15 показывает форсунку, установленную в распылительной головке и снабженную удаляемой оболочкой.

На чертежах позицией 1 (фиг. 1) обозначен корпус распылительной головки с впускным отверстием 2 для жидкости предпочтительно под высоким давлением, достигаемым примерно 30 МПа. Впускное отверстие 2 переходит в осевой канал 3, который, как показано на фиг. 1, ведет к расположенной в центре форсунке 4 и от которого проходят отводные каналы 5 к боковым форсункам 6, направленным наклонно наружу. Центральная форсунка 4 и боковые форсунки 6, показанные на фиг. 1, представляют собой первое предпочтительное исполнение изобретения, которое будет описано более подробно со ссылкой на фиг. 2, 3 и 4, показывающие боковые форсунки 6.

Форсунка 6 (фиг. 2) имеет корпус 7, закрепленный при помощи резьбового соединения 8 в гнезде, таким образом присоединяя форсунки 6 к отводному каналу 5 корпуса 1 распылительной головки. Через корпус форсунки 7 проходит соединение, которое в направлении от канала 5 имеет цилиндрическую часть, стенка которой обозначена позицией 9 и оканчивается кольцеобразным упором 10, и также имеет сужающуюся коническую часть с элементом 11 камеры завихрения, который ограничивает коническую камеру 12 завихрения и жиклер 13.

Между внутренним концом корпуса 7 форсунки и упором 14, выполненным в гнезде, расположен фильтр, предпочтительно дискообразный фильтр 15 из спеченного металла, имеющий отверстие в центре, через которое проходит концевая ось 16 стержня, имеющего цилиндрическую часть 17, проходящую в цилиндрическом канале корпуса 7 форсунки и оканчивающуюся торцовой поверхностью 18 (фиг. 3), сопрягаемой с конической поверхностью камеры 12 завихрения и снабженной, например, двумя-четырьмя наклонными канавками 19.

Вокруг цилиндрической части 17 стержня установлена спиральная пружина 20, причем ее один конец опирается на упор 10 и/или на внутренний торец элемента 11 камеры завихрения, либо на стенку вихревой камеры 12, а другой ее конец опирается на фланец 21 стержня, причем указанный фланец 21 опирается, в свою очередь, на фильтр 15. Таким образом пружина 20 стремится сместить стержень в сторону от вихревой камеры 12 и прижать фильтр 15 к упору 14. Диаметр фланца 21 немного меньше диаметра цилиндрического канала 9 корпуса 7 форсунки, таким образом между фланцем 21 и стенкой 9 образуется кольцеобразный канал 22, когда стержень приводится в движение в направлении (нижней) стенки вихревой камеры 12, как это показано на фиг. 3.

Вдоль кольцеобразной полости, образованной между цилиндрической частью 17 стержня и стенкой 9 цилиндрического канала образуется спиралеобразный канал 23 вдоль и между витками пружины 20; причем часть стержня и пружина 20 имеют, предпочтительно, такие размеры, что практически весь поток жидкости следует по спиральному каналу 23, таким образом жидкости сообщается сильное вихревое движение в вихревой камере 12 и затем в жиклере 13.

На фиг. 2 распылительная головка показана в нерабочем положении или когда рабочее давление жидкости настолько мало, что пружина 20 смещает фильтр 15 к упору 14. Пружина 20 относительно растянута, и поперечное сечение спирального канала 23 относительно широкое.

Между фильтром 15 и торцом корпуса 7 форсунки имеется зазор 24. Предпочтительно, чтобы конический выступ 26 оси 16 проходил бы в впускной канал 5 и закрывал бы отверстие канала 5. Та поверхность фланца 21, на которую опирается пружина, находится, по существу, на одном уровне с внутренним торцом корпуса 7 форсунки.

На фиг. 3 показана распылительная головка в рабочем положении, при этом давление жидкости высокое. Давление уменьшается особенно над кольцеобразным пространством 27 между коническим выступом 26 и окружающей его кромкой отверстия впускного канала 5, тогда как над кольцевым каналом 22 между фланцем 21 и стенкой 9 оправки и также до некоторой степени над фильтром 15 и спиральным каналом 23 оно такое большое, что пружина 29 сжимается до тех пор, пока фильтр не прижимается к корпусу форсунки, после этого стержень продолжает свое движение в результате падения давления над кольцевыми каналами 27 и 22. Торцовая поверхность 18 стержня передвигается до момента контакта с нижней стенкой вихревой камеры, в результате этого спиральный канал 23 становится значительно уже, чем канал, показанный на фиг. 2. Через жиклер 13 сопла выпускается струя жидкости, обладающая сильным завихрением в виде густого тумана.

Для распылительных головок, рассматриваемых в настоящей заявке, часто целесообразно применять один или множество гидравлических аккумуляторов в качестве приводного средства и в качестве источника жидкости.

Давление потока газа и, следовательно, давление жидкости будет постепенно падать до такого низкого значения, что пружина 20 будет заставлять стержень передвигаться от элемента 11 вихревой камеры. Давление падает особенно над кольцевым каналом 22, а над кольцевым зазором 27 оно теперь уравновешивает пружину. Когда давление привода в движение жидкости продолжает падать, пружина 20 растягивается дальше до тех пор, пока конический удлинитель не заблокирует, по существу, входной канал 5, после этого фильтр 15 закрывается или он упирается в упор 14.

В положении, показанном на фиг. 4, требуемое сцентрированное положение стержня, несмотря на боковой или радиальный зазор между фильтром 15 и упором 14 и зазор 25 между осью 16 и фильтром 15, обеспечивается за счет конического выступа 26 оси 16. Сцентрированное положение необходимо для достижения равномерной ширины кольцеобразных каналов 22 и 27 на всем их протяжении и, следовательно, для получения по существу заданного сопротивления потока через эти каналы. Поток жидкости, проходящий вдоль конуса 26, автоматически центрирует положение стержня. Однако следует отметить, что удовлетворительный результат можно получить также во многих случаях без конического удлинителя 26, то есть с осью, оканчивающейся на фильтре 15 или слегка выше фильтра, например, с осью 32, показанной на фиг. 5-7.

Путем изменения осевой длины цилиндрической оси 16 и/или угла при вершине конического выступа 26 впускное отверстие 5 может закрываться при заданном давлении жидкости, когда пружина 20 из-за уменьшения давления жидкости постепенно растягивается от состояния, показанного на фиг. 3, через положение на фиг. 4 назад к положению на фиг. 2. В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 1-4, конический выступ 26 закрывает впускное отверстие 5 сразу до того или как только фильтр 15 соприкоснется с упором 14.

Конический выступ 26 может иметь обычную форму усеченного конуса. Если канавки 19 отсутствуют, сопло будет закрываться в положении, показанном на фиг. 3, и будет открываться при заданном уменьшенном давлении. Фильтр 15 играет только незначительную роль в создании этих перепадов давления, которые управляют работой форсунки, но его рекомендуется применять для очистки жидкости.

В состоянии, показанном на фиг. 4, поперечное сечение спирального канала 23 шире, чем в состоянии, показанном на фиг. 3. Результатом этого является то, что скорость потока жидкости, выходящей из отверстия, не уменьшается пропорционально снижению давления жидкости, а остается при постоянной скорости, хотя поток жидкости с завихрением в виде тумана эффективно уменьшается, при этом размер капель увеличивается.

Усилие пружины 20, а также размеры кольцеобразных каналов 22, 27 могут быть изменены в соответствии и с учетом требуемой скорости потока жидкости, размера капель, требуемого давления привода и т.п. на различных стадиях процесса тушения огня. Различные распылительные головки в устройствах для тушения огня можно приспособить индивидуально, как и отдельные форсунки одной распылительной головки.

В последнем случае можно приспособить главным образом центральную форсунку распылительной головки, показанную на фиг. 1, в отличие от ее боковых форсунок, таким образом, чтобы ее пружина была несколько прочнее, чем пружины боковых форсунок, что позволит поддерживать в течение более продолжительного времени относительно сильную струю жидкости в главном направлении при уменьшенном давлении жидкости. Это можно сделать, например, в портативном огнетушителе типа "пистолет", показанном в заявке на патент Финляндия N 924119, причем таким образом, чтобы одновременно с сильной струей жидкости в главном направлении через центральную форсунку обеспечивалась защита жидкости в виде густого тумана боковыми форсунками, чтобы можно было приблизиться достаточно близко к сильному огню, выделяющему интенсивное тепло. Такое устройство с ручным управлением можно легко изготовить с возможностью изменения рабочего давления, когда это требуется во время тушения огня.

Благодаря форсункам, выполненным в соответствии с изобретением, достигается особенно благоприятный эффект, когда в качестве средства привода применяют гидравлические аккумуляторы, описанные в патентной заявке Финляндии N 924752.

Такие гидравлические аккумуляторы имеют выпускную трубу с отверстиями в стенке, следовательно, приводящийся в движение газ подмешивается в жидкость для тушения огня после того, как давление газа уменьшается до заданного уровня. На начальной стадии, показанной на фиг. 3, образуется туман жидкости с сильно завихряющимся движением и с небольшими каплями и достигается хорошее проникновение энергии, тогда, как в начале стадии, показанной на фиг. 4, отмечается образование больших капель с хорошей способностью охлаждать горячие поверхности и тушить огонь, после этого давление привода в движение постепенно уменьшается, количество смешанного газа увеличивается и происходит постепенный возврат к состоянию, показанному на фиг. 2, причем общее "затопление" жидкостью с равномерными мелкими каплями, чем во время начальной стадии, показанной на фиг. 3, можно поддерживать в течение продолжительного времени.

В устройствах для тушения огня, применяющих жидкостный насос в качестве приводного устройства, форсунки, выполненные в соответствии с изобретением, позволяют изменять форму струи жидкости во время тушения огня за счет изменения рабочего давления жидкостного насоса или установки клапанов для дросселирования потока жидкости и, следовательно, регулирования давления. Таким образом можно расширить диапазон действия струи для каждой распылительной головки, причем можно применять меньшее количество распылительных головок.

Конструкция с центральной форсункой 30 и боковыми соплами 31, показанная на фиг. 5-9, имеет в центральной форсунке ось 32 стержня с осевым каналом 33, оканчивающимся в дросселе 34. Спиральная пружина 35, расположенная вокруг оси 32, образует спиральный канал 36 для потока, проходящего вдоль и между витками пружины 35. Это устройство образует в общем достаточно сильную струю, обеспечивающую всасывание, которая увлекает за собой поток жидкости в виде тумана, образованный боковыми форсунками 31, которые могут иметь сплошную ось 37 стержня с установленной вокруг нее спиральной пружиной для образования спирального канала 36 для потока. Ось 37 предпочтительно заканчивается расширенной головной частью 38 (головкой) для образования кольцеобразного канала 39 между головкой 38 и окружающей стенкой корпуса 1 для той же цели, что и конический выступ 26, показанный на фиг. 1-4. Головка 38 может быть выполнена так, чтобы блокировать впускное отверстие 5 в положении, показанном на фиг. 8.

Фиг. 6, 7, 8 и 9 показывают подобно фиг. 2 и 3 ситуацию, когда давление отсутствует или жидкость в условиях низкого и высокого давления соответственно. Естественно, что также возможна ситуация, показанная на фиг. 4.

Другой вариант исполнения изобретения показан на фиг. 10-14. В этом варианте боковые форсунки 6 распылительной головки такого же типа как и боковые форсунки на фиг. 1-4, а центральная форсунка 60 имеет корпус 61, ввинченный в нижний конец центрального канала 3 распылительной головки, и имеет вихревую камеру 62, расположенную над жиклерами форсунки. Спиральная пружина 63 опирается своим одним концом на стенку вихревой камеры 62, а другим ее концом опирается на утолщенную часть стрежня 64, выполненного в виде плунжера, перемещаемого в центральном канале 3, при этом та часть стержня, выполненная в виде плунжера, составляет примерно половину стержня, и эта часть расположена со стороны входа в канал 3. Между частью стержня 64, выполненного в виде плунжера, и стенкой канала 3 расположен кольцеобразный канал 71. Через стержень 64 проходит осевой канал 65 с дросселем 46 на его входе и с ответвлениями, ведущими к каналу 3, после части стержня, выполненной в виде плунжера. Более тонкая часть 69 стержня 64, вокруг которой расположена пружина 63, может быть выполнена массивной в остальной ее части. Витки пружины 63 образуют спиральный канал 70 между частью 69 стержня и цилиндрической частью корпуса 61 форсунки, ввинченной в конец канала 3.

В нерабочем состоянии, показанном на фиг. 10, пружина 63 заставляет стержень 64 упираться во входную часть центрального канала 3. Проходящая через него под высоким давлением жидкость создает такой перепад давления через дроссельный клапан 66 и кольцеобразный канал 71 между частью стержня 64, выполненного в виде плунжера, и стенкой канала 3, что стержень приводится в движение вниз в сторону центральной форсунки 60, как показано на фиг. 11, при этом массивная часть 69 стержня упирается ее предпочтительно коническим концом в такую же коническую стенку вихревой камеры 62. Пружина 63 сжимается, при этом спиральный канал 70, образованный витками пружины, становится узким и переходит после конца пружины 63 в канал 72, образованный между концом стержня и стенкой вихревой камеры, и ведущий к жиклеру форсунки.

Предпочтительное исполнение канала 72, который нечетко виден на фиг. 11, показано более подробно на фиг. 12 и 13. Коническая торцовая поверхность части 69 стержня обозначена позицией 73, а множество предпочтительно наклонных канавок, например, две или четыре канавки, выполненные по ионической поверхности 73, обозначены в позиции 74. В положении, показанном на фиг. 12, центральная форсунка 60 образует таким образом туман с сильным завихрением жидкости так же, как и боковые форсунки. В конструкции, показанной на фиг. 1-4, канавки 19 расположены предпочтительно таким же образом. Если канавки 74 отсутствуют, то конкретная форсунка будет закрываться в положении, показанном на фиг. 11.

После того, как давление жидкости уменьшается достаточно, стержень 64 примет примерно такое положение, которое показано на фиг. 14. В этом положении перепад давления через кольцеобразный канал 71, дроссельный клапан 66 и спиральный канал уравновешивает усилие пружины 63. Теперь спиральный канал 70 более широкий, как это показано на фиг. 12, и подающие каналы 5, ведущие к боковым форсункам 6, по существу блокируются частью стержня 64, выполненного в виде плунжера. Теперь наибольшая часть жидкости выпускается через центральную форсунку 60 в виде мощной и концентрированной струи.

Снижение эффективного давления в состоянии, показанном на фиг. 14, может быть достигнуто только посредством одного кольцеобразного канала, то есть с блокированным дроссельным клапаном 66. После этого кольцеобразный канал 71 будет более широким и позволит соответственно образовать более свободное соединение с боковыми форсунками, как показано на фиг. 14.

В общем, конструкция, показанная на фиг. 10-14, позволяет получить широкий диапазон изменений размера капель через центральную форсунку 60, поскольку движение пружины 63 является пропорционально длинным с соответственно широким изменением поперечного сечения спирального канала 70. Следовательно, интервал действия центральной струи жидкости является продолжительным в положении, показанном на фиг. 14.

Фиг. 15 показывает распылительную головку с множеством боковых форсунок одного типа, как и на фиг. 1-4. В описанном положении центральных форсунок расположен корпус 100 для съемной оболочки 101, которая расплавляется или разрушается при определенном повышении температуры. Стержень 102, расположенный в центральном канале 3 распылительной головки, установлен с возможностью принудительного перемещения под действием спиральной пружины 103 в сторону оболочки 101 с усилием, которое само по себе неспособно разрушить оболочку, но которое после того, как оболочка расплавится или разрушится, приводит в движение стержень 102 вниз из положения, показанного на фиг. 15, тем самым открывая каналы для прохода жидкости от впускного отверстия распылительной головки к боковым форсункам 6.

Стержень 102 имеет осевой канал 104, начинающийся у входа 2, проходит через ответвления 85 и оканчивается в кольцевой камере 106, образованной между стенкой канала 3 и противоположной торцевой частью 107 стержня, причем торцевая часть 107 вставляется с натяжением в корпус 100 для оболочки.

В направлении входного конца стержня 102 кольцевая камера 106 оканчивается в части 88 типа штока в уплотненной связи со стенкой канала 3. Кольцеобразная поверхность 109, образованная штоком 108, соответствует той поверхности входного конца стержня 102, которая находится под влиянием давления жидкости, действующего во впускном отверстии 2. Таким образом давление жидкости во впускном отверстии 2 уравновешивается кольцеобразной поверхностью 109. Следовательно, распылительная головка может подвергаться очень высокому давлению во впускном отверстии, включая ударные волны, без разрушения оболочки 101. Показанную на фиг. 15 распылительную головку можно применять для управления работой множества других распылительных головок, представленных на любой из фиг. 1-14.

Реферат

Спиральная пружина форсунки выполнена с возможностью приложения усилия к стержню, заставляющего стержень перемещаться от жиклера форсунки по направлению к упору. Стержень выполнен с возможностью аксиального перемещения в направлении цилиндрического канала в соответствии с силами, действующими на стержень и содержащими усилие спиральной пружины и давление жидкости. Пружина опирается одним концом на фланец стержня, диаметр которого меньше диаметра цилиндрического канала в корпусе форсунки, для создания перепада давления через кольцеобразный канал между фланцем и стенкой кольцеообразного канала, который создает силу, действующую в направлении, противоположном направлению усилия пружины. Стержень имеет конический выступ, образующий кольцеобразный канал с окружающим его корпусом и выполненный с возможностью блокирования подающего канала при заданном давлении жидости. Движение стержня под действием пружины ограничено стенкой конической вихревой камеры. Другим концом пружина опирается на часть стержня в виде плунжера. Стержень имеет осевой канал и торцовую поверхность с множеством наклонных канавок, плотно прилегающую к стенке вихревой камеры. Осевой канал имеет дросселирующее впускное отверстие. Распылительная головка может подвергаться очень высокому давлению во впускном отверстии, включая ударные волны, без разрушения оболочки. Жидкость приводится в движение с сильным завихрением до того, как она распыляется из жиклера форсунки. 9 з.п.ф-лы, 15 ил.

Формула