包括壓力調節、化學制品和噴射裝置的改進型滅火噴嘴及滅火方法

專利名稱：包括壓力調節、化學制品和噴射裝置的改進型滅火噴嘴及滅火方法
本申請是申請日為1998年4月6日的美國臨時申請60/080846的部分繼續申請。
發明的領域本發明涉及滅火和防火噴嘴，尤其涉及用于熄滅和阻擋包括可燃液體著火在內的大規模工業級火災的噴嘴和/或蒸汽抑制(nozzles for Vaper Suppression)噴嘴，本發明包括壓力調節、噴射和化學制品排放裝置的改進以及使用方法。
發明的背景與本申請有關的已有專利包括(1)涉及一種自噴射泡沫霧噴嘴的美國專利4640461號(專利權人為Williams)；(2)涉及一種周邊導通添加劑流體噴嘴的美國專利5779159號(專利權人為Williams)；(3)和涉及一種化學制品和流體或滅火流體噴嘴的美國專利5275243號；5167285號和5312041號(專利權人為Williams)。相關的還有現有的自動噴嘴，包括(4)授予McMilian/TaskForce Tips的美國專利5312048號，3684192號和3863844號，和授予Thompson/Elkhart Brass的美國再頒專利Re29717和美國專利3893624號。值得注意的還有授予Peck的美國專利5678766和由Baker申請的PCT申請WO97/38757。
使噴嘴的排出壓力保持恒定能產生恒定的排放范圍和按規定排放(“authority”for the discharge)，同時使噴嘴流速隨吸收的前端壓力變化。在某一申請中，例如煙霧抑制，如果噴嘴自調節在接近恒定壓力或目標壓力下排放，那么，可用滅火噴嘴。上述排放壓力能控制稱為排放流的“規定量”以及在一定程度上稱為主流范圍的范圍，并能夠影響適當的蒸汽抑制霧的排放。
一份有效使用自調節噴嘴的申請涉及一種保護系統，該系統包括永久固定于可能泄露有毒化學制品的場所的若干噴嘴。一旦泄露，這些永久固定型噴嘴可以處于遙控之下，并優先被啟動，以提供預先設計的水/霧幕，來包容和抑制任何有毒蒸汽。在這種情況下，噴嘴不是象普通滅火噴嘴那樣以相對恒定的流速構成和調節流體的排放，而可以優選以大致恒定的射程和規定的狀況排放流體。當在來自固定噴嘴前端壓力變化的條件下工作時，大致以恒定射程和規定狀況產生的水/霧將更容易在預選區域形成幕，而且，這對包容從固定場所逃逸的蒸氣是有用的。
將常規的噴嘴構成為在噴嘴額定前端壓力(nominal head pressure)為100帕斯卡時以每分鐘預定加侖的流速排放。由于噴嘴實際可獲得的前端壓力是瞬息變化的，因此與排放壓力相比，流速與這種設計更保持一致。構造一個噴嘴來交替地達到目標和調節排放壓力，將使流速隨排放壓力的變化而改變，當然對某種特定的情況也可以有優選的設計。
本發明的一個重要的方面是公開了一種改進的設計在其工作極限內的壓力調節噴嘴，以便有效地在預選或目標排放壓力下排放滅火流體。根據當前的實踐，目標排放壓力可以接近100psi。當然，可以方便地改變預選目標壓力，目標壓力可以更優選為120psi。本發明的設計提高了達到這種目標壓力的效率，并提供一種更容易與起泡濃縮物的自噴射裝置相結合，并與從噴嘴排放流體化學制品如干燥粉末的能力相結合的方案。
本發明的另一個重要方面是給出了強化從周邊和中央導通噴射的技術，這種強化噴射在自動噴嘴中特別有用，或當噴射化學制品如干燥粉末時特別有用。
根據本發明設計的一種典型自動噴嘴在某一目標排放壓力如100psi下，在一定的流速范圍內運行，例如在從每分鐘500加侖到每分鐘2000加侖的范圍內運行。為了達到排放壓力，或達到自調節壓力，該噴嘴設有靠近噴嘴排放口的自調節阻隔件。通常，當間接或直接檢測到的阻隔件上流體壓力確實低于目標壓力時，該阻隔件構成與噴嘴相結合的結構，以便“壓縮”噴嘴排放口的有效尺寸。當直接或間接檢測到的阻隔件上的流體壓力確實達到或者超過目標壓力時，阻隔件不再是壓縮結構，如果必要，可以轉換成擴大的環狀排放口的有效尺寸。通常一直持續進行這種擴大，直到排放壓力減少到預定目標或達到極限。排放口尺寸的這種調節引起流速改變，但是排放的流體趨向于以更恒定的規定狀況和射程、與目標壓力有關的規定狀況和射程排放。本設計能夠提高目標壓力下或目標壓力附近的效率和可靠性。
本發明通過提供一種帶有一個具有這里稱為正面和相反或者反面流體壓力表面的可調節阻隔件獲得一種壓力調節系統。盡管可能是一種復雜的方式，但是流體施加于阻隔件反面的壓力以雙作用點的方式至少引起阻隔件一定程度的響應。所謂的正向或者反向指噴嘴軸的方向，正向是流體排出方向。阻隔件提供的正面和反面壓力表面面積優選不相等。在這些優選實施例中，反面的有效壓力表面面積超過正面的有效壓力表面面積。因此，如果兩個表面上的壓力相等，那么阻隔件將自動移動到其完全關閉位置，使排放口最小或關閉排放口。
事實上，有效的正面壓力表面面積很容易隨壓力和流速變化。有限的試驗表明，正向流體壓力表面面積還隨阻隔件前端的設計和噴嘴尺寸變化。此外，在這些最佳實施例中，盡管一次滅火流體的壓力直接或間接作用于正向和反向兩個流體壓力表面，盡管隨正向表面的壓力而變，反向壓力的值通常小于正向表面的壓力值。
優選設置一個安全閥，以便在目標壓力或者稍微超過目標壓力時，該安全閥能夠開始減少阻隔件一側(至少)的有效壓力。至少一個安全閥能夠提高靈敏度。在這些最佳實施例中，阻隔件已經減壓的一側是反面，是與阻隔件前端上一次流體的正向壓力相反的那一面。尤其在該實施例中，當接近噴嘴排放口的一次滅火流體壓力引起安全閥以任何方式測得的壓力超過預選值時，在阻隔件腔內表面的反壓力減小，阻隔件能根據流體正向壓力正向調節。在一些用或不用上述(或某個)少量放氣的安全閥的優選實施例中，也可選擇使阻隔件簡單地穩定于壓力平衡的位置。即，噴嘴可以設計成通過用或不用安全閥和安全閥不放氣或稍稍放氣而獲得阻隔件的平衡壓力位置。至少使用一個安全閥或一個放氣安全閥實際上是有利的。
為了擴展前述實例，阻隔件前端的正向調節可以一直持續到直接或者間接檢測到的阻隔件前端一次正向流體壓力下降或者減少到安全閥預定值以下。從而導致安全閥關閉。也可使阻隔件前端穩定，或者如果沒有達到穩定，根據設計也可以反向調節安全閥，使其或者放氣或者關閉，借此可減小噴嘴排放口的有效尺寸。
為了簡化操作，當阻隔件前端如前所述正向或者反向調節時，排放壓力分別降低或者升高。如在上述最佳實施例中直接或者間接檢測到的那樣，如果排放壓力降低至預選值或者低于預選值，則將安全閥設定為趨向于關閉。關閉安全閥將增加阻隔件的反向壓力。或者如果檢測到的排放壓力確實增加到預選量以上，那么上述(或某個)安全閥將優選設定為趨向于開啟。考慮到安全閥或閥的開度、放氣以及其他設計因素和供應壓力，借助該安全閥的關閉和打開，阻隔件前端可以迅速和有效地朝阻隔件前端正向有效壓力補償阻隔件前端反向有效壓力的平衡位置移動。當然，還可能存在對阻隔件前端產生偏壓的其它因素如彈性等，這些因素也必須考慮到。
另外，假定阻隔件前端室的反向壓力表面面積大于阻隔件前端的正向有效壓力表面面積，假定阻隔件反面設置有測量傳送到噴嘴的一次滅火流體的測壓裝置，則可以將阻隔件前端和安全閥設計成(不考慮任何安全閥工作的影響)通過噴嘴的一次滅火流體的壓力減少時，阻隔件前端反向調節，直到其關閉或停止或平衡(或啟動安全閥)為止。排放口尺寸縮小使排放壓力升高。此外，如上所述，可以設計成不在處于目標壓力的平衡壓力位置上設置任何安全閥，阻隔件正向壓力表面的有效壓力抵消了阻隔件反向表面的有效壓力。這種設計應該考慮到正、反表面的壓力和面積不同而且通常是變化的這個事實。當然，通常應將阻隔件前端正面和反面和噴嘴排放結構、阻隔件結構、任何安全閥和任何其它維持偏壓的裝置結合起來進行設計和構成，以便可行而有效地達到無擺動的目標壓力。如上所述，可以在平衡點的提高設計效率的安全閥或閥，優選是略開啟或少量排氣的結構。
為了進一步描述運行狀況，阻隔件前端正向壓力是阻隔件前端有效彎折表面排放流體壓力與阻隔件有效正向表面面積的乘積。阻隔件前端的反向壓力是作用于阻隔件前端反向表面的流體壓力(優選在阻隔件腔內的一次流體)乘以阻隔件前端反向表面面積。反向表面積優選大于有效正向表面面積，盡管隨阻隔件前端排放流體壓力而變，但是反向流體壓力如阻隔件腔內的壓力可以小于阻隔件前端處排放的流體壓力。如上所述，雖然能夠設計一種與噴嘴結構結合的自調節阻隔件前端，以便阻隔件前端在不借助于任何安全閥即可在目標壓力下平衡，但是安全閥能提高大多數噴嘴類型的速度、靈敏度和效率。因此，采用一個或多個安全閥時，可以按以下方式選擇閥觸發壓力，即當出現于檢測裝置的阻隔件正向表面流體壓力明顯超過目標壓力時，安全閥打開或至少開始打開。在該點，安全閥減少或開始減少阻隔件表面的流體壓力，如反面上的壓力，使阻隔件穩定或開始重新調節。這種重新調節影響排放口處的流體排放壓力。一個最佳設計包括將阻隔件前端表面面積和安全閥相結合的結構，以便隨著安全閥關閉，阻隔件前端基本關閉該噴嘴；此外，阻隔件前端平衡在目標排放壓力上時，安全閥部分打開或者排氣。隨著安全閥完全開啟，阻隔件前端將移動到使其全開的位置。
本發明至少有三個目的。一個目的是提供一種能夠精確、迅速和可靠地將噴嘴排放壓力控制在一個小范圍內的自動自調節噴嘴。第二個目的是提供一種能夠在兩個方向平穩和精確調節、都能夠從非常高的壓力狀態和從非常低的壓力狀態調節到目標壓力的自調節噴嘴方案。實現這兩個目的結構上面已經討論過了。第三個和另一個目的是提供強化的自噴射噴嘴，這本身是有價值的，以便自調節噴嘴能夠與自噴射泡沫/霧噴嘴有效組合或者結合。此外，這種強化噴射方案有利于使噴嘴具有噴射化學制品(如干粉)流體的能力。因此，本發明還涉及適合各種噴嘴的改進了的噴射裝置。
本發明的概述本發明包括一種用于滅火的、具有一個位于噴嘴排放口附近的調節式阻隔件的壓力調節噴嘴。該阻隔件提供了與一次滅火流體連通的正向和反向壓力表面。通過作用于阻隔件正或反面的流體壓力，該阻隔件調節至少是部分有效的。
上述噴嘴優選包括一個安全閥，阻隔件前端的有效反向壓力表面面積大于有效正向壓力表面面積。阻隔件優選限定一個阻隔件腔，如果使用一個安全閥，那么安全閥至少部分位于該阻隔件腔內。
本發明包括具有流體噴射裝置的自調節噴嘴。上述流體噴射裝置被設計成特別能用于起泡濃縮物，并能夠提供起泡濃縮物的中央或者周邊通道。
本發明還優選具有能噴射干燥化學制品的自調節噴嘴以及自調節和自噴射的噴嘴。
本發明具有在二次流體或起泡濃縮物繞壁周邊導通時的強化噴射裝置。這些強化噴射裝置能夠與或不與自調節阻隔件前端一起使用。上述強化的噴射裝置包括改變靠近噴嘴排放口的一次滅火流體流的形狀，以便形成一個橫截面積逐漸變小的環狀流體。二次流體或者起泡濃縮物的噴射口正好通向橫截面積最小的下游環狀流。該環狀流在達到最小之后逐漸擴展。此外，可以通過周邊導通壁提供小射液的一次流體，以便強化二次流體或起泡濃縮物的噴射。
附圖的簡要描述通過結合附圖對下述最佳實施例的詳細描述可以更好地理解本發明，其中


圖1以剖開的形式描述了作為背景技術的現有的非自調節自噴射噴嘴典型結構；圖2A以剖開的形式描述了自調節噴嘴的一個實施例，該實施例具有一個中央安全閥；圖2B以剖開的形式描述了圖2A的詳細放大圖，即帶有一個位于中央的調節安全閥的可調節阻隔件前端的實施例；圖2D也以剖開的形式描述了具有一個不位于中央的自調節噴嘴的實施例；圖3A以剖開的形式描述了一個自噴射和自調節噴嘴的實施例，該噴嘴包括通過其中央輸送和排放起泡濃縮物并具有一個檢測阻隔件腔內壓力的調節閥組件；圖3B更詳細地描述了一個圖3A所示的檢測阻隔件腔內壓力的調節閥組件。
圖3C描述了一個能夠噴射起泡濃縮物并從周邊導通上述噴射起泡濃縮物的自動噴嘴的實施例；還描述了一個檢測阻隔件正面區域壓力的調節閥組件；圖3D以剖開的形式描述了一個能夠噴射起泡濃縮物并從中央導通上述起泡濃縮物的自動噴嘴的實施例；還描述了一個檢測阻隔件正面區域壓力的調節閥組件；圖3E以剖開的形式詳細描述了圖3D，即用于檢測阻隔件正面區域壓力的不位于中央的調節閥組件；圖4A首先描述了一種在本發明的該實施例中的流量表的可能布置；在圖4A中，表示了一個自噴射壓力調節噴嘴，其中的安全閥被設計成環繞該管的環狀安全閥，以便將噴射流體提供給噴嘴的混合型區域；描述的流量表具有一個在噴嘴外邊可觀察到的指示器附件，該流量表本身安裝在阻隔件內；圖4B描述了本發明的一個可供選擇的實施例，其中阻隔件腔在固定管筒、固定柱塞和位于固定導管筒上的彈簧上滑動，柱塞代替了一個安全閥，而另一些實施例，上述彈簧根據設計可使柱塞交替地移入或者移出；圖4C以剖開的形式詳細描述了能夠通過中央輸送和排放流體化學制品如干燥粉末并能夠由阻隔件腔壓力啟動安全閥的自動噴嘴實施例；圖4D以剖開的形式表示了一個能夠從中央排放流體化學制品的自動噴嘴的實施例，該噴嘴具有一個由阻隔件正面流體壓力啟動的安全閥；
圖5A以剖開的形式描述了一個自動噴嘴的實施例，該噴嘴能強化從周邊噴射和導通起泡濃縮物，并能從中央排放化學制品流體；圖5B以剖開的形式表示了一個自動噴嘴的實施例，該噴嘴能強化從周邊噴射起泡濃縮物并能從中央排放化學制品流體，5B的實施例還包括一個有助于起泡濃縮物噴射的噴射器；圖5C表示了一個自動噴嘴的實施例，該噴嘴能從周邊噴射起泡濃縮物和從中央排放化學制品流體，它還具有另一種類型的泡沫噴射器；圖6以剖開的形式表示了一個自動噴嘴，其中起泡濃縮物和化學制品流體都通過噴嘴中央流出；圖7描述了一個能強化從周邊排放噴射泡沫的自動噴嘴實施例；圖8描述了一個類似圖7的實施例的噴嘴，但是不具自動裝置；圖9描述了一種起泡濃縮物從中央輸送的強化的噴射排放裝置。
這些附圖是基本說明。顯然，為了說明本發明的某些方面，已經簡化了結構并省略了某些細節。為了清楚起見，不考慮比例關系。
最佳實施例的詳細描述通常，具有一個為了以目標壓力排放滅火流體的可“調節”的阻隔件的噴嘴需要一個偏壓裝置，對抗調節阻隔件由于流體壓力而向外的傾向于開大排放口的有效尺寸的預期運動，最簡單的偏壓裝置將等于所需的力或目標流體壓力的反作用力作用于阻隔件正面。因此，阻隔件的正向運動平衡了目標壓力下的阻隔件反向偏置壓力。阻隔件正面是阻隔件的使滅火流體通過和流出排出口的表面。理論上，偏置力在阻隔件兩端點之間幾乎不到半英寸的可調節范圍內在目標壓力上一個基本恒定的偏置力。上述目標壓力可以是100帕斯卡。這種簡單設計表示于圖4B中。
此外，可以將可調節的阻隔件前端設計成在該阻隔件前端內限定出一個腔室，提供一次滅火流體能夠作用的正面和反面。顯然，限定在阻隔件前端內的腔室應具有允許一部分滅火流體進入該腔的裝置。在這種設計中，阻隔件有效反向壓力表面面積通常應超過阻隔件的有效正向壓力表面面積。然而期望阻隔件內的流體壓力至少稍微小于施加于面對阻隔件正面的壓力。這種傾向證明了這樣一個事實，至少在這些最佳實施例中，阻隔件內流體的反向壓力表面面積超過提供給阻隔件的正向壓力表面面積。采用這種方式，阻隔件內流體作用于一個較大的表面區域，并且盡管量值低，也能夠驅動阻隔件反向作用于通過噴嘴的流體流。考慮到在不同源壓力下阻隔件內外的壓力差，考慮到在不同前端壓力和流速下存在于有效區域內的流體壓力不同希望設計出在目標壓力下平衡的阻隔件。顯然總是需要附加彈簧機構，用于增加由一次滅火流體提供的作用于阻隔件前端正面和反面的偏置力。
顯然，如果或者當阻隔件調節導致如由在一個固定柱塞上滑動的阻隔件限定的阻隔件腔的容積變化時，那么將使從腔內流出的流體壓力降低。
本發明具體地公開了使用至少一個安全閥的方案，以便提高平衡的精確度和速度，減少過度擺動或滯后。當流體壓力從目標壓力改變時，安全閥將從阻隔件一側或另一側使流體減壓，優選使阻隔件阻隔件腔的流體減壓。這種泄放通常引起阻隔件移動，在所示的情況下，朝外向阻隔件位置的一端移動。一種朝外或者朝外端方向的移動將引起阻隔件上流體壓力的下降。流體壓力的這種降低可能引起安全閥再次關閉，再次允許阻隔件背面的流體壓力增加。阻隔件背面流體壓力的增加將有助于把調節阻隔件朝阻隔件正面的流體壓力與阻隔件反面的流體壓力平衡的位置調節，上述阻隔件包括考慮了其它偏壓件，如設計中使用的連續“排氣”的安全閥和任何彈簧。
本發明的該實施例所示的安全閥更確切地說或者直接檢測作用于噴嘴內阻隔件正面區域的一次滅火流體壓力，或者另外間接檢測阻隔件腔內產生的額外的二次流體壓力。本領域的普通技術人員進行的這種設計或其它設計之間的差異是方案選擇和工程簡單化進行的大問題。
選擇安全閥的一種功能能助于從相同的向外或者向內移動阻隔件的方向適當地達到平衡壓力位置。這種設計有助于在獲得平衡時以較少的擺動和較高的速度在平衡點周圍達到設計的較高精確度。
本發明還給出了改進了的自噴射裝置的教導，這種裝置在壓力調節噴嘴中特別有用和有利，還給出了強化噴射和壓力調節設計的教導，這種設計在用或不用自動噴嘴噴射流體化學制品如干燥粉末是有用的。
圖1表示標準的自噴射噴嘴。FEF代表一種滅火流體。滅火流體FEF通過噴射器E向噴嘴N的中央固定管筒FS內噴射起泡濃縮物FC。通常為水并通過翅片F流動的滅火流體FEF的主流通過阻隔件正向彎折表面20朝外偏斜，并流出縫或噴嘴排出部分P。借助于噴射管J，流過噴射器E的起泡濃縮物FC和少量的滅火流體FEF流過上述管筒，并經過混合板M與流出噴嘴的縫或流出口P而進入混合區域22的滅火流體主流混合。套管S從圖1所示排出霧狀模式(fog pattem)的后位調節到排出“連續流”模式(“Straight stream”pattern)的前位。出口P由阻隔件B的表面20和噴嘴N的表面21限定。噴嘴N可以是幾部分的組合。
圖2A、2B和2C表示一個采用自噴射噴嘴的基本結構而構成的壓力調節或自調節或自動噴嘴N，只是泡沫噴射入口由模件32隔開。(上面參考的臨時申請中的照片示出了圖2A、2B和2C的實施例。這些照片包括所使用的彈簧)。在公開的具有自動壓力調節裝置的實施例中，圖2A、2B和2C特別有用。圖2A、2B和2C的噴嘴簡單，既不是自噴射結構，也不能夠噴射干燥化學制品。在圖2A、2B和2C的實施例中，使用了調節或安全閥42。這種簡單設計允許調節或安全閥42進入噴嘴的管筒中心。如果利用噴嘴中央導通起泡濃縮物或干燥化學制品，那么與自調節阻隔件有關的調節閥最好偏離阻隔件中央。這種可供選擇的設計表示于圖2D中，盡管只要進行簡單的改型就可以做到這也是一種既不用于噴射起泡濃縮物也不用于噴射干化學制品的自動噴嘴的實施例。顯然，圖2D的自噴射裝置設計本身通過噴嘴中央能夠噴射起泡濃縮物或者導通干燥化學制品。
圖2A的噴嘴N示出了在固定支撐管筒28上滑動的可調節阻隔件前端B。支撐管筒28固定于管筒接頭29內。滅火流體FEF或者水W從左側進入噴嘴N，流向右側的位于由阻隔件前端B限定的表面20和由噴嘴N的一個元件限定的表面21之間的排出口P。使滅火流體流入支撐管筒28中央，從而壓迫基本位于阻隔件前端B內的調節閥42的一個表面。調節閥42能調節壓力面孔口40，以便使壓力檢測表面暴露于進入噴嘴N的支撐管筒28的滅火流體或者水中。
和支撐管筒28一樣，位于支撐導管28端部的柱塞26是固定的。阻隔件前端B限定一個在阻隔件前端B內部的阻隔件腔24，利用固定柱塞26形成該腔室的一端。過濾器34優選設置于支撐管筒28的水入口，以便防止碎石堵塞孔口40中的調節壓力面。凸緣基座36是公知的現有構件，它用于連接噴嘴N，以便供應滅火流體或者水。過濾器34可以由過濾器固定螺母35保持定位。
圖2C更清楚地表示了調節閥42的工作情況。滅火流體FEF處于支撐管筒28內，壓迫檢測壓力入孔口40內的調節控制表面41。滅火流體FEF還通過圖2C中箭頭所示的側面入口孔58進入阻隔件前端B的阻隔件腔24內部11。圖2C的實施例中側面入口孔58在調節控制表面41外邊。利用滅火流體作用于阻隔件正面20的壓力，將在固定柱塞26上滑動的滑動阻隔件前端B推向前方，利用阻隔件腔24內滅火流體作用于逆向或者反向阻隔件前端表面23上的壓力，將滑動阻隔件前端向回推動。考慮到流體在圖2C內從底部通過阻隔件前端B流動到頂部，工作時在圖2C的實施例中的操作反面23具有比阻隔件前端正向表面20更大的有效表面面積。所示的一個阻隔件前端復位彈簧50將阻隔件前端復位于關閉位置，不使水壓增加。如實驗所確定的那樣，阻隔件腔24內滅火流體的壓力小于阻隔件前端B正面20上滅火流體壓力。
壓力入孔口40內的調節控制表面41依靠調節偏壓彈簧48實現偏壓。調節偏壓彈簧48的設定值為使調節閥打開或者至少放氣的值。當作用于調節控制表面41的壓力形成克服調節偏壓彈簧48的偏壓力的力時，具有調節密封件45的調節閥47的柱塞朝噴嘴流方向移動，從而打開調節閥47。阻隔件前端24內的滅火流體FEF進入出口并充滿調節閥42的室62。當調節閥47打開時，流體從調節閥室62通過調節閥室64進一步向前流出大氣出口孔56。柱塞固定螺母46將固定柱塞26固定在固定管筒28。浮動阻隔件前端B滑過固定柱塞26，并利用主密封件54緊貼固定柱塞56的表面而實現密封。如果或當調節閥47只稍稍開啟時，那么調節閥42將通過室62、室64和大氣出口孔56放氣或者緩慢泄氣。當流體通過調節閥內的室62、室64和大氣出口孔56流出阻隔件前端腔24時，作用于阻隔件前端內的相對或反向表面23的壓力減少。當作用于表面23的壓力減少時，滅火流體作用于表面20的壓力可以推動阻隔件前端B在固定柱塞26上向前滑動。調節閥42的導向元件43用于導引調節閥42內的調節閥47的柱塞移動。導向元件43可以用導向密封件49緊貼固定管筒28而實現密封。可以設置彈簧張力調節螺釘44來改變調節偏壓彈簧48的偏壓力。
圖2D表示具有一個不位于中央的調節閥組件42的類似的滑動可調阻隔件前端B。調節閥組件42檢測滑動阻隔件前端B的阻隔件正面20部分的壓力。上述壓力通過一個設置于調節閥組件42的檢測壓力入口孔40檢測。圖2D中示出的流量指示器70利用傳感器74和72給操作者一個可觀察到的流量指示和讀數。圖2D中的水入口58為一次滅火流體提供了進入阻隔件前端腔24內的入口，以便產生作用于滑動阻隔件前端B的反向壓力或者反面壓力。
圖3A和3B表示一個自噴射壓力調節噴嘴，其中起泡濃縮物FC通過可滑動的流量測量管96和固定管筒28從中央流過。在圖3A和3B的最佳設計中，水W這種典型的一次滅火流體借助于水入口58進入阻隔件腔24，通過阻隔件前端B的正面20進入室24和阻隔件前端B的反面23周圍。圖3A中實施例的調節安全閥組件42檢測阻隔件腔24內滅火流體或者水W的壓力。圖3B提供了圖3A中調節安全閥組件42的放大視圖。在該設計中，調節安全閥或調節閥47由調節偏壓彈簧48彈性偏壓，以便調節閥47移出底座45，并在選定的安全閥壓力下泄壓，上述選定壓力在一些優選實施例中可以被設定為噴嘴前端目標壓力100帕斯卡的約三分之二。經驗表明，這樣一個值對于檢測噴嘴阻隔件腔內滅火流體壓力的安全閥是適當的。現有的試驗和經驗表明，如在圖3B中那樣，對于阻隔件腔內流體的壓力，彈簧偏置壓力設定為接近65帕斯卡，以使作用于正向和反向阻隔件表面的內、外的流體壓力達到適當平衡，從而獲得接近100帕斯卡的目標壓力，同時考慮到其他偏壓因素，如可以利用水不流過而使阻隔件返回到關閉位置。
在圖3B中，當作用于調節控制表面41的力大于調節彈簧48的力時，調節安全閥47打開，從阻隔件腔24噴射流體，流體通過調節安全閥或調節閥室64，并流出大氣出口孔56。而且根據有關的設計、意圖和各項壓力，上述調節安全閥也可以稍微放氣或者打開。
圖3A設置有一個隨阻隔件前端B在固定管筒28上滑動的可滑動流量測量管96。流量測量管96可滑過固定的泡沫體測量孔94。根據測量孔的開度，泡沫體測量孔94影響隨靠水W流過入口噴嘴92和通過噴射器J而流過泡沫體入口90噴射的泡沫體量。按照這種方式，固定管筒28上和噴嘴N內滑動阻隔件前端B的相對位置能夠影響通過管筒28和管96噴射的泡沫體的測量或泡沫體量。圖3A還示出了外加與測量供給泵組件100相連的測量浮動組件98的選擇方案。起泡濃縮物FC流過泡沫體入口90，并通過泡沫體測量孔94進入管筒28。泡沫體測量孔94的開度取決于阻隔件前端C和相連的泡沫體計量管96的縱向相對位置。
圖3D和3E的實施例類似于圖3A和3B的實施例。差別在于在圖3D和3E的實施例中，調節安全閥組件42或多或少直接檢測浮動阻隔件前端B正面20的水壓。
圖3C的實施例表示一個用于自噴射泡沫濃縮物的自動噴嘴，該噴嘴在圍繞噴嘴圓筒壁周圍部分周邊導通起泡濃縮物，而不是在中央導通泡沫體劑。圖3C中的中央管筒如實線所示。顯然，上述中央管筒被用作導通流過噴嘴的化學制品如干燥粉末的通道。
圖3C的實施例中調節安全閥42與圖3D中的實施例中的調節安全閥相同。和圖2A的實施例中的一樣，阻隔件前端B在固定支撐管筒28上滑動。此外，所示的流量指示器70提供可觀察到的通過噴嘴的流量的讀數。在圖3C的實施例中，起泡濃縮物FC進入泡沫體入口90，并通過周邊通道52進到噴嘴N的排放端。接著起泡濃縮物FC通過周邊通道52，周邊通道52可以是一條終止于環狀泡沫體出口27的環狀通道。一種強化或者改善的噴射裝置表示于圖3C中。噴嘴表面21和阻隔件前端表面20用于形成排出的水流W。水流W通過表面21和20形成一股較平穩的環形流，該股環形流正好通過或經過泡沫體出口27之前橫截面寬度減至最小寬度。當通過泡沫體出口27時和通過泡沫體出口27后，環狀水流的橫截面寬度稍增寬。這與噴入主水流W中的起泡濃縮物的量小相適應，通常約3-6％。然后水W和適量的起泡濃縮物FC一起在出口P排出，借助于水W流過最小寬度點220，通過出口縫或出口P排出并進入常規混合區域22，使起泡濃縮物經泡沫體出口27被噴射出。混合區域22用虛線表示成略無定形。實驗和經驗表明，在排出流體形成較平穩的環狀流時，在距離近似為泡沫體出口27的寬度226的2-5倍范圍內，隨著區域222內橫截面積減少，水通過泡沫體出口27而獲得的噴射力增強。
圖4A表示本發明的一個實施例中流量計的可能位置。在圖4A中表示了自噴射壓力調節噴嘴，其中安全閥設計成環形安全閥，該安全閥包圍了將噴射流體噴入噴嘴混合板區的管。所示的流量計具有一個位于噴嘴外部的可視指示器附件。流量計本身保留于阻隔件內。流量計的另一個可選擇位置是簡單地沿噴嘴內壁安裝。
圖4B表示本發明的一個實施例，其中已經做過實驗但是沒有給出安全閥的精確度。在圖4B中，表示了具有在固定管筒和固定柱塞上滑動的阻隔件的阻隔件腔。該阻隔件以阻隔件反面限定了一個阻隔件腔。在流過噴嘴的滅火流體作用于阻隔件正面、正向壓力作用于阻隔件時，阻隔件腔內的流體反向操縱阻隔件。在圖4B的實施例中，位于固定管筒和柱塞周圍的彈簧代替了上述安全閥。該彈簧可以根據彈性設計使柱塞內偏或者外偏。
圖4C也表示一個用于噴射化學制品如干燥粉末的自調節噴嘴。化學制品入口110具有一個使化學制品C進入噴嘴并通過固定管筒28和通道12中央導通以便排出噴嘴前部的基。在圖4C的實施例中座示出的調節安全閥組件42與圖3A中的調節安全閥組件42相同。圖4D的實施例也表示一個用于噴射通過噴嘴中央導通的化學制品如干燥粉末的壓力自動調節噴嘴。圖4C和4D的實施例的不同點在于調節安全閥組件42檢測作為阻隔件腔24內表面反面的阻隔件前端B的正面20的壓力。
圖5A的實施例將如圖4D的實施例的中央導通和噴射干燥化學制品的自動噴嘴與如圖3C的實施例那樣的周邊導通起泡濃縮物相結合。此外，象圖3C中的實施例一樣，進一步強化了起泡濃縮物的噴射。
除了設置泡沫體噴射器JJ用于強化起泡濃縮物FC向噴嘴N的周邊通道52內的噴射，以及不使用圖3A的強化噴射排出方案外，圖5B的實施例與圖5A的實施例相同。圖5C的實施例為圖5B中泡沫體噴射器JJ來用另一種設計的實施例提供了一種可供選擇的方案。
圖6的實施例在中央導通起泡濃縮物和干燥化學制品兩者，同時提供了一種自調節阻隔件前端。
除了泡沫體噴射器200可通過泡沫入口90和泡沫出口27進一步強化噴射起泡濃縮物FC外，圖7的實施例與圖3C的實施例類似。
圖8和9描述了非自調節的噴嘴。圖8和9的噴嘴具有固定阻隔件前端FB。圖8描述了均勻地非壓力調節(even in a honpressure regulating)固定阻隔件前端噴嘴時的強化噴射裝置的有用部分。描述的泡沫體噴嘴入口200噴射少量的通過噴嘴流入環狀室泡沫體通道52的水。所示的表面21和20形成一股較平穩的環形水流，該股水流正好在通過噴嘴N的排出端或出口P處的泡沫體出口27之前橫截面減少。圖9表示一種中央導通起泡濃縮物FC的強化自噴射裝置。在圖9中，表面21和表面20也形成一股較平穩的環形水流，該股水流正好毗鄰泡沫出口27而流過，該股較平穩的環狀水流正好在通過泡沫出口27之前稍微減少的橫截面面積為最小面積。
如上面所述的那樣，運行時，本發明的自調節自動裝置至少與可調節的阻隔件有重要關系，它根據出現于阻隔件表面的正反兩側的一次滅火流體壓力調節阻隔件。在這種方式中，阻隔件至少部分作為雙向柱塞進行工作，并尋求平衡壓力位置。該噴嘴流體提供了作用于阻隔件兩側的流體壓力。反向作用的壓力至少是正向壓力的函數。阻隔件的反向壓力表面優選大于阻隔件的正向壓力表面。顯然，事實上阻隔件的正向壓力表面可以改變，并且上述表面是壓力、流過設計的噴嘴和阻隔件的流體流量和噴嘴尺寸的函數。盡管能夠設計一種具有正目標壓力乘正向壓力表面等于反向壓力乘反向壓力表面的平衡位置的阻隔件，但是這樣一種平衡技術在實踐中難以實施。因此本發明的最佳實施例至少使用了一個安全閥。這些優選實施例還使用了一個安全閥來減少反向的壓力。在這些優選實施例中，反向壓力表面的面積大于正向壓力表面的面積。因此，在這些優選實施例中，當安全閥關閉時，反向壓力乘反向壓力表面的面積通常大于正向壓力乘正向壓力表面的面積。這表明，噴嘴受偏壓地關閉對于正向壓力是相當重要的。當阻隔件關閉時，阻隔件前端的正向壓力使噴嘴內可排放的壓力達最大。在接近正向目標壓力的某一點，一個或者多個安全閥打開，開始降低阻隔件反面的壓力，使阻隔件前端平衡在開啟上并向外調節。安全閥優選設置有一定的調節度，以便該安全閥能夠選擇在部分打開的位置，并保留于該位置而不擺動，其中，考慮到安全閥系統的開度，阻隔件目標壓力乘目標壓力下的正面面積等于反向壓力乘反向表面的面積。
雖然已經示出并描述了本發明的一些優選實施例，顯然，本發明不限于此，在本發明的下述要求保護的范圍內可以有各種實施方式和實踐。
本發明的上述公開內容和描述只是示例性的，在不超出本發明的保護范圍的前提下，可對所示出的系統尺寸、形狀、材料以及種種細節作出各種改變。申請的本發明在權利要求書中按照傳統規定的說明方式使用術語，也就是說單個部件的例子包含了一個或一個以上部件的例子，兩個部件的例子包含了兩個或兩個以上部件的例子，依此類推。
權利要求
1．一種用于滅火的壓力調節噴嘴，包括一個可調節地靠近噴嘴排放口的阻隔件；該阻隔件提供了與一次滅火流體連通的正向和反向壓力表面；以及其中阻隔件調節狀況至少部分受到作用于阻隔件正面和反面的流體壓力的影響。
2．如權利要求1的噴嘴，其中對于噴嘴的至少一個有效壓力范圍，阻隔件的有效反向壓力表面面積超過了阻隔件的有效正向壓力表面面積。
3．如權利要求2的噴嘴，其中包括一個安全閥，在接近噴嘴排放的滅火流體壓力超過或者降低至預選的安全閥壓力以下時，啟動該閥，以便降低至少作用于阻隔件所述正面或反面之一的流體壓力。
4．如權利要求3的噴嘴，其中該安全閥在該一次滅火流體壓力超過預選的安全閥壓力時，降低作用于阻隔件反面的流體壓力。
5．如權利要求4的噴嘴，其中該阻隔件限定一個阻隔件腔，并檢測該阻隔件腔內的一次滅火流體的壓力。
6．如權利要求5的噴嘴，其中該安全閥至少基本位于該阻隔件腔內。
7．如權利要求1的噴嘴，其中包括一個安裝于噴嘴上的用于測量通過該噴嘴的流體的至少一種讀數的流量計。
8．如權利要求1的噴嘴，其中包括一個安裝于噴嘴上的噴射器，以便使供給噴嘴的滅火流體具有將二次流體噴入噴嘴的噴射力。
9．如權利要求4的噴嘴，其中包括一個安裝于噴嘴上的噴射器，以便使供給噴嘴的滅火流體具有將二次流體噴入噴嘴的噴射力。
10．如權利要求8的噴嘴，其中包括向該噴嘴排放端供應第三種滅火流體化學制品和排放由滅火流體包圍的上述化學制品的裝置。
11．如權利要求8的噴嘴，其中包括一個與該噴射結構流體連通的比例調節閥，使該閥根據至少(a)阻隔件的調節；(b)滅火流體的壓力；和(c)滅火流體的流速之一調節噴射的二次流體量。
12．如權利要求1的噴嘴，其中包括用于向該噴嘴的排放端供應附加化學制品流體和排放由滅火流體包圍的上述化學制品的裝置。
13．如權利要求8的噴嘴，其中上述二次流體沿噴嘴壁周邊部分噴射。
14．如權利要求13的噴嘴，其中包括噴嘴組件壁部分，用于使靠近該組件排放的液流形成一股較平穩的環狀流，該股環狀流具有逐漸減少到最小然后擴大的橫截面積；及一個附加流體排放口，該排放口通向最小和靠近該最小部分的環狀流下游的部分。
15．如權利要求13的噴嘴，其中噴嘴壁周邊部分確定了一個通道，該通道具有一個二次流體入口和至少一個靠近上述入口將滅火流體噴入該通道的孔口。
16．如權利要求14的噴嘴，其中噴嘴壁周邊部分確定了一個通道，該通道具有一個二次流體入口和至少一個靠近上述入口將滅火流體噴入該通道的孔口。
17．一種用于排放滅火流體的自噴射壓力調節噴嘴，包括一個可調節地靠近噴嘴排放口的阻隔件，其中該阻隔件和噴嘴相對調節，以根據一次滅火流體的壓力改變噴嘴排放口；及一個安裝于該噴嘴上的噴射器，以使上述滅火流體具有將二次流體噴入噴嘴的噴射力。
18．如權利要求17的噴嘴，其中包括一個與該噴射器流體連通的比例調節閥，該閥根據至少(a)阻隔件的調節；(b)噴嘴處滅火流體的壓力；和(c)噴嘴處滅火流體的流速之一調節噴射的二次流體的量。
19．如權利要求17的噴嘴，其中上述二次流體沿噴嘴壁周邊部分噴射。
20．如權利要求17的噴嘴，其中包括用于向噴嘴的排放端供應附加化學制品流體和排放由滅火流體包圍的上述化學制品的裝置。
21．如權利要求20的噴嘴，其中上述化學制品包括干燥粉末。
22．如權利要求19的噴嘴，其中噴嘴壁周邊部分確定了一條通道，該通道具有一個二次流體入口和至少一個靠近上述入口將滅火流體噴入該通道的孔口。
23．一種滅火方法，包括自動調節噴嘴阻隔件，以便基本在目標壓力下排放滅火流體；利用一次滅火流體提供的噴射力向噴嘴內噴射一種附加流體；及從該噴嘴排放由一次滅火流體包圍的化學制品流體。
24．一種噴射式滅火噴嘴組件，包括噴嘴組件壁部分，用于使靠近該組件排放的液流形成一股較平穩的環狀流，該環狀流具有逐漸減少到最小然后擴大的橫截面積；及一個附加流體排放口，它通向最小和靠近該最小部分的環狀流部分下游部分。
25．如權利要求24的組件，其中噴嘴組件壁部分構造成使環狀流橫截面積增加至超過該附加孔口，增加量至少是附加的噴射流的體積。
26．如權利要求24的組件，其中壁部分形成長度至少為一英寸的環狀流。
27．如權利要求24的組件，其中形成的環狀流的長度至少是該流最小橫截面處寬度的三倍。
28．一種從一個噴嘴組件噴射地排放滅火流體的方法，包括使靠近該組件排放的液流通過噴嘴組件的液體主流形成一股較平穩的環狀流，該環狀流具有逐漸減少到最小然后擴大的橫截面積；及在最小和靠近該最小部分的環狀流部分開一個附加流體排放口。
29．一種滅火噴嘴，包括用于調節阻隔件來根據檢測的流體壓力調節滅火流體排放壓力的裝置；及安裝于噴嘴上用于將二次流體噴入噴嘴的裝置。
30．一種滅火方法，包括調節阻隔件，以便根據檢測的壓力調節滅火流體排放壓力；及使用安裝于該噴嘴上用于向二次流體提供噴射力的裝置向噴嘴噴射二次流體。
31．如權利要求29的裝置，其中包括用于排放由滅火流體包圍的流化學制品流體的裝置。
32．如權利要求30的方法，其中包括排放由滅火流體包圍的化學制品流體。
全文摘要
一種用于撲滅工業大火的滅火噴嘴包括改進的自動壓力調節裝置,強化的與噴射干燥化學制品相結合的中央通道(110)和周邊通道(94)起泡濃縮物的噴射裝置。該改進的壓力調節裝置包括一個承載雙向作用的阻隔件(13)的彈簧(50),該阻隔件由與一個供水室流體連通的滅火流體定位,該供水室優選由一個安全閥(42)控制。
文檔編號B05B7/00GK1306448SQ98814104
公開日2001年8月1日 申請日期1998年9月25日 優先權日1998年4月6日
發明者D·W·克拉布特雷, D·P·威廉斯 申請人:威廉斯火及危險控制公司