喷嘴 【技术领域】
本发明涉及一种喷嘴。
本发明的这种喷嘴有特别的用途(尽管不是唯一的用途)，即用于使用不可燃液体(如水)灭火(包括A类、B类和C类火灾)的灭火装置。
A类火灾是由纤维燃料，如木材、纸和布为主要燃料引起的火灾。B类火灾是由碳氢化合物，如化学品、石油和油类为主要燃料引起的火灾。C类火灾是电气火灾。
背景技术
在灭火中，众所周知，火的持续燃烧有三个要素。这三个要素是热、氧气和燃料。图1示出了这三要素的关系。在灭火时，灭火人员至少要排除燃烧三要素中一个要素。通常，水、哈龙或二氧化碳是可用作灭火剂的三个例子。水的灭火作用是从燃料上带走热量，而二氧化碳的作用是将氧隔离。
燃烧的另一个特点是火焰链锁反应，如图1圆内的三角形所示。火焰链锁反应依赖于燃烧过程中产生的自由基，自由基是燃烧得以继续的必要因素。例如，哈龙就是附着到自由基上，从而阻止继续燃烧而起灭火作用的。
用水灭火的主要缺点是通常所需的用水量相当大，因而由于水造成的损坏也很大。而且，在有些情况下，也无法获得充足的水用于灭火。
二氧化碳和哈龙等气体也经常用于灭火，但这两种气体都有缺点。在它们灭火的范围内不能有人，因为那里无法呼吸。为此，用气体灭火剂的灭火人员必须佩戴呼吸器械。而且，哈龙还有另一个缺点，即它是剧毒的，对环境污染严重。由于这些原因，蒙特利尔公约已经禁止使用哈龙灭火，而且不允许再生产和使用哈龙。
用二氧化碳和哈龙气体灭火还有一个缺点，即需要用大量的气体，特别是用于诸如建筑物这类大空间的灭火时。通常要用二氧化碳注入着火地空间，比如一栋着火的建筑物，二氧化碳要达到约占建筑物空间的87％才能灭火。这意味着要用许多二氧化碳罐经过管线连接到包括喷嘴在内的供气管路上。
通常用哈龙扑灭某一空间内的火灾时，需要用占空间5％至7％的哈龙。这意味着要用许多哈龙罐经过管线连接到包括喷嘴在内的供气管路上。
用气体灭火剂，如二氧化碳和哈龙的另一个缺点是费用比较高。
用气体灭火剂扑灭某些空间内的火灾的另一个缺点是必须关闭所有的门和通风口。用气体灭火剂，如二氧化碳和哈龙扑灭某一空间内的火灾时，如该空间通风过量，则灭火效果不佳。
用气体灭火剂，如二氧化碳和哈龙灭火的另一个缺点是这些气体只能从热物体上吸收很少的热量。例如，若有从破裂的燃料管中喷出的碳氢化合物燃料直接喷到热的发动机排气管上，会引起再次点火。这将导致所谓的跳火现象。
可以避免本文上述灭火技术缺点的一种灭火技术是用水这种不可燃液体产生的细小雾滴，来减少燃料周围气化物的热量、减少燃料的热量、挤走氧气并阻断火焰链锁反应。也就是说，水这种液体灭火剂攻击了燃烧过程的所有部分，除了移走燃料以外。这种细雾状不可燃液体挤走了氧气，而且一旦被加热，还会气化而膨胀从而挤走更多的氧气。液体一旦膨胀，就从燃料周围之气化物吸收热量，并从燃料吸收热量。另外，雾滴能阻断火焰链锁反应。因此雾滴对火焰有抑制作用和冷却作用。由于这些原因，雾滴具有意想不到的效果，所以水作为不可燃液体灭火剂，不仅可安全地用于A类和B类火灾的灭火，也可安全地用于C类火灾，即电气类火灾的灭火。因此，用雾状不可燃液体灭火已经不再是传统意义上的用水灭火的情形了。
通常用雾状不可燃液体灭火系统灭火时，是把不可燃液体(可能是水)的雾滴喷向失火现场。通常是把不可燃液体用泵增压，经过管网，再经过许多喷嘴喷出。不可燃液体在高压下从喷嘴挤出时雾化成细小的液滴。失火区域被水雾充满，从而扑灭火灾。通常这种雾状不可燃液体灭火系统要用一个供液网。如果要保护的空间比较大，则必须用一个带许多喷嘴的供液管网。通常，这种供液管网是固定安装的，即不是可携带的。
在国际市场上，现在已有多种雾状不可燃液体灭火系统。其中大多数系统所用的喷嘴只有一个喷雾孔。
在雾状不可燃液体灭火系统中使用单喷孔喷嘴的一个缺点是：这种喷嘴不能提供宽的喷雾覆盖面，并且不易达到最佳的流量密度以确保灭火。在使用单喷孔喷嘴时，系统设计中必须采用许多个喷嘴以获得最佳的覆盖面和总流量密度。而在火灾现场，用许多个单喷孔喷嘴必然导致密布的喷嘴和供液管线网，这样的系统安装费用很高，而且也很难看。用大量的不可燃液体供液管网也意味着这个系统会较笨重，而在某些场合这是一个缺点，例如把这样一个系统安装在一艘高速客运渡轮上。
为取代单喷孔喷嘴，现有几种系统采用了多喷孔喷嘴。这些多喷孔喷嘴每个喷嘴能产生较宽的喷雾覆盖面，增大了流量密度而且美观，也就是说，一个同样的火灾现场只需安装较少的喷嘴。这些多喷孔喷嘴系统都是用固有的设计参数设计的以适应特定的系统。这类多喷孔喷嘴的两个例子是海因-拉尔森(Heien-Larsen)雾化喷嘴和马寥夫OY大雾(Marioff 0Y Hi-Fog)雾化喷嘴，后者记载在国际专利申请号为WO92/20453(PCT/F192/00155)中。
海因-拉尔森(Heien-Larsen)雾化喷嘴的工作原理是喷嘴的旋转。这种雾化喷嘴是一种多喷孔喷嘴，当喷嘴旋转时能使水在高压下雾化。然而，这种喷嘴是依靠其旋转运动而工作的。如果机械系统卡住，那么不可燃液体就不能被雾化，也就产生不了雾滴。这时这种喷嘴就失效了。
马寥夫0Y大雾(Marioff OY Hi-Fog)雾化喷嘴是在极高的压力下实现雾化，通常压力高达150-200巴。这种雾化喷嘴有多个运动零件，而且也是依靠雾化射流的旋转实现雾化的，因此也不能排除像海因-拉尔森(Heien-Larsen)雾化喷嘴存在的那种机械系统卡住的问题。马寥夫OY大雾(Marioff OY Hi-Fog)雾化喷嘴上的喷射孔直径特别小，采用从喷嘴外侧向内螺旋形旋转的雾化射流使不可燃液体雾化。
通常，众所周知，多喷孔的水雾化喷嘴可向火灾事故区域提供较宽的喷雾覆盖面和较大的供水流量密度。既要增加流量密度，同时又要改善水雾的轨道、喷雾覆盖面，还要更深地穿入火焰(一般的水雾喷管可喷达5至10米的距离)，具备这样的能力是不容易的。
要产生较宽的喷雾面和更深的火焰穿透性，同时又要增大流量密度和提高水流速度(比如靠提高工作压力的办法)，看来好处不大。例如，提高喷嘴的最佳设计压力会使喷雾“涡动”成一个近似锥形的喷雾面。这就意味着喷嘴和液体供应管必须靠得更近，以形成确保合适的流量密度、有效地灭火的水雾包络。这就有上文指出的缺点。
而且，很难做到在天花板处有均匀的、水平方向360度的宽幅喷雾面，且同时又产生一个垂直的喷流面。现有的水雾喷嘴大都是垂直喷射的，也就是说，如果喷嘴垂直于天花板安装，则喷流锥等于或小于90度角。
发明的概要
本发明提供一种喷射液体的喷嘴，它包括：一个外壳，其内有若干个腔，每个腔内装有喷射装置，外壳上的每一个腔设有出孔装置，送到喷嘴的液体流入所述的腔并被喷射装置雾化，从而将液体经过喷嘴的出孔装置从喷嘴以雾状喷射出来。
较可取的是，在所述的外壳中至少设有三个腔。
较可取的是，所述的出孔装置包括一个出孔，这样，所述的液体可从每一个所述的腔经过其对应的所述出孔喷出。
较可取的是，所述的喷射装置在使用时在所述的腔内是静止的。
较可取的是，所述的喷射装置是可拆卸地装在所述的每个腔内。
较可取的是，该喷嘴有一个进液腔，它接收由进口引入喷嘴的液体。
较可取的是，在所述的进液腔内有若干个开口，它们通过所述的外壳中的通路与出口连通。
较可取的是，液体大体上呈横方向从所述的出孔装置和所述的出口喷出。
较可取的是，所述的喷射装置设有液体流通的槽，且所述的液体以雾状通过出孔喷出。
较可取的是，所述的喷射装置有一个凸缘、一个中部和一个截头锥部，所述的上凸缘部和所述的截头锥部设有液体流动槽。
较可取的是，所述的中部把所述的上凸缘部与所述的截头锥部分开，并在所述的中部和装有喷射装置的腔的壁之间形成一个环形空间。
较可取的是，设置了一个外壳盖件，它与所述的外壳的其余部分是可拆连接的，并与所述的外壳的其余部分构成了所述的液体进入腔。
较可取的是，拆下所述的外壳盖件后，即可看到所述的喷射装置。
较可取的是，所述的喷射装置上设有通孔作为液体的通路。
较可取的是，流经所述的喷射装置上的通孔的液体与流经所述的喷射装置周围的其他液体都从同一出孔喷出。
在一种配置中，喷嘴有一个平的外壳表面，在其上设置出孔。
在另一种配置中，喷嘴有一个截头锥形外壳表面，其上设置出孔。
本发明的喷嘴可以是一种自动喷嘴或一种暴雨式喷嘴。
本发明的喷嘴可以安装在事故空间内的任何位置，最好是，安装在某个空间的天花板上或需要用水雾防护的空间的侧壁上。在某些情况下，水雾喷嘴可以直接安放在可能的火源附近，例如安放在发动机涡轮或燃料喷射系统附近，由于电动机运转会产生热量，这些地方很可能起火。
本发明的喷嘴可以用于不可燃液体供液管网扑灭封闭区域内的火灾，例如船上的轮机房、公共活动区和卧室区、飞机库、仓库、隧道、写字楼、通信间、发电室、石油平台上、电力变压器上，或其他任何需要固定式防火灭火设备的建筑物或设备内。
尽管本发明的喷嘴这里特别提到其用于不可燃液体供液管网中灭火，但应该理解这仅仅是举例而已，本发明的喷嘴可以广泛用于所有适宜的其他用途。
附图的简要说明
下面结合附图和实施例对本发明作详细描述，其中：
图1是燃烧三要素三角关系和火焰链锁反应圆的示意图；
图2是本发明的一种喷嘴的第一实施例，图中示出喷嘴连接在一个不可燃液体供液管网上；
图3a是图2所示的喷嘴揭开外壳盖件时的状况图；
图3b是图3a所示喷嘴的一个旋涡喷射器；
图4是本发明喷嘴的第二实施例，图中示出喷嘴连接在一个不可燃液体供液管网上；
图5a是图4所示的喷嘴揭开外壳盖件时的状况图；
图5b是图5a所示喷嘴的一个旋涡喷射器；
图5c是图5a所示喷嘴的底面图，从该图上可以看到出孔；
图6a是本发明的喷嘴的第三实施例的部件分解图；
图6b是图6a所示喷嘴的一个旋涡喷射器；
图6c是图6a所示喷嘴的位于旋涡腔内的一个旋涡喷射器的平面图；
图6d是图6a所示喷嘴的装在一个玻璃泡外罩中的玻璃泡；
图7是图6a所示喷嘴的剖面图；
图8a是图6a所示喷嘴取下玻璃泡外罩的示意图；
图8b是图8a所示喷嘴的插入机构图；
图8c是图8a所示喷嘴的装在一个玻璃泡外罩中的玻璃泡。
本发明的实施方式
在图2中，一个喷嘴2连接到一个不可燃液体供液管网的一个管子4上。该喷嘴2及其部件示于图3a和3b。
喷嘴2包括一个外壳6、装在外壳6内的旋涡腔8以及装在每个旋涡腔8中的旋涡喷射器10。外壳6上对应于每个旋涡腔8有出孔12。泵入喷嘴的液体进入旋涡腔8并由旋涡喷射器10雾化，使液体通过喷嘴2上的出孔12以雾状喷出。
在图3a中，所示的喷嘴2有七个旋涡腔8。不过，任意适当数量的旋涡腔8都是可以的。通常每个喷嘴至少应有三个旋涡腔8。在每个旋涡腔8中有一个喷射器10。
每个旋涡腔8有一个出孔12。
旋涡喷射器10可拆卸地装在每个旋涡腔8中。例如，在旋涡喷射器10上有螺纹14，拧入旋涡腔8壁上与之相对应的螺扣(未示出)中。
外壳6中，在其表面18与外壳盖件20之间形成一个液体进入腔16。外壳盖件20可拆卸地装在外壳6的其余部分上。例如，可以用外壳盖件20上的螺纹22与外壳其余部分上的螺纹24相连接。下文描述的液体进入腔16在图7上可以看得更清楚。
旋涡喷射器10有供液体流过的槽26和28。槽26设在旋涡喷射器10的上凸缘部30上。旋涡喷射器10还有一个截头锥部32和一个中段34，中段34在上凸缘部30和截头锥部32之间。中段34把上凸缘部30和截头锥部32分开，并在喷射器10的中段34和相应的旋涡腔8之间形成一个环形空间35。
螺丝刀可以插入槽26，把喷射器10从它们相应的旋涡腔8中拧出，或拧入它们相应的旋涡腔8中。另外，槽26也是液体进入环形空间35(如上文所述)的通道，环形空间35在喷射器10的中段34和旋涡腔8的壁之间的旋涡腔8中。液体能从该环形空间沿着槽28流到出孔12。当液体流过每个旋涡腔8中的槽26、环形空间35和槽28时，液体被雾化并以雾状从相应的出孔12喷出。
拆下外壳盖件20即可看到喷射器10。外壳盖件20上设有一个接头36与管子4上的T形接头38相连。接头36有一个进液口40，使液体从管子4流入喷嘴2的液体进入腔16。
喷射器10上可设有一个纵向穿透的通孔42。该孔从槽26穿过中段34和截头锥部32。因此，液体也可从通孔42流过。每一个喷射器中流过通孔42的液体与沿着槽26、环形空间35和槽28流过的液体一起经同一个出孔12排出。
喷嘴2上也可设置通道44(见图7)，它从液体进入腔16延伸到外壳6的外表面上的排放口46。通道44上的进液口48在外壳6的表面18上。
排放口46设置在外壳6的圆柱面49上。
出孔12设置在外壳6的截头锥段50上。
图4、5a和5b示出本发明第二实施例的喷嘴60。
喷嘴60与图2、3a和3b中所示的喷嘴2基本相似，而且相对应的部分在图4、5a和5b中采用了与图2、3ab和3中相同的标号。显然，对喷嘴60的那些部件的描述与上文对图2、3a和3b的喷嘴2的描述是相同的。
喷嘴60与喷嘴2的不同之处在于，喷嘴60没有装有出孔12的截头锥段50。在喷嘴60上，代替截头锥段50的是一个从外壳6的余下部分的外缘凹入的平头段62。
出孔12就设置在平头段62的下表面上，见图5c。
在其他方面，喷嘴60与上文有关喷嘴2的描述相同。
喷嘴2的截头锥段50和喷嘴60的平头段62有着不同的喷射覆盖面。在这方面，喷嘴2的喷射覆盖面比喷嘴60的宽。例如，由于截头锥段50的锥度，喷嘴2的喷射覆盖面大约为130度。而喷嘴60的喷射覆盖面较窄，大约为70度。
然而，上述的喷射覆盖角度只不过是举个例子，恰当地设计喷嘴的形状，即可获得不同的喷射覆盖角度。
在使用中，将本发明的喷嘴连接到不可燃液体供液管网的管子4上，该供液管网安装于需要预防火灾事故的区域。该供液管网根据水力学原理设计，使该系统能在规定的压力下输送所需的不可燃液体量，并根据液体流动速度获得最佳的流量密度以达到灭火的目的。该供液管网固定安装于天花板上、墙壁上或预计可能发生火灾的地方。按灭火所需的最佳流速和流量密度进行工程设计，确定所需喷嘴的数量。喷嘴的类型和大小，以及它们在火灾事故区域的位置，都是根据水力学计算和工程设计原理设定的。
不可燃液体可从维持一定液压(一般为20巴)的自持式储液罐引入供液管网，或用按系统所需的设计压力(例如20-22巴)工作的灭火泵引入供液管网。低于20巴或高于20巴的其他压力也可以使用，例如可低达5巴，或高达100巴。
本发明的喷嘴可被用于任何可能的设计压力。
喷嘴可做成不同的大小和尺寸，具有不同的K因子值，以达到要求的流量密度。不同喷嘴的液体流量随工作压力、出孔的尺寸、喷嘴的大小以及其他工作参数而变化。流速可低至每分钟3立升，或高至每分钟3600立升。本发明的喷嘴可用于任何需要的流速，包括低于或高于上述的流速。
本发明的喷嘴可用各种金属制造，例如铜、黄铜、不锈钢和钛。
以下叙述本发明喷嘴的使用方法。
如上所述，该喷嘴可用螺纹拧入供液管网的管子固定到供液管网上。当本发明的喷嘴工作时，液体从管子4经进口40流入液体进入腔16。然后，液体经槽26和28以及环形空间35以旋涡的形态流过旋涡腔8。这种旋涡作用使液体成雾状从出孔12喷出。
在旋涡喷射器10设有通孔42的情况下，液体在高压下流经通孔42时在旋涡腔8内产生螺旋效应，使液体从旋涡腔8经出孔12能以更高的速度喷出。速度的提高意味着液体的雾化程度提高了，液体雾滴的轨道得到可观的改善。
通孔42的直径可大约为2毫米。
而且，当设有通孔42时，从出孔12射出的喷流型是“实心喷流”型，而当旋涡喷射器10内没设有通孔42时，从出孔12射出的喷流型是“空心喷流”型。实心喷流型的优点是喷雾更均匀，因而改善了流量密度、灭火效果和提高了冷却效果。
在旋涡喷射器10中设有通孔42，还能在地面上提供更宽的喷流覆盖面。这样增大了综合流量密度，有助于灭火。设有通孔42，就可在不增大出孔12尺寸的情况下，同样尺寸的喷嘴，可通过更大的液体排放量。
举例来说，曾对出孔名义直径为1.4毫米的喷嘴作过试验，旋涡喷射器10无通孔42时，在10巴工作压力下，获得的流速为每分钟6.3立升。同样的喷嘴，旋涡喷射器10上有通孔42，孔的直径为2毫米时，在同样的工作压力下，获得的流速为每分钟9.3立升。
在旋涡喷射器10上设置通孔42还能增强液体雾滴对火焰上生起的热效应流的穿透能力，能在较短的时间内扑灭火焰。
即使在旋涡喷射器10上没有设置通孔42，从该喷嘴的出孔12喷出的液体也是在高压下喷向火灾事故区域的。液体在高压下雾化，雾滴向外喷到距喷嘴不同距离处，进入需要灭火的空间。本发明的喷嘴所喷出的雾滴尺寸有助于雾滴的轨道进入火焰及火的底部，从而提高其潜在的吸热性。雾滴尺寸可以大约为1微米至1000微米。然而，本发明的喷嘴还包括小于或大于上述下限和上限的雾滴尺寸。
当本发明的喷嘴用于供液管网时，不可燃液体可以采用水、淡水、蒸馏水或海水。为增加灭火效果，可以在不可燃液体中加入某种灭火化学品。例如，一种能产生泡沫的含水膜就是一种适用的灭火化学品。
本发明的喷嘴可以用作自动喷雾喷嘴或暴雨式喷雾喷嘴。
自动喷雾喷嘴用一个易碎的水晶玻璃泡启动喷嘴，一旦玻璃泡受热破裂，液体雾滴即喷向火灾事故区。
暴雨式喷雾喷嘴不靠玻璃泡的破裂使液体雾滴流向事故区。暴雨式喷雾喷嘴可以用一个烟火传感器或探测器启动。暴雨式喷雾喷嘴称为“干管”供液网络，这种系统一旦启动，水就开始流经管路并从喷嘴喷出。
图6a-8c是本发明的第三实施例喷嘴70。
喷嘴70与图2-3b中的喷嘴2相似，只是喷嘴70有一个用来启动喷嘴70的易碎的水晶玻璃泡72，一旦玻璃泡72受热破裂，液体即流经喷嘴70喷向火灾事故区。
玻璃泡72设在一个外罩74内。喷嘴70还设有一个插入机构76。该插入机构76有一个带O-形环80的杯形橡胶密封件78。
喷嘴70的截头锥段50的底面有一个凹座，这样，外罩74可用其上的螺纹82与外壳6的截头锥段凹座内的螺纹84相连接而拧装在外壳6上。
一个O-形环86设置在外罩74和喷嘴70的外壳6之间。
插入机构76是可运动的，因此，当玻璃泡72破裂时，插入机构76在液体反压的作用下向下运动，掉到外罩74内。这样，液体就可以流经进液口40和通路88流入液体进入腔16，此后的工作过程与上文所述的相似。
出口46位于喷嘴的外壳6的侧面，使得出口46喷出的液体细雾基本上是径向的，而且靠近安装供液管网的天花板附近喷射角基本上为360度。从出口46喷出的喷液与经过出孔42喷出的喷液是同时的，当供液管网装在天花板上时，经过出孔42的喷雾基本上是向下的。从出口46喷出喷液的方向与经过出孔42喷出喷液的方向基本上是相互垂直。设置出口46可以提高灭火效果。当喷雾顺着天花板的下侧喷射时(假设喷嘴装在天花板上)，或顺着房间的墙壁喷射时(假设喷嘴装在墙壁上)，可以有效地防止火焰向这些区域漫延。
设置出口46使喷雾形成上文所述的喷流型，可以降低天花板附近的气体温度，这意味着减少火灾事故区域发生跳火现象的机会。
出口46可以设置成环绕在外壳6的外表面上的一系列小切口或小槽。这些切口或槽可以是尺寸大约为0.5-1.0毫米的气隙，虽然不同尺寸的喷嘴要求不同尺寸的气隙。
因为旋涡喷射器10是可拆卸地装在本发明喷嘴的外壳6里，这就使旋涡喷射器10在同样尺寸的喷嘴之间可以互换，不必为不同的喷嘴制造全新的喷嘴外壳组件。可使生产费用降低。旋涡喷射器10的互换性也意味着喷嘴容易维修，而且，如果一个系统需要改进，所需费用也比不可互换的少。
尽管本文特别描述了本发明喷嘴在灭火中的应用，但这仅是举例，本发明的喷嘴可以用于所有适宜的其他用途，而且本专利的公开不只限于灭火应用。
对于本领域的技术人员来说，显而易见的是任何修改和变更均在本发明的范围之内。