УСТРОЙСТВО КОРРЕКЦИИ ПОГОДНЫХ УСЛОВИЙ Российский патент 2014 года по МПК A01G15/00 H01T23/00 

Изобретение относится к области метеорологии и может найти применение в региональных Центрах МЧС для изменения естественной циркуляции воздуха при антициклональных погодных условиях.

Известно два основных способа изменения погодных условий:

- рассеивание в облаках химических реагентов с самолетов, либо их обстрел высокоточным оружием;

- электрический метод генерации в атмосферу ионов коронирующего электрического разряда.

Известна промышленная установка «Атлант», реализующая электрический метод активного воздействия на метеопроцессы [см. Интернет, http://come.to/atlant_tu.] - аналог. Установка состоит из излучающей системы, источника высоковольтного питания и контрольно-измерительной аппаратуры. Излучающая система состоит из набора отдельных модулей, электрически соединенных между собой на удалении 10 м друг от друга, в виде коронирующих электродов, изолированных от земли, создающих восходящий воздушный поток, нарушающий естественную динамику воздухообмена и динамическое равновесие водяного пара в примыкающем к Земле слое воздуха.

Недостатком аналога является малая производительность модулей (концентрация ионов ниже критической), недостаточная для какого-либо существенного воздействия на погодные условия.

Известен «Способ воздействия на атмосферные образования», Патент RU №2098942, A.01.G, 15/00, 1997 г. - ближайший аналог. Способ ближайшего аналога включает создание вертикальной конвективной тяги посредством ионизации воздуха и зоны, подпитывающей эту тягу по периферии формируемой вертикальной зоны также посредством группы установок эмитирующих ионы противоположного знака. Сумма токов установки примерно равна току от группы противоположного знака.

Недостатком ближайшего аналога являются:

- ошибочность теоретической концепции формирования восходящего конвективного потока;

- одновременная генерация ионов противоположного знака приводит к их взаимной нейтрализации в восходящем потоке, что уменьшает конвективную тягу.

Задача, решаемая заявленным устройством, состоит в увеличении мощности и турбулентности восходящего конвективного потока ионов за счет увеличения размеров зоны активной генерации, тока коронирования и режима переключения полярности питания коронирующих электродов, достаточных для возникновения струйного течения в тропосфере.

Технический результат достигается тем, что устройство для коррекции погодных условий выполнено в виде геометрического зонтика из десяти радиальных проводов-коронирующих электродов, создающих антенное поле, длиной 100 м каждый, подвешенных на центральной опорной мачте из составных колен полимерного композитного материала высотой 30 м с узлом крепления проводов на вершине через высоковольтные изоляторы с защитной оболочкой из силиконовой резины, изолирующие радиальные провода от центральной мачты и десяти вспомогательных мачт из того же материала, высотой 10 м подвески радиальных проводов, электрически соединенных по периметру окружности зонтика, изолированных от мачт стержневыми высоковольтными изоляторами, одна из мачт содержит узел крепления провода запитки коронирующих электродов от источника высоковольтного напряжения, в регулируемом режиме изменения полярности питающего напряжения посредством высоковольтного переключателя, и заземлителя питающего источника, выполненного из одиночных свайных винтовых труб, заглубленных в грунт и соединенных по параллельной лучевой схеме геометрии зонтика.

Изобретение поясняется чертежами, где:

фиг.1 - функционально-конструктивная схема устройства;

фиг.2 - конструктивные элементы устройства:

а) центральная мачта;

б) вспомогательная мачта;

в) высоковольтные изоляторы;

г) свайно-винтовой элемент заземлителя;

фиг.3 - содержание водяных паров в атмосфере от температуры воздуха;

фиг.4 - величина тока коронирования от питающего напряжения и диаметра коронирующих электродов.

Устройство содержит антенное поле 1, в виде геометрического зонтика из десяти радиальных проводов-коронирующих электродов 2, подвешенных на центральной опорной мачте 3 из композитного материала, с узлом 4 крепления проводов на вершине через высоковольтные изоляторы 5, изолирующие радиальные провода 2 от центральной мачты 3, и десяти вспомогательных мачт 6, расчаленных двухъярусными оттяжками 7 из оцинкованного тросика в полимерной оболочке 8, для подвески радиальных проводов 2, электрически соединенных по периметру окружности «зонтика» коронирующими электродами 9, изолированных от вспомогательных мачт стержневыми изоляторами 10, узел 11 крепления провода запитки «зонтика» от источника питания 12 через переключатель 13 полярности питающего напряжения зонтика и заземлителя второго полюса питающего источника, выполненного из одиночных свайных винтовых труб 14, заглубленных в грунт и соединенных по параллельной лучевой схеме геометрии зонтика, профильные поддоны 15 из полимерного композитного материала, для оперативной безфундаментной установки на них оснований мачт.

Техническая сущность изобретения состоит в следующем.

Критическими факторами, определяющими инициирование лавинообразных процессов в атмосфере, являются размеры активной зоны генерируемых ионов, мощность ионного потока и его температурный градиент. Геометрическая площадь активной зоны излучения заявленного устройства составляет более 3 га. Чтобы генерируемые ионы эффективно выталкивались из зоны генерации в верхнюю полусферу электростатическим полем, использована зонтичная конструкция излучателей, электрически замкнутая по периметру полусферы. Для образования мощного восходящего конвективного потока, создающего струйные течения в тропосфере, в устройстве дополнительно реализованы:

- увеличение внутренней энергии молекул восходящего потока ΔE, которая пропорциональна количеству (N) носителей: ΔE≈N×3/2 кТ; путем увеличения тока коронирования до 20…30 µА;

- повышенное напряжение на коронирующих электродах [50…100 кВ] за счет применения устойчивых диэлектрических изоляторов из долговечных композитных материалов;

- конструктивный выбор толщины и длины коронирующих электродов: ⌀0,3…0,4 мм, общей длиной ≈1628 м, обеспечивающих активную мощность порядка 20 кВт;

- увеличение турбулентности восходящего потока путем переключения полярности питающего напряжения излучателей.

Установленным является физическое явление гидратации первичных ионов, состоящее в присоединении дипольных молекул воды (из водяного пара воздуха) к несущим электрический заряд ионам. Процесс гидратации и последующей коагуляции сопровождается выделением энергии (скрытой теплоты испарения), что и создает конвективный поток в тропосфере [см., например, Лаверов Н.П. и др. «Использование теплового эффекта для дистанционной диагностики радиоактивного заражения окружающей среды», статья в журнале «Геофизика», Доклады Академии Наук, том 441, №2, стр.1-4, 2011 г.]

При конденсации водяного пара на ионах (кластерах) выделяется скрытая теплота испарения, порядка ~564 кал/г. В одном кубическом метре вохдуха содержится (фиг.3) около одного моля воды (>18 г). Считая заряд иона известным (q=-1,6·10^-19 кул), при токе коронирования (фиг.4) 20 µА ежесекундно в пространство под куполом зонтика генерируется порядка ~10¹⁷ носителей. Если в процессе коагуляции к каждому иону присоединится хотя бы одна молекула воды, то в пространстве под куполом зонтика выделится скрытая теплота порядка нескольких Ккал, что и создает конвективный поток. Поскольку скрытая теплота испарения выделяется на ионах любого знака, то режим переключения питания источника увеличивает турбулентность восходящего потока. Оптимальный режим переключения определяют экспериментально, в процессе натурных испытаний устройства.

Все элементы выполнены на существующей технической базе.

Новыми, по сравнению с известными аналогами, являются высоковольтный переключатель полярности питания, малогабаритные высоковольтные изоляторы с силиконовым покрытием, композитный материал изготовления опорных мачт, мобильный заземлитель..

Высоковольтное реле переключатель заземления - серийный образец типа В1007 (линейка изделий с напряжением до 450 кВ) фирмы ROSS ENGINEERING CORPORATION (Campbell, California) [см. Internet http://www.ntnk.ru/rosindex.shtml]

Композитный полимерный материал опорных мачт, (фиг.2а, 2б), малогабаритные изоляторы (фиг.2г) - серийная продукция разработки Научно-производственного предприятия АпАТэк [см. Интернет, http://www.apatech.ru, конструктивные профили, металлокомпозитные накладки]

Мобильный заземлитель выполнен на винтовых свайных элементах СВС-57/1650 [см. Интернет, сайт http://www.fundex.su/tehnologiya-vintovyh-sv] Винтовой свайный элемент представляет собой металлическую трубу с приваренной с одной стороны лопастью специальной конфигурации (фиг.2г). С противоположной стороны трубы приваривается оголовок для подключения заземляющего провода. Винтовые сваи могут оперативно вкручиваться в грунт и выкручиваться из него.

Эффективность устройства достигается путем реализации критических параметров ионного потока, при которых наблюдаются лавинообразные процессы в атмосфере.

Изобретение может быть использовано для сдвига и разрушения антициклонов в тропосфере. Устройство выполнено в виде геометрического зонтика из десяти радиальных проводов-коронирующих электродов, создающих антенное поле, длиной 100 м каждый, подвешенных на центральной опорной мачте из композитного материала высотой 30 м с узлом крепления проводов на вершине через высоковольтные изоляторы, изолирующие радиальные провода от центральной мачты и десяти вспомогательных мачт из композитного материала высотой 10 м, подвески радиальных проводов, электрически соединенных по периметру окружности «зонтика», изолированных от мачт стержневыми изоляторами, одна из мачт содержит узел крепления провода запитки «зонтика» от источника высоковольтного питания в регулируемом режиме изменения полярности питающего напряжения посредством высоковольтного переключателя и заземлителя питающего источника. Технический результат - достижение критических значений мощности и турбулентности восходящего потока ионов, достаточных для возникновения струйного течения в тропосфере, за счет увеличения зоны активной генерации и тока коронирования, а также режима переключения полярности питания коронирующих электродов. 7 ил.

Устройство коррекции погодных условий выполнено в виде геометрического зонтика из десяти радиальных проводов-коронирующих электродов, создающих антенное поле, длиной 100 м каждый, подвешенных на центральной опорной мачте из составных колен полимерного композитного материала высотой 30 м с узлом крепления проводов на вершине через высоковольтные изоляторы с защитной оболочкой из силиконовой резины, изолирующие радиальные провода от центральной мачты и десяти вспомогательных мачт из того же материала, высотой 10 м, подвески радиальных проводов, электрически соединенных по периметру окружности зонтика, изолированных от мачт стержневыми высоковольтными изоляторами, одна из мачт содержит узел крепления провода запитки коронирующих электродов от источника высоковольтного напряжения в регулируемом режиме изменения полярности питающего напряжения посредством высоковольтного переключателя и заземлителя питающего источника, выполненного из одиночных свайных винтовых труб, заглубленных в грунт и соединенных по параллельной лучевой схеме геометрии зонтика.