СПОСОБ ОБРАЗОВАНИЯ ИСКУССТВЕННОГО СНЕГА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК F25C3/04 

Изобретение относится к технологии выработки искусственного снега и образования искусственного снежного покрова, например, для укрытия охраняемых угодий, площадей, а также может быть использовано для культурно-спортивных мероприятий.

Наиболее близким по технологии является способ, включающий подачу под давлением раздельно рабочей жидкости и рабочего газа, распыление и смешивание этих рабочих компонентов за счет снятия с них давления. Устройство для осуществления способа содержит магистрали подачи рабочей жидкости и газа и механизм распыления жидкости и газа.

При преимуществе перед аналогами этот способ и устройство имеют существенные и значительные ограничивающие его применение недостатки, которые заключаются в самой принципиальной технологии, не подлежащей в разработанном принципе дальнейшему совершенствованию, это низкая эффективность процесса при незначительном КПД устройства ввиду отсутствия режимов и средств для выбора оптимальных процессов распыления сред, смешивания этих сред в зависимости от состояния поверхностного слоя грунта и приповерхностного слоя атмосферы, что сильно влияет на состав и структуру и "живучесть" получаемого искусственного снежного покрова и отдельных кристаллов массы снега.

Целью изобретения является повышение эффективности за счет выбора оптимального режима взаимодействия и смешивания обеих рабочих компонентов и повышения КПД использования обеих сжатых рабочих сред при оперативном и точном учете атмосферных условий.

Это достигается в способе, включающем подачу под давлением раздельно рабочей жидкости и рабочего газа, распыление и смешивание этих компонентов за счет снятия давления, часть рабочего газа подвергают предварительному мгновенному расширению, затем его подают в общий поток газа, подвергают его расширению и одновременной ионизации, а вводимый в этот поток газа объем жидкости подвергают предварительному вакуумированию, выделенные газы подают в поток газа, а жидкость подвергают двойному центробежному воздействию и вводят в поток рабочего газа.

Устройство для способа, содержащее магистрали подачи жидкости и газа и механизм распыления этих компонентов, снабжено в магистрали газа кольцевым соплом, в сечении которого выполнена кольцевая выработка, соединенная каналами с частями живого сечения сопла, а в пространстве внутреннего кольца сопла закреплен распылитель жидкости, имеющий насадок с косыми патрубками, соединенными под углом со стенкой кольцевого сопла, по ходу движения газа, при этом распылитель жидкости оснащен рассекателем-распылителем с двумя коаксиально расположенными перфорированными полыми конусами, имеющими приводы вращения их в различном направлении друг к другу.

На фиг.1 и 2 показано предлагаемое устройство.

Устройство для образования искусственного снега содержит магистраль 1 с входным патрубком 2 подачи рабочего газа и магистраль 3 подачи рабочей жидкости; при этом магистраль 1 снабжена кольцевым 4 соплом, в сечении которого выполнена кольцевая выработка в виде сферы, соединенная каналами с частями живого сечения сопла: со стороны входа 2, критическом сечении 4 и диффузором 5 сопла, имеющим полое тело-обтекатель, переходящим в магистраль 1, которая по своей образующей имеет рубашку 6 с патрубком ввода и отвода рабочего агента (хладагент СО₂, азот и т.п.).

В магистрали 1 в месте схода потока имеются иглы 7 для ионизации потока воздуха и активизации его частиц при взаимодействии с распыляемой жидкостью, поступающей в кольцевое сопло 8, в пространстве внутреннего кольца сопла 8 закреплен на оси вращения распылитель 9 жидкости, ориентированный к насадку 10 истечения жидкости, имеющему кольцевую эжектирующую камеру 11 с косыми патрубками 12, соединенными под углом, по ходу воздуха в магистрали 1 с пространством кольцевого сопла 8, имеющим различное выходное сечение на своих участках по окружности, что придает дополнительный перепад давлений и дополнительные условия диспергирования смешиваемых сред.

Патрубок 2 оснащен камерой давления 13 в виде пирокамеры, имеющей несколько газообразующих зарядов, соединенной посредством клапана 14 с патрубком 2, имеющем каналы 15 для подачи воздуха.

Распылитель 9 выполнен в виде рассекателя-распылителя из двух перфорированных конусов 16 и 17, каждый из которых установлен на своей оси вращения: 18 и 19 с независимыми приводами в различные стороны: "М₁" и "М₂".

Работа устройства раскрывается при изложении процесса осуществления данного способа, который начинают с тарировки всех узлов и выбора давлений и угловой скорости вращений конусов 16 и 17. После этого по патрубкам 15 подают сжатый воздух, повышая его давление от истекающих из камеры 13 газов высокого давления (+Р 50-150 ати), поступающих вместе с воздухом в патрубок 2 вход в критическое сечение сопла 4, где часть воздуха отводится по каналам 20 в кольцевую выработку сопла 4 и, взаимодействуя с воздухом в выработке, генерирует высокочастотные механические колебания в потоке, выбрасываемом в сечение магистрали 1 в диффузор 5 это приводит к резкому падению температуры (до -40 -70^оС по экспериментам) потока воздуха, проходящего вдоль игл 7, заряды, стекающие с них, сильно ионизируют поток воздуха, активизируя его способность более тонкого аэрозольного дробления распыляемой воды и обволакивания частиц воды холодной своей пленкой; воду по магистрали 3 подают одновременно в насадок 10, истекая, она вспенивается и газы из нее отводятся по кольцевому эжектору (камере) 11 через патрубки 12 в зону движения ионизируемого воздуха, что позволяет повторно и более эффективно использовать выделяемые газы из воды для ее же охлаждения и активации ионами, что при проходе водой распылителя 9: его рассекателя в виде зубчатого конуса и конусов 16 и 17, вращаемых в противоположные стороны на своих осях. Обработка приводит к получению истекающего из кольцевого сопла 8, имеющего различное сечение по кольцу (фиг.1), тонкодисперсного аэрозольного состава искусственного снега.

П р и м е р. Невскую воду (района Невских порогов, у пос. Ивановское) с незначительным содержанием взвешенных включений (до 1,5 мг/л) подают по патрубку 3 через насадок 10, причем одновременно подают и сжатый до давления 30-50 кгс/см² воздух по патрубку 2; такое давление накладывают за счет работы камеры 13 (аккумулятора давления) при первичном давлении воздуха от компрессора 8-12 кгс/см², поступающего по каналам 15. Поступая в сечение 4 сопла через его вход и через каналы 20, воздух подвергается резкому охлаждению до -30^оС за счет набора скорости и перепада давления (по закону мгновенного расширения потока), поток, истекая в диффузор 5, получив механические колебания от сечения 4, подвергают вторичному значительному расширению-охлаждению до -40-60^оС, при этом при недостаточном собственном холоде в потоке его дополнительно охлаждают за счет пропуска в полости рубашки 6 хладагента, например, сжиженного азота и т.п. Количество игл согласуют с массой потока так, чтобы число зарядов, генерируемых этим потоком при трении и срываемое избыточное число приводило к стеканию в поток не менее 1х10⁷ 10¹² зарядов в секунду, что позволяет сильно ионизировать истекающий поток, встречающий на своем пути распыленную воду из отверстий двух конусов 16 и 17 и передает частицам воды заряды, соединяясь одновременно с частицами воды более активно ввиду наличия вначале до коагуляции разных по знаку зарядов ионизированного воздуха и аэрозольной воды, за счет нейтрализации меньшего заряда аэрозоля воды и заряду ее от воздуха, частицы обработанной и скоагулированной сред: воздух-вода приобретают один заряд положительный, что позволяет им более продолжительное время оставаться автономными и не коагулировать между собой, т.е. удерживаться более тонкодисперсный снежный покров.

Использование: при выработке искусственного снега и образовании искусственного снежного покрова. Сущность: осуществляют раздельную подачу рабочего газа под повышенным давлением и жидкости. Последнюю перед этим вакуумируют, вспенивают и распыляют. Часть газа подвергают предварительному мгновенному расширению с обеспечением его охлаждения, затем часть газа подают в общий поток, подвергают его расширению и переохлаждению. Газы, выделенные при вспенивании жидкости, подают в общий газовый поток и производят ионизацию всего потока. Устройство содержит корпус с камерой смешения, распылитель, камеру для мгновенного расширения части потока газа, приспособление для ионизации газа, обтекатель, установленный в корпусе соосно с образованием между ними кольцевого канала для газа. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ образования искусственного снега, предусматривающий раздельную подачу рабочего газа под повышенным давлением и жидкости, распыление последней и смешивание этих компонентов, отличающийся тем, что часть газа подвергают предварительному мгновенному расширению с обеспечением его охлаждения, затем часть газа подают в общий поток, подвергают его расширению и переохлаждению, а жидкость перед распылением вакуумируют и вспенивают, выделенные при этом газы подают в общий газовый поток и производят ионизацию всего потока газа, причем жидкость распыляют в ионизированный газовый поток. 2. Устройство для образования искусственного снега, содержащее корпус с камерой смешения и патрубком ввода рабочего газа, сообщенный с магистралью подвода жидкости распылитель, установленный в корпусе соосно, отличающееся тем, что устройство снабжено камерой для мгновенного расширения части потока газа, приспособлением для ионизации газа, обтекателем, установленным в корпусе соосно с образованием между ними кольцевого канала для газа, при этом корпус на участке между патрубком для ввода газа и обтекателем выполнен с образованием кольцевого сопла, камера для мгновенного расширения сообщена с этим соплом и его конфузором и диффузором, а распылитель содержит кольцевой патрубок с каналами для отвода выделившегося газа, соосно с патрубком установленный рассекатель потока, две коаксиально установленные перфорированные конические обечайки, связанные с приводами их вращения в разных направлениях, причем выходные участки каналов соединены с концевыми участками установленного в корпусе обтекателя под острым углом по направлению движения газового потока.