一种压缩空气泡沫气液混合器及设计方法与流程

本发明涉及消防压缩空气泡沫灭火装置，尤其涉及一种压缩空气泡沫气液混合器及设计方法。

背景技术：

近年来，压缩空气泡沫灭火技术得到广泛应用，各类压缩空气泡沫灭火装备不断涌现，包括背负式、推车式以及小型车载式压缩空气泡沫灭火装置等等，通过喷射出的压缩空气泡沫长时间覆盖和降温达到灭火的效果。气液混合器是其中影响泡沫性能的一个关键组件，如何实现气液的均匀混合直接影响了泡沫的稳定性。在以往的研究中表明，泡沫稳定性与泡沫平均直径以及其离散系数有关，泡沫平均直径影响了了液膜的厚薄，离散系数影响了泡沫破碎和融合的难易程度，目前的压缩空气泡沫灭火设备中气液混合器的结构简单，喷射出的泡沫平均直径大、离散系数大，导致泡沫稳定性差、覆盖时间短，影响灭火效果。

技术实现要素：

为了提高喷射出的泡沫性能，克服现有技术的不足，本发明提供了一种压缩空气泡沫气液混合器及设计方法，能够产生性能良好的压缩空气泡沫。

本发明采取的技术方案是：一种压缩空气泡沫气液混合器，其特征在于，包括气液混合管、进气管路、气体喷嘴、分隔板、发泡管、发泡网、隔套和接头；所述的分隔板通过焊接固定在气液混合管内部，在横截面上将气液混合管平均分隔成若干个扇形，形成若干个混合通道；每一个混合通道内，安装一个进气管路和一个气体喷嘴；所述的进气管路通过焊接固定在气液混合管上，一端在气液混合管外侧用以连接气源，提供特定压力和流量的压缩空气，另一端为外螺纹用以在混合通道内连接气体喷嘴；气体喷嘴形状为盲管，安装在混合通道的中心，开口端通过螺纹连接到进气管路上；所述的发泡管进口通过螺纹连接在气液混合管的管路出口上；发泡管内部安装若干个发泡网和隔套，发泡网直径与发泡管内径相同，隔套为薄壁圆环，外径与发泡管内径相同，用以固定和分隔各个发泡网；所述的接头通过螺纹连接安装在发泡管的出口，用以将发泡网和隔套的位置固定，同时用以连接后续输送管路。

所述的气体喷嘴采用金属多孔材料，孔径选择范围为10～100μm，孔隙率＞50％。

所述的发泡网目数选择范围为40～80目。

一种压缩空气泡沫气液混合器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

一、首先根据产品功能需求确定气液混合器的泡沫混合液的额定体积流量v0和额定气体流量q气。

二、确定气液混合管管道内径d1，根据以下公式计算：

(1)式中：

d1―气液混合管管道内径，单位mm；

v0―气液混合管管内泡沫混合液的额定体积流量，单位m³/h；

根据计算结果，选择相近规格的管道。

三、确定气体喷嘴的尺寸：

①气体喷嘴的管道外径d外根据以下公式计算：

(2)式中：

n―混合通道的分隔数量。

②根据气体喷嘴(3)的管道外径d外选择合适的壁厚δ，壁厚不超过5mm。

③气体喷嘴(3)的长度l根据以下公式计算，单位mm：

(3)式中：

q气―额定气体流量，单位m³/h；

kg—透气度，单位m³/(h·kpa·m²)，根据gb/t31909-2015《可渗透性烧结金属材料透气度的测定》测定；

δp—气体压力与泡沫混合液压力的压力差，单位为kpa，规定气体压力要高于液体压力100～150kpa。

四、确定发泡管(5)的内径d5，根据以下公式计算：

五、最后确定两个相邻发泡网(6)之间的间距d：

d≥d5-----------------(5)。

本发明的有益效果是：可有效实现压缩空气和泡沫溶液的均匀混合，产生泡沫的平均直径适宜，离散系数小，继而提高了泡沫的稳定性，实现长时间的覆盖效果，适用于各类压缩空气泡沫灭火装置，提升了其灭火性能。

附图说明

图1是本发明系统实施例主视图；

图2是本发明系统实施例侧视图；

图3是图1中发泡管、发泡网、隔套和接头的装配分解图。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。

如图1、图2所示，一种压缩空气泡沫气液混合器包括气液混合管1、进气管路2、气体喷嘴3、分隔板4、发泡管5、发泡网6、隔套7和接头8。

气液混合管1被分隔板4平均分隔成三个混合通道，泡沫混合液从管路入口1-1以特定的流量进入混合通道，在混合通道内气液混合后经管路出口1-2流入发泡管，管路出口1-2的截面积大于管路入口1-1的截面积，每一个混合通道内，安装一个进气管路2和一个气体喷嘴3。

进气管路2一端在气液混合管1外侧用以连接气源，可以提供特定压力和流量的压缩空气，另一端在混合通道内连接气体喷嘴3。

气体喷嘴3选用镍合金多孔材料作为气体喷嘴，平均孔径10μm，孔隙率为68％，形状为盲管，安装在混合通道的中心。

分隔板4在横截面上将气液混合管1平均分隔成三个扇形，形成三个混合通道(如图2所示)。

如图3所示，发泡管5连接在气液混合管1的出口，内部安装四个发泡网6，每个发泡网6之间采用隔套7实现一定的距离间隔。发泡网6的目数选择范围为50目，其通过孔径尺寸为300μm。

接头8安装在发泡管5的出口，用以固定发泡网6和隔套7的位置，同时连接后续输送管路。

压缩空气泡沫气液混合器的工作原理：泡沫混合液进入气液混合管1后，被分隔板4分流分别进入不同的混合通道内，同时压缩空气通过进气管路2和气体喷嘴3也进入混合通道内，通过稳定压缩空气的压力高于泡沫混合液压力100～150kpa能够保证空气进入泡沫混合液进行混合。气体喷水3的微米级多孔结构能够广泛增大空气与泡沫混合液的接触面接，形成更多粒径在微米级的细小泡沫。细小泡沫在发泡管5内通过四层发泡网6，发泡网6的网状结构使得细小泡沫进行再次气液混合和发泡，形成平均粒径在300～400微米、离散系数小、性能稳定的压缩空气泡沫。

压缩空气泡沫气液混合器的设计方法具体步骤如下：

(1)首先根据产品功能需求确定气液混合器的泡沫混合液的额定体积流量v0和额定气体流量q气，以某压缩空气泡沫灭火装置为例，其泡沫混合液的额定体积流量v0＝6m³/h和额定气体流量q气＝60m³/h。

(2)确定气液混合管1管道内径d1，根据以下公式计算：

d1＝13.3v0^0.5＝32.58mm-----------------(1)

式中：

d1―管道内径，单位mm；

v0―管内泡沫混合液的额定体积流量，单位m³/h；

根据计算结果，可选择dn32的不锈钢管，其内径d1约为32mm。

(3)确定气体喷嘴3的尺寸：

①气体喷嘴3的管道外径d外根据以下公式计算：

式中：

n―混合通道的分隔数量，在本实例中为3；

根据计算结果，选择接近的尺寸为d外＝10mm。

②根据外径d外选择合适的壁厚δ＝1mm。

③气体喷嘴3的长度l根据以下公式计算，单位mm：

式中：

q气―额定气体流量，单位m³/h；

kg—透气度，单位m³/(h·kpa·m²)，选用镍合金多孔材料作为气体喷嘴，平均孔径10μm，根据gb/t31909-2015《可渗透性烧结金属材料透气度的测定》测定的透气度为113.32。

δp—气体压力与泡沫混合液压力的压力差，单位为千帕(kpa)，在本实例中规定气体压力要高于液体压力150kpa。

根据计算结果，选择接近的尺寸为l＝40mm。

由此，可确定气体喷嘴的尺寸为外径10mm、壁厚1mm，长度为40mm的盲管。

(4)确定发泡管5的内径d5，根据以下公式计算：

根据计算结果，选择接近的尺寸为d5＝40mm，发泡管可选择dn40的不锈钢管。最后根据公式(5))：d≥d5确定两个相邻发泡网6之间的间距d＝50mm。

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