CN116928920B - 一种造雪机及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种造雪机及控制方法，属于造雪机技术领域。包括喷雾系统、造雪系统和检测机构，所述检测机构分别与喷雾系统和造雪系统通信连接，所述检测机构检测环境温度并区分为低温环境与高温环境，所述喷雾系统接收到检测机构检测环境温度为低温时启动，所述造雪系统接收到检测机构检测环境温度为高温时启动，本发明通过检测机构的检测来让造雪在不同地域气候条件下实现不同的造雪方法来进行高效的造雪的问题。

Description

一种造雪机及控制方法

技术领域

本发明属于造雪机技术领域，具体涉及一种造雪机及控制方法。

背景技术

造雪机的原理是：将水注入一个专用喷嘴或喷枪，在那里接触到高压空气，高压空气将水流分割成微小的粒子并喷入寒冷的外部空气中，在落到地面以前这些小水滴凝固成冰晶，冰晶与空气中的水雾或者喷出的水雾碰撞后催化冻结，形成雪花。

目前，造雪机的形式主要分为两种：第一种是制冰装置生产出片冰，然后以片冰为原料造雪，其工作流程是：先通过制冰装置将水制成片冰，再通过碎冰装置把已经造好的片冰粉碎成粉末，最后把粉末状的冰晶通过空气输送系统送出，让冰晶吸附空气中的水分或者进行人工喷出水雾来让冰晶进行吸附，从而完成人工造雪。另一种是采用传统的高压水与空气混合造雪，其工作流程是：来自高压水泵的高压水与来自空气压缩机的高压空气在双进口喷嘴处混合，利用自然蒸发和空气出喷嘴后的体积膨胀带走热量而使雾滴凝固成冰晶。

而目前的造雪机对环境的温度和湿度要求较高，只能在湿球温度为-14～-2℃的范围内进行人工造雪，且雪质受环境的温度和湿度影响较大。并实现在不同地域气候条件下进行高效的造雪。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种造雪机及控制方法，解决了现有的造雪机无法在不同地域气候条件下进行高效的造雪的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种造雪机，包括喷雾系统、造雪系统和检测机构，所述检测机构分别与喷雾系统和造雪系统通信连接，所述检测机构检测环境温度并区分为低温环境与高温环境，所述喷雾系统接收到检测机构检测环境温度为低温时启动，所述造雪系统接收到检测机构检测环境温度为高温时启动。

作为本发明的一种优选技术方案，还包括风筒、喷嘴、风机、水泵、水箱、制冷器、超声波换能器和空压机，所述喷嘴安装于风筒的前端，所述检测机构安装于风筒的外侧壁并与风机、水泵、超声波换能器和空压机通信连接，所述风机安装于风筒的内底面，所述水箱与风筒的内部连通，所述超声波换能器安装于水箱内，所述制冷器安装于水箱外壁的一侧，所述水泵位于水箱的另一侧并与水箱连通，所述水泵的出水口还与喷嘴连通，所述空压机与水箱连通，所述风筒、风机、水泵、水箱和空压机构成喷雾系统，所述风筒、喷嘴、风机、水泵、水箱、制冷器、超声波换能器和空压机构成造雪系统。

作为本发明的一种优选技术方案，所述水箱与水泵和风筒的连通位置均设置有电磁阀，所述电磁阀均与检测机构通信连接，所述水泵与水箱的连通处还设置有电磁换向阀，所述水泵与喷嘴的连通处设置有调节阀，所述电磁阀位于电磁换向阀与水泵之间，所述调节阀位于电磁换向阀与喷嘴之间，所述电磁换向阀和调节阀均与检测机构通信连接。

作为本发明的一种优选技术方案，所述检测机构包括温度计，所述温度计与电磁阀通信连接。

作为本发明的一种优选技术方案，所述检测机构还包括湿度计，所述湿度计分别与电磁换向阀和调节阀通信连接。

作为本发明的一种优选技术方案，所述水箱的内底部设置过滤板，所述过滤板的顶面还设置有过滤膜。

作为本发明的一种优选技术方案，所述水箱的底部开设有排水口，所述排水口与水泵的入水口连通。

作为本发明的一种优选技术方案，所述水箱为高压水气箱。

基于上述一种造雪机，本发明还提出了一种造雪机控制方法，包括以下步骤：

S1：检测，检测机构对环境中的温度和湿度进行检测；

S2：判断，当温度小于-2°时，造雪机进入低温运转模式，高于-2°时，进入高温运转模式；

S21：低温模式；水泵和空压机将水气填充进水箱混合通过电磁阀进入到风筒内进行第一次雾化，再通过风机鼓吹通过风筒口进行第二次雾化后吹到空气中生长成雪花；

S22：高温模式；水泵向水箱内提供冷水，制冷器将水箱内的水进行过冷，超声波换能器对过冷水进行震动，使内部冻结成冰晶，超声波换能器结束后剩余的水从水箱底部的出水口流回水泵，空压机往水箱内吹气，将冰晶吹入到风筒内，风机再将冰晶从风筒口吹出，同时水泵通过电磁换向阀将水从喷嘴中喷出，冰晶与水雾碰撞结合完成造雪。

作为本发明的一种优选技术方案，在步骤S22中，检测机构检测外界的湿度，所述调节阀根据湿度调整喷嘴的水流量。

本发明的有益效果为：

1.通过检测机构对外界环境的检测，让造雪机在不同地域气候条件下可以运转不同的模式来实现造雪；

2.在运转低温模式时，通过水泵和空压机将水气填充进水箱混合，让水可以被气流冲击成细小颗粒再喷出来完成造雪，同时将水箱、气箱共用，减少了设备成本，提高了能源利用率；

3.在运转高温模式时，通过超声换能器来将制冷器制备的过冷水震动成冰晶颗粒，再通过空压机配合风机将冰晶从风筒中吹入空中，配合喷嘴喷出的水雾来完成造雪，实现了在零上低温环境下的人工造雪，同时有效的提高了造雪效率。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明风筒结构示意图；

图3为本发明水箱结构示意图；

主要元件符号说明

图中：1、风筒；2、喷嘴；3、风机；4、水泵；5、水箱；51、过滤板；52、过滤膜；53、排水口；6、制冷器；7、超声波换能器；8、空压机；9、检测机构；91、温度计；92、湿度计；101、电磁阀；102、电磁换向阀；103、调节阀；104、导流扇。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。

请参阅图1-3，本实施例提供了一种造雪机，包括喷雾系统、造雪系统和检测机构9，检测机构9分别与喷雾系统和造雪系统通信连接，检测机构9检测环境温度并区分为低温环境与高温环境，喷雾系统接收到检测机构检测环境温度为低温时启动，造雪系统接收到检测机构9检测环境温度为高温时启动，在进行人工造雪时，若是检测机构9检测到外部的环境处于零下并进行造雪时，喷雾系统向空气中喷出水雾，水雾可以在低温的环境中快速结成冰颗粒，冰颗粒吸附与空气中的水分或者水雾长成雪花，从而完成人工造雪，而检测机构9检测到外界的温度并不足以让水雾快速冻结成冰晶时，此时造雪系统将将冰晶吹进空气中，同时喷出水雾，让冰晶与水雾接触从形成雪花，完成人工造雪。

而为了更好的进行造雪，在本实施例中，还包括风筒1、喷嘴2、风机3、水泵4、水箱5、制冷器6、超声波换能器7、空压机8和检测机构9，喷嘴2安装于风筒1的前端，检测机构9安装于风筒1的外侧壁并与风机3、水泵4、超声波换能器7和空压机8通信连接，风机3安装于风筒1的内底面，水箱5与风筒1的内部连通，超声波换能器7安装于水箱5内，制冷器6安装于水箱5外壁的一侧，水泵4位于水箱5的另一侧且出水口与水箱5连通，水泵4的出水口还与喷嘴2连通，空压机8与水箱5连通，风筒1、喷嘴2、风机3、水泵4、水箱5和空压机构成喷雾系统，风筒1、喷嘴2、风机3、水泵4、水箱5、制冷器6、超声波换能器7和空压机8构成造雪系统，在进行人工造雪时，若是检测机构9检测到外部的环境处于零下并进行造雪时，水泵4向水箱5内提供水，空压机8向水箱5内吹气，通过空压机8的吹气来将水箱5内的水吹向风筒1中，在这个过程中，水会进行第一雾化形成水雾，而此时风机3启动将风筒1内的水吹向空气中，而在水从风筒1进入空气中时会进行第二次雾化，从而使得进入空气中的水雾可以在低温的环境中快速结成冰颗粒，冰颗粒吸附于空气中的水分或者水雾长成雪花，从而完成人工造雪，同时风筒1中喷出的水雾同样可以依附在空气中的颗粒从而长成雪花，而在检测机构9检测到外界的温度并不足以让水雾快速冻结成冰晶时，此时水泵4向水箱5内提高水，然后制冷器6将水箱5内的水进行制冷将其形成过冷水，当水箱5内的水为过冷水时，超声波换能器7将启动将过冷水震动为冰晶，然后空压机8启动将冰晶吹入风筒1中，再将冰晶吹进空气中，而此时水泵4将水从喷嘴2中喷出水雾，让冰晶与水雾接触从形成雪花，完成人工造雪。

由于滑雪度假村、滑雪场、滑雪道和其他冬季运动场地需要足够的雪量来保证顺畅滑行和激情体验的关键，但是自然降雪是一种自然现象，通常受到地域和气候条件的影响，而且持续时间通常有限，随着社会经济的发展，为了满足目前对于雪量的要求，通过人工造雪，可以提供更长的滑雪季节，对于滑雪旅游业来说，可以吸引更多的滑雪爱好者和游客，从而提高经济收入，而且通过人工造雪可以减少对自然降雪的依赖性。这对于运营滑雪场所、比赛等场地非常有利，可以提高可靠性和可预测性。但是目前的造雪机在空气温度零度以上就难以稳定造雪，具有一定的局限性，如何实现在不同地域气候条件下高效造雪是目前造雪机面临的一大难题。

为了解决造雪机在不同地域气候条件下无法进行高效造雪的问题，本方案通过检测机构9的检测结果，让水泵4、空压机8、制冷器6和超声波换能器7在不同的环境下进行不同的启动步骤和启动时间，从而使得在不同的温度情况下都可以进行造雪，解决了在不同地域气候条件下高效造雪的问题，提高了造雪效果，减少了设备成本。

为了更好在不同的环境下的实现不同的造雪方法来进行造雪，本实施例中，水箱5与水泵4和风筒1的连通位置均设置有电磁阀101，电磁阀101均与检测机构9通信连接，通过在水箱5与水泵4和风筒1的连通位置设置有电磁阀101，让检测机构9检测到不同的环境时，电磁阀101可以控制从水箱5进入到风筒1中水的通断和水泵4进入到水箱5中水的通断时间，当外界处于低温环境时，水泵4和空压机8都会向水箱5内提供水气，而此时位于水箱5与风筒1之间的电磁阀101先将其通道进行闭合，让水箱5内处于高压的状态，当水箱5内的压力达到预定值时，电磁阀101打开，水箱5内的水会喷向风筒1内，在这个过程中，水箱5内的水会进行第一次的雾化形成小水滴，此时风机3启动将风筒1中的水雾吹向空气中，当水雾从风筒1中经过时会进行第二次雾化，保证喷向空气中的水雾的最大颗粒直径可以满足以下公式：

式中：cw水的恒压比热容，取4200J/kg；Dc水蒸气在空气中的扩散系数，取2.2x10-5m2/s；sh、Nu分别为舍伍德数与努赛尔数，在此认为水滴随着空气运动，两者之间没有相对运动V＝0，故Re＝0，sh＝Nu＝2；T为环境温度；C_V为空气中水蒸气浓度，mol/m³；C_S为饱和水蒸气浓度，取0.308545mol/m3；λ为空气导热率，取0.0244W/(mK)；r_L为水的蒸发潜热，取2501.6kJ/kg。

式中水滴温度Tw为时间t的单值函数，未知量为水滴初始直径Do：考虑4℃(冬季湖泊水温为4℃)的水滴从喷嘴喷出开始，到相变成雪晶需要时间，且时间不能过长，否则水滴落地时仍不会发生相变形成雪晶，假设时间为0.1s、1s、、2s。则边界条件：

T_W＝277.15t＝0；T_W＝273.15,t＝0.1、1、2

根据上述两个式子可解得任意温湿度下对应的造雪临界水滴直径。表1至3为相变时间0.1s、1s、2s下临界水滴直径。

表1造雪临界水滴直径(t＝0.1s)μm

表2造雪临界水滴直径(t＝1s)μm

表3造雪临界水滴直径(t＝2s)μm

当水滴直径处于上述范围时，即可表示可以完成人工造雪。

而为了让水滴可以在风筒1中进行第二次雾化，在风筒1内还转动设置有导流扇，导流扇与风机3连接，当水滴被风机3吹向空气中时，风机3会带着导流扇一起进行转动，位于风筒1中的水滴会经过旋转过程中的导流扇的碰撞和导流，从而进行第二次雾化，以此来保证喷向空中的水雾的直径可以满足造雪的临界直径。

为了更好的对水泵4中的水流进行控制，从而完成在不同的环境下都可以完成造雪，在一实施例中，水泵4与水箱5的连通处还设置有电磁换向阀102，水泵4与喷嘴2的连通处设置有调节阀103，电磁阀101位于电磁换向阀102与水泵4之间，调节阀103位于电磁换向阀102与喷嘴2之间，电磁换向阀102和调节阀103均与检测机构9通信连接，通过电磁换向阀102来控制水泵4水的流向，当处于低温环境时，电磁换向阀102将水泵4与水箱5进行接通；而当环境的温度无法使喷出的水雾凝结成冰晶来完成造成雪时，电磁换向阀102先将水泵4与水箱5进行接通，完成过冷水后断开与喷嘴2进行接通，让风筒1中喷出冰晶，喷嘴2中喷出水雾来完成造雪，而通过调节阀103可以控制水泵4向喷嘴2中喷出的水流量，当检测机构9检测到空气中的水含量将高时，调节阀103将减少水泵4中流到喷嘴2的水流量，调节阀103的调节大小与空气中的水分形成反比，确保不会因为水分过多而导致在进行造雪时无法形成粉雪，而是实现泥浆雪，而泥浆雪无法满足滑雪场等场地的要求。

为了更好的对环境的温度进行检测，在一实施例中，检测机构9包括温度计91，温度计91与电磁阀101通信连接，通过温度计91来将环境的温度进行检测，并将检测结果通过控制终端的处理后传输至电磁阀101中，当外界处于低温环境时，位于水箱5与风筒1之间的电磁阀101先将其通道进行闭合，让水箱5内处于高压的状态，当水箱5内的压力达到预定值时，电磁阀101打开，水箱5内的水会喷向风筒1内，以此来保证在不同的温度下都可以进行造雪。

为了更好的对环境的湿度进行检测，在一实施例中，检测机构9还包括湿度计92，湿度计92分别与电磁换向阀102和调节阀103通信连接，因为在进行造雪时环境的湿度决定了从喷嘴2中喷出的水雾量有关，而喷嘴2喷出的水雾量受电磁换向阀102和调节阀103控制，因此通过湿度计92对环境的检测结果来对电磁换向阀102和调节阀103的控制来调整喷嘴2中喷出的水雾的大小，来保证在不同的湿度情况下，喷嘴2中喷出的水雾都可以满足其临界直径的要求。

为了保证在形成的过程中，水箱5中剩余的水不会吸收水箱5中的热量而导致冰晶融化的情况发生，在一实施例中，水箱5的内底部设置过滤板51，过滤板51的顶面还设置有过滤膜52，在制冷器6将水箱5中的水制冷形成过冷水后，超声波换能器7通过震动将过冷水形成冰晶后，并不是全部的水都会形成冰晶，而当剩余的过冷水与进行接触时冰晶会慢慢的进行融化，因此在水箱5的内底部设置过滤板51，在过滤板51的顶面设置有过滤膜52，通过过滤板51和过滤膜52将冰晶阻拦在过滤板51顶面上，让水掉落在过滤板51下方，将水与冰晶进行隔开，避免冰晶在与水的接触中慢慢融化而导致造雪的效率降低。

而为了对资源的再次利用，减少资源的浪费，在一实施例中，水箱5的底部开设有排水口53，排水口53与水泵4的入水口连通，将水泵4与水箱5的排水口53进行连通，让水泵4可以将水箱5中剩余的水进行排除，来进行资源的重复利用，避免资源的浪费，而且从水箱5中回收的水的温度低于其他水的温度，在进行再次造雪时，可以减少制冷器6的制冷时间，减少能源的损耗。

为了更好的将水箱5中的水气喷入风筒1中，在一实施例中，水箱5为高压水气箱，通过高压水气箱来更好的储存空压机8与水箱5中进入的气体和水，让水箱5可以处于一个高压的状态，在电磁阀101打开后可以更好的将水喷到风筒1中进行第一次雾化。

基于上述一种造雪机，本发明还提出了一种造雪机控制方法，包括以下步骤：

S1：检测，检测机构9对环境中的温度和湿度进行检测；

S2：判断，当温度小于-2°时，造雪机进入低温运转模式，高于-2°时，进入高温运转模式；

S21：低温模式；水泵4和空压机8将水气填充进水箱5混合通过电磁阀101进入到风筒1内进行第一次雾化，再通过风机3鼓吹通过风筒1口进行第二次雾化后吹到空气中生长成雪花；

S22：高温模式；水泵4向水箱5内提供冷水，制冷器6将水箱5内的水进行过冷，超声波换能器7对过冷水进行震动，使内部冻结成冰晶，超声波换能器7结束后剩余的水从水箱5底部的出水口流回水泵4，空压机8往水箱5内吹气，将冰晶吹入到风筒1内，风机3再将冰晶从风筒1口吹出，同时水泵4通过电磁换向阀102将水从喷嘴2中喷出，冰晶与水雾碰撞结合完成造雪。

为了更好的控制喷嘴2的水流量来保证造雪的效果，在一实施例中，在步骤S22中，检测机构9检测外界的湿度，调节阀103根据湿度调整喷嘴2的水流量，因为空气的水分含量与喷出的水雾的直径有关，因此，调节阀103通过检测机构9检测的湿度来控制喷嘴2中喷出的流速来控制控制喷出的水雾的直径大小。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种造雪机，其特征在于：包括喷雾系统、造雪系统和检测机构，所述检测机构分别与喷雾系统和造雪系统通信连接，所述检测机构检测环境温度并区分为低温环境与高温环境，所述喷雾系统接收到检测机构检测环境温度为低温时启动，所述造雪系统接收到检测机构检测环境温度为高温时启动；

还包括风筒、喷嘴、风机、水泵、水箱、制冷器、超声波换能器和空压机，所述喷嘴安装于风筒的前端，所述检测机构安装于风筒的外侧壁并与风机、水泵、超声波换能器和空压机通信连接，所述风机安装于风筒的内底面，所述水箱与风筒的内部连通，所述超声波换能器安装于水箱内，所述制冷器安装于水箱外壁的一侧，所述水泵位于水箱的另一侧并与水箱连通，所述水泵的出水口还与喷嘴连通，所述空压机与水箱连通，所述风筒、风机、水泵、水箱和空压机构成喷雾系统，所述风筒、喷嘴、风机、水泵、水箱、制冷器、超声波换能器和空压机构成造雪系统；

所述水箱与水泵和风筒的连通位置均设置有电磁阀，所述电磁阀均与检测机构通信连接，所述水泵与水箱的连通处还设置有电磁换向阀，所述水泵与喷嘴的连通处设置有调节阀，所述电磁阀位于电磁换向阀与水泵之间，所述调节阀位于电磁换向阀与喷嘴之间，所述电磁换向阀和调节阀均与检测机构通信连接；

所述水箱内的压力达到预定值时，电磁阀打开，水箱内的水会喷向风筒内形成第一次雾化，所述风筒内还转动设置有导流扇，所述导流扇与风机连接。

2.根据权利要求1所述的一种造雪机，其特征在于：所述检测机构包括温度计，所述温度计与电磁阀通信连接。

3.根据权利要求1所述的一种造雪机，其特征在于：所述检测机构还包括湿度计，所述湿度计分别与电磁换向阀和调节阀通信连接。

4.根据权利要求1所述的一种造雪机，其特征在于：所述水箱的内底部设置过滤板，所述过滤板的顶面还设置有过滤膜。

5.根据权利要求1所述的一种造雪机，其特征在于：所述水箱的底部开设有排水口，所述排水口与水泵的入水口连通。

6.根据权利要求1所述的一种造雪机，其特征在于：所述水箱为高压水气箱。

7.一种造雪机控制方法，用于上述权利要求1至6任意一项所述的一种造雪机，其特征在于，包括以下步骤：

S1：检测，检测机构对环境中的温度和湿度进行检测；

S2：判断，当温度小于-2°时，造雪机进入低温运转模式，高于-2°时，进入高温运转模式；

S21：低温模式；水泵和空压机将水气填充进水箱混合通过电磁阀进入到风筒内进行第一次雾化，再通过风机鼓吹通过风筒口进行第二次雾化后吹到空气中生长成雪花；

S22：高温模式；水泵向水箱内提供冷水，制冷器将水箱内的水进行过冷，超声波换能器对过冷水进行震动，使内部冻结成冰晶，超声波换能器结束后剩余的水从水箱底部的出水口流回水泵，空压机往水箱内吹气，将冰晶吹入到风筒内，风机再将冰晶从风筒口吹出，同时水泵通过电磁换向阀将水从喷嘴中喷出，冰晶与水雾碰撞结合完成造雪。

8.根据权利要求7所述的一种造雪机控制方法，其特征在于：在步骤S22中，检测机构检测外界的湿度，所述调节阀根据湿度调整喷嘴的水流量。