CN1276232C - 造雪装置和用于运行该造雪装置的方法 - Google Patents

Abstract

一种造雪装置具有至少一个用于排出水-空气混合物(M)的水-空气喷嘴(12、12’)。这样改进该造雪装置，即使它具有至少一个喷射泵(10、10’、10”)，该泵用非压缩空气(A)和作为驱动介质的水(W)工作并使空气(A)与水(W)混合并将其压缩，从而形成向至少一个水-空气喷嘴(12、12’)输送的水-空气混合物(M)。一用于运行造雪装置的方法有相应的特征。通过本发明，在按照现有技术的造雪装置中未能利用而转化成热的能量可以特别好地得到利用。

Description

造雪装置和用于运行该造雪装置的方法

技术领域

本发明涉及一种具有至少一个适配成排出水-空气混合物的水-空气喷嘴的造雪装置，和一种用于运行该造雪装置的方法。

背景技术

在冬季运动领域中采用了各种不同构形的造雪装置(所谓的“雪炮”)。DE19627586A1对已知的造雪装置的结构形式作了概述。此处特别举出靠近地面的高压炮，长矛式(桅杆式)高压炮和具有推进器的低压炮。

靠近地面的高压炮通过采用压缩空气产生水-空气雾，该雾以高速排出，以便通过迅速的空气膨胀得到所希望的喷撒宽度和有效/主动的冷却。它需要相当大的压缩空气量。通常是对多门炮设置一台中央压缩机，该压缩机有一例如为15-20KW每门炮的功率。

在长矛式高压炮中，水-空气喷嘴布置在滑雪道上方的8-12m的高度上。由于长的下落路径，可以用较低的排出速度工作。由此，对于高压炮，空气压缩机可只有例如为5KW每个长矛状部分的较少功率。这种类型的炮在DE19627586A1中示出。

在低压炮中，通过一推进器产生一主空气流，借助成核剂喷嘴向其中喷冻结核并借助水喷嘴向其中喷射小水滴。成核剂喷嘴作为水-空气喷嘴构成。它们用压缩空气和处于压力下的水操作并将水-空气混合物成雾状。压缩空气在从成核剂喷嘴出来时卸压并由此将水-空气混合物的水滴冷却至远低于冰点以下，以致形成小的冰晶。从水喷嘴排出的小水滴沉积在此冻结核上，并由此形成雪晶。在这种结构类型的炮中，只需要用于成核剂喷嘴的压缩空气，如其它所述结构类型，该压缩空气通常必须有一约为4-10bar的压力。通常需要一约为4-5.5KW的压缩空气功率。DE4131857A1示出这样一种具有用法兰联接在主马达上的螺旋式压缩机。

在所有此前描述的结构类型中，造雪装置都需要压缩空气，该压缩空气必须由一个局部的或中央的压缩机提供。这造成额外的显著的能量消耗。压缩机提高了制造成本，需要维护并造成噪声。此外，特别是在低温时，常常不能保证功能能力/可靠性。装在雪炮上的压缩机使其重量提高约120kg，而中央压缩机则要求铺设压缩空气管路。

从DE4423124A1已知一种不需要附加的压缩空气源的推进器结构形式的雪炮。此处，冻结核由一布置在主空气流中的辅助喷嘴形成。在这种必须以推进器结构形式为前提的装置中，必须设置一尺寸相应地做得比较大的推进器驱动装置。

发明内容

本发明的目的为，完全或部分地避免现有技术的缺点。最好是，通过本发明提供一种造雪装置，它不需要空气压缩机或只需要一个功率较小的空气压缩机。该造雪机特别良好地利用尤其是那些在现有技术的造雪装置中未利用而转化为热的能量。此外，还希望提供一种造雪装置，它在制造上是经济的，它有少的重量，并在较高的可靠性下只需要少的维护。

按照本发明，所述目的全部或部分地通过一种具有至少一个适配成排出水-空气混合物的水-空气喷嘴的造雪装置来实现，其特征为，造雪装置有至少一个喷射泵，该泵用非压缩空气和作为驱动介质的水工作并将空气与水混合并压缩，从而形成向至少一个水-空气喷嘴供应的水-空气混合物。并且，所述目的还全部或部分地通过用于运行该造雪装置的方法来实现，该方法具有下列步骤：通过至少一个喷射泵产生水-空气混合物，该泵用非压缩空气和作为驱动液体的水工作并压缩空气并使空气与水混合，以及通过至少一个水-空气喷嘴排出水-空气混合物。从属权利要求限定了本发明的优选的改进方案。

本发明从这样的基本思想出发，即采用至少一个喷射泵(液束气体压缩机)，以产生由至少一个水-空气喷嘴排出的水-空气混合物。喷射泵不用运动件而工作并且便宜、轻而且可靠。根据供喷射泵使用的水的有效工作压力可向喷射泵输送环境空气或由压缩机预先压缩的空气。在所述第一种情况下，可完全取消现有技术中多数需要的空气压缩机；在提到的第一种情况下，可相应地把压缩机设计得较小和较经济。

由所输送的水的工作压力向按照本发明的造雪装置提供运行喷射泵所需要的能量。按照本发明的方案令人惊异的协同效应是，在通常的应用场合，也就是在给滑雪道造雪时，可以在多数造雪装置中利用在现有技术的设备中损失的能量。这是因为，布置在山坡上的造雪装置的供水通常可通过位于山谷中的泵设备进行。该泵设备向一通至山上的造雪装置连接在其上的压力管供应(水)。此时，必须在压力管线本身的最高点还要提供造雪装置所需要的例如15-20ar管压。按照压力管路要克服的高度差不同，在下面的和中间的滑雪道区，管路压力显然要较高，约为例如40-80bar或更高。

在按照现有技术的设备中，压力管路的连接位置设有象一个节流阀一样相应地限制所连接的造雪装置的工作压力的所谓的给水栓。给水栓将大量的能量转化成热。例如，在40bar的管压、10bar的造雪机工作压力和20m³/h的水消耗时，节流功率约为16KW。这些在按照现有技术的设备中未被利用的能量可以通过本发明得到应用。

如同已经提到的那样，可以向每个喷射泵供给环境空气或已经预压缩的空气。在本发明的一些结构形式中，还可以使用至少一个多级喷射泵，以便保持特别高的空气压缩。该喷射泵(或多级泵的至少一级)最好有一用于水的驱动喷嘴、一用于空气的吸入嘴、一用于混合从驱动喷嘴出来的水和通过吸入嘴流动的空气的混合室以及一用于压缩水-空气混合物的扩散器。在许多构形中，在吸入嘴中设置一涡漩体(Drallkrper)。

特别优选的是这样的实施形式，其中，超过50％或超过75％或超过90％或基本全部的造雪装置的水通过量都流经喷射泵，并作为水-空气混合物经过水-空气喷嘴排出。在这样的结构形式中，由水提供的能量可特别良好地被利用。最好是，超过50％或超过75％或超过90％或造雪装置基本上所有的喷嘴设计成水-空气喷嘴(与按照技术的低压炮中的单纯的水喷嘴不同)。这样就会产生特别大量的冻结核。

为了实现特别良好地压缩水-空气混合物，每个喷射泵的有效工作压力(即喷射泵的可供使用的压力差，通常也称为有效驱动液体压力)最好至少为10bar或至少为20bar或至少为30bar。在优选的结构形式中，造雪机最好设置成不节流地或直接地连至具有超过20bar或超过30bar或超过40bar的管压的水压力管路上。

在优选的结构形式中，所述至少一个喷射泵有一喷嘴针，通过该针允许改变水通过量和/或排出的水-空气混合物的混合比(并由此改变所产生的雪的特性)。可马达驱动地或手动地进行喷嘴针的调节，其中可特别考虑环境参数如温度、空气温度等。在一些进一步的改进中，喷嘴针沿轴向钻有通孔，以便提高喷射泵的空气通过量。

在本发明的另一种有利的实施形式中可以设想，在造雪装置运行期间，可以向不同的水-空气喷嘴或水-空气喷嘴组同时供应具有不同的混合比的水-空气混合物。通过这一措施，可以得到特别良好的雪品质。水-空气混合物可以用具有不同的结构或调节的喷射泵产生，或者可以用单独的喷射泵(例如在混合室或扩散器的不同位置)引出。

为了使水通过量能逐级地适应造雪要求和环境条件，在优选实施形式中设置多个可单独开关/接合的水-空气喷嘴和/或多个可单个开关的水-空气喷嘴组。这些喷嘴或喷嘴组可通过一分配器连接在一唯一的喷射泵或一喷射泵组上。不过，优选的还是对每个可开关的喷嘴或喷嘴组分别设置至少一个自身的喷射泵。

按照本发明的造雪装置可以设计成所有已知的结构形式。特别是按长矛式的实施变型或作为推进机设置。在推进器式结构形式中，造雪装置最好有一用于产生主空气流的马达驱动的推动器，而水-空气喷嘴则布置在一个或多个的喷嘴环上，以使它们将水-空气混合物排入主空气流中。在长矛式结构形式中，在优选实施形式中设置一垂直或倾斜放置的长矛状杆件，其远离地面的端部有一具有一个或多个的水-空气喷嘴的喷嘴头。至少一个喷射泵可布置在喷嘴头上或长矛状杆件的靠近地面的端部上。长矛状杆件最好设计成管子，在第一种所述情况下，通过该管子输送送入的水，而在第二种所述情况下，则通过该管子输送水-空气混合物。

在按照本发明的方法的优选的实施形式中，用对应于上面提到的和/或在从属装置权利要求中提到的特征进一步改进该方法。

附图说明

由下面多个实施例和实施变型的说明给出本发明的其它特征、优点和目的。说明参考各示意图，其中：

图1示出一按照本发明的实施形式的原理简图，

图2示出本发明的其形式为一推进机的第一实施形式的侧视图，

图3示出图2的推进机沿箭头III的方向的正视图，

图4示出在图2中由侧面示出的泵组件沿箭头IV的方向的放大的仰视图，

图5示出图2的区域V沿图4中的V-V线的放大的剖视图，

图6示出图5所示的泵管的再次放大的剖视图，

图7示出按照本发明的长矛式结构形式的第二实施例的侧视图，

图8示出沿图7的区域VIII的纵向轴线剖开的放大的侧视图，

图9示出沿图7的区域XI的纵向轴线剖开的放大的侧视图，

图10示出沿X-X线通过图9所示的喷嘴头的剖面，

图11示出按照本发明的另一实施例的喷嘴头和喷射泵的从斜上方观察的透视图，

图12为图11的喷嘴头的正视图，

图13为图11的喷嘴头的俯视图，

图14为沿图12的XIV-XIV线的纵向剖视图，

图15为沿图13的XV-XV线的横向剖视图，和

图16为沿图13的XVI-XVI线的横向剖视图。

具体实施方式

在图1的原理简图中，示出一具有一喷射泵10和多个水-空气喷嘴12的造雪装置的主要元件。喷射泵10按本身已知的方式用一驱动喷嘴14和一泵管16形成，其中，该泵管16有吸入嘴18、一混合室20和一扩散器22。驱动喷嘴14在此处所描述的实施例中有一直径例如为4mm或5mm的圆形的喷嘴孔。吸入嘴18在该实施例中在泵管16中设计成具有12mm的直径的孔，而混合室20则在此处为一具有不变的横截面的混合管。在喷射泵10的一些实施形式中，在驱动喷嘴14中布置一涡漩体(未示出)。

在造雪装置运行时，将通过压力管路(未示出)向喷射泵10输送具有约为25-40bar或更高的压力的水W。该水W在此处用作驱动介质；驱动水流的路径在图1中用实线箭头示出。该水W从驱动喷嘴14作为具有高速的水束出来，并裹带空气A，该空气通过吸入嘴18进入泵管16(空气A的流入方向在图1中用虚线箭头示出)。在混合室20中，水W的速度与空气A的速度变得相等，这两种介质强烈的混合。如此产生的水-空气混合物M的高速度将在扩散器22中部分地再次转变成压力。

现在水-空气混合物M到达水-空气喷嘴12，并通过它们排出(混合物M的流动路径在图1中通过点划线箭头表示)。当离开水-空气喷嘴12时，空气冲击式地卸载，且最细小的水滴冷却至明显低于冰点。在合适的低环境温度下，水-空气混合物M的其它小滴沉积在这些冰核上并形成雪晶。

在图2中示出的造雪装置有一主管24，该主管中布置一具有用法兰连接的推进器28的电动机26。在运行时，由具有约为5-15KW的功率的电动机26驱动的推进器28产生一主流S，其方向在图2中通过一虚线箭头示出。主管24沿流动方向逐渐变至一约为56cm的直径。

一在出口侧与主管连接的喷嘴组30包含多个布置在多个喷嘴环32A、32B、32C、32D中的水-空气喷嘴12(图1)。一个分配器34一方面与喷嘴组30连接，另一方面与多个喷射泵10连接，在图2中只能看到其中一个喷射泵。在本实施例中，造雪装置只有水-空气喷嘴12，它们被供以由喷射泵10产生的水-空气混合物M。该装置未设置单纯的水喷嘴。

通过图3的正视图特别示出四个喷嘴环32A、32B、32C、32D的对中布置。在本实施例中，每个喷嘴环32A、32B、32C、32D都设计成具有64个或72个水-空气喷嘴12的八角形。每个喷嘴环32A、32B、32C、32D的一环绕的通道连接至分配器34。

按照图4的泵组的放大的视图示出分配器34以及三个喷射泵10，所述喷射泵通过连接件36与压力水供应源连接。每个喷射泵10通过所属的连接通道38A、38B、38C分别向一个的喷嘴环32A、32B、32C供应水-空气混合物M。喷嘴环32D通过其它两个连接通道38D、38E连至另一喷射泵10(在图4中未示出)上。

图4中的实施例总是同时操作所有喷射泵10，而在其它实施变型中则设置可在入口侧布置在连接块36中或在出口侧布置在分配器34中的阀门。通过恰当地控制这些阀，可以单独地接通或切断喷嘴环32A、32B、32C、32D，此时，可以分别有一个或多个或所有的喷嘴环32A、32B、32C、32D有效/工作。在该实施形式中，可以用较小的花费进行水通过量的调节并从而调节雪的生产率。

在图5中，作为例子示出通过喷嘴组件30的剖面，该剖面通过四个喷嘴环32A、32B、32C、32D的各一个喷嘴孔40延伸。喷嘴孔40设置成用于接纳例如在图1中示出的结构形式的水-空气喷嘴12。合适的水-空气喷嘴12可作为用于喷嘴孔40的插入件由市场上得到，这种插入件的形式并不是本发明的主题/内容。

图6中放大地示出泵管16。吸入嘴18作为四个沿径向分别错开隔90°的孔布置在泵管16的入口侧的区段中。

在图7的实施例中，造雪装置按长矛式结构形式构成。位于地面中的锚式固定装置42固定一保持件44，所述保持件有两个用铰链彼此连接的支承杆46、48。造雪装置在狭义上是固定在上支承杆48上的。它具有一长度例如为8-12m的形成为管子的长矛状杆件50，在该杆件的上端布置一喷嘴头52，并在其下端布置一泵元件54。

如图在图8中示出的那样，泵元件54有一喷射泵10’和一在入口侧与该泵连接的连接弯头56。运行所需的压力水W通过连接弯头56输送至喷射泵10’。与图1的喷射泵10相似，喷射泵10’设计成具有一驱动喷嘴14’和一带有混合室20’和扩散器22’的泵管16’。连接件58有用于环境空气A进入的孔，该孔起吸入嘴18的作用。连接件58将连接弯头56、驱动喷嘴14’和泵管16’连接成一个组件。在出口侧，喷射泵10’通过一套筒64与管形的长矛状杆件50连接。

喷射泵10’进一步有一钻有通孔的可沿纵向移动地支承在一导向62中的喷嘴针60。通过恰当地调节喷嘴针60，可使喷射泵10’的泵送性能和要求相适应；特别是有可能改变水通过量和/或水与空气在水-空气混合物M中的混合比。可手动(例如在安装或维护设备时)或自动(例如按照所要求的雪量或天气条件)进行调节。在本实施例中，喷嘴针60沿其纵向轴线钻有通孔，从而可以将其它的环境空气A送入喷射泵10’的驱动(水)束中，以便提高泵功率。不过，也可设置具有未钻通的孔的喷嘴针60的实施变型，该针仍然有改善可调节性的优点。

在图9中详细地示出的喷嘴头52可通过连接和密封组件66可拆卸地与长矛状杆件50(图7)的上端连接。如同从图9和图10的横剖面得到的那样，喷嘴头52在本实施例中总共有六个孔68，每个孔用于分别接纳一个为已知的喷嘴插入件形式的水-空气喷嘴12(图1)。

在运行中，通过喷射泵10’产生的水-空气混合物M被送入长矛状杆件50并从该处送入喷嘴头52。水-空气混合物M作为细的喷雾从水-空气喷嘴12(图1)出来。该喷雾又由于膨胀形成冻结核，在到达地面之前的较长的降落路径中，通过沉积其它的小水滴而从该冻结核产生雪晶。在此处所描述的实施形式中，管形长矛状杆件50用于将水-空气混合物M从喷射泵10’运输至喷嘴头52。不需要其它管路，无论是用于空气还是用于水的。只需要在连接弯头56和在现有的滑雪道设施中已经铺设在滑雪道附近的压力水管路之间形成一个连接。

在其它的实施变型中，如图8所示，也可在图2的推进机中采用喷射泵10’，以便在该处也得到由喷嘴针60提供的调节可能性。反之，也可以设想，图7的长矛式的造雪装置装备如图1的简单的喷射泵10。

在图11至图16中示出一作为本发明的另一实施例的喷嘴头52’，该喷嘴头与两个喷射泵10”共同形成一紧凑的组件。可以设想，将该模块装在长矛状杆件的向上伸出的端部上(在一侧如为10m的高度上)。换句话说，本实施例为对图7的实施例进行这样的改型，即图7的喷嘴头52现在用喷嘴头52’代替，且喷射泵10”形式的泵元件54直接安装在喷嘴头52’上。通过喷射泵10”与喷嘴头52’的结构上的组合，可以避免水-空气混合物M的分离(entmischen)，如图7的实施例中很可能在长矛状杆件50中发生的那样。

如图11至图16所示，按照本实施例的喷射泵10”分别具有一驱动喷嘴14”和多个吸入嘴18”。喷嘴头52’总共设置十个用螺纹旋入的水-空气喷嘴12’，其中在图11至图14的右边示出的四个形成一第一组和在图11至图14的中部示出的六个形成一第二组。两个喷射泵10”的驱动喷嘴14”具有不同的直径，并由此具有不同的水通过量。具有较小的驱动喷嘴直径的喷射泵10”向第一组四个水-空气喷嘴12’供应，而具有较大的驱动喷嘴直径的喷射泵10”则向第二组六个水-空气喷嘴12’供应。因此，通过只起动第一组驱动喷嘴14”或只起动第二组驱动喷嘴14”或起动两个喷嘴组，总共可以得到三级的水调节，。

在本实施例中，采用扁平的喷嘴作为水-空气喷嘴12’，以便使空气的尽可能快地膨胀并由此冷却最小的小水滴，所述小水滴然后冻结并从而形成用于剩下的水的冻结核。

按照图11-图16的构形相对于图7的构形的其它优点在于有较好的能量利用。由于喷射泵10”最好用大致为3∶1的压力比工作，故在图7的实施例中，在约为10m的向上伸出的长矛管50中的约为1bar的压力降必须通过喷射泵10’的驱动喷嘴14’的提高约3bar的压力来补偿。与之不同，在图11至图16的实施例中，为达到所要求的驱动喷嘴压力，只需要约为1bar的附加压力。

许多其它的改进，尤其是在喷射泵10、10’、10”或水-空气喷嘴12、12’的单个构件的尺寸确定和/或数目或结构上的改进，对本领域的技术人员是显而易见的。

Claims (11)

1.具有至少一个适配成排出水-空气混合物(M)的水-空气喷嘴(12、12’)的造雪装置，其特征为，造雪装置有至少一个喷射泵(10、10’、10”)，该泵用非压缩空气(A)和作为驱动介质的水(W)工作并将空气(A)与水(W)混合并压缩，从而形成向至少一个水-空气喷嘴(12、12’)供应的水-空气混合物(M)。

2.如权利要求1的造雪装置，其特征为，所述至少一个喷射泵(10、10’、10”)分别具有至少一个用于水(W)的驱动喷嘴(14、14’、14”)、至少一个用于空气(A)的吸入嘴(18、18’、18”)、一个用于混合从所述至少一个驱动喷嘴(14、14’、14”)出来的水(W)和通过所述至少一个吸入嘴(18、18’、18”)流动的空气(A)的混合室(20、20’)，和一个用于压缩水-空气混合物(M)的扩散器(22、22’)。

3.如权利要求1或2的造雪装置，其特征为，所述造雪装置的超过50％的总的水通过量流过所述至少一个喷射泵(10、10’、10”)，并从所述至少一个水-空气喷嘴(12、12’)排出。

4.如权利要求1或2的造雪装置，其特征为，所述造雪装置用于无节流地连至一具有大于20bar的管路压力的水管路上，且所述至少一个喷射泵(10、10’、10”)的有效工作压力至少为10bar。

5.如权利要求1或2的造雪装置，其特征为，所述至少一个喷射泵(10’)有一用于改变水通过量和/或水-空气混合物(M)的混合比的喷嘴针(60)。

6.如权利要求1或2的造雪装置，其特征为，设置有多个水-空气喷嘴(12、12”)和/或水-空气喷嘴组(12、12’)，和所述造雪装置适配成同时向多个水-空气喷嘴(12、12’)或水-空气喷嘴组(12、12’)供应有不同混合比的水-空气混合物(M)。

7.如权利要求1或2的造雪装置，其特征为，设置有多个可单独开关的水-空气喷嘴(12、12’)和/或多个可单独开关的水-空气喷嘴组(12、12’)，以调节水流通量，其中最好为每个可开关的水-空气喷嘴(12、12’)或为每个可开关的水-空气喷嘴组(12、12’)分别设置至少一个自身的喷射泵(10、10’、10”)。

8.如权利要求1或2的造雪装置，其特征为，造雪装置有一用于产生主空气流(S)的马达驱动的推进器(28)，且水-空气喷嘴(12、12’)布置在一个或多个的喷嘴环(32A、32B、32C、32D)中，以向主空气流(S)中排出水-空气混合物(M)。

9.如权利要求1或2的造雪装置，其特征为，造雪装置具有一长矛状杆件(50)，在所述杆件的一端布置所述至少一个喷射泵(10、10’、10”)，而在所述杆件的另一端布置一个具有所述至少一个水-空气喷嘴(12、12’)的喷嘴头(52、52’)。

10.如权利要求1或2的造雪装置，其特征为，造雪装置有一长矛状杆件(50)，在所述杆件的一端布置一个具有所述至少一个喷射泵(10、10’、10”)和一个具有所述至少一个水-空气喷嘴(12、12’)的喷嘴头(52、52”)的组件。

11.用于运行一造雪装置，特别是如权利要求1至10中任一项的造雪装置的方法，具有下列步骤：

—通过至少一个喷射泵(10、10’、10”)产生水-空气混合物(M)，该泵用非压缩空气(A)和作为驱动液体的水(W)工作并压缩空气(A)并使空气与水(W)混合，以及

—通过至少一个水-空气喷嘴(12、12’)排出水-空气混合物(M)。

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