Устройство для рассеивания тумана Российский патент 2017 года по МПК E01H13/00 

Изобретение относится к области техники, предназначенной для рассеивания тумана на контролируемой территории (аэродромы, скоростные автодороги, открытые площадки для проведения различных спортивных и зрелищных мероприятий и т.д.), где необходимо выполнение требований по прозрачности атмосферы и обеспечению дальности видимости, а также в устройствах фильтрации увлажненных газовых потоков.

Известны способы рассеивания туманов, основанные на искусственной конденсации паров воды путем использования специальных веществ (реагентов). См., например, патент RU №2357404, опубликованный 10.06.2009 г., патент RU №2175185, опубликованный 27.10.2001 г., патент RU №2061358, опубликованный 10.06.1996 г.

Доставка реагентов и их распространение в тумане или облачности осуществляется с самолетов (см., например, патент США №2815928, МПК А01G 15/00, опубликованный 10.12.1957 г.), с помощью ракет (см., например, авторское свидетельство СССР №576839, МПК А01G 15/00), снарядов (см., например, Российская Федерация, патент №2034444, МПК 6 А01G 15/00, опубликованный 10.05.1995 г.). Применение данных методов ограничивается переохлажденными туманами (туманами, образуемыми в условиях отрицательных температур окружающего воздуха). Теплые туманы являются устойчивыми и с помощью реагентов не рассеиваются.

Известны способы электрического воздействия на аэрозольное облако, основанные на доставке в аэрозольное облако коронирующих проводов, соединенных с источником высокого напряжения (см., например, авторское свидетельство СССР №71260, МПК А01G 15/00, опубликованное 31.07.1948 г., патент США №3456880, МПК А01G 15/00, опубликованный 22.07.1969 г.).

Основным недостатком описываемого способа и известных устройств является необходимость подъема коронирующих проводов на высоту расположения облака, что предопределяет большие затраты ресурсов и не всегда осуществимо по погодным условиям.

Известен способ, заключающийся в обдуве воздушным потоком, формируемым с помощью технических средств, коронирующих электродов, установленных у поверхности земли.

Технические решения, которые реализуют известный способ, - это способ вызывания дождя (см. авторское свидетельство СССР №29675, МПК A01G 15/00, опубликованное в 1948 г.), а также устройство для разрушения тумана (см. опубликованную заявку ФРГ №4005304, МПК Ε01Η 13/00).

Описываемый способ способствует распространению ионизированного воздуха, т.е. электрически заряженных частиц вверх, ускоряя тем самым процесс выпадения осадков из облачности или осаждение тумана.

Известен способ рассеивания туманов и облаков, заключающийся в генерации электрических зарядов в атмосферу путем подключения к источнику высокого напряжения коронирующих проводов, закрепленных через изоляторы на опорах у поверхности земли (см. "Журнал геофизических исследований ", Кембридж, Массачусета, март 1962 г., т. 67, стр 1073-1082). Сведения об этом способе отражены и в отечественной технической литературе (см. Л.Г. Качурин "Физические основы воздействия на атмосферные образования", Гидрометеоиздат, Ленинград, 1978 г., стр. 287-293).

Как следует из приведенных источников информации, определяющим фактором рассеивания тумана в известном способе является пространственный заряд, воздействующий на атмосферные образования.

Известное устройство по патенту РФ №2124288 C1, кл. Е01H 13/00, 19.12.1997 г., опубликованному 10.01.1999 г, бюл. №1, которое содержит подсоединенные к источнику тока провода с малым радиусом кривизны поверхности, закрепленные на изоляторах опор параллельно электропроводной сетке, смонтированной в вертикальной плоскости, проходящей через оси симметрии смежных опор. Генерируемый коронирующими проводами коронный разряд создает ионный ветер, который направлен от коронирующих проводов к заземленной сетке. Облако тумана, проходя через область коронного разряда, получает электрический заряд и ионным ветром, а также внешним ветровым потоком направляется на заземленную сетку. Проходя через ячейки заземленной сетки, электрически заряженные капли тумана сепарируются от ветрового потока, и очищенный от тумана ветровой поток направляется в область защищаемого от тумана пространства. Известное техническое решение обеспечивает сепарацию капель тумана из набегающего на защищаемый объект воздушного потока. Очищенный от капель тумана воздушный поток обладает хорошей оптической прозрачностью и обеспечивает необходимую дальность видимости. Сепарация капель тумана в известном техническом решении осуществляется в два этапа: на первом этапе в области горения коронного разряда производят электрическое заряжание капель тумана; на втором этапе электрически заряженные капли сепарируются на заземленной поверхности. Эффективность сепарации капель в известном техническом решении определяется устойчивостью горения коронного разряда, которая может быть обеспечена в условиях высокой точности зазора разрядного промежутка по всей площади устройства, что является сложной технологической задачей и требует значительных финансовых затрат.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому способу является устройство туманоуловителя, описание которого представлено в патенте РФ на изобретение №2376056 RU. Известное устройство содержит свободный для прохождения очищаемого газового потока каркас, в котором смонтирован фильтрующий материал с открытыми порами, выполненный в виде установленных друг над другом с перекрытием лент. Известное устройство обеспечивает высокую эффективность сепарации капель из сформированного газового потока и очищенным от капель напором движущегося газа вытесняет туман из контролируемой территории. Вместе с тем в известном устройстве капли жидкости, сепарируемые верхними лентами, стекают на нижележащие ленты, перекрывают у них часть пор и переувлажняют их. Для рассеивания тумана на контролируемой территории необходимо обеспечить сепарацию капель из потока натекающего тумана высотой в несколько метров. Переувлажнение нижележащих слоев и увеличение гидравлического сопротивления потоку с использованием известного устройства столь значительно, что вынуждает поток тумана не проходить сквозь устройство туманоуловителя, а обтекать его, что снижает эффективность рассеивания тумана на контролируемой территории.

Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности рассеивания тумана.

Для достижения заявленной цели известное устройство для сепарации от газового потока капель тумана, содержащее свободный для прохождения очищаемого газового потока каркас, в котором смонтирован фильтрующий материал с открытыми порами, выполненный в виде установленных друг над другом лент, снабжено установленными между лентами под углом к горизонту непроницаемыми для сепарируемой жидкости перегородками.

Технический результат в предлагаемом изобретении достигается за счет того, что непроницаемые для сепарируемой жидкости перегородки, установленные между лентами фильтрующего материала, обеспечивают отвод сепарируемой жидкости из устройства отдельно от каждой ленты фильтрующего материала. Сепарируемые капли из вышележащих слоев не попадают на нижележащие слои, не перекрывают их поры и не снижают их эффективность, что обеспечивает, соответственно, повышение эффективности работы всего устройства.

На рис. 1 представлена принципиальная схема предлагаемого устройства. Устройство включает в себя каркас, выполненный в виде стоящих напротив друг друга стоек 1. Внутри каркаса между закрепленными под углом α к горизонту на стойках 1 перегородками 2 смонтированы ленты фильтрующего материала 3. При необходимости, в случае недостаточной жесткости ленты фильтрующего материала могут быть обрамлены сеткой (на рис. 1 не показано). Ленты фильтрующего материала могут быть выполнены из любых представленных на рынке фильтрующих материалов, включая металлы, полимеры, керамические материалы, стекловолокно, угольное волокно и пр. Пористость фильтрующего материала определяется на этапе проектирования устройства, в зависимости от его назначения и требований к степени фильтрации. Пористость материала определяется из условий обеспечения свободного прохождения тумана через устройство за счет динамического напора естественного ветрового потока. При необходимости усиления динамического напора ветрового потока вокруг устройства могут быть смонтированы динамические отражатели 4, направляющие естественный ветровой поток из окружающего устройства пространства для прохождения его через поперечное сечение устройства. Размер динамических отражателей выбирается на стадии проектирования и может составлять не более 30% линейного размера устройства. Отражатели устанавливаются под острым углом β к направлению ветрового потока. В проведенных экспериментах использовался и хорошо себя зарекомендовал широко используемый на рынке фильтрующий материал пенополиуретан ретикулированный ΡΡΙ Polinazell 10, имеющий 8-13 пор на дюйм поверхности (http://www.masvent.ru/tovari/tiltromatt/polipropilenrectikulirovani/ppi-polinazell-10.html.). Перегородки 2 могут быть выполнены из любого материала. Основное требование к перегородкам - непроницаемость для сепарируемой жидкости. Шаг перегородок выбирается путем экспериментального подбора в зависимости от пористости фильтрующего материала, его толщины и допустимого его переувлажнения. При толщине упомянутого выше фильтрующего материала 25 мм делать шаг перегородок более 500 мм нецелесообразно. Поры нижних слоев при скорости потока более 3 м/сек, при шаге перегородок 500 мм забиваются водой, капли выносятся потоком наружу, что свидетельствует о снижении эффективности работы устройства. Угол наклона перегородок α для обеспечения устойчивого стекания накопленной влаги составляет не менее 3°. Для повышения надежности вывода сепарированной жидкости из устройства перегородки 2 могут быть установлены под острым углом γ по направлению к одной из стоек. Угол наклона γ также должен составлять не менее 3°. При этом по краю перегородки выполнена канавка 5 для отвода сепарируемой жидкости.

Описание устройства представлено для использования его в качестве средства для рассеивания тумана, очистки естественных движущихся воздушных масс (тумана) от содержащихся в них капель. При использовании устройства для очистки газовых потоков, где используются специальные устройства для формирования газовых потоков, каркас может быть выполнен в виде поверхности, охватывающей сформированный газовый поток, чтобы исключить утечку очищаемого газа вследствие избыточного давления от нагнетателя газового потока, например, может быть выполнен в виде цилиндра.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Предлагаемое устройство устанавливается между набегающим потоком тумана и защищаемым объектом. Набегающий поток W под действием избыточного давления, образованного скоростным напором, проходит через поры фильтрующего материала. Содержащиеся в очищаемом потоке капли жидкости контактируют с волокнами фильтрующего материала и осаждаются на их поверхности. По мере укрупнения капель они под действием гравитационных сил стекают вниз к перегородке 2 и далее по канавке 5 выводятся из устройства. Очищенный от капель поток вытесняет туман из контролируемой территории и обеспечивает выполнение задачи рассеивания тумана в окрестности защищаемого объекта. При использовании устройства в очистных трактах схема работы предлагаемого устройства аналогична. Так как в схемах очистки предусматривается формирование избыточного давления с помощью специального устройством (например, вентилятора), необходимо предусмотреть узлы соединения предлагаемого устройства с газопроводом очищаемого газа.

Таким образом, предложенное техническое решение благодаря новому ранее неизвестному признаку обеспечивает отвод сепарируемых капель из газового потока и исключает возможность переувлажнения нижележащих слоев фильтрующего материала, что повышает эффективность устройства и позволяет достичь цели предлагаемого изобретения.

Изобретение создано при поддержке РФФИ. Проекты №№14-08-00835, 15-08-04724.

Изобретение предназначено для рассеивания тумана на аэродромах, скоростных автодорогах, открытых площадках и т.д., а также в устройствах фильтрации увлажненных газовых потоков. Устройство содержит свободный для прохождения очищаемого газового потока каркас. В каркасе смонтирован фильтрующий материал (3) с открытыми порами. Фильтрующий материал выполнен в виде установленных друг над другом лент. Непроницаемые для сепарируемой жидкости перегородки (2) установлены между лентами под углом к горизонту. Обеспечивается повышение эффективности рассеивания тумана. 1 ил.

Устройство для рассеивания тумана, содержащее свободный для прохождения очищаемого газового потока каркас, в котором смонтирован фильтрующий материал с открытыми порами, выполненный в виде установленных друг над другом лент, отличающееся тем, что снабжено установленными между лентами под углом к горизонту непроницаемыми для сепарируемой жидкости перегородками.