патент
№ RU 2701329
МПК F25C3/04

Способ производства искусственного снега для сельского хозяйства

Авторы:
Сыроватка Владимир Иванович Жданова Наталья Владимировна Обухов Андрей Дмитриевич
Все (9)
Номер заявки
2019111663
Дата подачи заявки
18.04.2019
Опубликовано
25.09.2019
Страна
RU
Дата приоритета
25.06.2024
Номер приоритета
Страна приоритета
Как управлять
интеллектуальной собственностью
Иллюстрации 
1
Реферат

Изобретение относится к сельскохозяйственному производству, а именно к оборудованию получения искусственного снега. Способ включает обработку турбулентного потока воздуха СВЧ-энергией, поляризацию химических элементов воздуха и капель воды из его влаги, смешивание воздуха, воды и двуокиси углерода и струйный выброс водовоздушной смеси под давлением в атмосферу. Водовоздушную смесь выбрасывают в вертикальный цилиндрический диффузор и дополнительно продувают ее снизу вверх атмосферным воздухом. Затем отбирают теплоту из капель факела, регулируют время пребывания смеси в цилиндрическом диффузоре скоростью передвижения водовоздушной смеси и доставляют снег из кристаллов заданных размеров к месту применения. Использование изобретения позволит получить искусственный снег. 1ил.

Формула изобретения

Способ производства искусственного снега для сельского хозяйства, включающий обработку турбулентного потока воздуха СВЧ-энергией, поляризацию химических элементов воздуха и капель воды из его влаги, смешивание воздуха, воды и двуокиси углерода и струйный выброс водовоздушной смеси под давлением в атмосферу, отличающийся тем, что водовоздушную смесь выбрасывают в вертикальный цилиндрический диффузор и дополнительно продувают ее снизу вверх атмосферным воздухом, отбирают теплоту из капель факела, регулируют время пребывания смеси в цилиндрическом диффузоре скоростью передвижения водовоздушной смеси, доставляют снег из кристаллов заданных размеров к месту применения.

Описание

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.

Известен «Способ образования искусственного снега и устройство для его осуществления» (патент RU № 2032869, МПК F 25 C 3/04, 1995), по которому предусмотрено образование искусственного снега раздельной подачей рабочего газа под повышенным давлением и распыленной жидкости, устройство снабжено камерой для мгновенного расширения части потока газа. Установка конструктивно сложная и труднореализуемая на практике.

Известно «Устройство для получения искусственного снега» (патент RU № 2129691, МПК F 25 C 3/00, 1999), 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» (патент RU № 2676134, МПК F 25 C 3/04, 2018) - принят за прототип, по которому проводят обработку турбулентного потока воздуха СВЧ-энергией , поляризацию химических элементов воздуха и капли воды из его влаги, смешивание воздуха, воды и двуокиси углерода и струйный выброс водовоздушной смеси под давлением в атмосферу.

Используется СВЧ-энергия, генератор СВЧ-энергии и струйные форсунки, однако струйные форсунки недостаточно создают мельчайших капель, от этого способа зависит качество и производительность установки.

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

Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе производства искусственного снега для сельского хозяйства, включающем обработку турбулентного потока воздуха СВЧ-энергией, поляризацию химических элементов воздуха и капли воды из его влаги, смешивание воздуха, воды и двуокиси углерода и струйный выброс водовоздушной смеси под давлением в атмосферу, согласно изобретению, водовоздушную смесь выбрасывают в вертикальный цилиндрический диффузор и дополнительно продувают ее снизу вверх атмосферным воздухом, отбирают теплоту из капель факела, регулируют время пребывания смеси в цилиндрическом диффузоре скоростью передвижения водовоздушной смеси, доставляют снег из кристаллов заданных размеров к месту применения.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена - схема «Способ производства искусственного снега для сельского хозяйства».

Способ производства искусственного снега для сельского хозяйства осуществляется устройством, которое 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 коническим диффузором 13, образующего водовоздушный факел 14. На крышке смесительной камеры 15 закреплен цилиндрический диффузор 16, на верху 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.

Способ производства искусственного снега для сельского хозяйства осуществляется следующим образом.

Воздух средством 1 нагнетается в сопло Лаваля 2, где в объеме выходного конуса сопла Лаваля посредством СВЧ-камеры 3 и генератора СВЧ-энергии 4 создается электромагнитное поле - радиоволны миллиметрового диапазона, которые концентрируются в центре конуса. Поток воздуха продувается 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, которые 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 поля или опытный участок, то на конец шланга, который фиксируется опорой 23, 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 соплу Лаваля газ сжимается, температура и давление повышаются, затем 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).

Водовоздушная смесь при выходе с большой скоростью из 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,но 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 способа производства искусственного снега для сельского хозяйства позволит повысить эффективность образования кристаллов снега в продуваемом вертикальном, цилиндрическом диффузоре, так как скорость свободного падения капель смеси в неподвижном воздухе диаметром до 100 мкм 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).

Мелкие капли, обладая высокой парусностью, приобретают большую скорость в цилиндрическом диффузоре, чем крупные; поэтому происходит отбор кристаллов снега по размеру в меру их замерзания: мелкие капли смеси замерзают быстрее и при постоянной скорости движения воздушного потока в вертикальном диффузоре перемещаются с большей скоростью и меньше времени находятся в диффузоре, чем крупные, которые в 5-6 раз дольше преодолевают тот же путь и замерзают. При регулируемой подаче воздуха в диффузор обеспечивается полное замораживание капель различных размеров и повышение коэффициента снегообразования.

Применение способа производства искусственного снега позволит его производить на открытом воздухе, что эффективно в зимнее время, использовать снег в помещении в любое время года при положительной и отрицательной температурах атмосферного воздуха.

Как компенсировать расходы
на инновационную разработку
Похожие патенты