CN112218689A - 用于灭火***的低噪声喷嘴组件 - Google Patents

用于灭火***的低噪声喷嘴组件 Download PDF

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S·N·库施克
D·C·麦科米克
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Abstract

公开了一种用于灭火***的喷嘴组件，所述喷嘴组件包括：主体，所述主体具有用于以入口压力接收来自所述灭火***的灭火剂流的入口端；喷嘴部分，所述喷嘴部分从所述主体延伸并且具有限定中心轴线的内部空腔，其中多个出口孔与所述内部空腔连通地形成于所述喷嘴部分的外壁中，以引导从所述多个出口孔离开的所述灭火剂流并且降低所述喷嘴组件的噪声级；以及至少一个穿孔的过滤器构件，所述至少一个穿孔的过滤器构件定位在所述喷嘴部分中的所述出口孔的上游，以降低所述灭火剂的所述入口压力，从而促成噪声级降低。

Description

用于灭火***的低噪声喷嘴组件
发明背景
1.发明领域
本发明涉及灭火***，并且更具体地涉及一种用于与灭火***一起使用的低噪声喷嘴组件。
2.相关技术说明
在许多行业中依赖于数据中心来存储和分发有价值的信息。行业要求这些数据中心保持连续运行。停机可能会损害数据中心的声誉并且导致顾客的流失。由数据中心处理的信息主要存储在磁性硬盘驱动器(HDD)上。这些硬件装置对声音具有已知的敏感性，也就是说，声压可能会引起由振动引发的对HDD的损坏或破坏。
遗憾的是，通常用于在数据中心中保护容纳这种类型设备的服务器机房的惰性气体灭火***利用可能会产生可能会对这种噪声敏感的硬件具有不利影响的声级的喷嘴。一些常见的喷嘴产生超过130db的噪声级，这会对数据中心产生不可接受的损失操作时间的风险。
发明内容
本发明涉及一种用于灭火***的新的且有用的喷嘴组件，所述喷嘴组件不会产生足够高的，以至于对磁性HDD具有不利影响的声级。所述喷嘴组件包括主体，所述主体具有用于以入口速度和入口压力接收来自所述灭火***的灭火剂流的入口端。
所述喷嘴组件还包括喷嘴部分，所述喷嘴部分从所述主体延伸并且具有限定中心轴线的内部空腔。多个出口孔与所述内部空腔连通地形成于所述喷嘴部分的外壁中，以引导从所述多个出口孔离开的所述灭火剂流。所述喷嘴组件还包括至少一个穿孔的过滤器构件，所述至少一个穿孔的过滤器构件定位在所述出口孔的上游，以降低所述灭火剂的所述入口压力。
优选地，所述主体的所述入口端包括螺纹凸缘，所述螺纹凸缘被配置用于与适于与所述灭火***连通的螺纹配件操作性地接合。所述螺纹配件优选地包括计量孔板，并且所述穿孔的过滤器构件优选地在所述计量孔的下游支撑在所述主体的所述内部空腔内，被夹在所述主体的内部邻接表面与所述螺纹配件的前缘之间。
在本发明的一个实施方案中，所述穿孔的过滤器构件由穿孔的金属板形成。可设想的是，所述穿孔的过滤器构件可包括沿着喷嘴部分的中心轴线以间隔开的关系定位在所述喷嘴入口的所述内部空腔内的多个穿孔的过滤器构件。还可设想的是，所述多个穿孔的过滤器构件中的每一者可具有相同的孔隙度。在这种实施方案中，所述过滤器构件的孔隙度可在下游方向上减小，或者可沿着所述喷嘴部分的所述中心轴线保持相同。在本发明的另一个实施方案中，所述穿孔的过滤器构件由多孔金属泡沫形成。可选地，所述穿孔的过滤器构件可形成为穿孔的金属板和多孔金属泡沫***件的组合，其中所述多孔金属泡沫***件将定位在所述穿孔的过滤器构件的上游。
在本发明的一个实施方案中，所述喷嘴部分与所述喷嘴组件的所述主体轴向地对准，所述喷嘴部分具有圆锥形外壁，并且所述出口孔被限定在所述喷嘴部分的所述圆锥形外壁中。在这种实施方案中，可设想的是，限定在所述喷嘴部分的所述圆锥形外壁中的所述出口孔可以垂直于所述喷嘴部分的所述中心轴线的角度定向以控制流体引导。
可选地，限定在所述喷嘴部分的所述圆锥形外壁中的所述出口孔可以垂直于所述喷嘴部分的所述圆锥形外壁的局部壁角度的角度定向。还可设想的是，所述喷嘴部分的所述圆锥形外壁中的所述出口孔的直径可沿着所述喷嘴部分的所述中心轴线在下游方向上变化。
在本发明的另一个实施方案中，所述喷嘴组件被设计用于具有高度限制的服务器机房中。所述喷嘴组件包括：圆柱形主体部分，所述圆柱形主体部分具有用于以特定的入口质量流量和入口压力接收来自灭火***的灭火剂的螺纹入口端；以及径向扩大的圆柱形喷嘴部分，所述径向扩大的圆柱形喷嘴部分具有外周壁，所述外周壁具有形成于其中的多个出口孔，以便以360度模式引导剂流。
在所述喷嘴组件的这个实施方案中，转动叶片提供在所述主体的所述入口端与所述喷嘴部分的所述外周壁之间以导引流。此外，至少一个穿孔的过滤器构件在所述转动叶片的下游定位在所述圆柱形喷嘴部分内，以降低所述灭火剂的所述入口压力。
根据结合以下附图说明对本发明的实施方案进行的详细描述，本发明的这些和其他特征对于本发明所属的领域的普通技术人员而言将变得更容易显而易见。
附图说明
为了使得本领域技术人员无需过多地实验就能容易地理解如何制造和使用本发明的低速度声降低喷嘴，本文中将在下文参考附图详细地描述本发明的实施方案，在附图中：
图1是受到包括根据本发明的实施方案配置的低速度喷嘴的灭火***保护的数据中心中的服务器机房的透视图；
图2是本发明的低速度喷嘴的优选的实施方案的透视图；
图3是沿着图2的线3-3截取的优选的实施方案的喷嘴的横截面图；
图4是本发明的替代实施方案的喷嘴的横截面图；
图5是本发明的另一个替代实施方案的喷嘴的横截面图；
图6是本发明的另一个替代实施方案的喷嘴的横截面图；
图7是呈具有大量穿孔的穿孔的金属板的形式的穿孔的过滤器构件的前视平面图；
图8是本发明的低噪声喷嘴的另一个实施方案的透视图；并且
图9是沿着图8的线9-9截取的横截面图，其示出了图8的喷嘴的内部。
具体实施方式
用于灭火***的产生较低噪声级的喷嘴将保护数据中心，而不存在损失操作时间的风险。现参考附图，其中类似的附图标记标识本发明的相似的结构元件和特征，在图1中示出了位于数据中心12中的服务器机房10，所述服务器机房10容纳包含硬盘驱动器16的机架14，以及灭火***18，所述灭火***18用于在检测到危险状况，诸如烟、过热或火的情况下保护服务器机房10。灭火***18包括储罐15，所述储罐15包含惰性气体灭火剂，诸如氩气。
灭火***18还包括根据本发明的实施方案构造并且总体上由附图标记20表示的一个或多个低速度声学降噪喷嘴组件，所述一个或多个低速度声学降噪喷嘴组件用于在检测到危险状况的情况下将储罐15中所包含的灭火剂排放到服务器机房10中。
图2示出了优选的低速度喷嘴的透视图。本发明的喷嘴组件20包括主体22，所述主体22具有入口端23，所述入口端23用于以约0.1与0.5kg/s之间(例如，0.3kg/s)的特定的入口质量流量以及约60至70psig之间(例如，66psig)的入口压力接收来自灭火***18的灭火剂流。喷嘴组件20的主体22还包括轴向延伸的喷嘴部分24。多个出口孔28穿过喷嘴部分24形成以如下所述有效地引导从所述多个出口孔离开的灭火剂流。
图3示出了沿着图2的线3-3截取的喷嘴的横截面图。喷嘴组件20的轴向延伸的喷嘴部分24具有圆锥形外壁25和内部空腔26，所述内部空腔26限定沿着在上游方向Us和下游方向Ds上的线X-X延伸的中心纵向轴线。多个出口孔28形成于喷嘴部分24的圆锥形外壁25中以有效地引导从所述多个出口孔离开的灭火剂流并且有效地降低喷嘴组件20的声学噪声级。此外，形成于喷嘴部分24的圆锥形外壁25中的出口孔28有助于减少喷嘴组件20的总体声学特征(acoustic signature)。
穿孔的过滤器构件30在形成于圆锥形外壁25中的出口孔28的上游定位在喷嘴部分24的内部空腔26内，以降低灭火剂的入口速度，从而促成声学噪声级降低。此外，下文进一步详细描述的穿孔的过滤器构件30用于在进入喷嘴部分24之前降低进入流的压力，从而使入口压力下降约60psig达到约2psig的优选的出口压力以避免超音速射流通过喷嘴组件20。
由于穿孔的过滤器构件30有利地降低进入的灭火剂流的速度和压力，与降低喷嘴组件20的声学特征的出口孔28相结合，喷嘴组件因此具有所得的小于110db的噪声级。本领域技术人员将容易了解到，实现这种噪声级在火灾的情况下不会对位于数据中心12的服务器机房内的HDD 16造成损坏或破坏。
穿孔的过滤器构件30是呈最佳可见于图7中的穿孔的金属板的形式。过滤器构件30的穿孔的金属板优选地由具有约1/16英寸的厚度的铝质或类似的轻质金属制成。优选地，穿孔的过滤器构件30的约20％至40％的表面积由开放空间限定。例如，穿孔的过滤器构件30可由大量孔35所形成的约23％的开放空间限定。
继续参考图3，喷嘴组件20的主体22的入口端23包括螺纹凸缘32，所述螺纹凸缘32被配置用于与螺纹配件34操作性地接合。螺纹配件34具有适于与灭火***18连通的常规的NPT格式，并且所述螺纹配件包括计量孔板37。过滤器构件30被支撑或以其他方式稳固地保持在喷嘴组件20的主体22的内部空腔26内，被夹在主体22的内部邻接表面36与螺纹配件34的前缘38之间。
在图3的实施方案中，限定在喷嘴部分24的圆锥形外壁25中的出口孔28以垂直于喷嘴部分24的圆锥形外壁25的局部壁角度的角度α1定向以控制流体引导。可选地，如图4所示，限定在喷嘴部分24的圆锥形外壁25中的出口孔28可以垂直于喷嘴部分24的中心轴线X-X的角度α2定向，以便以不同方式控制流体引导。
可选地，出口孔28可以范围为图3所示的取向至图4所示的取向的其他角度定向，以便以另一种优选的方式控制流体引导，这将取决于将受喷嘴组件20保护的区域的配置。还可设想的是，喷嘴部分24的圆锥形外壁25中的出口孔28的直径和/或数量可沿着喷嘴部分24的中心轴线X-X变化。例如，如图5所示，上游出口孔28可具有直径“D”，而下游出口孔28可具有较小直径“d”。
本领域技术人员将容易了解到，由喷嘴组件20产生的噪声的频率将随着出口孔28的尺寸的减小而增加。因此，出口孔28的直径应被设定大小以便最小化喷嘴组件20的总体声学特征，同时维持约100m3的优选覆盖体积。
另外，喷嘴部分24优选地被设定尺寸，并且被配置为使得所述喷嘴部分在沿着中心轴线X-X的任意点处的横截面积等于在该点下游的形成于喷嘴部分24的圆锥形外壁25中的出口孔28的总开放面积。因此，喷嘴部分24的内部空腔26内的静压力将被维持在将确保灭火剂在排放的整个持续时间内被均匀地输送到所有出口孔28的水平上，所述整个持续时间的范围可为60秒至120秒。
虽然图3至图5所示的喷嘴组件20被示出为仅有一个穿孔的过滤器构件30定位在喷嘴部分24的内部空腔26内，但是可设想的是，喷嘴组件20可包括沿着其中心轴线X-X处于间隔开的关系的两个或更多个穿孔的过滤器构件。例如，如最佳可见于图6中，喷嘴组件20可具有两个间隔开的过滤器构件，包括定位在内部空腔26内的下游的穿孔的过滤器构件30a，以及定位在螺纹配件34内的上游的穿孔的过滤器构件30b。
另外，多孔金属泡沫***件可与穿孔的过滤器构件30a和30b中的每一者的上游侧相关联，以进一步降低灭火剂的入口压力。更特别地，多孔金属泡沫***件40a将与穿孔的过滤器构件30a的上游侧相关联，并且多孔金属泡沫***件40b将与穿孔的过滤器构件30b的上游侧相关联。当多孔金属泡沫***件存在于喷嘴组件20中时，所述多孔金属泡沫***件的厚度为约0.5英寸。当单独地或彼此结合使用时，这些多孔部件用于降低压力，同时在整个横截面积中均匀地分配流，并且降低与流动湍流相关联的噪声。当仅在计量孔(参见图3中的元件37)的下游使用多孔部件/穿孔的金属泡沫时，它们可用于通过消散在计量孔下游形成的冲击来有效地降低与超音速流相关联的噪声。
虽然穿孔的过滤器构件30a和30b优选地具有相同的孔隙度，但是可设想的是，多个穿孔的过滤器构件中的每一者可具有不同的孔隙度。例如，在这种实施方案中，穿孔的过滤器构件30a和30b的孔隙度将沿着内部空腔26的轴线X-X在下游方向Ds上减小。因此，上游过滤器构件30a可为具有约40％的孔隙度的穿孔的金属板，并且下游过滤器构件30b可为具有约30％的孔隙度的穿孔的金属板，以便以逐步或多阶段的方式逐渐地或以其他方式渐渐地降低灭火剂的流动速度。还可设想的是，上游过滤器构件30a和下游过滤器构件30b的孔隙度可为相同的。
现参考图8和图9，示出了本发明的总体上由附图标记50表示的低速度降噪喷嘴的另一个实施方案。喷嘴组件50被设计用于存在高度限制问题的数据中心10的服务器机房12中，并且所述喷嘴组件被配置为以360度圆柱形模式有效地引导灭火剂流。
继续参考图8，喷嘴组件50包括圆柱形主体部分52，所述圆柱形主体部分52具有螺纹入口端54，所述螺纹入口端54用于以特定的入口质量流量和入口压力接收来自灭火***的灭火剂。如图9所示，喷嘴组件50还包括圆柱形喷嘴部分60，所述圆柱形喷嘴部分60具有外周壁56，所述外周壁56具有形成于其中的多个出口孔58，所述多个出口孔58相对于喷嘴部分60的轴向平面X-X以优选角度α1定向以进行流体引导。可设想的是，相对于喷嘴部分60的轴向平面X-X，外壁56中的出口孔58全部可以相同的角度定向，或者所述出口孔可以不同的角度定向。
喷嘴组件50的主体部分52的入口端54包括计量孔64、在计量孔64下游的多孔金属泡沫***件66以及在多孔金属泡沫***件64下游的图7所示类型的穿孔的过滤器构件68。结合起来，这些部件用于最初降低灭火剂的入口压力。
参考图9，转动叶片70在喷嘴组件50的喷嘴部分60内提供在主体部分52的入口端54与外壁56中的出口孔58之间以导引灭火剂流并且降低由湍流引起的内部噪声。一个或多个同轴布置的穿孔的过滤器构件还在中心转动叶片70的下游并在外周壁56的上游定位在圆柱形喷嘴部分60内，以降低灭火剂的入口压力，从而促成噪声级降低。更特别地，如图9所示，三个同轴布置的穿孔的过滤器构件80a至80c定位在喷嘴部分60内，由多个环形的上部和下部间隔环82a至82d隔开。
虽然已参考各种实施方案示出和描述了本公开，但是本领域技术人员将容易了解到，可在不脱离本公开的范围的情况下对其进行改变和/或修改。

Claims (24)

1.一种用于灭火***的喷嘴组件，所述喷嘴组件包括：
a)主体，所述主体具有用于以入口压力接收来自所述灭火***的灭火剂流的入口端；
b)喷嘴部分，所述喷嘴部分从所述主体延伸并且具有内部空腔，其中多个出口孔与所述内部空腔连通地形成于所述喷嘴部分的外壁中，以引导从所述多个出口孔离开的所述灭火剂流；以及
c)至少一个穿孔的过滤器构件，所述至少一个穿孔的过滤器构件定位在形成于所述喷嘴部分中的所述出口孔的上游，以降低所述灭火剂的所述入口压力。
2.如权利要求1所述的喷嘴组件，其中所述至少一个穿孔的过滤器构件由穿孔的金属板形成。
3.如权利要求2所述的喷嘴组件，其中所述至少一个穿孔的过滤器构件具有如由大量穿孔所限定的约在20％至40％之间的开放面积。
4.如权利要求3所述的喷嘴组件，其中所述至少一个穿孔的过滤器构件由具有如由大量穿孔所限定的约23％的开放面积的铝板形成。
5.如权利要求1所述的喷嘴组件，其中所述至少一个穿孔的过滤器构件包括沿着所述喷嘴部分的中心轴线以间隔开的关系定位在所述喷嘴部分的所述内部空腔内的多个穿孔的过滤器构件。
6.如权利要求5所述的喷嘴组件，其中所述多个穿孔的过滤器构件中的每一者具有相同的孔隙度。
7.如权利要求5所述的喷嘴组件，其中所述多个穿孔的过滤器构件中的每一者具有不同的孔隙度。
8.如权利要求7所述的喷嘴组件，其中所述多个穿孔的过滤器构件的孔隙度沿着所述喷嘴部分的所述中心轴线在下游方向上减小。
9.如权利要求1所述的喷嘴组件，其中多孔金属泡沫***件定位在所述至少一个穿孔的过滤器构件的上游。
10.如权利要求1所述的喷嘴组件，其中所述主体部分的所述入口端包括计量孔。
11.如权利要求1所述的喷嘴组件，其中所述主体部分的所述入口端沿着其中心轴线与所述喷嘴部分轴向地对准。
12.如权利要求11所述的喷嘴组件，其中所述喷嘴部分具有圆锥形外壁，并且其中所述出口孔被限定在所述喷嘴部分的所述圆锥形外壁中。
13.如权利要求12所述的喷嘴组件，其中所述喷嘴部分在沿着所述喷嘴部分的所述中心轴线的任意轴向点处的横截面积等于在所述轴向点下游的形成于所述喷嘴部分的所述圆锥形外壁中的所述出口孔的总开放面积。
14.如权利要求12所述的喷嘴组件，其中形成于所述喷嘴部分的所述圆锥形外壁中的所述出口孔以垂直于所述喷嘴部分的所述中心轴线的角度定向。
15.如权利要求12所述的喷嘴组件，其中形成于所述喷嘴部分的所述圆锥形外壁中的所述出口孔以垂直于所述喷嘴部分的局部壁角度的角度定向。
16.如权利要求12所述的喷嘴组件，其中形成于所述喷嘴部分的所述圆锥形外壁中的所述出口孔的直径沿着所述喷嘴部分的所述中心轴线在下游方向上变化。
17.如权利要求1所述的喷嘴组件，其中所述喷嘴部分具有带有外周壁的圆柱形配置，并且其中所述出口孔被限定在所述圆柱形喷嘴部分的所述外周壁中。
18.如权利要求17所述的喷嘴组件，其中转动叶片提供在所述主体部分的所述入口端与所述圆柱形喷嘴部分的所述外周壁的所述出口孔之间以重新导引流。
19.如权利要求17所述的喷嘴组件，其中所述至少一个穿孔的过滤器构件是同轴地定位在所述圆柱形喷嘴部分内的圆柱形的穿孔的过滤器构件。
20.如权利要求19所述的喷嘴组件，其中多个同轴间隔开的穿孔的过滤器构件定位在所述圆柱形喷嘴部分内。
21.一种用于灭火***的喷嘴组件，所述喷嘴组件包括：
a)主体，所述主体具有用于以入口压力接收来自所述灭火***的灭火剂流的入口端；
b)喷嘴部分，所述喷嘴部分沿着所述喷嘴部分的中心轴线与所述主体的所述入口端轴向地对准，其中多个出口孔形成于所述喷嘴部分的圆锥形外壁中以引导从所述多个出口孔离开的所述灭火剂流，其中所述喷嘴部分在沿着所述喷嘴部分的所述中心轴线的任意轴向点处的横截面积等于在所述轴向点下游的形成于所述喷嘴部分的所述圆锥形外壁中的所述出口孔的总开放面积。
22.如权利要求21所述的喷嘴组件，其中至少一个穿孔的过滤器构件定位在形成于所述喷嘴部分中的所述出口孔的上游，以降低所述灭火剂的入口压力。
23.如权利要求22所述的喷嘴组件，其中多孔金属泡沫***件定位在所述至少一个穿孔的过滤器构件的上游。
24.如权利要求22所述的喷嘴组件，其中计量孔定位在所述至少一个穿孔的过滤器构件的上游。
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