ДОЖДЕВАЛЬНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2014 года по МПК A01G15/00 A01G25/02 

Изобретение относится к системам орошения засушливых районов.

Техническим результатом изобретения является образование дождевых облаков, которые в виде осадков выпадают на орошаемую поверхность.

Известен способ получения дождевых облаков, заключающийся в охлаждении воздуха, поступающего по вертикально установленному каналу, воздухом верхних слоев атмосферы (патент RU 2431957). Применение способа ограничено метеоусловиями.

Известна система орошения, позволяющая получать дождевые облака, содержащая турбокомпрессор, форсажную камеру, выходное устройство. При этом форсажная камера расположена вертикально относительно поверхности земли, имеет водяной коллектор (патент RU 41953). Недостатком системы является привязка к местности, несопоставимо большие материальные затраты, связанные с созданием и эксплуатацией системы.

Известен газотурбинный двигатель (ГТД), содержащий турбокомпрессор, форсажную камеру, выходное устройство в виде сопла Лаваля (Теория воздушно-реактивных двигателей, Под ред. С.М. Шляхтенко, М.: Машиностроение, 1975, с.17, рис.1.4).

Сущность изобретения заключается в том, что механическая работа, совершаемая ГТД, и энергия продуктов сгорания (кинетическая, тепловая) используются для транспортировки воды в верхние слои атмосферы.

Технический результат достигается тем, что форсажная камера ГТД устанавливается в вертикальное положение относительно поверхности земли, внутри камеры (за зоной горения) размещается водяной коллектор с форсунками, направленными по потоку газа, в коллектор насосом подается вода, выходное устройство выполнено в виде сопла Лаваля.

Эффективность установки повышается, если длина форсажной камеры (цилиндрической части) более 20 метров.

Эффективность установки повышается, если давление воды в водяном коллекторе более 10 МПа.

На фиг.1 изображена дождевальная установка.

Дождевальная установка выполнена на базе ГТД, состоящего из турбокомпрессора 1, форсажной камеры 2, внутри которой последовательно установлены топливный коллектор 3 и водяной коллектор 4 с форсунками, направленными по потоку газа, выходного устройства 5, водяного насоса 6. Форсажная камера установлена вертикально относительно поверхности земли (длина цилиндрической части камеры более 20 метров). Выходное устройство выполнено в виде сопла Лаваля.

Работа установки осуществляется следующим образом. Воздух из атмосферы поступает в турбокомпрессор, в котором происходит повышение температуры и давления газа (продуктов сгорания) до значений, в несколько раз превышающих температуру и давление атмосферного воздуха.

Из турбокомпрессора горячий газ поступает в форсажную камеру 2, куда через коллектор 3 подается топливо. В результате сгорания топлива температура газа в зоне горения повышается до 2000 К и более.

Через коллектор 4, расположенный за зоной горения топлива, насосом 6, приводимым в действие турбокомпрессором 1, подается вода под давлением ~10 МПа. Вода истекает из форсунок, смешивается с газом и испаряется (температура смеси более 200°C). В результате торможения и испарения воды давление газа (смеси) в форсажной камере повышается.

В выходном устройстве газ (смесь) разгоняется до сверхзвуковой скорости (перепад давлений на сопле сверхкритический). Пар (в составе смеси) приобретает кинетическую энергию (скорость пара возрастает, а температура понижается, оставаясь более 100°C).

За счет кинетической энергии пар подбрасывается на несколько сотен метров вверх. После чего под действием выталкивающих сил (сил Архимеда) пар устремляется дальше - вверх (на несколько тысяч метров, в зависимости от температуры пара). Последующие превращения пара (конденсация и выпадение в виде дождевых осадков) определяются закономерностями, происходящими в природе при образовании дождевых облаков (БЭС, том 5, третье издание, М.: Советская энциклопедия, 1971, стр.138).

Производительность дождевальной установки определяется энергетикой базового ГТД

Gводы ≈ 1,84·Gв·(Tф-Тсм) [кг/ч],

где Gв - расход воздуха, кг/с;

Тф - температура горячего газа в форсажной камере;

Тсм - температура смеси пара и газа в форсажной камере.

Если в качестве базового ГТД использовать двигатель АЛ-31Ф, то производительность дождевальной установки составит ~330 тонн воды в час.

Эффект образования дождевых облаков усиливается за счет переноса паром в верхние слои атмосферы продуктов сгорания топлива, которые становятся центрами кристаллизации (конденсации), что позволяет увеличить объем воды в дождевых облаках (в некоторых случаях в разы) за счет воды, находящейся в окружающем пространстве.

При пониженной энергетике базового двигателя (высота подъема воды менее 500 метров) дождевальная установка работает в режиме поливальной установки - вода под действием сил гравитации орошает некоторую ограниченную поверхность земли.

Применение дождевальных установок в условиях России, где запасы пресной воды практически неограничены, решает проблемы неурожаев, связанных с засухой, лесных пожаров, экологии.

Применение в качестве дождевальной установки, создающей облака, газотурбинного двигателя, содержащего турбокомпрессор, форсажную камеру, установленную вертикально относительно поверхности земли, внутри которой за зоной горения расположен водяной коллектор с форсунками, направленными по потоку газа, водяной насос, выходное устройство в виде сопла Лаваля. Длина цилиндрической части форсажной камеры может быть более 20 метров. Давление воды в водяном коллекторе может быть более 10 МПа. Сущность изобретения в том, что механическая работа, совершаемая газотурбинным двигателем, и энергия продуктов сгорания (кинетическая, тепловая) используются для транспортировки воды в верхние слои атмосферы. Задачей изобретения является образование дождевых облаков, которые в виде осадков выпадают на орошаемую поверхность. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Применение в качестве дождевальной установки, создающей облака, газотурбинного двигателя, содержащего турбокомпрессор, форсажную камеру, установленную вертикально относительно поверхности земли, внутри которой за зоной горения расположен водяной коллектор с форсунками, направленными по потоку газа, водяной насос, выходное устройство в виде сопла Лаваля.

2. Применение в качестве дождевальной установки, создающей облака, газотурбинного двигателя по п.1, отличающееся тем, что длина форсажной камеры (цилиндрической части) более 20 метров.

3. Применение в качестве дождевальной установки, создающей облака, газотурбинного двигателя по п.1, отличающееся тем, что давление воды в водяном коллекторе более 10 МПа.