CN1349425A - 削弱热气流的方法以及实施该方法的“乌斯马诺夫”装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及消防技术,并可用于在灭火时防护装备和人员;将地下的建筑和装置的体积分割成防火隔离区;提供天棚搭接崩塌时的保护;以及在造成生态灾难的大规模火灾中,对燃烧前沿的蔓延加以封锁。本发明的任务是指定一种方法,以便高效地削弱以光、热和对流形式出现的能流,以及提出一种附属于托架水枪的装置,他能在使用中以高度的可靠性,安全、方便地建立防护屏幕,从而得以实现对热和光辐射以及对流气流的防护。方法包括建立由冷却液体喷射于表面之间的空间中。在建立一个以上的帷幕时,采用冷却液体的组合输入。一个帷幕借助喷射液体建成,而随后的帷幕则借助输入空气机械的或化学的泡沫而形成。装置包括喷管、喷射部件和网,网间隔地布置在框架的两侧。在框架管子的孔中安装有若干喷嘴。

Description

削弱热气流的方法以及实施该方法的“乌斯马诺夫”装置

技术领域

本发明涉及消防技术，并可用于在灭火时防护装备和人员；将地下的建筑和装置的体积分割成防火隔离区；提供天棚搭接崩塌时的保护；以及在造成生态灾难的大规模火灾中，对燃烧前沿的蔓延加以封锁。

背景技术

与所建议方法的技术实质最为接近的是建立防火帷幕，包括形成和建立垂直保护。保护帷幕是通过建立金属网形成的，其形状为两个平行的平面，以及在网际空间中输入冷却剂。作为冷却剂应用了水，或含有表面活性的物质的水，或者空气机械的或化学的泡沫[1]。

已知方法的缺点在于，只建立一条防护带，在其中只输入一种冷却剂，不能保证所述方法的安全性和有效性。

已知为建立防热辐射的保护屏幕用的消防水枪附属设备[2]，它包括具有设置在壳体中的喷射部件的喷管。喷射部件制作成V形射流截断器和两块相互平行定向的平板的形状，还装备有V形射流截断器的平面之间角度的调节机构，并用喷管加以连接。在压力下通过水枪锥体和喷管输入的水，流入喷射部件后，改变运动方向，沿平板平面被截断，形成两层薄层，期间由空气间隔层分开。

该设备的缺点是，为了保持稳定的薄层区段，水的速度头必须一定，但实际上它经常变化，从而使其调节发生困难。消防水枪的位置不能改变，这也是不利因素。

与所建议装置的技术实质最为接近的是用于建立防热辐射屏幕的消防水枪的附属设备，它包括喷管和与水枪壳体相连接的喷射部件，喷射部件布置在支架上，并制成由相互连通的管子构成的框架，管子布置于垂直的和水平的平面内，而且，在管子的侧表面钻有孔，而在框架的中央部分形成门孔，用于保证消防水枪可以沿垂线移动。同时，在框架的两侧带有间隙地紧固着金属网，而下部分装备着滚轮，使框架能沿支架移动，支架装备有引导滚轮移动用的弧形导向器[3]。

此附属设备的缺点是，从构成附属防护设备的管子侧表面的孔中流出的水，在托管水枪中水的全部现存压头下，都形成细的射流，不能产生连续的水屏幕。此处，水的喷溅只发生于射流与框架金属结构相撞的位置，以及与防护网相撞的位置。

该附属设备的缺点还在于，防护屏幕在水平面内的转动只能用双手握住连接至框架上的把手才能实现。这时，仍处于自由状态的托架水枪在从水枪流出的水射流的反作用力的作用下，开始在框架门孔的垂直平面内随意运动，这可能导致不利的结果。

发明内容

本发明的任务是制定一种方法，以便高效地削弱以光、热和对流形式出现的能流，以及提供一种附属于托架水枪的装置，它能在使用中以高度的可靠性、安全、方便地建立防护屏幕，并得以实现对热和光辐射以及对流气流的防护。

提出的任务解决如下，即在削弱一光、热和对流气流形式出现的能流的方法中，包括通过将冷却液体输入至至少由两个表面构成的空间中建立冷却液体的帷幕，帷幕通过冷却试剂与热流或光流的接触表面的可调节扩展加以建立，例如应用压缩气体引射液体的可调节溅射、喷射或飞射。

在建立一个以上的帷幕时，应用冷却液体的组合送进。

帷幕中至少有一个是通过喷射液体建成的，随后的帷幕则通过送进空气机械的或化学的泡沫而建成。

提出的任务还解决如下，即在用于建立防护屏幕的附属于托架水枪的装置中包括喷管；喷射部件，它安置在支架上，与水枪的壳体相连接，并制作成框架的形状，框架由相互连通的光子构成，光子具有孔，并布置于垂直和水平的平面内，门孔完成与框架的中央部分，在其中安装着托架水枪；以及网，它们间隔地安装在框架的两侧，即网与框架之间存在间距在框架的管子的孔中安装着若干喷嘴。

框架的网由通过粉末冶金方法获得的材料制成。

网由塑料制成。网由铜制成。

网由黄铜制成。网由铁(钢)制成。

网由涂敷有金属薄膜的材料制成。

网由镀锌铁制成。

网由直径为0.1-3.0mm的丝制成。

网格的尺寸为0.1-3.0mm。

框架与网之间的间隙等于1-200mm。

外侧网的丝直径、丝的材料、网格尺寸，以及网本身(编织的或穿孔的)与内侧网的相应特征相同。

外侧网的丝直径、丝的材料、网格尺寸，以及网本身(编织的或穿孔的)与内侧网的相应特征不同，例如外外侧网的网格尺寸和丝直径可超过内侧网的网格尺寸和丝直径。

框架制作成具有由托架水枪出发的前部分和侧面部分。

框架沿着由托架水枪出发的周边制成，在必要时，包含底面和顶棚。

带有水枪壳体的支架安装在平台上，平台装备有轮子。

装备设置有传动设备，它被布置在平台上。传动设备制成机械的或液压的，并由内燃机或电动机加以驱动。

本发明的实质在于，液体的溅射射流由单个飞逸的液滴流构成，为获取单个飞逸的液滴采用了专门喷雾器——喷嘴[4]。液体的喷射射流由以下特征加以表征，即弥散性、液滴尺寸、它们沿射流截面的分布、射流的锥度角、射程、液体在喷嘴前的压头和流量。在实际中，最广为采用的喷射方法是离心法、气动法和机械法。

随着喷嘴前的压头的提高，液滴的直径减小。消防泵建立的压力为1.2MPa，在实际中，喷嘴水枪中液滴的平均直径为400-500μm。在高压装置中，喷嘴中的压差可达到15MPa，这时，液滴的直径为5-10μm。借助喷嘴溅射的液滴，既在飞***面时，又在接触这些平面时，吸收热辐射，开始气化，并在考虑到液滴的动能很大，得以在空间中，从表面向外多次反射时，此效应得到加强。表面形状及它们材料的选择，例如将表面成形成网状，它们的特征、网格尺寸、丝的直径和材料等的选择按以下方式进行，即至少在自操作员一侧放置的内表面上，由于表面张力，应形成所采用液体的薄膜，液体的稠度能保持，薄膜吸收热能时的汽化过程与薄膜本身由于溅射液体的液滴和其碰撞形成的不断补充过程之间的动力平衡。

这样，可以说，在表面之间的空间中基本形成连续的蒸汽液滴空气介质。由于火灾产生的红外的、光的辐射和对流气流，部分从表面反射，部分从网上、从建立的薄膜、从蒸汽液滴空气介质反射；部分被建立的蒸汽液滴空气介质所吸收，并在垂直于火灾的热辐射的运动方向被带走。

显然，输入能流的反射与吸收过程的实际类似共生现象具有独有的特性：本装置的热防护性能的有效性随输入热流值的增长而增长。

液体借助高压设备喷射成细微弥散状态，其液滴直径可与火灾热辐射的波长相比较(约1.5-7μm)，这也将促进类似装置热防护性能有效性的增加。这时，按几何光学定律，液滴的最佳细微弥散性将使热辐射耗散过程加强若干倍[5]。

冷却剂输入至两个防护表面之间的空间中，作为防护表面可应用金属丝织物、玻璃丝织物或其它材料，调节冷却剂量-M的必要性主要取决于热流值W，热流值W在实际火灾中——由0至200-250KW/m²。这时，当W的值还在W≌3-4KW/m²时，就已经要求对人员进行专门的防护。

假定热流W₀垂直地送入屏幕平面，同时，

W₀＝W₁+W₂+W₃，

其中，W₁——由屏幕反射的热流部分；

W₂——通过屏幕的热流部分；

W₃——被屏幕的冷却剂吸收的热流部分。显然，改变M时，W₃剧烈改变。

      让我们察看一个假设情况，其中，送入屏幕的热流W₀全部被冷却

      剂吸收，作为冷却剂具体采用水。

假定100g水溅射至面积1m²的屏幕的网之间的空间中。假定过程加热至100℃，汽化产生于1S之际，据此，估算W₀值。

这时：Q₀＝Q_H+Q_N，

其中Q₀——总的热量

Q_H＝CM(t₂-t₁)——将M＝100g的水从t₁＝0℃加热至t₂＝100℃所需的热量，而水的比热C＝4.2KJ/kg·℃。

Q_N＝λM——汽化热，

λ＝22.6×10²KJ/kg——水汽化比热。

Q＝4.2×10⁴J+22.6×10⁴J。

注意到，汽化热Q_N要比Q_H大4倍之多。对于所研究的条件，该热量对应的热流W₀＝268KW/m²。

这样大的W₀值可在木材存放场的火灾附近观察到。当燃气喷井燃烧时，热流达到30-40KW/m²。在建立水滴帷幕时，当液滴的平均直径减少至可与火灾的热幅射波长(5-10μm的量级)相比较时，W₀的削弱达到最大[6]。

这时，在实验中，W₀削弱可达4-6倍。同时，因为水滴的速度量级为10m/s，因此，汽化过程在热吸收中没有明显作用。

在应用冷却水的一面网状帷幕时[7]，W₀削弱也达3-4倍。

在应用两面其间存在间距而布置的网状帷幕时，发生水滴由两面网的内表面的多重反射。这时液滴速度减慢，液滴本身与网碰撞，***成更细微的液滴，液滴的部分水质量既粘附于网丝的表面上，又可以能粘附于网的网格本身上(与网格的尺寸有关)，形成薄膜。这些过程使输入的热能既大大消耗于水的液滴和薄膜的加热上，又大大消耗于它们的汽化上。同时，由存在两信防护表面决定的这些现象导至热辐射和对流热流-W₁的耗散和反射过程的增强，热辐射和对流热流既从网本身，又从形成于其上的水薄膜，还从产生于网之间空间中的蒸汽液滴空气介质上反射。

还应提到的是，实验中肉眼观察到光和红外辐射以及对流热流与蒸汽液滴空气介质的相互作用现象，蒸汽液滴空气介质形成于进给热流侧的防护屏幕外表面的紧邻处。

当水滴撞击防护网时，液滴***成更为细小的液滴，其部分溅射至网际空间之外的范围中。对布置于相对火灾侧为正面的网的情况，跳过网的细微弥散的水珠和汽化的水形成肉眼可观察到的蒸汽液滴空气介质的薄层，它紧贴于相对火灾侧的正面网的外表面上。

入射至正面网的外表面上和从其上反射的热气体对流流与该蒸汽液滴空气介质外侧薄层的相互作用，导至肉眼可见的该介质的不稳定脉动，以及热能沿正面网外表面在W₀流的入射失量方向的“淌流”。

这样，所建议的热流削弱方法在原则上有别于先前已知的方法。当吸收和汽化过程在热流削弱中开始起实质性作用时，它就定性地改变了情况。如以上引用的计算所示，正是这些过程理论上有能力甚至使最巨大火灾中的热损伤防护问题得以完全解决。应指出的是，在所述方法中，值W₁和W₂随值W₀的增加而增加，也即，具有入射热流的自调节削弱。同时，因为在此处能量吸收和汽化过程实质性地影响值W₀的削弱程度。所述发明有可能使该过程成为可人工调节的。此调节可以手动调节或自动调节，其方法是借助电子计算机程序，信息由布置在受保护目标上的热幅射传感器输入计算机中；或者手动进行调节。在实验中，这通过接通(切断)部分喷嘴而产生，水通过喷嘴而输入至网间的空间中，或者通过调节被输入水或冷却剂的压力而产生。这得以在可接受的值W₀削弱的条件下，大大节省建立和保持蒸汽液滴空气介质所耗费的水量。

在输入的液体中添加染色剂也有助于增加所述装置的热防护性能的有效性，因为这时蒸汽液滴空气介质的吸收入射能量的吸收系数将提高[8]。

将喷射部件制作成按特殊方式布置在框架上的喷嘴***得以确保液滴在由表面形成的空间中的均匀分布，在特殊情况下，这些表面是带有间隙地紧固至框架两侧的网。

将防护屏幕制作成半环形状得以从正面以及从侧面防护操作员不受火灾危险因素的伤害。在熄灭特别危险的目标时屏幕可制作成沿周边、以及在顶部的防护罩形状，从而从正面、侧面、背面、以及自上面来防护操作员。将整个结构布置在带轮子的平台上，使整个结构能不费力地移动；并对结构设置有传动设备，则使结构具有机动性能。

附图说明

现借助附图对发明加以解释，其中：

图1为固定方案装置的总图；

图2为装置的俯视图；

图3为具有喷射部件的局部放大图(图1中的A局部放大)；

图4为装置的侧视图；

图5为装置的俯视图，装置具有沿整个周边布置的防护；

图6为装置设置有轮子和传动设备。

具体实施方式

装置附属于托架水枪，用于形成防护屏幕，该装置包括托架水枪1，它具有喷管并布置在支架2上。喷射部件由相互连通的管子4构成的框架3制成，这些管子4布置在水平和垂直方向上。管子4上装有许多喷嘴5。在框架的中央部分完成有门孔6，用于保证托架水枪1可能沿垂线移动。在框架3的两侧留有间隙地紧固着网7和网8，即网7和网8与框架之间有一定间距(在图2和图4中以特殊的断面线表示，在图5和图6中以局部的特殊的断面线表示，而在图1中——以相互垂直的直线9示意地表示，网格的尺寸大大超过实际应用的尺寸)。在框架3的下部和中部安装有滚轮10，滚轮10带有槽，可使其沿支架2的弧形导向器11移动，弧形导向器11的半径为R。托架水枪1装备有把手12。由相互连通的管子4以及紧固于其上的网7和网8构成的框架3形成防火屏幕。

托轲水枪的垂直旋转轴线O₁相对屏幕本身的垂直轴线O₂向防护屏幕3的方向偏移。轴线O₁的偏移确保托架水枪的操作员有更大的防护性，得以使它更靠近框架——屏幕3。

支架2与水枪1相连接后，被布置在平台13上，平台13装备有轮子14和发动机15。框架——防护屏幕3可适宜于从前方和侧向掩蔽操作员(图2)，同时可沿周边布置达到从前方、从侧边、从后方和从上方防护操作员(图3和图6)。防护屏幕3的网7和网8可制作成编织的或穿孔的。当应用编织岗时，金属丝直径可选自0.1mm至3.0mm范围。直径小于0.1mm的金属丝经受不住机械损伤；而直径大于3.0mm的金属比将大大加重结构，并妨碍机动性。编织网的网格尺寸可根据金属丝的粗细，选自0.3mm×0.3mm至3.0mm×3.0mm的范围。操作员外面的网可由较粗的金属丝和较大的网格尺寸制成。

网可由相同直径的金属丝和相同网格尺寸制成。为制作网可采用任何一种金属丝，例如铜丝、黄钢丝或由粉末冶金方法获得的合金丝、陶瓷丝。网可由防燃塑料制成。网可由穿孔或冲压制成。

装置按下述方式运行：在火灾开始时，水或其它液体(水添加有表面活性物质、添加有泡沫形成剂、着色剂等)通过依次连接的管件输入至水枪1中，通过管子4系输向喷嘴5。托架水枪将强大的水(或其它液体)射流输入火灾发源地。同时，借助喷嘴5，液体喷雾于网7与网8之间的空间中。借助喷嘴喷雾的液体，由于火灾的热流与被溅射液滴相互作用生成的蒸汽在网间空间中成蒸汽液滴空气介质，它有效地反射和吸收火灾的热流，从而确保托架水枪操作员工作的安全。同时，保留火灾中情况的轮廓能见度。

除了热流削弱效应的自匹配增益外，还可能借助应用自动调节的电子计算机***的已知方法，将其削弱进行调节。

类似的调节可借助防护屏幕前的红外辐射热力传感器完成，其光谱范围包含光谱的可见和红外范围。

在火灾时，信息由传感器不断地给出，由电子计算机加以计算分析，它调整装置中运行的弥散的冷却剂数量、液体的压力以及输入至网际空间中的泡沫量。

屏幕的防护性能的类似调节，还可由托架水枪操作员本人应用已知方法来实现。

将防护屏幕3设置在滚轮上，使它得以围绕垂直轴线O₂转动，并借助把手12安置于要求的方向。

借助此把手还可在相对水平线的一定角度下，在垂直平面中移动托架水枪，用于将冷动液体输送至一定的距离。

引用的文献：

1、乌兹别克斯坦共和国预备性专利No5193，MПK A 62C 2/02，1998年(原型)。

2、A.C苏联No1666129，MПK A 62C 31/02，1991年。

3、乌兹别克斯坦共和国预备性专利No4665，MПK A 62C 31/00，1997年(原型)。

4、帕日 德.格. 加卢斯托夫 弗.斯.  液体喷射技术基础——M. 化学：1984(256页)

5、莫罗久克 尤.弗.——《应用水滴防护消防机器免遭木材存放场火灾中热照射作用的安全保证》——K.T.H. BИПTШ MBД PФ，称号竞赛论文集，M.1994年——243页

6、罗依特曼 姆.亚.《建筑施工中防火的定额测定》，M.建筑出版社，1985年，590页7、阿列克桑德罗夫 叶.叶.，斯坚奇科夫 格.勒.《大气微粒的气候效应的数字模拟》苏联科学院论文集，1985年，282卷.No6，第1324-1326页。

Claims (22)

1、能流削弱方法，其中能流的形成有光、热和对流气流，该方法包括通过将冷却液体输入至至少由两个表面构成的空间中建立冷却液体的帷幕，其特征在于，帷幕通过冷却试剂与热或光流的接触表面的可调节扩展加以建立，例如应用压缩气体引射液体的可调节溅射、喷射或飞溅。

2、根据权利要求1的方法，其特征在于，在建立一个以上的帷幕时，应用冷却液体的组合送进。

3、根据权利要求1和2的方法，其特征在于，帷幕中至少有一个是通过喷射液体建立的，而随后的帷幕则通过送进空气机械的或化学的泡沫形成。

4、托架水枪的附属装置，用于建立防护屏幕，装置包括喷管；喷射部件，它安置在支架上，与水枪的壳体相连接，并制作成框架的形状，框架由相互连通的管子构成，管子带有孔，并布置于垂直和水平平面内，门孔完成于框架的中央部分，在其中安装着托架水枪；以及网，它们间隙地安装在框架的两侧，即网与框架之间存在间距，其特征在于，在框架的管子的孔中安装着若干喷嘴。

5、根据权利要求4的装置，其特征在于，网通过编织和/或穿孔和/或冲压制成。

6、根据权利要求4和5的装置，其特征在于，框架网由通过粉末冶金方法获得的材料制成。

7、根据权利要求4和5的装置，其特征在于，网由防燃塑料制成。

8、根据权利要求4和5的装置，其特征在于，网由铜制成。

9、根据权利要求4和5的装置，其特征在于，网由黄铜制成。

10、根据权利要求4和5的装置，其特征在于，网由铁(钢)制成。

11、根据权利要求4和5的装置，其特征在于，网由涂敷有金属薄膜的材料制成。

12、根据权利要求4和5的装置，其特征在于，网由镀锌铁制成。

13、根据权利要求4-6、8-12的装置，其特征在于，网由直径为0.1-3.0mm的丝制成。

14、根据权利要求4-13的装置，其特征在于，网格尺寸等于0.1-3.0mm。

15、根据权利要求4的装置，其特征在于，框架与网之间的间隙等于1-200mm。

16、根据权利要求4的装置，其特征在于，外侧网的丝直径、丝的材料、网格尺寸，以及网本身(编织的或穿孔的)与内侧网的相应特征相同。

17、根据权利要求4的装置，其特征在于，外侧网的丝直径、丝的材料、网格尺寸，以及网本身(编织的或穿孔的)与内侧网的相应特征不同，例如外侧网的网格尺寸和丝直径可起过内侧网的网格尺寸和丝直径。

18、根据权利要求4的装置，其特征在于，框架制作成具有由托架水枪出发的前面和侧面部分。

19、根据权利要求4的装置，其特征在于，框架沿着由托架水枪出发的周边制成，在必要时，包括底面和顶棚。

20、根据权利要求4的装置，其特征在于，带有水枪壳体的支架安装在平台上，平台装备有轮子。

21、根据权利要求4的装置，其特征在于，装置设置有传动设备，它被布置在平台上。

22、根据权利要求4的装置，其特征在于，传动设备制成机械的或液压的，并由内燃机或电动机的形式加以驱动。

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