AT404510B

AT404510B - Einrichtung zur erzeugung eines in der luft entstehenden stromes von eiskristallen

Info

Publication number: AT404510B
Application number: AT0084391A
Authority: AT
Original assignee: Turbines S M S Inc
Priority date: 1990-04-24
Filing date: 1991-04-23
Publication date: 1998-12-28
Also published as: IT1253239B; FR2661737B1; ITMI911117A1; ATA84391A; US5180106A; ITMI911117A0; CA2015259A1; FR2661737A1

Description

AT 404 510 B

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erzeugung eines in der Luft entstehenden Stromes von Eiskristallen, mit einem länglichen Außengehäuse, einem länglichen Innenbehäuse, das im Außengehäuse angeordnet ist, einer Wasserdüse, mehreren Kernbildnem und einer sich erweiternden Düse, die am Auslaßende des Außengehäuses befestigt ist.

Solche Einrichtungen werden in der Regel als Schnee-Erzeugungsmaschinen bezeichnet und sind in zahlreichen Ausführungsformen bekannt. So zeigt die EP-A1 206.705 eine Schnee-Erzeugungsmaschine obiger Art, wogegen die AT-PS 375.764 eine Vorrichtung zum Erzeugen künstlichen Schnees zeigt, bei welcher Wasserdüsen in einem Kreisbogen angeordnet sind, welcher konzentrisch zur Gehäuseachse verläuft und so angeordnet sind, daß der Schnittpunkt der Längsachsen der Wasserdüsen im wesentlichen auf dieser Längsachse liegt.

Die bekannten Vorrichtungen konnten nicht immer voll befriedigen und die Erfindung bezweckt, die bisher bekannten Schnee-Erzeugungsmaschinen zu verbessern. Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß die beiden Gehäuse zwischen sich einen Luftkanal begrenzen, der eine venturi-förmige Zone hat, um eine allmähliche Geschwindigkeitssteigerung der durch den Luftkanal strömenden Luft hervorzurufen, und daß die Einrichtung ferner aufweist: - ein Axialflügelgebläse im Außengehäuse; - mehrere Leitflügel zwischen den Gehäusen, welche Leitflügel zusammen mit dem Axialflügelgebläse eine Einrichtung zur Erzeugung eines im wesentlichen geradlinigen Luftstromes hoher Geschwindigkeit durch den Luftkanal bilden; - einen Diffusor nahe dem Auslaßende des Innengehäuses zur Erzeugung eines im wesentlichen ringförmigen und im wesentlichen geradlinigen Luftstromes am Auslaßende des Innengehäuses, welcher Diffusor zusammen mit der sich erweiternden Düse einen äußeren, ringförmigen, divergierenden Luftstrom erzeugt, der im wesentlichen koaxial zum geradlinigen Luftstrom ist; - wobei mittels der Wasserdüse ein divergierender Wasserstrom in die Luftströme versprühbar ist und - die Kembildner im Auslaßende des Innengehäuses zur Versprühung feiner Wassertropfen abstromseitig des Auslaßendes des Innengehäuses angeordnet sind.

Die feinen Wassertropfen bilden Kerne für die Eiskristallbildung, wobei bei geeigneter Temperatur die Wassertropfen des Wasserstromes an den Kernen zur Bildung von Eiskristalien anhaften.

Die Spiralbewegung eines Luftstromes in einem Gehäuse bedingt hohe Reibungsverluste und mehr Turbulenzen am Ausgang des Gebiäsegehäuses. Unabhängig davon, ob das Wasser vom Zentrum oder der Peripherie des Luftstromes aus versprüht wird, erzeugen die Turbulenzen und die Spiralbewegung weiters eine Zentrifugalkraft, die auf die Luftgeschwindigkeit Einfluß nimmt und die Wassertropfen veranlaßt, die Fahne vorzeitig zu verlassen. Durch Verwendung eines Axialflügelgebläses und von Leitflügeln abstromseitig der Gebläseflügel wird die Tangentialgeschwindigkeit in statischen Druck zur Erzeugung eines geradlinigen Stromes übergeführt.

Die Austrittsgeschwindigkeitsverteilung der Luft und des Wassers ist von vorrangiger Bedeutung zur Erzielung eines verbesserten effektiven Wurfes der Luft/Wasser-Fahne. Der Luftausstoß von runden Öffnungen steht in Beziehung zur durchschnittlichen Austrittsgeschwindigkeit und dem Austrittskoeffizienten an der Mündung der Luftzufuhröffnung.

Die Bildung einer Luft/Wasser-Fahne hängt weitgehend von den Austrittsbedingungen ab, welche die Mischschichtzone und in geringerem Maße auch die Übergangsströmungszone beeinflussen.

Die Hauptvorgänge, welche im Strahl nach Verlassen der Austrittsöffnung vor sich gehen, sind (1) die Mischung und folglich die erneute Impulsverteilung zwischen dem Luftstrom im Strahl und der angetriebenen Umgebungsluft, und (2) die Verzögerung des Mischstrahlfluids durch den zunehmend größer werdenden Luftwiderstand.

Unabhängig von der Art der Öffnung, tendiert der Strahl dazu, eine Kreisform anzunehmen und der

Strahl erhält gegebenenfalls einen expandierenden Kern mit einem Festwinkel von 20 bis 24 * abstromseitig der vena contracta und der potentiellen Kernzone.

Weitere Kennzeichen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der Erfindung, welches in der Zeichnung schematisch dargestellt ist.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht einer Schnee-Erzeugungsmaschine nach der vorliegenden Erfindung; Fig. 2 ist eine Stirnansicht der Schnee-Erzeugungsmaschine nach Fig. 1, von links gesehen; Fig. 3 ist ein Schnitt nach der Linie lll-lll der Fig.2; Fig.4 ist eine Stirnansicht der Schnee-Erzeugungsmaschine nach Fig.1, von rechts gesehen; Fig.5 ist eine Draufsicht auf einen Flügel, welcher in der Maschine nach den Fig.1 bis 4 zur Verwendung kommt; Fig.6 ist ein Längsschnitt durch das Auslaßende der Maschine nach Fig.1, in größerem Maßstab; Fig.7 ist eine Seitenansicht eines Wirbelstreifens zwischen den in Fig.6 dargestellten Diffusorflügeln; Rg.8 zeigt in größerem Maßstab eine Stimansicht eines Abschnittes des Auslaßendes der Maschine nach Fig.1; Fig.9 ist ein Längsschnitt der Verteileinrichtungen, der Turbine und des Nucleators, welche in 2

AT 404 510 B der Maschine nach Fig.1 zur Verwendung kommen; und Fig.10 ist ein Schnitt nach der Linie X-X der Fig. 9.

Die Schnee-Erzeugungsmaschine nach der vorliegenden Erfindung (Fig.1 bis 4) weist ein langgestrecktes, rohrförmiges AuBengehäuse 1 auf, welches sich von einem glockenförmigen Einlaßteil 2 gegen eine Verengung 3 allmählich verjüngt und sich von dort nach außen zur Bildung einer rohrartigen, kegelstumpfförmigen Auslaßdüse 4 erweitert. Die verjüngte Zone des Gehäuses 1 und die Düse 4 bilden eine venturi-förmige Zone. An der Einlaßöffnung des glockenförmigen Teiles 2 ist ein Schutzgitter 5 vorgesehen.

Ein zylindrisches Innengehäuse 7 ist abstromseitig des glockenförmigen Einlaßteiles 2 (gesehen in Richtung des Luftstromes) in das Außengehäuse 1 eingebaut. Das Gehäuse trägt ein Axialflügelgebläse 8 mit einem Elektromotor 9, dessen Sockel 10 am Boden des Gehäuses befestigt ist. Am Motor 9 ist ein Gehäuse 11 für elektrische Anschlüsse vorgesehen, mit denen der Motor an eine nicht dargestellte elektrische Energiequelle anschließbar ist. Die Flügel 12 erstrecken sich von einem Laufraddeckel 13 am Einlaßende des Gehäuses 7 radial nach außen. Zwischen dem AuBengehäuse 1 und dem Innengehäuse 7 verlaufen mehrere radiale Leitflügel 14, und zwar abstromseitig der Rüget 12. Es sind neun bis elf Rüget 14 in gleichmäßigen Abständen rund um den Umfang des Innengehäuses 7 angeordnet. Die Rügel 14 haben die in Rg.5 dargestellte Gestalt und dienen dazu, einen im wesentlichen geradlinigen Luftstrom im Kanal zwischen dem AuBengehäuse 1 und dem Innengehäuse 7 zu erzielen, jeder in der Seitenansicht trapezähnliche Rügel 14 ein Vorderende 15, welches in Bezug auf den gewünschten längsverlaufenden Luftstrom geneigt ist, und ein Hinterende 16, welches vom Innengehäuse 7 nach außen geneigt ist, jedoch mehr oder weniger in Bezug auf die gewünschte Richtung des Luftstromes ausgerichtet ist. Die Führungsflügel 14 sind von den Hinterenden der Rügel 12 etwa 5,1 bis 10,2 cm entfernt und erstrecken sich über zumindest die Hälfte der Entfernung zwischen dem Hinterende der Rügel 12 und dem Auslaßende 3 des Gehäuses 1.

Wie am besten in den Fig.6 bis 8 ersichtlich ist, sind in der Auslaßdüse 4 unmittelbar abstromseitig der Verengung 3 innere und äußere zylindrische Diffusor-Platten 17 bzw. 18 vorgesehen. Die äußere Diffusor-Platte 17 ist mittels in gleichmäßigen Abständen rund um den Umfang der Platten 17 verteilt angeordneter Streifen 19 an der Auslaßdüse 4 befestigt. Die innere Diffusor-Platte 18 ist am zulaufenden Hinterende 20 des Innengehäuses 7 mittels Verbindungsstücken oder Wirbelstreifen 21 festgelegt. Die Streifen 21 (Rg.7) haben Hinterenden 22, die in den Luftstrom geneigt sind, weicher durch den Kanal zwischen der Platte 18 und dem Ende 20 des Innengehäuses 7 strömt.

Im Hinterende 20 des Innengehäuses 7 ist ein Verteilergehäuse 23 befestigt. Dieses Gehäuse 23 (Rg.9,10) weist eine zylindrische Seitenwand 24, eine kreisförmige innere bzw. vordere Stirnwand 25 und eine äußere bzw. hintere Stirnwand 26 auf. Mit einem Verbindungsstück 27 an der vorderen Stirnwand 25 ist das Gehäuse 23 an eine Quelle für Druckwasser angeschlossen. Das Wasser tritt in das Außengehäuse 1, in das Innengehäuse 7 und schließlich in das Verteilergehäuse 23 durch eine Einlaßleitung 28 ein. Die Hauptmenge des Wassers strömt durch ein im Zentrum des Gehäuses 23 liegendes Rohr 30 zu einer von einer Turbine 31 gebildeten Düse. Die Turbine 31, welche ähnlich der in der US-Patentschrift 4,711.395 beschriebenen Turbine ausgebildet ist, versprüht einen Hochdruckstrom von Wassertropfen mittig in Bezug auf die Auslaßdüse 4, zwecks Mischung mit vom Gebläse 8 kommender Luft und mit Eiskörnchen.

Die Restmenge des im Rohr 30 strömenden Wassers wird durch ein Verbindungsstück 32 in einer zylindrischen Seitenwand 33 eines Wasserverteilers 34 zu einem Druckregler 35 abgeleitet und hierauf durch ein Rohr 36 in die innere Verteilerkammer 38 zwischen der Wand 33 und dem Rohr 30. Der Wasserverteiler 34 ist mittels Rohren 41 an mehrere Kemerzeuger 40 (Nucleatoren) angeschlossen. Die Rohre 41 erstrecken sich durch ein Kernerzeugergehäuse 42 zu einem Mischkopf 43. Im Mischkopf 43 wird das Wasser mit von einem Druckluftverteiier 45 kommender Druckluft gemischt (Rg .9). Der Druckluftverteiler 45 ist an eine Druckluftquelle mittels einer nicht dargestellten Leitung angeschlossen, die sich durch das äußere Gehäuse 1 und das innere Gehäuse 7 erstreckt. Die Luft strömt durch den Verteiler 45 und Rohre 46 zum Mischkopf 43. An der Innenseite des Gehäuses 42 ist eine Isolierung 48 vorgesehen, um die Gefahr eines Einfrierens der Rohre 41 zu verringern. Die Mischung aus Wasser und Druckluft wird aus den Kernbildnern 40 über pneumatische Zerstäuberdüsen 50 versprüht.

Im Betrieb wird durch das Gebläse 8 und die Leitflügel 14 ein ringförmiger gerade gerichteter Luftstrom zwischen dem AuBengehäuse 1 und dem Innengehäuse 7 erzeugt. Dieser Luftstrom strömt zwischen die Diffusorplatten 17 und 18 und wird in zylindrische Schichten aufgeteilt. Zumindest ein Teil der äußersten Schicht, welche zwischen dem AuBengehäuse 1 und den Diffusorplatten strömt, neigt infolge des Coanda-Effekts dazu, an der Abgabedüse 4 zu haften. In Abhängigkeit vom Spalt zwischen dem AuBengehäuse 1 und den Diffusorplatten und vom Winkel der Auslaßdüse 4, legt sich die Außenschicht der Luft automatisch an die innere Oberfläche der Auslaßdüse an, d. h„ die äußere Luftschicht wird verlangsamt, wobei ein ringförmiger divergierender Strom aus dem freien Auslaßende der Düse 4 entsteht. Ein Teil der Luft strömt zwischen der inneren Verteilerplatte 18 und dem Innengehäuse 7 und bildet einen im wesentlichen ringförmigen und gerade gerichteten Strom, der sich mit den feinen Wassertropfen, die von den Kembild- 3

Claims

ΑΤ 404 510 Β nern 40 abgegeben werden, sowie mit dem Wasser von der Turbine 31 mischt. Bei geeigneter Temperatur bildet die resultierende Mischung Schnee im Abstand vom Auslaßende der Maschine. Durch die Erzeugung eines im wesentlichen geradlinigen Luftstromes und die Überführung der Tangentialbewegung der Luft in statischen Druck mittels der Führungsflügel abstromseitig der Gebläseschaufeln, und durch Vergrößerung der Luftmassengeschwindigkeit durch einen Venturi-Form aufweisenden Bereich, wird ein Hochgeschwindigkeitsluftstrom hoher Trägheit ohne Aufwand zusätzlicher Energie erzeugt. Dies läßt sich aus dem bekannten Bernoulli-Theorem erklären. Der umschlossene Abschnitt des Gebläsegehäuses ermöglicht eine Steigerung der Luft(druck)-geschwindigkeit, wobei der statische Druck bei konstantem Gesamtdruck abnimmt. Der statische Druck wird negativ und ermöglicht es, daß der Geschwindigkeitsdruck den Gesamtdruck übersteigt. Da die Geschwindigkeit des äußeren Umfangsabschnittes des ringförmigen Luftstromes gering ist, wird weniger Umgebungsluft angetrieben und der effektive Wurf des Luftstromes gesteigert. Die zwischen dem inneren Diffusorring und dem Innengehäuse strömende Luft wird in den Vakuumspalt gepumpt, der zwischen dem ringförmigen Luftstrom und dem Wasserstrahl entsteht. Der Coende-Effekt ist des Phänomen des Anhaftens eines Flüssigkeitsstrahles an einer festen Oberfläche. Der Coende-Effekt tritt auf, wem eine gerügend lange Platte einem Flüssigkeitsstrahl genenert wird, der perallel zur Platte strömt. Wem die Platte gekrümmt wird, wird auch der Strehl gekrümmt und berührt die Platte. Die Anwendung dieses Phänomens auf den ringförmigen Luftstrom mit einem gerügend langen divergierenden Kegel, bewirkt die Bildung eines divergierenden ringförmigen Luftstrahles. Patentansprüche 1. Einrichtung zur Erzeugung eines in der Luft entstehenden Stromes von Eiskristallen, mit • einem länglichen Außengehäuse (1); - einem länglichen Innengehäuse (7), das im Außengehäuse (1) angeordnet ist, - einer Wasserdüse (50); - mehreren Kernbildnern (40); - und einer sich erweiternden Düse (4), die am Auslaßende des Außengehäuses (1) befestigt ist; dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gehäuse (1,7) zwischen sich einen Luftkanal begrenzen, der eine venturi-förmige Zone hat, um eine allmähliche Geschwindigkeitssteigerung der durch den Luftkanal strömenden Luft hervorzurufen und daß die Einrichtung ferner aufweist: • ein Axialflügelgebläse (8) im Außengehäuse (1); - mehrere Leitflügel (14) zwischen den Gehäusen (1,7), welche Leitflügel (14) zusammen mit dem Axialflügelgebläse (8) eine Einrichtung zur Erzeugung eines im wesentlichen geradlinigen Luftstromes hoher Geschwindigkeit durch den Luftkana! bilden; - einen Diffusor (17,18) nahe dem Auslaßende (20) des Innengehäuses (7) zur Erzeugung eines im wesentlichen ringförmigen und im wesentlichen geradlinigen Luftstromes am Auslaßende (20) des innengehäuses (7), welcher Diffusor zusammen mit der sich erweiternden Düse (4) einen äußeren, ringförmigen, divergierenden Luftstrom erzeugt, der im wesentlichen koaxial zum geradlinigen Luftstrom ist; - wobei mittels der Wasserdüse (50) ein divergierender Wasserstrom in die Luftströme versprühbar ist und - die Kembildner (40) im Auslaßende (20) des Innengehäuses (7) zur Versprühung feiner Wassertropfen abstromseitig des Auslaßendes (20) des Innengehäuses (7) angeordnet sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitflügel (14) in geringem Abstand abstromseitig der Flügel (12) des Axialfiügelgebläses (8) angeordnet sind und sich zumindest über die halbe Entfernung zwischen diesen Flügeln (12) und der venturi-förmigen Zone erstrecken.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß der Diffusor eine erste im wesentlichen ringförmige Platte (18) nahe dem Innengehäuse (7) und eine zweite im wesentlichen ringförmige Platte (17) nahe der venturi-förmigen Zone aufweist.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Platte (18) das Hinterende (20) des Innengehäuses (7) übergreift und sich in Richtung des Luftstromes über die Kembildner (40) erstreckt, und wobei die zweite Platte (17) die erste Platte (18) überlappt und sich über das Hinterende davon zustromseitig des Austrittsendes der Wasserdüse (50) hinauserstreckt. 4 AT 404 510 B
5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verteilereinrichtung (34) im Auslaßende des Innengehäuses (7) vorgesehen ist, welcher Wasser und Luft unter Druck gesondert zugeführt werden, wobei die Verteilereinrichtung (34) die Wasserdüsen (50) und die Kernbildner (40) trägt. 5
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß die Verteilereinrichtung (34) eine Wasserverteilerleitung aufweist, der Wasser unter Druck zugeführt wird und die das Wasser zu den Kernbildnern (40) führt, und daß die Verteilereinrichtung (34) weiters eine Luftverteilerleitung (45) aufweist, der Druckluft zugeführt wird und die die Luft zu den Kembildnern (40) führt. io
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß die Verteilereinrichtung (23) eine Leitung (30) aufweist, die sich durch den Wasserverteiler (34) erstreckt und die Wasserdüseneinrichtung (31) an ihrem einen Ende trägt, und wobei dieser Leitung (30) Wasser unter Druck zugeführt wird, um es durch die Wasserdüseneinrichtung (31) zu versprühen und in den Wasserverteiler (34) zu leiten. 15
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß die Verteilereinrichtung (23) eine zylindrische Wand (24) hat, die koaxial mit der Leitung (30) verläuft und den Wasserverteiler (34) bildet, und wobei eine Druckregeleinrichtung (35) außerhalb der Wand (24) vorgesehen ist, die Wasser aus der Leitung (30) erhält, und wobei eine Rückführleitung (36) vorgesehen ist, die Wasser aus dem 20 Druckregler (35) in den Wasserverteiler (34) zur Verteilung an die Kembildner (40) führt.
9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Gehäuse (1, 7) im wesentlichen rohrförmig sind.
10. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das Außengehäuse (1) einen konvergie renden Abschnitt (3) hat, welcher zusammen mit der sich erweiternden Düse (4) die venturi-förmige Zone (3) bildet. Hiezu 4 Blatt Zeichnungen 30 35 40 45 50 5 55