高压水雾喷嘴装置和用于提供对火焰的间接和直接冲击的方法与流程

本国际申请要求于2016年7月1日提交的美国临时专利申请号62/357,841的优先权权益，所述美国临时专利申请通过援引以其全文结合在此。

背景技术：

在已知的水雾系统中使用的水雾喷嘴头对设备和占用区域(例如，船舶、机房和空间、发电机房、涡轮机房、数据处理中心或地下公共交通)提供防火。这些喷嘴头、一组微喷嘴或喷嘴插入件都围绕主喷嘴本体固定。喷嘴头的每个喷嘴插入件被配置用于产生并排出具有某一液滴大小的薄雾或喷雾以用于提供用于润湿或冷却的全面淹没从而间接地冲击或应对火灾或其他可能的易燃源。在全面淹没中，高压水被排出为薄雾，其中微小的液滴产生了与火和周围体积的大的有效冷却表面面积。

已知的水雾喷嘴头的每个喷嘴插入件具有内部腔室，所述内部腔室具有被定位成将水引入所述腔室中并产生旋涡效果的多个入口。水从腔室穿过喷嘴的单个中心出口、以具有某一液滴大小的薄雾的形式排出，以便提供全面淹没效果。诸位发明人已经发现，全面淹没在为某些设备和占用区域提供防火时是低效的。例如，诸位发明人已经确定，全面淹没喷嘴被认为在保护电缆隧道中的设备和其他类似位置的设备以及占用区域时是低效的。所认为的是，在某些设备和/或占用区域发生火灾时，由全面淹没喷嘴头产生的薄雾不足以冷却周围环境或将火控制在期望的范围内。所认为的是，性能不足的可能原因是全面淹没、均匀薄雾中的液滴在离开喷嘴头后不久就失去其速度。低速度的液滴趋于被气流推离火焰。因此，对于某些应用，所认为的是，全面淹没薄雾不能有效地或直接地冲击火焰，并且相反仅冷却火焰上方的上部气体层。

技术实现要素：

水雾喷嘴装置的优选实施例产生薄雾，所述薄雾提供了具有多种液滴大小的混合物以用于间接冲击薄雾保护(全面淹没)和附加的直接冲击薄雾和/或喷雾保护二者来应对火灾。优选的装置包括主体，所述主体具有固定至所述主体上的多个孔口喷嘴或孔口插入件。可以使用以不同方式构型的孔口插入件来从单个装置提供不同的喷雾图案和薄雾。在装置的优选实施例中，一种类型的孔口插入件排出薄雾，所述薄雾包含的液滴大小大于由所述装置的另一类型的孔口插入件排出的薄雾的液滴大小。

水雾喷嘴的一个优选实施例包括本体，所述本体具有沿着纵向中心喷嘴轴线延伸的中心孔。所述本体包括围绕所述中心孔形成的多个插口。每个插口包含有在插口与中心孔之间延伸的侧向孔。喷嘴还包含多个孔口插入件。每个孔口插入件具有至少一个入口、至少一个出口、和内部腔室，所述内部腔室沿着中心插入件轴线布置、以与所述至少一个入口以及与所述至少一个出口处于流体连通。在所述多个孔口插入件中具有间接冲击孔口插入件和至少一个直接冲击孔口插入件。优选的薄雾喷嘴可以被配置为常开的以便在系统操作时立即排出；或者替代地被配置用于自动操作，其中，在致动热响应触发器时流体从喷嘴排出。直接冲击孔口插入件的优选实施例包括与插入件轴线同轴对准的入口以及围绕所述插入件轴线的多个出口。优选地，所述多个出口中的每一个出口相对于插入件轴线倾斜地延伸以限定范围从20°至25°的夹角。此外，所述第二类型的孔口插入件的所述多个出口包括四个出口。

所述水雾喷嘴装置的实施例提供了一种水雾喷嘴保护的优选方法，所述方法包括：由第一类型的孔口插入件产生第一类型的流体薄雾，所述第一类型的孔口插入件被布置于在灭火流体被引入其中的喷嘴本体中所形成的多个插口之一中；由第二类型的孔口插入件产生第二类型的流体薄雾，所述第二类型的孔口插入件是布置在所述多个插口中的另一个插口中。第二类型的流体薄雾优选地具有的液滴大小大于第一类型的流体薄雾的液滴大小、以直接冲击火灾，而第一类型的流体薄雾提供全面淹没保护。

水雾喷嘴保护的另一个优选方法包括：在地面上方安装至少两个水雾喷嘴以保护区域或物体，其中，每个喷嘴具有围绕喷嘴轴线的多个孔口插入件，其中，至少一个孔口插入件被配置用于产生通过间接冲击来应对火灾的第一薄雾，并且至少一个孔口插入件被配置用于产生薄雾以通过直接冲击来应对火灾。所述至少一个直接冲击孔口插入件优选地被定向成面向地面。优选的方法包括：对每个喷嘴进行定向，使得所述至少两个喷嘴的所述喷嘴轴线相对于与地面平行的水平面限定范围从5°至20°的夹角，其中，所述至少两个喷嘴的所述夹角彼此不同。优选的方法被认为是适用于保护电缆隧道或类似构型的占用区域。

附图说明

被并入本文并构成本说明书的一部分的这些附图展示了本发明的示例性实施例、并且连同上文给出的总体说明和下文给出的详细说明一起用于解释本发明的特征。

图1是优选水雾喷嘴的透视图。

图2a至图2b是图1的在优选安装位置中的喷嘴的侧视图和端视图。

图3a至图3b是图1的沿着线iiia--iiia和线iiib--iiib的喷嘴的相应的截面侧视图。

图4是水雾喷嘴的替代优选实施例。

图5a是用于在图1和图4的水雾喷嘴中使用的孔口插入件的优选实施例的端视图。

图5b至图5c是图4a的孔口插入件的截面视图。

图6a是用于在图1和图4的水雾喷嘴中使用的另一孔口插入件的侧视图。

图6b至图6c是图6a的孔口插入件的截面视图。

图7是使用图1的水雾喷嘴建立的流体分配的示意图。

具体实施方式

图1中示出了水雾喷嘴10的优选实施例的透视图，所述水雾喷嘴具有沿着纵向中心喷嘴轴线a--a间隔开的第一端10a和第二端10b。喷嘴10优选地是开式水雾喷嘴，其中例如水等灭火流体例如可以在第一入口端10a处引入到装置10中，以用于立即从装置10的第二端10b排出。在装置10的第二端10b处具有多个孔口插入件12、16，所述孔口插入件用于产生并排出流体薄雾、喷雾或排出物，以应对火灾和/或润湿和冷却周围环境。在装置10的优选实施例的孔口插入件中具有：间接冲击孔口插入件，所述间接冲击孔口插入件用于产生薄雾，以通过薄雾或全面淹没来应对火灾；以及一个或多个直接冲击孔口插入件，所述一个或多个直接冲击孔口插入件用于产生具有在大小和速度上足以穿透并直接应对火焰的液滴的薄雾和/或喷雾。

参照图2a和图2b，示出了装置10在地板或地面g上方的优选安装取向。如所示出的，多个孔口插入件12、16围绕喷嘴轴线a--a成角度地且优选地等角度间隔开，每个孔口插入件具有被配置用于提供具有特定流体流量、压力、体积、密集度和/或液滴大小的流体排出的不同类型。例如，在本文描述的优选实施例中，存在第一类型的孔口插入件12和第二类型的孔口插入件16，所述第一类型的孔口插入件提供了通过润湿和/或冷却周围环境的全面淹没以间接应对火灾或危险的流体薄雾，所述第二类型的孔口插入件用于提供应对火灾或保护物体或区域的直接流体冲击。在所示的具体实施例中，存在第一类型的三个孔口插入件12a、12b、12c和第二类型的一个孔口插入件16。装置10可以包括用于排出灭火流体的附加孔口插入件。在所示的装置10中，第一类型的另一孔口插入件12d与中心轴线a--a轴向对准，以提供与装置10的第一端10a的入口对齐地排出灭火流体的中心孔口插入件。可替代地或另外地，第二类型的孔口插入件可以沿着中心喷嘴轴线a--a布置，以提供直接冲击喷雾。如图2b中看到的，第一类型的孔口插入件12a、12b、12c、12d各自具有单个出口14a、14b、14c、14d，并且第二类型的孔口插入件16具有多个出口18，以产生整体期望的流体排出。

在装置10的优选安装取向中，直接冲击孔口插入件16被定位，使得其排出物冲击或冲撞正被保护的表面、物体或其他危险。例如，在图2a中所示的优选安装取向中，插入件16被向下成角度、使得喷嘴轴线a--a相对于与地板或地面g平行延伸的水平面h限定夹角α，从而直接冲击孔口插入件16面向地板或地面g(或定位在其上的物体)来提供优选的直接冲击保护，因此，对于水雾喷嘴装置10的优选实施例，直接冲击孔口插入件16针对给定的应用或安装环境或几何结构限定优选安装取向。在针对装置10的优选实施例的安装的一个示例中，夹角α的范围可以为从5°至20°并且更优选地范围为从8°或18°。更优选地，当两个或更多个喷嘴装置被安装在地面g上方并且彼此间隔开以保护物体或区域时，所述喷嘴中的至少两个喷嘴相对于地面g限定不同夹角α。

图3a和图3b中示出了装置10的截面视图，组装好的装置10包括喷嘴本体20，所述喷嘴本体具有沿着纵向中心喷嘴轴线a--a延伸的中心孔22。本体20包括用于接纳孔口插入件12、16的多个插口24a、24b、24c、24d、24e。孔口插入件12、16中的每一个优选地通过螺纹接合而固定在喷嘴本体20的插口24中，其中，o型环布置在插入件12、16与插口24的内壁之间以形成不漏流体的密封。可以做出其他的机械连接或配合连接来将插入件固定在插口中。每个插口24优选地包括沿着侧向轴线在插口24与中心孔22之间延伸的窄孔26a、26b、26c、26d、26e，以在中心孔22与对应的插口24之间提供流体连通。侧向孔26a、26b、26c、26e相对于中心喷嘴纵向轴线a--a优选地倾斜延伸，以与喷嘴轴线限定45°至60°、更优选地约为50°的优选的夹角θ。在优选的实施例中，优选的夹角θ甚至更优选地为52°。本体20优选地包括插口24d，所述插口沿着中心喷嘴轴线a--a同轴地形成并且放置成通过轴向对准的窄孔26d而与中心孔22处于流体连通。

喷嘴本体20优选地被接纳在承插式装配件40中。承插式装配件40具有与喷嘴本体20的中心孔22处于流体连通地放置的内部通路42。过滤器45优选地被布置在承插式装配件40的内部通路42与中心孔22之间、以滤除流体中的任何颗粒。o型环47被附加地布置在承插式装配件40与喷嘴本体20之间、以形成流体密封连接。

入口插入件或嵌环(ferrule)50位于承插式装配件40的与喷嘴本体20相对的端部处、以形成装置10的流体入口。嵌环50优选地通过六角螺母60固定至承插式装配件。优选地，嵌环插入件50提供恒定的宽度或直径的入口，所述入口与承插式装配件40的内部通路42的优选锥形部分处于流体连通。灭火流体供应管线(未示出)可以插入在嵌环50和承插式装配件40中，并且通过将内螺纹六角螺母拧紧到外螺纹承插式装配件40来固定。在嵌环入口50处引入的流体流经过滤器45并经过侧向孔26进入喷嘴本体20的中心孔22，并且在操作压力下输送到每个孔口插入件12、16，以用于以期望的方式的流体排出。

图3a和图3b中所示的水雾喷嘴是开式喷嘴，其中，在操作压力下被输送至水雾装置10的水立即从孔口插入件12、16排出，水雾装置的替代实施例可以提供用于自动化操作，在自动化操作中，喷嘴装置最初处于未致动或“关闭”状态，并且然后被触发或致动至打开状态以排出流体。图4中示出了水雾装置210的替代实施例，其中，来自装置的排出物由热响应触发器250进行控制。活塞252布置在本体240的中心孔222中、在过滤器245下方。触发器250坐在触发器支架或支撑件256上，所述触发器支架或支撑件固定到喷嘴本体220并且与中心孔222轴向对准。触发器250将活塞252支撑在中心孔222中、在未经致动的位置。围绕活塞252布置的o形环251防止水从入口流到侧向孔226。

触发器250是热响应触发器并且优选地被实施为具有期望的热额定值和响应性的热响应球状物。当球状物250在存在足够热量水平的情况下以其指定的热额定值被致动和触发时，球状物破碎，从而去除了对活塞252的支撑。然后活塞在水的压力下进行轴向平移。在活塞252离开侧向孔的情况下，水被输送到倾斜布置的每个孔口插入件212、216中，以用于以先前描述的方式产生并分配流体薄雾和喷雾。

图5a至图5c中示出了直接冲击孔口插入件16的优选实施例的各视图，所述直接冲击孔口插入件用于提供通过薄雾和/或喷雾直接应对火灾的流体排出。一般而言，直接冲击孔口插入件16是圆柱形本体，所述圆柱形本体具有第一端16a和第二端16b。在第一端16a处形成了引入有灭火流体的至少一个入口、并且更优选地是单个中心入口15；并且在第二端16b形成了使流体排出的至少一个出口、并且优选地是多于一个的出口18。内部腔室17在入口15与出口18之间延伸，所述内部腔室在入口15与至少一个出口18之间沿着中心插入件轴线b--b轴向地延伸。本文所描述的孔口插入件优选地布置在本体的插口中，以便插入件轴线b-b与侧向孔轴向对准进而与纵向中心喷嘴轴线相交。腔室17优选地由装置的内壁17a限定，所述内壁优选地围绕插入件轴线b-b环绕以限定具有内径dia的优选圆柱形腔室，所述内径范围在7毫米至8毫米(0.28英寸至0.3英寸)之间并且优选为7.5毫米(0.29英寸)。腔室17从入口15延伸至腔室17的底面17b，所述底面处于的腔室深度或高度h为8毫米至9毫米(0.3英寸至0.35英寸)、优选为约8.5毫米(0.33英寸)、并且更优选为8.7毫米(0.34英寸)。对于优选地单个同轴对准的中心入口15，入口15的尺寸优选地被确定用于限定7.5毫米(0.29英寸)的内径。一般而言，孔口插入件具有约15毫米(0.59英寸)的优选最大直径d，以及约12毫米(0.47英寸)的总的高度或长度l。

所述一个或多个出口18优选地延伸穿过孔口插入件16的腔室底面17b。四个间隔开的出口通路18优选地围绕中心插入件轴线b--b形成。每个优选地直的出口18倾斜地延伸以限定与中心插入件轴线b--b的夹角p，所述夹角优选范围为从10°至60°、并且优选地为约25°、并且更优选地为22°至22.5°。其他替代优选夹角β包含15°和22.5°。每个出口限定出口直径和构型以产生排出特性，例如，期望的液滴大小。在优选的实施例中，每个出口18限定为约0.5毫米至1.0毫米(0.02英寸至0.04英寸)并且更优选地为0.7毫米(0.03英寸)的出口直径od。如果入口15和腔室17与出口(沿着腔室底面17b和连续壁17a形成的)优选同轴对准，则穿过腔室17的流体流优选地在腔室17内不具有使直接排出或冲击最大化的旋涡效果或者具有最小化的旋涡效果。在喷嘴装置10的优选的实施例中，优选的直接冲击孔口插入件16排出流体薄雾，所述流体薄雾具有的液滴大小大于从间接冲击孔口插入件12排出的流体薄雾的液滴大小。

图6a至图6c示出了间接冲击孔口插入件12的示例性实施例的多个不同视图，所述间接冲击孔口插入件优选地用于提供用于全面淹没、冷却和/或润湿装置10的周围环境的流体排出。一般而言，间接冲击孔口插入件12是具有第一端2a和第二端2b的圆柱形本体。在第一端2a处形成引入灭火流体的至少一个入口并且更优选地是多个入口并且甚至更优选地为一对入口35a、35b；并且在第二端2b处形成使流体从其排出的至少一个出口并且优选地为单个中心出口38。内部腔室37沿着中心插入件轴线bb--bb在入口35a、35b与出口38之间轴向地延伸。腔室37由装置的内壁37a优选地限定，所述内壁优选地围绕插入件轴线bb--bb环绕以限定具有内径dia2的优选圆柱形腔室，所述内径范围在7毫米至8毫米(0.28英寸至0.3英寸)之间并且优选为7.5毫米(0.29英寸)。更优选地，内径dia2在腔室37的深度上在直径之间变化。腔室37从入口35a、35b延伸至腔室37的底面37b，所述底面位于4毫米至9毫米(0.16英寸至0.35英寸)、优选为约5毫米(0.2英寸)、并且更优选为4.9毫米(0.19英寸)的腔室深度或高度h2。一般而言，优选的全面淹没孔口插入件12具有约15毫米(0.59英寸)的优选最大直径d2、以及约12毫米(0.47英寸)的总的高度或长度l。与插入件轴线bb--bb居中地对准的出口38优选地延伸穿过孔口插入件12的腔室底面37b，所述出口限定了产生排出特性(例如，具有所期望的液滴大小的薄雾)的出口直径。在优选的实施例中，出口38将优选的出口直径od2限定为约0.5毫米至1毫米(0.02英寸至0.04英寸)并且更优选地为0.8毫米(0.03英寸)。

底面37b优选地是朝出口38成角度的或者成锥形，并且更优选地限定具有120°的优选锥角的锥形表面。腔室的锥形内表面或底面37b促进了经过内部腔室37的流体在流体排出之前的优选的旋涡效果。为进一步促进旋涡效果，入口35a、35b各自包括相对于插入件轴线和出口38横向延伸的横向部分33a、33b。此外，横向部分33a、33b在相反的方向上延伸，并且更优选地被布置成相对于腔室37基本上切向地从所述横向部分排出流体，使得引入到腔室37中的流体产生逆流和优选的旋涡效果。对于优选的腔室37，入口35a、35b优选的尺寸被确定范围为从1.5毫米至2毫米(0.06英寸至0.08英寸)并且更优选的范围从1.6毫米至2毫米。在图3a、图3b和图6c中所示的孔口插入件12的安装中，盖构件65被插入在孔口插入件12的第一端2a中以塞住腔室37并使流体从中心孔和侧向孔22、26朝入口35a、35b转向。因此，在其中插入有盖构件65的孔口插入件12的优选实施例中，入口35a、35b位于盖构件65的周边。

装置10的孔口插入件12、16一起提供了流量与压力的排出特性，所述流量与压力的排出特性可以通过0.1gpm/psi^(1/2)并且更优选地为0.107gpm/psi^(1/2)的k因数来量化。装置10具有范围为从1000psi(磅/平方英寸)到1100psi的优选操作压力。装置10的替代配置可以具有较低操作压力或更优选地具有较高操作压力。水雾喷嘴装置10单独地提供间接冲击(全面淹没)和直接冲击薄雾喷雾的优选流体排出。喷嘴共同提供所需的流体分配密度。在图7中示意性地示出的一个水分配安排中，如先前描述的，两个水雾喷嘴110a、110b被安装和定位成相距五英尺并且在地面上方十英尺(10ft.)处。每个喷嘴110a、110b以5°至20°、并且更优选地为8°至18°的优选向下角度α角度彼此不同地向下成角度。在分配安排中，一个喷嘴优选地以8°定向并且另一个喷嘴以18°定向。在这些喷嘴的前面定位有七排五个1英尺x1英尺的收集盘。持续10分钟分配水，并且确定每个桶中收集的水量并如图7所示的进行绘制。在优选的水分配中，在位于两个喷嘴之间前方三英尺处并且与所述最左侧喷嘴110a偏离三英尺的收集桶中收集了密集度为0.12gpm/sq.ft.的水。分配测试示出，更多的水被集中以下区域，其中，潜在的火可能位于喷嘴装置之间。此外，在通过优选的喷嘴装置10应对火灾时，从优选的直接冲击孔口插入件16的成角度的出口18排出的水雾有助于使用穿过火羽流的较大大小的液滴来抑制和/或控制火。从间接冲击孔口插入件12排出的水雾的微小液滴对位于火焰上方和/或靠近火焰的上部气体层提供冷却。因此，创新的喷嘴装置、以及用于应对设备和占用空间的火灾的方法提供了用于间接冲击和直接冲击的薄雾，所述间接冲击包括全面淹没设备和/或占用空间；所述直接冲击包括穿过设备和/或占用空间中的火羽流。

虽然已经参考某些实施例披露了本发明，但是在不背离如所附权利要求限定的本发明的广度和范围的情况下，对所描述的实施例进行许多修改、更改和改变是可能的。因此，旨在的是本发明并不限于所描述的实施例，而是本发明具有由以下权利要求的语言以及其等效物限定的全部范围。