Многофункциональная пожарная машина, оборудованная распылителем жидкого азота в качестве средства для пожаротушения
Многофункциональная пожарная машина, которая использует энергию жидкого азота, включающая в себя раму транспортного средства (1), резервуар для хранения жидкого азота (2), трубопровод для подачи жидкого азота (9), газификационное устройство (15), пистолет-распылитель для жидкого азота (13), узел подачи воды (12) и смесительный пистолет-распылитель (8); жидкий азот смешивается с водой в смесительном пистолете-распылителе (8), жидкий азот быстро поглощает тепло воды и быстро газифицируется, его объем увеличивается в сотни раз, одновременно создавая тягу; таким образом, вода выбрасывается с высокой скоростью в виде распыленной жидкости, и распыленная жидкость увеличивает площадь контакта огнегасящего агента с пламенем, тем самым повышая эффективность пожаротушения; и, кроме того, предусмотрен смесительный пистолет-распылитель (8), содержащий первый входной конец, второй входной конец, сопло для жидкого азота (8-4) и распылительную трубу, в которой секция сжатия (8-1), секция расширения (8-2) и секция ускорения (8-3) разделены и соединены во внутренней полости струйной трубы в соответствии с направлением потока «газожидкостной» смеси; сопло для жидкого азота (8-4) соединено с первым входным концом, и выпускное отверстие сопла для жидкого азота находится на том же уровне, что и выход из секции сжатия (8-1); второй входной конец соединен с секцией сжатия (8-1), а другой конец соединен с соединением для подачи воды (12); с помощью смесительного пистолета-распылителя (8) можно использовать кинетическую энергию, генерируемую при изменении фазы поглощения тепла, когда жидкий азот смешивается с водой, и вода может выбрасываться с высокой скоростью в виде распыленной жидкости, и может одновременно предотвращать возникновение явления «воздушной блокировки» из-за резкого увеличения объема, когда жидкий азот газифицируется в смесительном пистолете-распылителе (8). 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.
Область техники
[0001] Заявляемый объект относится к технологии пожаротушения, а более конкретно к многофункциональной пожарной машине, которая использует энергию жидкого азота.
Общие сведения
[0002] В китайском национальном стандарте GB20128-2006 «Огнетушащее вещество на основе инертного газа» азот был включен в состав инертных огнетушащих агентов. Поскольку содержание азота в атмосфере достигает 78%, промышленный способ получения азота высокой чистоты заключается в сжижении воздуха, а после перегонки кислорода остается большое количество жидкого азота. Жидкий азот можно использовать для быстрого охлаждения и пожаротушения. В настоящее время процесс производства жидкого азота относительно доработан. Производство является достаточным, а цена относительно невысока.
[0003] Жидкий азот также является веществом, которое преобразует энергию путем изменения фазы. Жидкий азот кипит и испаряется при температуре -195,8°С при нормальном давлении. Более 800 литров чистого азота может быть произведено на 1 кг жидкого азота, в этом процессе также поглощается 198 кДж скрытой теплоты испарения. Когда жидкий азот и вода смешиваются в пожарной трубе, жидкий азот быстро поглощает тепло воды и быстро испаряется, а его объем быстро увеличивается в несколько сотен раз, создавая сильную тягу в трубопроводе. Это явление эквивалентно мощности «воспламеняющего топлива», которое может способствовать высокоскоростному нагнетанию жидкой «газо-водяной» смеси. Скорость на выходе значительно выше скорости истечения струи воды из обычной пожарной машины. Большой поток воды или огнегасящего агента на водной основе распыляется в струю в виде мелкодисперсного водяного тумана или ультратонкого водяного тумана. Эта жидкая «газо-водяная» смесь не только увеличивает площадь контакта огнегасящего агента с пламенем, но и расширяет площадь контакта между дегазирующим веществом и токсичным газом. Она преодолевает недостаток того, что струя воды, распыляемая обычной пожарной машиной, быстро уходит в землю, что приводит к потере воды. Кроме того, жидкая «газо-водяная» смесь имеет большую дальность, чем струя водяного тумана из обычной пожарной машины, и большую кинетическую энергию, которая воздействует на пламя, что может значительно повысить эффективность пожаротушения и спасения. В результате может быть разработана пожарная машина с жидким азотом в качестве реактивной мощности.
[0004] В публикации патента Китая №03133926.3 описаны пожарная машина с жидким азотом и распылительный пистолет для жидкого азота. Основной принцип заключается в том, что насос для жидкого азота приводится в действие от автомобильной коробки передач для создания давления жидкого азота, хранящегося в резервуаре для хранения жидкого азота, а затем жидкий азот вводится в распылительный пистолет для жидкого азота для тушения пожара. Такое применение не учитывает техническую проблему использования изменения фазы, возникающую при смешивании жидкого азота с водой для высокоскоростного впрыскивания смешанной жидкости.
[0005] В заявке на патент Китая №201710225285.2 описывается пожарная пушка с использованием жидкого азота. Жидкий азот, поступающий в пожарную пушку, сначала испаряется, образуя азот при поглощении тепла, и получающаяся в результате сверхзвуковая азотная жидкость затем сталкивается с водной жидкостью, поступающей в пожарную пушку, с образованием смешанной жидкости. Настоящее применение не учитывает выделение энергии большого давления в момент, когда жидкий азот и вода смешиваются, и нет решения проблемы, состоящей в том, что объем жидкого азота в пожарной пушке резко увеличивается, создавая «воздушную пробку».
[0006] В заявках на патент Китая №200910035880.5 и 201210517766.8 описывается техническое решение для получения мелкодисперсного водяного тумана или вспененных шариков путем столкновения высокоскоростной газовой струи с водой или пенной огнегасящей жидкостью. Настоящее применение не учитывает энергию давления, возникающую при мгновенном изменении фазы жидкого азота, когда жидкий азот смешивается с водной жидкостью.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0007] Заявляемый объект относится к технологии пожаротушения, а более конкретно к многофункциональной пожарной машине с жидким азотом для получения реактивной мощности. Пожарная машина может хранить жидкий азот, смешивать жидкий азот и воду для получения большой кинетической энергии, а также может использовать большую кинетическую энергию для превращения воды, огнегасящего агента на водной основе или дегазирующего агента в высокоскоростную распыленную смешанную жидкость, повышая таким образом эффективность пожаротушения и спасения.
[0008] Раскрытие относится к многофункциональной пожарной машине с жидким азотом, которая использует энергию жидкого азота, у которой есть рама, резервуар для хранения жидкого азота, трубопровод для транспортировки жидкого азота, газификационное устройство, множество электрических клапанов, адаптер водопроводной трубы, распылитель жидкого азота и смесительный пистолет-распылитель. Резервуар для хранения жидкого азота расположен на раме автомобиля.
[0009] Трубопровод для транспортировки жидкого азота содержит, по меньшей мере, первый трубопровод, второй трубопровод и третий трубопровод. Первый трубопровод соединяет нижнюю часть резервуара для хранения жидкого азота, газификационное устройство и верхнюю часть резервуара для хранения жидкого азота в указанном порядке; второй трубопровод соединяет резервуар для хранения жидкого азота, входной конец пистолета-распылителя для жидкого азота и первый входной конец смесительного пистолета-распылителя в указанном порядке. Третий трубопровод снабжен предохранительным клапаном 4 и клапаном избыточного давления 10, а внешний жидкий азот вводится в резервуар 2 для хранения жидкого азота через третий трубопровод. Смесительный пистолет-распылитель имеет первый входной конец, второй входной конец, сопло для жидкого азота и распылительную трубу, а распылительная труба содержит секцию сужения, секцию расширения и секцию ускорения, которые соединены друг с другом в указанном порядке. В направлении от секции сужения к секции ускорения внутренний диаметр секции сужения уменьшается, а внутренний диаметр секции расширения увеличивается. Внутренний диаметр секции ускорения постоянен и равен диаметру на выходе секции расширения. Сопло для жидкого азота сообщается с первым входным концом и расположено на осевой линии секции сужения (8-1); выходное отверстие сопла для жидкого азота расположено соосно с выходным отверстием секции сужения (8-1). Вход второго входного конца соединен с адаптером водопроводной трубы, а выход второго входного конца соединен с секцией сужения; множество электрических клапанов расположено на трубопроводе подачи жидкого азота и трубопроводе подачи воды, соединенном с адаптером водопроводной трубы.
[00010] Смесительный пистолет-распылитель содержит первый входной конец, второй входной конец, сопло для жидкого азота и распылительную трубу, а распылительная труба содержит секцию сужения, секцию расширения и секцию ускорения, которые соединены друг с другом в указанном порядке. В направлении от секции сужения к секции ускорения внутренний диаметр секции сужения уменьшается, а внутренний диаметр секции расширения увеличивается. Внутренний диаметр секции ускорения постоянен и равен диаметру на выходе секции расширения. Сопло для жидкого азота сообщается с первым входным концом и расположено на осевой линии секции сужения; выходное отверстие сопла для жидкого азота расположено соосно с выходным отверстием секции сужения. Вход второго входного конца соединен с источником воды, а выход второго входного конца связан с секцией сужения.
[00011] Газификационное устройство содержит газификационную трубку и множество теплоотводящих ребер; газификационная трубка соединена с первым трубопроводом, а теплоотводящие ребра расположены радиально на внешней стенке газификационной трубки.
[00012] Резервуар для хранения жидкого азота включает корпус, вкладыш и зазор между корпусом и вкладышем; вкладыш расположен в корпусе. Зазор высушивают и вакуумируют до 0,001-0,005 Па, а наружная поверхность вкладыша снабжена теплоизоляционным материалом, содержащим слой диоксида циркония.
[00013] По сравнению с предшествующей техникой, данный вид имеет следующие преимущества: (1) жидкий азот, вода, огнегасящий агент на водной основе и химический дегазирующий агент смешиваются в пистолете-распылителе для жидкого азота. Жидкий азот переходит в газообразное состояние, это изменение фазы увеличивает его объем в сотни раз, и создается мощная тяга для распыления воды, водяного огнегасящего агента или химического дегазирующего агента с высокими расходом и скоростью потока, что значительно улучшает эффективность пожаротушения и аварийно-спасательных работ, а также снижает водопотребление. (2) Жидкий азот поглощает тепло в газификационном устройстве, чтобы увеличить внутреннее давление в резервуаре для хранения жидкого азота, и в процессе пожаротушения небольшое количество жидкого азота поступает в газификационное устройство для газификации. Давление в резервуаре для хранения жидкого азота может повыситься до 1,2-1,6 мегапаскаля, и жидкий азот непрерывно и постоянно подается в пожарную пушку при таком давлении. (3) Теплопроводность фольги из диоксида циркония в резервуаре для хранения жидкого азота низкая (1,01×10-4 Вт/м⋅К), а коэффициент отражения фольги из диоксида циркония в длинноволновую, среднюю и инфракрасную волны 85% или выше. Теплоизоляционные характеристики превосходят традиционные ультратонкие изоляционные материалы из стекловаты без теплоотражения; промежуточный слой между корпусом и вкладышем сушат для удаления воды, а затем накачивают в состояние высокого вакуума с использованием высоковакуумного насоса. Это состояние предотвращает конвективный теплообмен внутри и снаружи резервуара. В естественных условиях ежегодная потеря жидкого азота в резервуаре хранения жидкого азота составляет менее 1/4 от общих запасов.
[00014] Изобретение дополнительно описано ниже со ссылками на чертежи.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[00015] Фиг. 1 является принципиальной схемой пожарной машины с жидким азотом, как описано в пояснении.
[00016] Фиг. 2 является принципиальной схемой резервуара для хранения жидкого азота, как описано в пояснении.
[00017] Фиг. 3А - вид сбоку газификационного устройства, а Фиг. 3B - вид в поперечном разрезе по линии A-A Фиг. 3А, как описано в пояснении.
[00018] Фиг. 4 - вид в разрезе смесительного пистолета-распылителя для жидкого азота, как описано в пояснении.
[00019] На чертежах используются следующие ссылки: 1. Рама транспортного средства; 2. Резервуар для хранения жидкого азота; 2-1. Корпус; 2-2. Вкладыш; 2-3. Теплоизоляционный материал; 3. Складной кран; 4. Предохранительный клапан; 5. Датчик измерения уровня; 6. Датчик измерения давления; 7. Поворотная опора; 8. Смесительный пистолет-распылитель; 8-1. Секция сужения, 8-2. Секция расширения; 8-3. Секция ускорения; 8-4. Сопло для жидкого азота; 9. Трубопровод подачи жидкого азота; 10. Клапан избыточного давления; 11. Водопроводная труба; 12. Соединительный адаптер водопроводной трубы; 13. Пистолет-распылитель для жидкого азота; 14-1. Первый электрический клапан; 14-2. Второй электрический клапан; 14-3. Третий электрический клапан; 14-4. Четвертый электрический клапан; 15. Газификационное устройство; 15-1. Газификационная трубка; 15-2 Теплоотводящие ребра.
ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ
[00020] Как показано на Фиг. 1, многофункциональная пожарная машина с жидким азотом для получения реактивной мощности включает в себя раму транспортного средства 1, резервуар для хранения жидкого азота 2, трубопровод подачи жидкого азота 9, газификационное устройство 15, поворотную опору 7, складной кран 3, водопроводную трубу 11, соединительный адаптер водопроводной трубы 12, смесительный пистолет-распылитель 8, пистолет-распылитель для жидкого азота 13 и множество электрических клапанов.
[00021] Как показано на Фиг. 2, резервуар для хранения жидкого азота 2 расположен на раме транспортного средства. Резервуар для хранения жидкого азота 2 включает стальной корпус 2-1, вкладыш 2-2 и теплоизоляционный материал 2-3. Вкладыш 2-2 выполнен из стального материала и расположен в корпусе 2-1. Между корпусом и вкладышем есть зазор. Теплоизоляционный материал 2-3 намотан вокруг наружной поверхности вкладыша. Во время изготовления резервуара для хранения жидкого азота 2 теплоизоляционный материал 2-3 из слоя диоксида циркония наматывают на наружную поверхность вкладыша 2-2. Циркониевая фольга имеет низкую теплопроводность (1,01×10-4 Вт/м⋅К), и отражательную способность более 85% для длинноволновых, средневолновых и инфракрасных лучей, а ее теплоизоляционные характеристики лучше, чем у стекловаты, которая не имеет тепловой отражательной способности. Промежуточный слой между корпусом 2-1 и вкладышем 2-2 полностью высушивается для удаления воды и откачивается до 0,001-0,005 Па. Конвекционный теплообмен внутри и снаружи резервуара блокируется вакуумным слоем. Алюминиевая фольга из диоксида циркония с превосходными теплоизоляционными и отражающими свойствами может предотвратить радиационный теплообмен внутри и снаружи резервуара. Таким образом, резервуар обладает отличными теплоизоляционными свойствами.
[00022] Как показано на Фиг. 2, резервуар для хранения жидкого азота 2 снабжен предохранительным клапаном 4, датчиком измерения уровня 5, датчиком давления 6, клапаном избыточного давления 10 и трубопроводом для подачи жидкого азота 9.
[00023] Предохранительный клапан 4 расположен над резервуаром для хранения жидкого азота 2 для сброса давления в резервуаре, когда давление воздуха в резервуаре для хранения жидкого азота 2 слишком высокое, таким образом, чтобы значение давления в резервуаре поддерживалось между 1,2 и 1,6 мегапаскаля.
[00024] Датчик измерения уровня 5 расположен в средней и верхней части резервуара для хранения жидкого азота 2 для индикации количества жидкого азота, остающегося в резервуаре для хранения жидкого азота 2.
[00025] Датчик измерения давления 6 расположен над резервуаром для хранения жидкого азота 2 для измерения давления газа в резервуаре для хранения жидкого азота 2.
[00026] Клапан избыточного давления 10 расположен над резервуаром для хранения жидкого азота 2 для поддержания давления жидкого азота в резервуаре на уровне не более 0,8 мегапаскаля. Когда давление в резервуаре превышает значение, клапан избыточного давления открывается, чтобы выпустить часть низкотемпературного азота в резервуаре с целью снизить давление в резервуаре и обеспечить долговременное криогенное хранение жидкого азота.
[00027] Трубопровод подачи жидкого азота 9 снабжен тремя каналами:
[00028] (1) Первый трубопровод начинается со дна резервуара для хранения жидкого азота 2, проходит через газификационное устройство 15 и затем соединяется с верхом резервуара для хранения жидкого азота 2.
[00029] (2) Второй трубопровод соединяет резервуар для хранения жидкого азота 2 и входной конец пистолета-распылителя для жидкого азота 13 и первый входной конец смесительного пистолета-распылителя 8.
[00030] (3) Третий трубопровод соединяет резервуар для хранения жидкого азота 2 и предохранительный клапан 4 и клапан избыточного давления 10.
[00031] Как показано на Фиг. 3, газификационное устройство 15 содержит газификационную трубку 15-1 и множество теплоотводящих ребер 15-2. Оба конца газификационной трубки 15-1 соединены бесшовным способом с первым трубопроводом, а теплоотводящие ребра 15-2 радиально расположены на внешней стенке газификационной трубки 15-1. Теплоотводящие ребра 15-2 увеличивают площадь поверхности и улучшают эффективность газификации жидкого азота.
[00032] Как показано на Фиг. 1, поворотная опора 7 расположена на раме транспортного средства 1, а складной кран 3 закреплен на поворотной опоре и способен вращаться на горизонтальной поверхности поворотной опоры 7.
[00033] Как показано на Фиг. 1, складной рычаг 3 расположен над резервуаром для хранения жидкого азота 2. Складной рычаг 3 содержит множество соединенных друг с другом складных рычагов, которые складываются, если не используются, для экономии места, а при использовании они складываются для достижения необходимой длины.
[00034] Как показано на Фиг. 1, один конец водопроводной трубы 11соединен с адаптером водопроводной трубы 12, а адаптер водопроводной трубы 12 соединен с внешним источником воды. Источник воды представляет собой чистую воду с давлением от 0,8 до 1,0 мегапаскаль, или содержит огнегасящий агент на водной основе с 3% F-500 и от 1 до 3% FireAde2000, 6% водного пленкообразующего пенного огнегасящего агента, 1% пенного огнегасящего агента класса А или химического дегазирующего агента.
[00035] Как показано на Фиг. 4, смесительный пистолет-распылитель 8 расположен на переднем конце складного крана 3 и может приближаться к источнику огня путем горизонтального вращения и нагнетания тангажа в трехмерном пространстве складного крана 3. Смесительный пистолет-распылитель 8 содержит первый входной конец, второй входной конец, сопло для жидкого азота 8-4 и распылительную трубу. Распылительная труба содержит секцию сужения 8-1, секцию расширения 8-2 и секцию ускорения 8-3 вдоль направления от секции сужения к секции ускорения.
[00036] В направлении от секции сужения к секции ускорения внутренний диаметр секции сужения 8-1 постепенно уменьшается, а внутренний диаметр секции расширения 8-2 постепенно увеличивается. Внутренний диаметр секции ускорения 8-3 является постоянным и равен диаметру на выходе секции расширения 8-2. Сопло для жидкого азота сообщается с первым входным концом и расположено на осевой линии секции сужения 8-1; выходное отверстие сопла 8-4 для жидкого азота соосно с выходным отверстием секции сужения 8-1. Входное отверстие второго входного конца соединено с адаптером водопроводной трубы 12, а выходное отверстие второго входного конца сообщается с секцией сужения 8-1.
[00037] Способ смешивания жидкого азота с водой для получения смешанной жидкости «газ-вода» реализуется следующим образом: адаптер водопроводной трубы 12 подает воду под давлением от 0,8 до 1,0 мегапаскаль, огнегасящий агент на водной основе или химический дегазирующий агент. Жидкость поступает в смесительный пистолет-распылитель 8 и течет через секцию сужения 8-1 и секцию расширения 8-2, и выталкивается из секции ускорения 8-3. Жидкий азот из резервуара для хранения жидкого азота 2 под давлением от 1,2 до 1,6 мегапаскаля впрыскивается через сопло для жидкого азота 8-4 и смешивается с водой, водным огнегасящим агентом или химическим дегазирующим агентом в секции сужения 8-1 смесительного пистолета-распылителя 8 для образования струи жидкого азота. Струя жидкого азота сталкивается с водной жидкостью и разрывается, образуя множество шариков жидкого азота. Шарики жидкого азота поглощают тепло, испаряются и расширяются в секции расширения 8-2 и быстро текут. После того, как смешанная жидкость «газ-вода» поступает в секцию ускорения 8-3, сжатый газообразный азот продолжает расширяться при разности давлений между внутренней и наружной частью пистолета-распылителя 8. Смешанная жидкость снова ускоряется, и давление азота на выходе из смесительного пистолета-распылителя 8 снижается до уровня внешнего атмосферного давления. Таким образом, вода, огнегасящий агент на водной основе или химический дегазирующий агент получают достаточную энергию сжатого газообразного азота для выброса из смесительного пистолета-распылителя 8 в форме распыленной жидкости с высокой скоростью. Например, когда скорость потока воды в смесительном пистолете-распылителе составляет 60 л/с, а скорость потока жидкого азота, управляемого электрическим клапаном 14-4, составляет 3 кг/с, смесительный пистолет-распылитель 8 испускает сверхтонкую струю водяного тумана со средним диаметром частиц около 200 мкм и скоростью струи от 80 до 100 м/с. Эта сверхтонкая струя водяного тумана используется для быстрого гашения дыма и температуры, а также для подавления интенсивного горения и детонации. Когда электрический клапан 14-4 регулирует скорость потока жидкого азота до 2 кг/с, смесительный пистолет-распылитель 8 испускает высокотемпературную распыляющую струю огнегасящего агента на водной основе со средним диаметром частиц от 400 до 500 мкм, а скорость потока на выходе может достигать от 60 до 80 м/с. Изменение расхода жидкого азота может привести к выбрасыванию частиц разных диаметров, распыляемых из смесительного пистолета-распылителя 8.
[00038] Как показано на Фиг. 1, пистолет-распылитель для жидкого азота 13 расположен на каждой стороне рамы транспортного средства 1. Впускной конец пистолета-распылителя для жидкого азота 13 соединен с резервуаром для хранения жидкого азота 2 через второй трубопровод длиной от 50 до 80 м. Жидкий азот, распыляемый из пистолета-распылителя для жидкого азота 13, используется для тушения пожара, который не может быть потушен водой.
[00039] Электрический клапан расположен на трубопроводе подачи жидкого азота 9 и водопроводной трубе:
[00040] (1) первый электрический клапан 14-1, расположенный на первом трубопроводе;
[00041] (2) второй электрический клапан 14-2, расположенный на трубопроводе подачи жидкого азота пистолета-распылителя для жидкого азота 13;
[00042] (3) третий электрический клапан 14-3, расположенный на водопроводной трубе адаптера водопроводной трубы 12;
[00043] (4) четвертый электрический клапан 14-4, расположенный на трубопроводе подачи жидкого азота смесительного пистолета-распылителя 8.
[00044] Первый электрический клапан 14-1 и датчик измерения давления 6 управляют скоростью потока жидкого азота, поступающего в устройство для азотирования жидкости 15; второй электрический клапан 14-2 регулирует скорость потока жидкого азота, распыляемого из пистолета-распылителя для жидкого азота 13, от 1 до 4 кг/с; третий электрический клапан 14-3 контролирует давление воды, огнегасящего агента на водной основе или химического дегазирующего агента снаружи, чтобы оно находилось в пределах от 0,8 до 1,0 мегапаскаля; и четвертый электрический клапан 14-4 управляет скоростью потока жидкого азота, поступающего в смесительный пистолет-распылитель 8, таким образом, чтобы отношение смешивания жидкого азота к воде составляло 1:20-40.
[00045] Температура жидкого азота составляет -196°С при нормальном давлении, и из 1 л жидкого азота можно получить 696 л чистого газообразного азота при 21°С. В частности, при закрытии клапана избыточного давления 10 и открытии электрического клапана 14-1. Часть жидкого азота из нижней части резервуара для хранения жидкого азота 2 через первый трубопровод поступает в газификационное устройство 15 через электрический клапан 14-1 под действием силы тяжести. Жидкий азот поглощает внешнее тепло и испаряется в газообразный азот, и давление в газификационном устройстве 15 повышается из-за увеличения объема газообразного азота. Газообразный азот вводится в резервуар из верхней части резервуара через трубопровод для транспортировки жидкого азота для создания давления жидкого азота в резервуаре. Датчик измерения давления 6 контролирует скорость потока жидкого азота в газификатор жидкого азота 15 через электрический клапан 14-1, для обеспечения давления в пределах от 1,2 до 1,6 мегапаскаля. Когда значение давления в резервуаре превышает 1,6 мегапаскаля, предохранительный клапан 4 открывается для сброса давления, и значение давления в резервуаре поддерживается стабильным. Датчик измерения давления 6 понижает скорость потока жидкого азота, поступающего в газификатор жидкого азота 15 через электрический клапан 14-1, или непосредственно закрывает электрический клапан 14-1 для восстановления давления внутри резервуара. Когда электрический клапан 14-2, который выводит жидкий азот, открывается, жидкий азот в резервуаре выводится наружу из резервуара под давлением от 1,2 до 1,6 мегапаскаля. Электрический клапан 14-2 регулирует скорость потока жидкого азота от 1 до 4 кг/с, которую можно регулировать по мере необходимости.
Пример 1
[00046] Как показано на Фиг. 1, пожарная машина с жидким азотом в качестве реактивной мощности включает в себя раму транспортного средства 1, резервуар для хранения жидкого азота 2, складной кран 3, предохранительный клапан 4, датчик измерения уровня жидкости 5, датчик измерения давления 6, поворотную опору 7, смесительный пистолет-распылитель 8, трубопровод подачи жидкого азота 9, клапан избыточного давления 10, водопроводную трубу 11, адаптер водопроводной трубы 12, пистолет-распылитель для жидкого азота 13, первый электрический клапан 14-1, второй электрический клапан 14-2, третий электрический клапан 14-3 и газификационное устройство 15. Резервуар для хранения жидкого азота 2 установлен на раме транспортного средства 1, а поворотная опора 7 и складной кран 3 расположены на одной стороне резервуара для хранения азота 2, а адаптер водопроводной трубы 12 расположен под поворотной опорой 7. На верхнем конце складного крана 3 установлен пистолет-распылитель 8, а сопло для жидкого азота 8-4 в пистолете-распылителе для жидкого азота соединено с резервуаром для хранения жидкого азота 2 через трубопровод для транспортировки жидкого азота 9 и электрический клапан 14-2. Впускной конец смесительного пистолета-распылителя 8 соединен с адаптером водопроводной трубы 12 через водопроводную трубу 11 и электрический клапан 14-3. Одновременно откройте второй электрический клапан 14-2 и третий электрический клапан 14-3, жидкий азот из резервуара для хранения жидкого азота 2 под давлением от 1,2 до 1,6 мегапаскаль, и вода или агент на водной основе из внешнего резервуара для воды под давлением от 0,8 до 1,0 мегапаскаля поступают в смесительный пистолет-распылитель 8 и производят смешанную жидкость «газ-вода», которая выбрасывается со скоростью от 60 до 80 м/с. Складной кран 3 раскладывается и вращается, чтобы выровнять смесительный пистолет-распылитель 8 относительно источника огня, чтобы погасить огонь быстрой струей воды или водяного огнегасящего агента.
[00047] Способ реализации будет дополнительно пояснен на примере тушения пожара на нефтехимическом заводе. Пожарная машина с жидким азотом в качестве реактивной мощности поддерживается пожарной машиной с водяным баком. Когда складной кран 3 полностью открыт, положение смесительного пистолета-распылителя 8 может достигать 32 метров, или смесительный пистолет-распылитель 8 может быть выдвинут в горизонтальном переднем направлении до подходящего положения вблизи источника огня. Третий электрический клапан 14-3 и четвертый электрический клапан 14-4 открываются, и адаптер водопроводной трубы 12 вводит воду, содержащую 3% огнегасящего агента F-500, в смесительный пистолет-распылитель 8 через водопроводную трубу 11. Жидкий азот поступает в сопло для жидкого азота 8-4 смесительного пистолета-распылителя 8 через трубопровод подачи жидкого азота 9 через четвертый электрический клапан 14-4. Жидкий азот и вода, содержащие 3% огнегасящего агента F-500, смешиваются в смесительном пистолете-распылителе 8 и затем выбрасываются с высокой скоростью в виде туманной жидкости. Огнегасящий агент F-500 обладает способностью к быстрому охлаждению, которая может сочетаться с молекулами воды для инкапсуляции молекул легковоспламеняющейся жидкости, чтобы предотвратить ее возгорание и быстро погасить пламя.
Пример 2
[00048] В качестве примера возьмем пожаротушение на складе одежды. Как показано на Фиг. 1, пожарная машина содержит пистолет-распылитель для жидкого азота 13, соединенный с выходным отверстием резервуара для хранения жидкого азота 2 через второй электрический клапан 14-2 и трубопровод для транспортировки жидкого азота 9. Длина трубопровода для транспортировки жидкого азота 9 составляет 80 м. При использовании вытащите пистолет-распылитель для жидкого азота 13, закройте все двери и окна склада одежды, откройте второй электрический клапан 14-2, и пожарные с аппаратурой для дыхания под избыточным давлением должны направить пистолет-распылитель для жидкого азота 13 на склад, или распылить жидкоазотный огнегасящий агент на склад от двери. Все открытое пламя и тлеющие угли тушатся на складе, когда содержание кислорода в воздухе падает ниже 10%. Пожарная машина с 5 тоннами жидкого азота может потушить пожар на складе одежды объемом не более 4000 м3.
Пример 3
[00049] В случае утечки жидкого хлора образуется желто-зеленый газообразный хлор, плотность газообразного хлора составляет 3,21 кг/м3 при нормальной температуре, хлор распространяется близко от земли вниз по течению ветра. При поддержке пожарной машины с резервуаром для воды пожарная машина в этом примере находится на расстоянии примерно 30-40 м от места утечки жидкого хлора по направлению против ветра. Складной кран 3 раскладывается и смесительный пистолет-распылитель 8 выдвигается в положение в сторону утечки жидкого хлора. Откройте третий электрический клапан 14-3 и четвертый электрический клапан 14-4, и раствор для дегазации, содержащий растворенный карбонат натрия, поступит в смесительный пистолет-распылитель 8 через адаптер водопроводной трубы 12 и водопроводную трубу 11. Жидкий азот попадает в сопло для жидкого азота 8-4 смесительного пистолета-распылителя 8 через четвертый электрический клапан 14-4 и трубопровод для подачи жидкого азота 9. Жидкий азот и дегазирующий раствор, содержащий растворенный карбонат натрия, смешиваются в смесительном пистолете-распылителе 8 и затем распыляются на высокой скорости в виде водяного тумана, который смешивается с утечкой газообразного хлора. Карбонат натрия реагирует с газообразным хлором с образованием хлорида натрия с выделением углекислого газа. Водяной туман поглощает газообразный хлор, образуя хлорноватистую кислоту, падающую на землю, таким образом, что утечка газообразного хлора устраняется.
1. Многофункциональная пожарная машина с жидким азотом в качестве реактивной мощности, которая включает в себя раму транспортного средства (1), резервуар для хранения жидкого азота (2), трубопровод для транспортировки жидкого азота (9), газификационное устройство (15), множество электрических клапанов, адаптер водопроводной трубы (12), пистолет-распылитель для жидкого азота (13) и смесительный пистолет-распылитель (8); где:
резервуар для хранения жидкого азота (2) расположен на раме транспортного средства (1);
трубопровод для транспортировки жидкого азота (9) содержит, по меньшей мере, первый трубопровод и второй трубопровод; первый трубопровод соединяет нижнюю часть резервуара для хранения жидкого азота (2), газификационное устройство (15) и верхнюю часть резервуара для хранения жидкого азота в указанном порядке; второй трубопровод соединяет резервуар для хранения жидкого азота (2), входной конец пистолета-распылителя для жидкого азота (13) и первый входной конец смесительного пистолета-распылителя (8) в указанном порядке;
смесительный пистолет-распылитель (8) содержит первый входной конец, второй входной конец, сопло для жидкого азота (8-4) и распылительную трубу; распылительная труба содержит секцию сужения (8-1), секцию расширения (8-2) и секцию ускорения (8-3), которые соединены друг с другом в указанном порядке; вдоль направления от секции сужения до секции ускорения внутренний диаметр секции сужения (8-1) уменьшается, а внутренний диаметр секции расширения (8-2) увеличивается; внутренний диаметр секции ускорения (8-3) постоянен и равен диаметру на выходе секции расширения (8-2); а также
сопло для жидкого азота (8-4) сообщается с первым входным концом и расположено на осевой линии секции сужения (8-1); выходное отверстие сопла (8-4) для жидкого азота соосно с выходным отверстием секции сужения (8-1); вход второго входного конца соединен с адаптером водопроводной трубы (12), а выход второго входного конца связан с секцией сужения (8-1); и множество электрических клапанов расположено на трубопроводе для транспортировки жидкого азота (9) и трубопроводе подачи воды, соединенном с адаптером водопроводной трубы (12).
2. Пожарная машина по п. 1, в которой газификационное устройство (15) содержит газификационную трубку (15-1) и множество теплоотводящих ребер (15-2); вход газификационной трубки (15-1) соединен с первым трубопроводом (9), а выход газификационной трубки соединен с верхней частью резервуара для хранения жидкого азота (2) через первый трубопровод (9); и множество теплоотводящих ребер (15-2), расположенных радиально на наружной стенке газификационной трубки (15-1).
3. Пожарная машина по п. 1, в которой множество электрических клапанов включает четвертый электрический клапан (14-4), расположенный на втором трубопроводе, соединенном со смесительным пистолетом-распылителем (8); четвертый электрический клапан (14-4) способен регулировать соотношение смешивания жидкого азота и воды, равное 1 : 20-40.
4. Пожарная машина по п. 1, в которой резервуар для хранения жидкого азота (2) включает корпус (2-1), вкладыш (2-2) и зазор между корпусом (2-1) и вкладышем (2-2); вкладыш (2-2) расположен в корпусе; зазор высушивают и вакуумируют до 0,001-0,005 Па, а наружная поверхность вкладыша (2-2) снабжена теплоизоляционным материалом (2-3), содержащим слой из диоксида циркония.
5. Пожарная машина по п. 1, в которой пожарная машина дополнительно содержит складной кран (3) и поворотную опору (7); смесительный пистолет-распылитель (8) расположен на одном конце складного крана (3); и складной кран (3) закреплен на поворотной опоре (7) и способен вращаться на 360°.
6. Пожарная машина по п. 1, в которой резервуар для хранения жидкого азота (2) оборудован датчиком измерения давления (6).
7. Пожарная машина по п. 1, в которой трубопровод для транспортировки жидкого азота дополнительно содержит третий трубопровод и клапан избыточного давления (10), расположенный на третьем трубопроводе.
8. Пожарная машина по п. 3, в которой множество электрических клапанов включает первый электрический клапан (14-1), расположенный на первом трубопроводе, и второй электрический клапан (14-2), расположенный на трубопроводе транспортировки жидкого азота, соединенном с пистолетом-распылителем для жидкого азота (13); и третий электрический клапан (14-3), расположенный на водопроводной трубе, соединенной с адаптером водопроводной трубы (12).
9. Пожарная машина по п. 1, в которой адаптер водопроводной трубы (12) соединен с внешним источником воды; внешний источник воды представляет собой чистую воду под давлением от 0,8 до 1,0 МПа или содержит огнегасящий агент на водной основе с 3% F-500 и от 1 до 3% FireAde2000, 6% водного пленкообразующего пенного огнегасящего агента, 1% пенного огнегасящего агента класса А или химического дегазирующего агента.
10. Смесительный пистолет-распылитель, в который входит первый входной конец, второй входной конец, сопло для жидкого азота (8-4) и распылительная трубка; при этом распылительная трубка содержит секцию сжатия (8-1), секцию расширения (8-2) и секцию ускорения (8-3), которые соединены друг с другом в указанном порядке; вдоль направления от секции сжатия до секции ускорения внутренний диаметр секции сжатия (8-1) уменьшается, а внутренний диаметр секции расширения (8-2) увеличивается; внутренний диаметр секции ускорения (8-3) постоянен и равен диаметру на выходе секции расширения (8-2); сопло для жидкого азота (8-4) сообщается с первым входным концом и расположено на осевой линии секции сжатия (8-1); выходное отверстие сопла для жидкого азота соосно с выходным отверстием секции сжатия (8-1); вход второго входного конца соединен с адаптером водопроводной трубы (12), а выход второго входного конца связан с секцией сжатия (8-2).
