Способ подачи жидкого азота на пожарный ствол и устройство для его осуществления

 

Использование: в противопожарной технике. Сущность изобретения: часть жидкого азота отбирают от общей массы резервуара и подвергают нагреву в испарителе (газифицируют), возращаемые пары пропускают через слой жидкости и одновременно подают в газовую полость резервуара. Давление в газовой полости выше давления насыщения, жидкость оказывается недогретой - она не кипит и, имея большую плотность на входе в испаритель, лучше заполняет его. При этом увеличивается и гидростатический напор на барботаж, способствуя нагреву жидкости по всему объему за счет теплоты конденсации отдельных пузырьков до состояния насыщения, без опасения падения давления при колебании жидкости во время движения транспортного средства. Устройство для подачи жидкого азота на пожарный ствол включает изометрический резервуар с жидким азотом на транспортном средстве, испаритель, подключенный трубопроводами подачи жидкости и возврата пара к резервуару, и трубопровод раздачи, причем трубопровод возврата пара содержит два концевых патрубка, один из которых опущен в донную часть резервуара и снабжен перфорированным коллектором (барботером), а другой сообщен с верхом резервуара и снабжен отсечным вентилем. 2 ил.

Изобретение относится к установкам пожаротушения.

Известен способ подачи жидкого азота из изотермического резервуара на пожарный ствол, включающий самонаддув резервуара путем нагрева всей массы жидкости до состояния насыщения и подачу под равновесным избыточным давлением по направляющему стволу в очаг пожара.

Известно устройство для осуществления этого способа, включающее изотермический резервуар с жидким азотом на транспортном средстве, погруженный электрический нагреватель и направляющий ствол, вход которого находится в объеме жидкого азота (заявка Франции N 8711299, кл. А 62 С 1/14, 1987).

Недостатком способа и устройства является их сложность и ограниченность использования из-за наличия в резервуаре электрических цепей, потребности в стороннем источнике питания.

Наиболее близким к предложенному, взятым за прототип является способ выдачи криогенной жидкости потребителю, включающий самонаддув резервуара путем отбора части хранимой жидкости на испаритель, возврата образующихся паров в газовую полость (на "подушку") резервуара и последующей выдачи продукта в трубопровод раздачи.

Известно также устройство для осуществления способа, содержащее изотермический резервуар и атмосферный испаритель, подключенный к резервуару посредством трубопроводов подачи жидкости и возврата пара и трубопровода раздачи, вход которого погружен в жидкость (Криогенное оборудование. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1985, с. 91).

Данный способ раздачи криогенной жидкости потребителям самонаддувом, а также и устройство отличаются простотой и автономностью работы. Однако при возврате образующихся в испарителе паров в газовую полость ("подушку") резервуара и их накоплении прогревается верхний слой криогенной жидкости, температура которого превышает среднемассовую. Имеет место температурное расслоение жидкости, которое не является устойчивым состоянием. При трогании с места установки пожаротушения вследствие колебания жидкости происходит перемешивание "холодной" и "теплой" ее частей, ведущее к падению давления наддува, а значит, и падению давления вытеснения жидкости на пожарный ствол, что снижает качество истекающей струи - ее дальнобойность, паросодержание, размеры капель и др.

Предлагаемый способ подачи жидкого азота на пожарный ствол включает самонаддув резервуара путем отбора жидкого азота на испаритель, возврата образующихся паров в резервуар и вытеснения жидкости в направляющий ствол, причем возвращаемые пары пропускают через слой жидкости и одновременно подают в газовую полость ("подушку") преимущественно до рабочего давления, после чего эту линию подачи пара отключают, а дальнейший самонаддув ведут пропусканием паров через слой жидкости.

Предлагаемое устройство для подачи жидкого азота на пожарный ствол включает резервуар с жидким азотом на транспортном средстве, испаритель, подключенный трубопроводом отбора жидкости и возврата пара к резервуару, и трубопровод раздачи, вход которого погружен в жидкость, причем трубопровод возврата пара содержит два концевых патрубка, один из которых опущен в донную часть резервуара и снабжен перфорированным коллектором (барботером), а другой сообщен с верхом резервуара ("подушкой") и снабжен отсечным вентилем.

Сущность предложенного способа заключается в следующем.

Часть жидкого азота отбирают от общей массы и подвергают нагреву в испарителе (газифицируют), возвращаемые пары пропускают через слой жидкости и одновременно подают в газовую полость резеpвуара. Давление в газовой полости выше давления насыщения, жидкость оказывается недогретой - она не кипит и, имея большую плотность на входе в испаритель, лучше заполняет его. При этом увеличивается и гидростатический напор на барботаже, способствуя нагреву жидкости по всему объему за счет теплоты конденсации отдельных пузырьков.

В отличие от известных схем барботажного изменения температуры жидкости, требующих стороннего аккумулированнго газа, в предложенном решении газ на барботаж берется с той же жидкости, которую нагревают, что достигается в предложенном решении благодаря сочетанию барботажа с наддувом "подушки". Экспериментально получено, что контур барботажа (прогрева) начинает эффективно работать только с определенного давления наддува "подушки", обусловленного конструктивным устройством и теплоизоляцией питающих испаритель трубопроводов.

На фиг. 1 схематично изображено устройство; на фиг. 2 - экспериментальная зависимость роста давления в функции времени до состояния насыщения.

Устройство состоит из изотермического резервуара 1 с жидким азотом 2, установленного на транспортном средстве (не показано), вентиля 3 отбора жидкости, испарителя 4, трубопровода 5 возврата пара, двух концевых патрубков 6 и 7 с перфорированным коллектором 8 и отсечным вентилем 9, вентиля 10 газосброса, вентиля 11 выдачи и пожарного ствола 12.

Устройство работает следующим образом.

В исходном положении резервуар 1 залит жидким азотом 2, вентиль 10 газосброса открыт, остальные вентили закрыты. Давление над зеркалом жидкости (в газовой "подушке") равно 1 ата.

При открытии вентилей 3 и 9 (вентиль 10 газосброса закрывается) жидкий азот поступает в испаритель 4 и газифицируется. Образующиеся пары поступают в резервуар двумя путями: по патрубку 6 и через перфорированный коллектор 8 под слой жидкости и по патрубку 7 в газовую полость (на "подушку"). При этом в газовой полости идет процесс накопления паров до рабочего давления (точки 0-I, фиг. 2), а во всем объеме - прогрев жидкости. Отклонение давления наддува от рабочего в меньшую сторону приводит к снижению эффективности барботажа и при давлении 1/3 Р_раб к полному его прекращению. Эффективная работа барботажа начинается с давления 2/3 Р_раб и выше, т.е. с ростом гидростатического напора на входе в патрубок 6 барботажа. Разбег давления 2/3 Р_раб до Р_раб обуславливается конструктивным устройством и качеством изоляции вентиля 3 и трубопровода 5 испарителя 4. Отклонение давления наддува в большую сторону лимитируется прочностью сосуда резервуара.

При достижении в "подушке" резервуара рабочего давления вентиль 9 закрывается. Возвращаемые от испарителя 4 пары поступают только на перфорированный коллектор 8 под слой жидкости на ее разогрев. Давление в газовой "подушке" падает до некоторой величины, равной 0,6 Р_раб (точки I-II, фиг. 2) с последующим ростом до насыщения (точки II-III, фиг. 2), т.е. давление в газовой "подушке" растет в соответствии с повышением температуры жидкости во всей массе без опасения падения давления при колебании (перемешивании) жидкости во время движения транспортного средства.

Формула изобретения

1. Способ подачи жидкого азота на пожарный ствол, включающий самонаддув резервуара путем отбора жидкости на испаритель, возврата паров в резервуар и вытеснения жидкости в трубопровод раздачи, отличающийся тем, что возвращаемые пары пропускают через слой жидкости и одновременно подают в газовую полость резервуара.

2. Устройство для подачи жидкого азота на пожарный ствол, содержащее резервуар с жидким азотом на транспортном средстве, испаритель, подключенный посредством трубопроводов подачи жидкости и возврата пара к резервуару, и трубопровод раздачи, вход которого погружен в жидкость, отличающееся тем, что трубопровод возврата пара содержит два концевых патрубка, один из которых опущен в донную часть резевуара и снабжен перфорированным коллектором, а второй сообщен с верхней частью резервуара с помощью отсечного вентиля.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2