Способ получения искусственного снега Советский патент 1992 года по МПК F25C3/04 

Изобретение относится к холодильной технике, а именно к способам генерирования искусственного снега, и может быть использовано для защиты грунта от сезонного промерзания, для подготовки к соревнованиям лыжных трасс и трамплинов, а также для пылеподавления при горных разработках открытым способом.

Известный способ генерирования снега состоит в разделении воздуха в вихревой трубе на поток охлажденного воздуха и поток нагретого воздуха с последующим распылением воды в потоке охлаждающего воздуха при помощи пневматической форсунки. Поток нагретого воздуха (до 50%) выводят из вихревой трубы в атмосферу, причем направление течения поток нагретого воздуха противоположно направлению истечения охлажденного воздуха. Факел распыленной воды и поток охлажденного воздуха направляют в теплоизолированную камеру, а затем образовавшийся в камере

снег выводят с потоком воздуха из теплоизолированной камеры через сопло.

Существенный недостаток известного способа состоит в том, что уже при соотношении вода-воздух (1:20) не удается получить сухой снег вследствие низкой холодопроизводитзльности вихревой трубы. Избыточная влага смачивает стенки теплоизолированной камеры и на наиболее охлажденных участках вблизи от вихревой трубы и на вихревом сопле теплоизолированной камеры начинается образование льда. Следовательно, при повышенной температуре окружающей среды (-2) - (-8)°С известный способ требует точной дозировки воды и характеризуется низкой производительностью по снегу, а при пониженной тем- пературе окружающей среды (-20°С) известный способ неработоспособен вследствие обмерзания выходного сопла.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ генерирования искусственного снега, согласно которому ежаСЈOD

ел

тый воздух разделяют в вихревой трубе на поток нагретого воздуха и поток охлажденного воздуха, а затем распыляют воду, пропуская часть расширенного в вихревой трубе воздуха через сопло пневматической форсунки. Воду распыляют в два приема: сначала потоком охлажденного воздуха, истекающим в атмосферу сопло пневматической форсунки, а затем перекрестным потоком нагретого воздуха на выходной кромке пневматической форсунки. Поток нагретого воздуха перед истечением в атмосферу пропускают по кольцевой полости, охватывающей корпус пневматической форсунки, что позволяет защитить форсунку от обмерзания. Как нагретый, так и охлажденный воздух выпускают в атмосферу через сопла Лаваля и поддерживают на входе в эти сопла давление, достаточное для сверхзвукового истечения воздуха.

Существенный недостаток известного способа состоит в том, что для температурного разделения воздуха в вихревой трубе и последующего сверхзвукового истечения воздуха из сопел пневматической форсунки необходимо поддерживать на входе в вихревую трубу давление в 1,5-2,0 МПа. Затраты на сжатие воздуха до такого давления в полевых условиях неоправданно высоки, а при использовании экономичных строительных компрессоров, обеспечивающих давления до 0,6 МПа, приходится выбирать одно из двух: или сверхзвуковое истечение из сопел пневматической форсунки с эффективным распылением воды и образованием центров кристаллизации, или температурное разделение воздуха в вихревой трубе, необходимое для обогрева форсунки.

В прототипе обогрев сопла требует дополнительных затрат энергии, а при температуре -5°С прототип дает не снег, а дождь, так как центры кристаллизации отсутствуют и за время полета распыленная вода не успевает замерзнуть. При повышенной температуре окружающей среды (-2) - (-8)°С целесообразно отказаться от обогрева форсунки и, повысив ее дальнобойность, более полно использовать холод окружающей среды. При пониженной температуре окружающей среды (-20°С) приходится снижать давление на форсунке и расходовать энергию сжатого воздуха на ее обогрев. Следовательно, известный способ работоспособен только в узком диапазоне температур окружающей среды. При изменении температуры окружающей среды необходимо перераспределить сжатый воздух между вихревой трубой и форсункой.

Кроме того, пересечение потоков истекающего из форсунки воздуха ведет к снижению дальнобойности форсунки, а следовательно, и к снижению производительности по снегу, особенно при повышенной температуре окружающей среды.

Цель изобретения состоит в расширении диапазона рабочих температур.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения искусственного снега, включающему подачу в эжектор

0 потоков холодного и горячего воздуха и распыление в нем форсункой воды, для гюлуче- ния потоков горячего воздуха используют вихревую трубу, причем вихревую трубу и форсунку размещают соосно в эжекторе, хо5 лодный поток воздуха направляют в эжектор из диафрагмы вихр%вой трубы, а распыление воды форсункой осуществляют горячим потоком воздуха, отводимым из вихревой трубы через дроссель.

0 Предлагаемый способ отличается от известного тем, что в сопло пневматической форсунки подается поток нагретого в вихревой трубе воздуха, а на выходе из пневматической форсунки поток нагретого воздуха с

5 распыленной в нем водой нарравляется параллельно потоку охлажденного воздуха, истекающего из вихревой трубы в атмосфеРУРасширение диапазона рабочих темпе0 ратур следует из того, что в вихревой трубе происходит не только температурное разделение воздуха, но и частичное восстановление давления в потоке нагретого воздуха, достаточное для обеспечения режима

5 сверхзвукового истечения через сопло пневматической форсунки. Восстановление давления следует из того, что вихревая труба может работать как вакуумный насос, засасывая воздуха через диафрагму и сбра0 сывая его через диффузор даже при значительном противодавлении. Коэффициент восстановления давления нагретого потока. при атмосферном давлении на диафрагме, легко может быть доведен до (0,3-0,4), что

5 вполне достаточно для сверхзвукового истечения через форсунки. В потоке охлажденного воздуха давления существенно ниже, чем в потоке нагретого воздуха, но в потоке охлажденного воздуха происходит образо0 вание центров кристаллизации не за счет сверхзвукового истечения этого потока, а за счет его низкой температуры. Параллельное истечение потоков воздуха из пневматической форсунки и из вихревой трубы ведет к

5 увеличению продолжительности взаимодействия водовоздушного потока с холодной окружающей средой, что позволяет повысить дальнобойность форсунки, а следовательно, и производительность по снегу за счет более полного использования холода окружающей среды, что особенно важно при повышенной (-2) - (-8)°С температуре окружающей среды.

Вследствие внешнего смешения параллельных потоков центры кристаллизации встречаются с распыленной водой на некотором расстоянии от форсунки - там, где водяные пылинки уже охлаждены испарением части воды. Поэтому вероятность таяния центра кристаллизации снижается, а вероятность кристаллизации воды увеличивается. Расширение диапазона рабочих температур в сторону низких (-20°С) температур следует из того, что при пониженных температурах форсунка не перемерзает, так как продувается нагретым до температуры +15°С воздухом из вихревой трубы.

На чертеже представлено устройство для реализации предлагаемого способа.

Вихревая труба 1 с входным патрубком 2, патрубком 3 холодного потока и дросселем 4 соединена через дроссель 4 с входным патрубком пневматической форсунки 5, содержащей завихритель 6 и сопло 7. Патрубок 3 холодного погока и сопло 7 расположены соосно в эжекторе 8, служащем для формирования потока эжектируе- мого из окружающей среды воздуха.

Снегогенератор работает следующим образом.

Сжатый воздух подается в вихревую трубу 1 через входное сопло 2. Поток охлажденного в вихревой трубе воздуха истекает в атмосферу через патрубок 3 холодного потока, а поток нагретого в вихревой трубе воздуха поступает через дроссель 4 в пневматическую форсунку 5, где подкручивается завихрителем 6 и выходит в атмосферу через сопло 7, охлажденного воздуха, истекающий в атмосферу, через патрубок 3 холодного потока, поток нагретого воздуха с распыленной в нем водой, истекающий в атмосферу через сопло 7, и поток эжектиро- ванного из окружающей среды воздуха, сформированного эжектором 8, направлены параллельно друг другу, что позволяет оптимально использовать давление сжатого газа для повышения дальнобойности снегогенератора. Взаимное проникновение по- 1 токов воздуха и воды происходит вследствие естественного расширения потоков.

Предлагаемое устройство способно ра- 5 ботать без переналадки как при повышенной (-5°С), так и при пониженной (-20°С) температуре окружающей среды от экономичного источника сжатого воздуха (0,6 МПа).

0 Например, при температуре -5°С и достигнутой дальнобойности сиегогенераторз 25-30 м на землю выпадает сухой снег вследствие того, что охлажденный в вихревой трубе воздух обеспечивает достаточную

5 концентрацию центров кристаллизации даже при этой температуре. Давление нагретого потока, поступающего из вихревой трубы в сопло пневматической форсунки, составляет 0,25 МПа. Этого давления доста0 точно для распыления воды до оптимального размера капель в (100-150) мкм.

При пониженной температуре окружающей среды -20°С работоспособность обусловлена тем, что в сопло пневматической

5 форсунки из вихревой трубы поступает воздух, нагретый до температуры + 15 С.

Использование предлагаемого способа позволяет расширить диапазон рабочих температур снегогенератора, а также сни0 зить затраты на сжатие воздуха и затраты на обслуживание и переналадку снегогенератора.

Формула изобретения 5Способ получения искусственного снега, включающий подачу в эжектор потоков холодного и горячего воздуха и распыление в нем форсункой воды, отличающий- с я тем, что, с целью расширения диапазона 0 рабочих температур, для получения потоков холодного и горячего воздуха используют вихревую трубу, причем вихревую трубу и форсунку размещают соосно в эжекторе, холодный поток воздух направляют в эжектор 5 из диафрагмы вихревой трубы, а распыление воды форсункой осуществляют горячим потоком воздуха, отводимым из вихревой трубы через дроссель.

4(1

567

/ / /

Использование: защита грунта от промерзания, подготовка спортивных трасс. Сущность изобретения: способ включает подачу в эжектор потоков холодного и горячего воздуха, распыление воды форсункой. Для получения потоков холодного и горячего воздуха используют вихревую трубу. Форсунку и трубу размещают соосно в эжекторе. Распыление воды осуществляют горячим потоком воздуха. 1 ил.

J L.

t