Генератор льдообразующего аэрозоля Советский патент 1993 года по МПК A01G15/00 

. Изобретение относится к технике, предназначенной для активных воздействий на атмосферные процессы, а именно, к техническим средствам получения льдообразующего вещества для воздействия на облака и туманы, и может быть использовано в системе гидрометеорологической службы, в авиации и сельском хозяйстве для рассеивания туманов и регулирования осадков в заданных районах.

Известны генераторы, которые состоят из емкостей с раствором активного вещества, баллонов с горючим газом, форсунки, распыляющей раствор активного вещества, камеры сгорания, газовых и жидкостных магистралей для подачи раствора и газа в камеру сгорания..

В указанных генераторах используются жидкостные форсунки давления, расположенные непосредственно в камере сгорания. Такие форсунки дают грубый, крупнодисперсный распыл раствора, приводят к неэффективному использованию

льдообразующего вещества из-за выхода из камеры сгорания недогоревших крупных капель раствора, а расположение форсунок в камере сгорания не обеспечивает их надежного охлаждения и приводит к перегреву/ при котором происходит выпаривание рас- твррителя еще в канале форсунки и забивание канала активным веществом, что снижает надежность работы генераторов.

Известен генератор, содержащий размещенные в корпусе емкости с раствором льдообразующего вещества, баллоны с горючим газом, соединенные магистралями с газожидкостной форсункой и имеющий устройство зажигания.

Тазожидкостная форсунка размещена в камере сгорания и имеет коаксиэльнорас- положенные расходные каналы жидкости и газа. Жидкостный канал расположён по оси форсунки. Газопроводящий канал имеет кольцевой участок с регулируемым проходным сечением, образованный сажающимися к выходу внутренней конической

(Л

С

ю

&ь

4Х

поверхностью колпачка форсунки, а участок газопроводящего канала на выходе имеет нерегулируемое постоянное поперечное сечение.

В этом генераторе расходная часть фор-, сунки размещена непосредственно в камере сгорания, что снижает эффективность использования льдообразующего вещества, так как может привести к перегреву форсунки за счет лучистого теплового потока от пламени и передачи тепла от нагретых элементов камеры сгорания, к которым крепится форсунка. Перегрев форсунки способствует выпариванию или вскипанию растворителя в жидкостном канале форсунки, при этом образуются кристаллы льдообразующего вещества, которые перекрывают жидкостную магистраль, что приводит к нерасчетному режиму работы генератора, либо к полному перекрытию жидкостного канала, а это снижает надежность работы генератора и эффективность использования льдообразующего вещества.

Целью изобретения является повышение эффективности использования льдообразующего вещества.-- : ; X

Это достигается тем, что в генераторе льдообразующего аэрозоля, содержащем соединённые жидкостными и газовыми магистралями емкость для льдообразующего вещества и баллон для горючего газа, форсунку и камеру сгорания, форсунка расположена перед дном камеры сгорания и между ними установлен теплоотражающий экран,

При этом теплоотражающий экран мо жет быть выполнен в виде металлической пластины с отверстием, диаметр которого определяется соотношением:, ;:

(S + L) -tg« +KJ,

где d - диаметр отверстия,;;: ,-.-.

S-толщина пластины, м;

L - расстояние от корпуса форсунки до экрана, м,:

а- половина угла при вершине конуса распыла;;

1C - коэффициент, равный 0,001-6,605.

Кроме того, выходной газовый канал форсунки выполнен в виде кольцевой щели, образованной коническими поверхностями колпачка и корпуса форсунки, при этбм наружная кромка жидкостного канала корпуса форсунки выступает наружу за кромку колпачки или устан о вл е н а заподли цо с ней.

Расположение форсунки перед дйом камеры сгорания позволяет снизить ее тепловой режим при работе генератора за счет удаления ее от наиболее высокотемпературной зоны пламени и нагретых конструктивных элементов, образующих камеру сгорания, а также улучшить процесс горения за счет эжектирования дополнительного количества первичного воздуха газожидкостной струей. Ввод газожидкостной струи через отверстие в донышке камеры сгорания способствует также стабилизации горения горючей смеси вследствие внезапного

расширения потока за входным отверстием в камеру сгорания, что приводит к торможению потока горючей смеси и снижает-вероятность уноса фронта пламени из объема камеры сгорания, а также образует

зону обратных токов продуктов сгорания в области стыка донышка и цилиндрического участка камеры сгорания. Однако, через отверстие для ввода газожидкостной струи в камеру сгорания часть лучистого часть лучистога теплового потока от высокотемпературной зоны пламени воздействует на корпус форсунки, повышая ее температуру, т, к. диаметр отверстия в донышке камеры сгорания должен превышать диаметр конуса распыла в месте входа газожидкостной

струи в камеру сгорания. Для защиты форсунки 6т лучистого теплового потока из камеры сгорания между донышком камеры

сгорания и форсункой устанавливается теплоотражающий экран, при этом для прохода газожидкостной струи необходимо отверстие, Диаметр которого тем меньше, чем ближе экран расположен к форсунке, Целесообразно устанавливать экран на минимальном расстоянии от форсунки, но обязательно с зазором, который необходим для исключения теплового контакта между

ними. При этом размер отверстия в экране соизмерим с размером выходной газовой

щели и практически все тело форсунки находится в тепловой тени.

Выполнение теплоотражающего экрана из металлической пластины с отверстием, диаметр которого определяется по формуле

. ,..; :-:.: . -:V . .

..- (S + L) tga +K,

где d - диаметр отверстия, м; S - толщина пластины, м; L - расстояние от корпуса форсунки до экрана, м; а - половина угла при вершине конуса распыла; К-0,001-005 - коэффициент, и установленной так, чтобы оси отверстия и расходных каналов форсунки совпадали, позволяет снизить тепловой поток на форсунку от высокотемпературной зоны пламени и нагретых конструкций, а также предотвратить выдувание фронта пламени из камеры сгорания, т, к. препятствует прямому входу воздуха с высокой скоростью в камеру сгорания через отверстие для ввода газожидкостной струи при порывах ветра.

Выполнение выходного газового канала форсунки в виде кольцевой щели, образованной коническими, сужающимися к выходу поверхностями колпачка и корпуса форсунки, способствует тому, что газовая струя имеет максимальную скорость на выходе из газового канала, что снижает гидравлические потери по длине газового тракта форсунки, и направлена под углом к струе жидкости, за счет чего достигается более интенсивное дробление жидкостной струи на капли;

То, что наружные к выходу кромки жидкостного канала корпуса форсунки выступают наружу за кромки колпачка либо в крайнем случае установлены заподлицо с ними, позволяет исключить возможность попадания раствора льдообразующего вещества на стенки газового тракта, где, в противном случае, происходит выпарива- . ние растворителя и отложение на стенках кристаллов, что нарушает.геометрию канала и может в дальнейшем привести к полному перекрытию его кристаллами и выходу генератора из строя.

На фиг. 1 изображена пневмогидравли- ческая схема генератора; на фиг. 2 - выходная часть газожидкостной форсунки, разрез; на фиг. 3 - пример установки тепло- отражающего экрана.

Генератор содержит емкость 1 с раств.о- ром льдообразующего вещества, баллон 2, имеющий запорный вентиль и заполненный горючим газом, газожидкостную форсунку 3, камеру сгорания 4, образованную донышком 5 с отверстием, цилиндрической стенкой 6 с отверстиями для ввода воздуха и конфузором 7, устройство зажигания 8, теплоотражающий экран 9, газовую магистраль 1.0, соединяющую баллон 2 с газовым трактом форсунки 3 и имеющую редукционный клапан 11, запорное устройство 12 и регулируемый дроссель 13, газовую магистраль 14, соединяющую магистраль 10 с газовой подушкой емкости 1, предохранительный клапан 15, жидкостную магистраль 16, соединяющую емкость 1 с жидкостным трактом форсунки 3 и имеющую регулируемый дроссель 17 и запорное устройство 18.

Выходная часть форсунки (фиг. 2) имеет корпус 19с жидкостным каналом 20 для подачи раствора льдообразующего вещества. Корпус заканчивается конической, сужающейся к выходу поверхностью 21, которая совместно с сужающейся к выходу поверхностью 22 колпачка 23 образует выходной газовый канал 24 в виде кольцевой щели.

Колпачок 23 центрируется и крепится (не показано) относительно корпуса 19 так, что кромки 25 корпуса 19 форсунки выступают наружу за кромки 26 колпачка 23 либо в крайнем случае находятся с ними зэподли- цо, Теплоотражающий экран 9 (фиг. 3), выполненный из металлической пластины с отверстием, устанавливается между

донышком 5 камеры сгорания 4 и форсункой

3 с зазором так, чтобы оси отверстия экрана

и расходных каналов форсунки совпадали.

В исходном положении при подготовке

генератора к работе запорный вентиль баллона 2 открыт, редукционный клапан 11 нагружен до давления наддува емкости 1, дроссели 13 и 17 отрегулированы на требуемый расход газа и жидкости, запорные устройства .12. и 18 закрыты,

предохранительный клапан 15 настроен на давление, превышающее расчетное давление наддува емкости 1 на 5-10%.

При включении генератора открываются запорные устройства 12 и 18, раствор и

газ подаются в форсунку 3 по магистралям 10 и 16 соответственно. Из форсунки раствор выходит через жидкостный канал 20, а газ через газовый канал 24, при этом раствор и газ выводятся за пределы форсунки

каждый раздельно. После выхода из форсунки раствор распыливается горючим газом с образованием двухфазного потока, который проходит через отверстие в экране 9, увлекает за собой воздух и, смешиваясь с

ним, образует горючую смесь, которая через отверстие в донышке 5 попадает в камеру сгорания 4, где воспламеняется устройством зажигания 8. В пламени происходит испарение льдообразующего вещества, пары которого после выхода из камеры сгорания конденсируются в атмосфере с образованием мелкодисперсного аэрозоля. В процессе работы теплоотражающий экран 9 защищает форсунку 3 от лучистого

теплового потока из камеры сгорания 4 и препятствует прямому входу воздуха в камеру сгорания через отверстие в донышке 5 при порыве ветра, что предотвращает унос фронта пламени из объема камеры сгорания. Выключение генератора осуществляется закрытием запорны.х устройств 12 и 18.

При необходимости изменения режима работы генератора изменяют настройку дросселей 13 и 17, нагрузку редукционного

клапана 11, а также перемещением колпачка 23 вдоль корпуса 19 форсунки в пределах допустимого расположения кромок 25 и 26 устанавливают площадь проходного сечения на выходе из газового канала 24 в соответствии с требуемой скоростью и массой расходуемого газа,

Предлагаемая конструкция генератора льдообразующего аэрозоля по сравнению с прототипом обеспечивает более эффектов- ное использование льдообразующего вещества за счет того, что раствор подается в камеру сгорания в виде двухфазной смеси с более однородным и мелким распылом, т, к. имеется возможность изменять количество и скорость подачи раствора и газа нёзави- симо друг от друга. Это приводит к более равномерному и полному выпариванию льдообразующего вещества, а также увеличивает тепловую мощность в камере сгора- ния, что затрудняет гашение пламени порывами ветра.. ; Вывод раствора и газа из форсунки по различным каналам предотвращает отложение кристаллов, льдообразующего вещества на стенках газового канала, что сохраняет неизменным его геометрию и обеспечивает работу генератора в расчетном режиме с максимальным выходом ядер кристаллиза-. ции с грамма вещества.

Наличие теплоотражэющего экрана защищает форсунку от перегрева и, как след- CD о рмул а изобретения

1. Генератор льдообразующего аэрозоля, содержащий соединенные жидкостными и газовыми магистралями емкость для льдообразующего вещества и баллон для горючего газа, форсунку и камеру сгорания, отличающийся тем, что. с целью повышения эффективности использования льдообразующего вещества, форсунка расположена перед дном камеры сгорания и между ними установлен теплоотражаю- щий экран.

2. Генератор по п. 1, о т л и ч а ю щи и - с я тем, чтотеплоотрэжающий экран выполнен в виде металлической пластины с отверстием, диаметр d которого определяется соотношением

ствие, от вскипания растворителя в жидкостном канале, что предотвращает нарушение расчетного режима работы генератора вследствие забивания жидкостного канала отложениями льдообразующего вещества. Кроме того, теплоотражающий экран препятствует прямому входу воздушной струи в камеру сгорания при порывах ветра.и гашению пламени за счет выдувания его из объема камеры сгорания.

Испытания конструкции генератора, выполненного по схеме прототипа, показали, что через 30-40 мин после его включения начинаются пульсации давления в жидкостном тракте из-за вскипания растворителя в форсунке, при этом раствор начинает подаваться в камеру сгорания с перерывами, а через час, полтора его подача прекращается. Осмотр показал, что жидкостный, тракт форсунки забит, а температура форсунки превышает 50°С при температуре воздуха (-17)°С. Кроме того, обнаружены кристаллы льдообразующего вещества на стенках газового тракта.

При испытаниях генератора предлагаемой конструкции отказов в его работе не наблюдалось.

d 2 ( S + L) tg a + К,

где S - толщина пластины, м;

L - расстояние от корпуса форсунки до экрана, м;

а- половина угла при вершине конуса распыла;

,001 -0,005, коэффициент.

3. Генератор по п. 1, о т л и ч а ю щи и - с я тем, что выходной газовый канал форсунки выполнен в виде кольцевой щели, образованной коническими поверхностями колпачка и корпуса форсунки, при этом наружная кромка жидкостного канала корпуса форсунки выступает наружу за кромку колпачка или установлена заподлицо с ней.

Ю1Ф6А1

iVii iSiSiNiSnT A

Ј

Использование: в области метеорологии для активных воздействий на атмосферные процессы. Сущность изобретения: газожидкостная форсунка генератора расположена перед донышком камеры сгорания и защищена теплоотражающим экраном. Газовый канал форсунки выполнен в виде сужающейся кольцевой щели, выводящей газ за пределы форсунки за счет того, что кромки жидкостного канала выступают наружу за кромки газового канала либо расположены с ним заподлицо. Имеется возможность регулирования скорости истечения газа и расходов жидкости и газа независимо друг от друга. 2 з. п. ф-лы| 3 ил.

Щ

4&/г j