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Title:
METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING A ROTATING HOLLOW JET
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/234293
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to a method and a device for producing a rotating hollow jet, wherein, in order to produce the rotation of the hollow jet, a rotating rotary element with integrated arcuate grooves acting as nozzles is provided in a branch pipe and the outflow cross-section of the branch pipe is narrowed by an exchangeable pipe- or outlet attachment.

Inventors:
KALINOWSKI-KRUMM, Ursula (Zollstr. 10, Wenden, 57482, DE)
SCHULTE, Christiane (Berkenhofskamp 17, Menden, 58710, DE)
Application Number:
EP2018/066219
Publication Date:
December 27, 2018
Filing Date:
June 19, 2018
Export Citation:
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Assignee:
PROTECTISMUNDI GMBH (Schorberger Str. 66, Solingen, 42699, DE)
International Classes:
A62C31/00; A62C5/00; A62C31/02; A62C31/03; A62C31/05; A62C99/00; B05B1/34; B05B3/02; B05B3/04; B05B3/06; B05B3/10
Domestic Patent References:
WO2007036554A12007-04-05
WO2010043555A12010-04-22
Foreign References:
DE29522023U11999-04-15
Attorney, Agent or Firm:
ROTH, Andy Stefan (Kaistr. 5, Düsseldorf, 40221, DE)
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Claims:
Ansprüche:

Verfahren zum Erzeugen eines rotierenden Hohlstrahls aus einer mit Hochdruck aus einem eine oder mehrere Düsennuten (5) aufweisenden, mit ihrem Düsenausgang innerhalb eines Strahlrohres (2) angeordneten Düsenkörper (4) ausgebrachten Flüssigkeit, wobei zum Erzeugen der Rotation des Hohlstrahls der Düsenkörper (4) in eine Rotationsbewegung versetzt wird und die Austrittsöffnung der zumindest einen Düsennut (5) von der Rotationsachse beabstandet ist und die Düsennut (5) in ihrer Durchströmungsrichtung eine gebogene Form mit unterschiedlichen Ein- und Auslaufwinkeln (17,18) der Hochdruckflüssigkeit aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der zumindest einen Düse des Düsenkörpers (4) austretenden Flüssigkeitströpfchen vor Verlassen des Strahlrohres (2) über den wechselbaren und/oder axial verschiebbaren Mündungsaufsatz (3) in ihrer Flugbahn abgelenkt und/oder in ihrer Fluggeschwindigkeit gegenüber ihrer Düsenaustrittsgeschwindigkeit verändert werden, um aus der zumindest einen Düsennut (5) austretende Flüssigkeitströpfchen innerhalb des Strahlrohres (2) mit weiteren, zum Ausbilden größerer und damit bezüglich ihrer Masse schwererer Flüssigkeitstropfen zusammenzuführen.

Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass durch die in ihrer Durchströmungsrichtung gebogene Form der Düsennuten (5) mit unterschiedlichen Ein- und Auslaufwinkeln (17, 18) der Hochdruckflüssigkeit eine ständige, höhere Radialkraft, und damit eine Steigerung des Drehmoments für den Düsenkörper (5), bewirkende Strömungsumlenkung im Düsennut (5) in Durchströmungsrichtung, erreicht wird.

Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch den sich in Strömungsrichtung verjüngenden freien Strömungsquerschnitt des wechselbaren und/oder axial verschiebbaren Mündungsaufsatzes (3) eine axiale Beschleunigung des austretenden Hohlstrahls erfolgt, wobei der Grad der Querschnittsverengung in Abhängigkeit des Hochdrucks der eintretenden Flüssigkeit, des durchzusetzenden Flüssigkeitsstroms und der Anzahl der Düsennuten abhängt.

Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der freie Strömungsquerschnitt der gebogenen Düsennuten in Abhängigkeit des Hochdrucks der eintretenden Flüssigkeit, des durchzusetzenden Flüssigkeitsstroms und der Anzahl der Düsennuten festgelegt wird. 5. Flüssigkeitshohlstrahl erzeugende Strahlrohreinheit (1) mit einem bei einem Betrieb der Strahlrohreinheit (1) hochdruckbeaufschlagten, rotatorisch gelagerten und innerhalb eines Strahlrohres (2) angeordneten, mindestens eine in Durchströmungsrichtung gebogenen Düsennut (5) umfassenden Düsenkörper (4), dadurch gekennzeichnet, dass a. die gebogenen Düsennute (5) unterschiedliche Ein- und Auslaufwinkel (17, 18) aufweisen,

b. am Austrittsende des Strahlrohrs (2) ein Mündungsaufsatz (3) anbringbar ist, der einen sich in Strömungsrichtung verjüngenden freien Strömungs- querschnitt aufweist

c. der Mündungsaufsatz (3) fest mit dem Strahlrohr (2) verschraubt ist oder alternativ axial verschiebbar ausgeführt ist.

d. das Strahlrohr eine solche Länge aufweist, damit die aus der zumindest einen Düsennut (5) austretenden Flüssigkeitströpfchen infolge eines sich in dem Strahlrohr (2) und dem Mündungsaufsatz (3) aufbauenden Staudrucks und/oder durch in Kontaktbringen mit der Innenwand des Strahlrohres (2) und des Mündungsaufsatzes (11) hinsichtlich ihrer Fluggeschwindigkeit gegenüber ihrer Düsennutaustrittsgeschwindigkeit abgebremst und/oder hinsichtlich ihrer Flugbahn verändert werden.

6. Strahlrohreinheit (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (4) über zwei Radiallager (7) und ein Axiallager (8) mit dem Düsenkörperträger (6) verbunden ist, wobei der Düsenkörperträger (6) in eine im Strahlrohr (2) befindliche Haltescheibe (10) mit Bohrungen eingeschraubt ist, die ihrerseits mit dem Fixierring (24) ortsfest mit dem Strahlrohr (2) verbunden ist.

Description:
Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen eines rotierenden Hohlstrahls

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen eines rotierenden Hohlstrahls, wobei zum Erzeugen der Rotation des Hohlstrahls ein rotierender Drehkörper mit eingebrachten gebogenen, als Düsen wirkende Nuten in einem Strahlrohr angeordnet wird und der Austrittsquerschnitt das Strahlrohrs durch einen wechselbaren Rohr- bzw. Mündungsaufsatz verengt wird.

Zur Brandbekämpfung wird in vielen Fällen überwiegend Wasser als Löschmittel eingesetzt, was mitunter mit einem Löschmittelzusatz versehen ist. Bei der Brandbekämpfung gilt es, mit dem Löschmittel den Brandherd zu kühlen und das Feuer zu ersticken. Zur Verfügung stehen den Einsatzkräften hierzu unterschiedliche Strahlrohre oder Strahlrohreinheiten, die je nach ihrer Konzeption einen unterschiedlichen Löschmittelstrahl erzeugen. Bekannt sind beispielsweise Vollstrahl oder Hohlstrahlrohre. Mit diesen erfolgt eine Brandbekämpfung im Niederdruckbereich, bei dem das Löschmittel mit einem Druck von 6 bis 12 bar an der jeweiligen Düse des Strahlrohrs ansteht. Vollstrahl- oder Hohlstrahlrohre werden eingesetzt, wenn der Brandherd aus der Entfernung bekämpft wird. Neben einer solchen Brandbekämpfung werden zur Brandnahbekämpfung, wie in DE 295 22 023 U1 beschrieben, auch Feuerlöscher eingesetzt, die zum Ausbilden eines Löschmittelnebels ein gasförmiges Treibmittel verwenden. Die Löscheffektivität eines Löschmittelnebels ist verglichen mit der Löscheffektivität eines Löschstrahls aufgrund der durch das Löschmittel gebildeten größeren Oberfläche deutlich höher. Allerdings eignen sich derartige Feuerlöscher nicht für eine Brandfernbekämpfung, da kaum entsprechende Wurfweiten realisierbar sind.

Aus WO 2007/036554 A1 ist eine Strahlrohreinheit sowie ein Verfahren zum Aus- bilden eines Löschmittelnebels bekannt geworden, mit der bzw. mit dem eine Brandfernbekämpfung mit einem Löschmittelnebel erfolgen kann. Mit dieser vorbekannten Strahlrohreinheit wird ein gebündelter rotierender Löschmittelvollstrahl erzeugt, durch den das Löschmittel über eine erste Wurfstrecke transportiert wird. Nach dieser ersten Wurfstrecke vergrößert sich quasi explosionsartig der Lösch- mittelstrahl unter Ausbildung des Löschmittelnebels volumenmäßig. Beaufschlagt wird die Strahlrohreinheit mit unter Hochdruck stehendem Löschmittel. Die Strahlrohreinheit, die typischerweise mehrere Strahlrohre aufweist, ist rotatorisch angetrieben, um den gewünschten rotierenden Hohlstrahl zu erzeugen. Mit diesem Verfahren gelang es, erstmalig einen Löschnebel über eine größere zu werfen. Es zeigte sich jedoch, dass eine noch größere Wurfweite wünschenswert war.

In Weiterentwicklung dieser Strahlrohreinheit wurde in WO 2010/043555 ein Ver- fahren zum Erzeugen eines rotierenden Hohlstrahls vorgeschlagen. Diese Strahlrohreinheit verfügt über ein zylindrisches Strahlrohr. In das eine Ende des Strahlrohrs ist eine Düseneinheit eingesetzt. Die Düseneinheit umfasst einen Düsenkörper, der auf einer Nabe sitzend drehbar gelagert ist. Die Nabe ist durch eine in dem Düsenrohr festgelegte Scheibe in dem Strahlrohr ortsfest an einem Wi- derlagerabsatz des Strahlrohrs gehalten. Ausgehend von der Scheibe sind die Nabe und der daran angrenzende Abschnitt des Düsenkörpers kegelstumpf- artig unter Annäherung an die innere Mantelfläche des Strahlrohrs ausgebildet. An den ersten kegelstumpfförmigen Abschnitt des Düsenkörpers grenzt ein Abschnitt mit zylindrischer Mantelfläche. In den Abschnitt dieses zylindrischen Dü- senkörperteils sind zahlreiche, jeweils aneinander angrenzende gerade Nuten eingebracht. Die Längsachse dieser Nuten ist gegenüber der Längsachse des Düsenkörpers um einen bestimmten Winkel geneigt. Dieses dient dem Zweck, dass unter Hochdruck die die Düseneinheit beaufschlagende Löschflüssigkeit den Düsenkörper in Rotation versetzt. Die aus den als Düsen wirkenden Nuten austreten- den Flüssigkeitströpfchen werden in Rotation versetzt, an die Innenwand des Strahlrohrs beschleunigt und verlassen dann als rotierender Hohlstrahl das Strahlrohr am seinem anderen Ende. Im Inneren dieses Hohlstrahls bildet sich ein Unterdruck aus, der dafür sorgt dass der Hohlstrahl über eine größere Wurfweite stabil bleibt und erst in Brandnähe aufpilzt und so seine volle Löschwirkung entfal- ten kann. Mit dieser Strahlrohreinheit gelang es, die Wurfweite des Löschwassers deutlich zu steigern.

Im rauen Alltagsbetrieb hat sich nun gezeigt, dass der Düsenkörper gerade nicht in Rotation versetzt wird, wenn der Neigungswinkel der geraden Nute gegenüber der Rotationsachse zu klein ist. In diesem Fall ist die radiale Krafteinwirkung durch die Strömungsumlenkung, die durch den Flüssigkeitseintritt in die schräge Nute auftritt, zu gering. Bei dem weiteren Weg der Flüssigkeit durch die gerade Nute erfolgt keine weitere Strömungsumlenkung, so dass hierdurch keine weiteren Drehkräfte auf den Düsenkörper auftreten.

Es wird deshalb erfindungsgemäß vorgeschlagen, die als Düsen wirkenden Nuten im Düsenkörper nicht gerade, sondern gebogen auszuführen, so dass eine stän- dige Strömungsumlenkung erfolgt mit einer entsprechenden permanenten Kraftentfaltung auf den Düsenkörper. Hierdurch dreht der Düsenkörper, der im Regelfall aus einem konischen und zylindrischen Teil besteht, bereits bei kleineren Neigungswinkeln und/oder bei höheren Reibungen in den Lagern oder auftretenden Dichtspalten. Die Düsennute wirken als Düsen, da sie durch die in die Mantelfläche des Düsenkörpers eingebrachte Nuten und die innere Mantelfläche Strahlrohrs begrenzt und im freien Strömungsquerschnitt gegenüber der Anströmfläche drastisch verkleinert sind. Es wird ferner vorgeschlagen auch den freien Strömungsquerschnitt der Nute über die Längsachse zu verändern, um so in den Nuten die Strömungsgeschwindigkeit, insbesondere die Austrittsgeschwindigkeit aus den Nuten zu beeinflussen; dies kann durch Veränderung der Nutenbreite und der Nutentiefe erfolgen. Darüber hinaus wird vorgeschlagen, auf das Ende des Strahlrohrs, wo es die Flüssigkeitströpf- chen verlassen, ein wechselbares Bauteil zu schrauben, um den freien Austrittsquerschnitt des Strahlrohrs einstellbar zu beeinflussen, ähnlich wie der Choke bei einer Schrotflinte. Hierdurch sollen die Flüssigkeitströpfchen bei einer größeren Wurfweite länger zusammengehalten werden. Der Eingangsdruck der eintretenden Flüssigkeit, mit dem der konische Teil beaufschlagt wird, beträgt in der Regel bis zu 2.500 bar. Die Schrägstellung der Nuten liegt zwischen 0 und 15°. Der freie Strömungsquerschnitt der Düsennute wird dabei in Abhängigkeit vom Eingangsdruck, der durchzusetzenden Flüssigkeitsmenge pro Zeiteinheit und der Anzahl der Düsennute festgelegt. Der Dichtspalt zwischen zylindrischem Teil des Düsenkörpers und dem Strahlrohr liegt in der Regel unter 0,05 mm.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 : Strahlrohreinheit fest verschraubten Mündungsaufsatz

Fig. 2: Strahlrohreinheit mit axial verschiebbarem Mündungsaufsatz

Fig. 3: Düsenkörper

Die Fig.1 und 2 zeigen die gesamte Strahlrohreinheit 1 , bestehen aus dem eigentlichen Strahlrohr 2 und dem Mündungsaufsatz 3, der einmal fest verschraubt ist oder axial verschiebbar (27) ausgeführt ist. Im Strahlrohr 2 befindet sich eine Haltescheibe 10 mit Bohrungen zum Durchlass des Löschmittels 14 vom Hochdruckbereich 9 in den Hochdruckbereich 23. Die Haltescheibe 10 wird durch den Fixierring 24 gehalten. In die Haltescheibe 10 wird der Düsenkörperträger 6 einge- schraubt, auf dem der Düsenkörper 4 mittels zwei Radiallager 7 gehalten wird. Der Düsenträger 4 wird ferner über ein Axiallager 8 mittels der Schraube 25 fixiert. Der Düsenkörper 4, im Weiteren in Fig.3 dargestellt, besteht aus einem konischen Teil 19 und einem zylindrischem Teil 20. Auf die Austrittsmündung des Strahlrohrs 2 wird der Mündungsaufsatz 3 mit einer sich in Richtung Austrittsquerschnitt verjüng- enden Innenfläche 11 über ein entsprechendes Gewinde 13 aufgeschraubt, so dass sich der freie Querschnitt des Mündungsaufsatz verkleinert. Die im Bereich 23 mit hohem Druck anstehende Flüssigkeit 14 wird in den sich verjüngenden Ringspalt zwischen konischen Teil des Düsenkörpers und dem Strahlrohr 2, und von dort in die im konischen Teil 19 beginnenden Düsennute 5, gepresst, da der Dichtspalt 26 zwischen dem zylindrischen Teil 19 des Düsenkörpers 5 und dem Strahlrohr 2 praktisch dicht abschließt. Die Düsennute 5 enden am Ende des zylindrischen Teils 20, so dass die entstehenden Flüssigkeitströpfchen in den Ringspalt 12 austreten können, wobei die Düsennute 5 eine bestimmte Breite 15 und eine bestimmte Tiefe 16 aufweisen und in axialer Richtung, also parallel der Rota- tionsachse gebogen sind, so dass eine permanente Strömungsumlenkung in den Düsennuten erfolgt. Der Flüssigkeitseintritt 21 in die Düsennuten 5 erfolgt unter einem bestimmten Einlaufwinkel 17 und der Flüssigkeitsaustritt 22 der Flüssigkeit aus der Düsennuten 5 erfolgt unter einem bestimmten Auslaufwinkel 18. Durch die permanente Strömungsumlenkung in den gebogenen Düsennuten 5 erfolgt eine ständige radiale Krafteinwirkung auf den Düsenkörper, so dass er sich entsprechend dreht. Dies führt dazu, dass die beim Verlassen der Düsennuten entstehenden Flüssigkeitströpfchen eine hohe axiale Austrittsgeschwindigkeit haben und gleichzeitig an die Innenwand des Strahlrohrs 2 bzw. an die Innenwand 11 des Mündungsaufsatzes 3 beschleunigt werden. In Summe verlassen dann die Flüs- sigkeitströpfchen in schraubenlinienförmiger Bewegung das Strahlrohr in Form eines insgesamt rotierenden Hohlstrahls, wobei sie durch den sich verjüngenden freien Strömungsquerschnitt des Mündungsaufsatzes eine weitere axiale Beschleunigung erfahren. Dem Fachmann erschließt sich ohne weiteres, dass andere konstruktive Ausführungen für die Nute im Hinblick auf die Veränderung der Breite und Tiefe sowie in der Festlegung der jeweiligen Ein- und Austrittswinkel oder in ihrer individuellen Ausgestaltungen möglich sind. Ferner erschließt sich dem Fachmann, dass eine solche Strahlrohreinheit auch in Verbindung mit einem handelsüblichen Hochdruckreiniger als so genannte„Dreckfräse" verwendet oder in ähnlichen Anwendungsfeldern werden kann. Bezugszeichen

1. Strahlrohreinheit

2. Strahlrohr

3. Mündungsaufsatz

4. Düsenkörper

5. Düse als Nut

6. Düsenkörperträger

7. Radiallager

8. Axiallager

9. Hochdruckbereich

10. Haltescheibe mit Bohrungen

1 1. Innenfläche des Mündungsaufsatzes

12. Ringspalt/Düsenaustrittsbereich

13. Gewinde

14. Eintretende Hochdruck-Flüssigkeit

15. Düsennutbreite

16. Düsennuttiefe

17. Eintrittswinkel

18. Austrittswinkel

19. Konischer Teil des Düsenkörpers

20. Zylindrischer Teil des Düsenkörpers

21. Flüssigkeitseintritt in die Düsennut

22. Flüssigkeitsaustritt aus der Düsennut

23. Hochdruckbereich

24. Fixierring

25. Fixierschraube

26. Dichtspalt

27. Axiale Verschieberichtung des Mündungsaufsatzes