[发明专利]一种消防喷砂炮管及其型面的设计方法

说明书

本发明涉及一种消防喷砂炮管及其型面的设计方法，包括进砂管、进气管、外管、内管和连接圈；外管的左端封闭，外管的右端开口，进砂管穿插固定在外管的左端并与外管同心设置，进气管的一端插入固定在外管的左端并与外管的内部相互连通，内管同心设于外管的内部，连接圈套设固定在内管外并嵌设固定在外管的内壁上；本发明能将砂砾与气流相互混合并有效避免砂砾与管壁之间的碰撞以防止能量损失，从而将混有砂砾的气流加速至超音速以大幅扩大投射距离，使得操作人员能在远离火场的位置处将砂砾快速喷射到火场任意位置，效率高，有效覆盖距离远，并能保障操作人员的生命安全。

技术领域

本发明涉及一种消防喷砂炮管及其型面的设计方法。

背景技术

民用消防设施诸如灭火器、消防水带、砂箱能够应对小规模的火灾。但对于化工厂、电厂、化学品储运等场所，由于过火面积很大，而且着火材料也多为有毒有害的物质，通常需要通过表面覆盖砂砾灭火；特别是遇水爆炸的化学品，砂砾覆盖是唯一有效的手段。

现有的砂砾覆盖方式是通过车辆将砂砾运输到最靠近火场的位置，然后将砂砾卸下，再借助人工或者推土机铲运砂砾，上述方式不仅效率低下，有效覆盖距离短，只能在火场边缘进行操作，无法对火场中心区域或其他区域进行操作，而且对操作人员的生命安全构成严重威胁，有待于进一步改进。

发明内容

针对上述现有技术的现状，本发明所要解决的技术问题在于提供一种能将混有砂砾的气流加速至超音速以大幅扩大投射距离，效率高，有效覆盖距离远，并能保障操作人员的生命安全的消防喷砂炮管及其型面的设计方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种消防喷砂炮管，其特征在于，包括进砂管、进气管、外管、内管和连接圈；所述外管的左端封闭，所述外管的右端开口，所述进砂管穿插固定在外管的左端并与外管同心设置，所述进气管的一端插入固定在外管的左端并与外管的内部相互连通，所述进砂管的一端形成有第一喷射头，所述第一喷射头设于外管的左端内部，所述内管同心设于外管的内部，所述连接圈套设固定在内管外并嵌设固定在外管的内壁上，所述第一喷射头插入到内管的左端内部并与内管的左端内壁之间形成初级拉瓦尔管；所述连接圈中开设有多个沿圆周方向等角度分布的气孔；所述内管的右端形成有第二喷射头，所述第二喷射头与外管的内壁之间形成了外圈拉瓦尔管；所述内管的中部内壁上向外形成有环向分布的凸环，所述凸环的内部形成了次级拉瓦尔管。

优选地，所述初级拉瓦尔管与第一喷射头的外径最大处之间形成了喉口，所述喉口的左右两侧分别形成了初级收缩段和初级扩张段，所述初级收缩段的截面积从左向右连续减小，所述初级扩张段的截面积从左向右连续增大。

优选地，所述凸环的左右两侧分别形成有环向分布的第一弧形圈和第二弧形圈，所述第一弧形圈的内部形成了次级收缩段，所述次级收缩段的截面积从左向右连续减小，所述次级收缩段套设在第一喷射头的外部并与初级扩张段相互连通。

优选地，所述第二弧形圈的内部形成了次级扩张段，所述次级扩张段的截面积从左向右连续增大。

一种消防喷砂炮管型面的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，根据公式(1)计算出初级收缩段的内壁曲率以获得一维流动曲线；

步骤二，采用Cresci解析法将初级扩张段和次级扩张段都分为3个区域：源流逐渐形成的AODB区、将源流整流到具有相同马赫数的平行均匀流的BDEC区、型面消除壁面上所有膨胀波反射的BFC段；

步骤三，采用Foelsch方法的经验曲线设计AB段曲线；

步骤四，根据公式(2)确定BDEF区的轴向分布，换算简化后得到DE段的速度分布公式(3)；