Линия производства искусственного снега для нужд сельского хозяйства Российский патент 2019 года по МПК F25C3/04 

Изобретение относится к сельскохозяйственному производству, а именно, к оборудованию получения искусственного снега для очистки воздуха на рабочих местах и создания оптимального микроклимата в животноводческих и птицеводческих помещениях, пылеподавления в комбикормовых цехах, заводах, зерноперерабатывающих предприятиях, для образования искусственного снежного покрова опытных и экспериментальных участков в растениеводстве, предохранения садов и кустарников от заморозков в период их цветения, применяется в санитарно-защитных зонах предприятий (свиноводческих, птицеводческих и др.), имеющих источники выброса вредных веществ в атмосферу.

Известна «Установка для получения искусственного снега» патент RU № 2159398, МПК F25C3/04, 2000, снабжена двумя конусообразными раструбами и дополнительной форсункой с туманообразователем.

Работа вентилятора на две форсунки по обе его стороны малоэффективна.

Известно «Устройство для получения искусственного снега», патент RU № 2129691, МПК F25C 3/00, 1995, устройство снабжено дополнительным источником ультразвука со стержневым концентратором продольных колебаний. Это устройство осуществляет механический распыл воды и жидкой двуокиси углерода, однако не создает зачатков ядра снежинок из поляризованных химических элементов в составе воздуха, что не интенсифицирует процесс снегообразования.

Известен «Способ получения искусственного снега для сельского хозяйства» RU№ 2676134 от 26.12.2018 - принят за прототип, устройство снабжено СВЧ-камерой и генератором СВЧ-энергии и струйными форсунками. Однако струйные форсунки недостаточно создают мельчайших частиц, от этого зависит качество снега и производительность установки.

Технической задачей изобретения является повышение коэффициента снегообразования и обеспечение возможности производства снега на открытом воздухе при минусовой температуре, а его использование в помещениях с плюсовой температурой.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в установке производства искусственного снега для сельского хозяйства, содержащей осевой канал, сообщающий последовательно средства подачи воздуха под давлением, сопло Лаваля, СВЧ-камеру с генератором СВЧ-энергии, средство подачи воды и жидкой двуокиси углерода, смесительную камеру, центробежную форсунку и конический диффузор, согласно изобретению, в верхней части цилиндрического диффузора установлен центробежный вентилятор, связанный всасывающим патрубком с верхней сужающейся частью цилиндрического диффузора, нагнетательный патрубок сообщен с гибким недеформируемым шлангом и гасителем скорости смеси воздуха и снега, в нижней части вертикального цилиндрического диффузора установлен регулятор скорости движения водовоздушной смеси перекрытием продолговатых каналов, расположенных по окружности цилиндрического диффузора, при этом скорость движения водовоздушной смеси снизу вверх в вертикальном цилиндрическом диффузоре, по крайней мере, не больше 5 м/с и не меньше 4,5 м/с.

Сущность предполагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема линии производства искусственного снега для сельского хозяйства.

Линия производства искусственного снега для сельского хозяйства содержит последовательно соединенные средство 1 подачи воздуха под давлением, сопло Лаваля 2, СВЧ-камеру 3, генератор СВЧ-энергии 4, смесительную камеру 5 и конический диффузор 6, средства подачи воды 7 и жидкой двуокиси углерода 8 со штуцерами 9 и 10 соответственно. Внутри выходного конуса сопла Лаваля по спирали под углом γ к образующей закреплены направляющие витки 11, а на крышке смесительной камеры установлена центробежная форсунка 12 с диффузором 13, образующим водовоздушный факел 14. На крышке 15 смесительной камеры 5 закреплен цилиндрический диффузор 16, сверху которого установлен центробежный вентилятор 17 с всасывающим патрубком 18, сообщенный с регулятором подачи воздуха 19 и нагнетательным патрубком 20, соединенным с гибким недеформируемым шлангом 21 с гасителем скорости смеси воздуха и снега 22. Гибкий шланг фиксируется опорой 23.

Работает линия производства искусственного снега для сельского хозяйства следующим образом.

Воздух средством 1 нагнетается в сопло Лаваля 2, где в объеме выходного конуса сопла Лаваля 2 посредством СВЧ-камеры 3 и генератора СВЧ-энергии 4 создается электромагнитное поле - радиоволны миллиметрового диапазона, которые концентрируются в центре конуса. Поток воздуха продувается через выходной конус сопла Лаваля 2 по каналам между витками спирали 11, который переходит в турбулентное состояние, при этом он охлаждается за счет адиабатического расширения, увеличивается его скорость, под действием электромагнитного поля химические элементы в составе воздуха поляризуются, происходит аэрозольное распыление воды из влаги воздуха. Турбулентный поток воздуха перемещается в смесительную камеру 5, в нее же средствами 7 и 8 через штуцеры 9 и 10 подают к торцевой поверхности смесительной камеры воду и двуокись углерода, где под действием турбулентного потока происходит их распыление и смешивание. Смесь воздуха и жидкостей под давлением, которое создается в камере смешивания, подается в центробежную форсунку 12, установленную на крышке смесительной камеры 5. Центробежный вентилятор 17 через всасывающий патрубок 18, регулятор подачи воздуха 19 и цилиндрический диффузор 16, установленный на крышке смесительной камеры 15 засасывает атмосферный воздух и поднимает водовоздушную смесь, при этом она охлаждается, образуются кристаллы снега, которая через нагнетательный патрубок 20 с воздухом по гибкому недеформируемому шлангу 21 подается к месту применения. Если снежная масса выбрасывается не в объем помещения. а на поверхность пола помещения или опытный участок, то на конец шланга устанавливается гаситель скорости 22.

Основными показателями в процессе снегообразования является массовый расход воздуха и жидкости. Поскольку массовый расход воздуха в любом продольном сечении постоянен: p·v·A=const, где p - локальное давление, v – локальная скорость газа, A - площадь местного сечения сопла, то перемещаясь по входному конусу соплу Лаваля газ сжимается, температура и давление повышаются, затем в выходном конусе сопла Лаваля газ расширяется, при этом его температура и давление падают, а скорость возрастает. Внутренняя энергия воздуха преобразуется в кинетическую энергию направленного движения. (Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Глава Х. Одномерное движение сжимаемого газа. § 97. Истечение газа через сопло. Теоретическая физика – Т.6. Гидродинамика).

Поток водовоздушной смеси при выходе с большой скоростью из выходного конического сопла испытывает аэродинамическое сопротивление атмосферного воздуха и распадается на множество мелких капель. На каплю воды действуют силы направленные против сил поверхностного натяжения и если эти силы превосходят силы поверхностного натяжения, то происходит «взрыв» капли (Паджи Д.Г., Галустов В.С. Распылители жидкостей.- М., Химия,1979, с. 176).

Чем сильнее «взрыв», тем мельче «осколки» разрушенной капли и тем быстрее происходит переход от полидисперсной системы к монодисперсной.

При высокой скорости выброса факела водовоздушной смеси на высоту до 3 м процесс отдачи тепла и замораживания капель происходит мгновенно, при этом крупные капли не успевают заморозится в хлопья снега и выпадают в виде капель жидкой смеси, а коэффициент снегообразования составляет только 0,5-0,85 (Гаспарьян Н.А. диссертация. Пылеподавление на основе использования фазовых переходов влаги при ведении открытых горных работ. Санкт-Петербург, 2008). Применение линии производства искусственного снега для нужд сельского хозяйства позволит увеличить время пребывания капель в цилиндрическом диффузоре и повысить эффективность образования кристаллов снега (коэффициент снегообразования) в продуваемом вертикальном, цилиндрическом диффузоре, так как скорость свободного падения капель смеси в неподвижном воздухе диаметром до 100 мкм (100 микрон) составляет 0,75 м/с, а при диаметре 500-600 мкм – 4,5 м/с. (Шувалов Ю.В., Мохамад А., Бульбашев А.П. Устройства для борьбы с пылью при отрицательных температурах воздуха //Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2000. - №9 – С.5-7.).

Поэтому скорость воздуха в вертикальном диффузоре Vдиф должна быть больше 4,5 м/с. Экспериментально установлено, что водовоздушная смесь медленно перемещается при скорости не больше 5 м/с. При этом должно соблюдаться условие: 5м/с ≥ Vдиф ≥ 4,5 м/с.

Применение линии производства искусственного снега позволяет производить искусственный снег на открытом воздухе, что эффективно в зимнее время, а использовать снег в помещении в любое время года при положительной и отрицательной температурах атмосферного воздуха.

Изобретение относится к сельскохозяйственному производству, а именно к оборудованию получения искусственного снега. Линия содержит осевой канал, сообщающий последовательно средства подачи воздуха под давлением, сопло Лаваля, СВЧ-камеру с генератором СВЧ-энергии, средство подачи воды и жидкой двуокиси углерода, смесительную камеру, центробежную форсунку и диффузор. В верхней части цилиндрического диффузора установлен центробежный вентилятор, сообщенный всасывающим патрубком с верхней сужающейся частью цилиндрического диффузора, а также посредством нагнетательного патрубка сообщен с гибким недеформируемым шлангом и гасителем скорости смеси воздуха и снега. В нижней части вертикального цилиндрического диффузора установлен регулятор скорости движения водовоздушной смеси, Регулирование происходит путем перекрытия продолговатых каналов, расположенных равномерно по окружности цилиндрического диффузора. Использование изобретения позволит производить искусственный снег на открытом воздухе. 1 ил.

Линия производства искусственного снега для нужд сельского хозяйства, содержащая осевой канал и последовательно установленные средства подачи воздуха под давлением, сопло Лаваля, внутри выходного конуса которого по спирали под углом к образующей закреплены направляющие витки, СВЧ-камеру с генератором СВЧ-энергии, средство подачи воды и жидкой двуокиси углерода, смесительную камеру, форсунку и диффузор, отличающаяся тем, что на крышке смесительной камеры установлена центробежная насадка, образующая с диффузором водовоздушный факел, а также закреплен вертикальный цилиндрический диффузор, в верхней части которого установлен центробежный вентилятор со всасывающим патрубком, сообщенным с регулятором подачи воздуха и нагнетательным патрубком, причем регулятор подачи воздуха установлен в нижней части цилиндрического диффузора с возможностью перекрытия продолговатых каналов, расположенных по окружности цилиндрического диффузора, нагнетательный патрубок соединен с гибким недеформируемым шлангом, имеющим опору и снабженным гасителем скорости смеси воздуха и снега, а скорость движения водовоздушной смеси снизу вверх в вертикальном цилиндрическом диффузоре, по крайней мере, не больше 5 м/с и не меньше 4,5 м/с.