RU2108026C1

RU2108026C1 - Fog and cloud dissipation apparatus

Info

Publication number: RU2108026C1
Application number: RU96122423A
Authority: RU
Inventors: В.Б. Лапшин; А.А. Палей; И.С. Попова
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Простор Плюс-М"
Priority date: 1996-11-22
Filing date: 1996-11-22
Publication date: 1998-04-10

Abstract

FIELD: applied meteorology, in particular, dissipation of fogs and clouds above ground objects, such as airports, sea ports, agricultural lands etc. SUBSTANCE: apparatus has corona wire with equally spaced portions having increased radius of curvature. Curved portions are distributed along wire length at pitch equal to space between supports and arranged in symmetry with supports. Wire is attached to insulators at portions having increased radius of curvature. Length of portions having increased radius of curvature is at least equal to height at which wire is attached to insulators above earthed surface at each side of each support. Apparatus allows ground objects to be protected from adverse weather conditions during operation of these objects. EFFECT: increased efficiency, simplified construction, wider operational capabilities and enhanced reliability in operation. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области техники, предназначенной для воздействия на атмосферные образования, а именно для устранения туманов и облачности над различными наземными объектами, к которым следует отнести аэродромы, морские порты, крупные автомагистрали, районы возделывания сельскохозяйственных культур, требующих в определенные периоды их возделывания защиты от избыточных осадков. The invention relates to the field of technology intended to influence atmospheric formations, namely, to eliminate fogs and clouds over various ground objects, which include aerodromes, seaports, major highways, areas of cultivation of crops that require protection from excess rainfall.

Основной задачей, решаемой при воздействии на атмосферные образования, является предотвращение возникновения аварийных ситуаций для различных транспортных средств в сложных метеорологических условиях, а также получение высоких урожаев. The main task to be solved when exposed to atmospheric formations is to prevent emergencies for various vehicles in difficult meteorological conditions, as well as to obtain high yields.

Анализ уровня по опубликованным источникам показал различные подходы к решению указанной задачи, заключающиеся в основном в следующих направлениях проводимых разработок:
использование реагентов и средств их доставки для рассеивания тумана или облачности;
применение электричества;
тепловые методы;
методы акустического воздействия;
методы воздействия электромагнитным излучением в определенном частотном диапазоне и пр.The analysis of the level according to published sources showed various approaches to solving this problem, consisting mainly in the following areas of development:
the use of reagents and their delivery vehicles to disperse fog or clouds;
the use of electricity;
thermal methods;
methods of acoustic exposure;
methods of exposure to electromagnetic radiation in a certain frequency range, etc.

Наибольшее внимание в литературе уделяется методам с использованием реагентов и электрическим методам. В качестве реагентов, например, в США по кл. A 01 G 15/00 запатентованы такие вещества, как смесь из углеводов и хлора (патент N 2160900, 1939), водный раствор хлористого кальция, к которому добавлены загустители (патент N 29342745, 1960), твердых растворов йодистого серебра и йодистой меди (патент N 3877642, кл. A 01 G 15/00) и др. Для доставки реагентов и их распространения в тумане или облачности могут быть применены самолеты (патент США N 2815982, кл. A 01 G 15/00, 1957), ракеты (патенты РФ N 2945163, 2060002), снаряды (патент РФ N 2034444 кл. 6 A 01 G 15/00, 1995). The greatest attention in the literature is given to methods using reagents and electrical methods. As reagents, for example, in the USA according to cl. A 01 G 15/00 patented substances such as a mixture of carbohydrates and chlorine (patent N 2160900, 1939), an aqueous solution of calcium chloride, to which added thickeners (patent N 29342745, 1960), solid solutions of silver iodide and copper iodide (patent N 3877642, class A 01 G 15/00) and others. For delivery of reagents and their distribution in fog or cloudiness can be used aircraft (US patent N 2815982, class A 01 G 15/00, 1957), missiles (patents RF N 2945163, 2060002), shells (RF patent N 2034444 CL 6 A 01 G 15/00, 1995).

Несмотря на накопленный опыт практического использования реагентов (Бибилашвили и др. Руководство по организации и проведению противоградовых работ. - Л.: Гидрометеоиздат, 1981), их постоянное применение в той или иной степени приводит к ухудшению экологии окружающей среды и требует расхода значительных материальных ресурсов, обусловленных необходимостью производства реагентов в больших количествах, изготовлением и эксплуатацией средств доставки реагентов в атмосферные образования. Despite the accumulated experience in the practical use of reagents (Bibilashvili et al. Guidelines for the organization and conduct of anti-hail works. - L .: Gidrometeoizdat, 1981), their constant use to one degree or another leads to environmental degradation and requires significant material resources, due to the need for the production of reagents in large quantities, the manufacture and operation of means of delivery of reagents to atmospheric formations.

С точки зрения использования при воздействии на атмосферные образования экологически чистых процессов наиболее перспективным является применение электричества. Известны устройства, обеспечивающие введение в атмосферные образования провода малой кривизны, коронирующего под высоким напряжением, подаваемым к нему от источника тока (авторское свидетельство СССР N 71260, кл. A 01 G 15/00, 1948, патент США N 3456880, кл. A 01 G 15/00, 1969). From the point of view of using environmentally friendly processes when exposed to atmospheric formations, the most promising is the use of electricity. Known devices that provide the introduction into the atmospheric formations of a wire of small curvature corona at a high voltage supplied to it from a current source (USSR copyright certificate N 71260, class A 01 G 15/00, 1948, US patent N 3456880, class A 01 G 15/00, 1969).

Основным недостатком перечисленных устройств является необходимость подъема проводов на высоту расположения облачности, что предопределяет большие затраты топливно-энергетических ресурсов и не всегда осуществимо по погодным условиям. The main disadvantage of these devices is the need to raise the wires to a cloud height, which determines the high cost of fuel and energy resources and is not always feasible under weather conditions.

Известны лишенные указанных недостатков стационарные устройства, располагаемые на земной поверхности, одно из которых реализует способ вызывания дождя (авторское свидетельство СССР N 29675, кл. A 01 G 15/00, 1948). Оно основано на применении ионизированной струи воздуха, получаемой путем обдува ионизирующего электрода, а другое (заявка ФРГ N 1005304, кл. E 01 H 13/00) предназначено для разрушения тумана продуванием воздуха, забираемого из атмосферы через электрическое поле. Stationary devices located on the earth's surface devoid of these drawbacks are known, one of which implements a method of causing rain (USSR author's certificate N 29675, class A 01 G 15/00, 1948). It is based on the use of an ionized air stream obtained by blowing an ionizing electrode, and the other (German Federal Application N 1005304, class E 01 H 13/00) is designed to destroy the fog by blowing air drawn from the atmosphere through an electric field.

Оба устройства способствуют распространению электрически заряженных частиц вверх, ускоряя тем самым процесс выпадания осадков из облачности или осаждения тумана. Both devices contribute to the spread of electrically charged particles upward, thereby accelerating the process of precipitation from cloud cover or fog deposition.

Однако в рассматриваемых устройствах не представлены средства для получения самой струи воздуха, для чего, как очевидно, требуется создание специальных систем, усложняющих конструкцию устройств. However, the devices in question do not provide means for producing the air stream itself, which, obviously, requires the creation of special systems that complicate the design of the devices.

Известно устройство для рассеивания тумана или облаков, содержащее закрепленный на опорах с помощью изоляторов предназначенный для генерации коронного разряда провод с малым радиусом кривизны поверхности, подсоединенный к источнику высокого напряжения ("Журнал геофизических исследований". - Кембридж, Массачусетс, март 1962, т.67, с. 1073 - 1082). A device for dispersing fog or clouds, comprising a wire with a small radius of surface curvature attached to supports of insulators designed to generate a corona discharge, is connected to a high voltage source (Journal of Geophysical Research. - Cambridge, Massachusetts, March 1962, v. 67 , pp. 1073-1082).

Сведения от этом устройстве и некоторые результаты исследований нашли отражение и в отечественной технической литературе (Качурин Л.Г. Физические основы воздействия на атмосферные образования. - Л.: Гидрометеоиздат, 1978, с. 287 - 193 - прототип). Information from this device and some research results are reflected in the domestic technical literature (Kachurin L.G. Physical foundations of exposure to atmospheric formations. - L .: Gidrometeoizdat, 1978, p. 287 - 193 - prototype).

Как следует из приведенных источников информации, определяющим фактором уноса электрически заряженных частиц из зоны коронного разряда, возникающего у провода, является ветер, восходящие потоки которого выносят частицы на высоту более 2 км, создавая пространственный заряд, воздействующий на атмосферные образования. As follows from the above sources of information, the determining factor in the entrainment of electrically charged particles from the corona discharge zone that arises near the wire is the wind, whose upward flows carry particles to a height of more than 2 km, creating a space charge that affects atmospheric formations.

К недостатку подтвержденного экспериментального данного устройства относится то обстоятельство, что только доля электрически заряженных частиц сносится ветром и участвует в рассеивании тумана или облачности, в то время как значительная ее часть, особенно создаваемая в зоне, прилегающей непосредственно к опорам, уходит через опоры в землю. A disadvantage of the confirmed experimental device is the fact that only a fraction of electrically charged particles is carried away by the wind and is involved in the dispersion of fog or cloudiness, while a significant part of it, especially created in the area adjacent to the supports, goes through the supports into the ground.

Целью изобретения является повышение эффективности работы устройства. The aim of the invention is to increase the efficiency of the device.

Поставленная цель достигается по сравнению с прототипом тем, что провод выполнен с участками увеличенного радиуса кривизны поверхности, которые распределены по его длине с шагом, равным расстоянию между опорами и расположены симметрично относительно опор, при этом крепление провода к изоляторам осуществлено на участках увеличенного радиуса кривизны поверхности. This goal is achieved in comparison with the prototype in that the wire is made with sections of increased radius of curvature of the surface, which are distributed along its length with a step equal to the distance between the supports and are located symmetrically relative to the supports, while the wire is fastened to the insulators in areas of increased radius of curvature of the surface .

В качестве частного признака, усиливающего достигаемый положительный эффект, предлагается выполнить участки провода увеличенного радиуса кривизны поверхности с протяженностью, равной не менее значения высоты крепления провода к изоляторам над заземленной поверхностью с каждой стороны опор. As a particular feature enhancing the achieved positive effect, it is proposed to perform sections of wire of increased radius of curvature of the surface with a length equal to at least the value of the height of the wire to insulators above the grounded surface on each side of the supports.

Выявленные отличительные признаки в совокупности с известными обеспечивают достижение положительного эффекта - повышение эффективности работы устройства за счет снижения потерь электрически заряженных частиц путем уменьшения их перетекания в землю по опорам. Identified distinguishing features in conjunction with the known ones provide a positive effect - increasing the efficiency of the device by reducing the loss of electrically charged particles by reducing their flow into the ground along the supports.

На чертеже представлена конструкция устройства для рассеивания туманов и облаков. The drawing shows the design of a device for dispersing mists and clouds.

Устройство состоит из опор 1, на которых с помощью изоляторов 2 подвешен коронирующий провод 3, подсоединенный к источнику высокого напряжения 4. Коронирующий провод представляет собой проволоку или другую конструкцию с малым радиусом кривизны поверхности, которая выполнена с участками 5 увеличенного радиуса кривизны поверхности. The device consists of supports 1, on which, using insulators 2, the corona wire 3 is connected to a high voltage source 4. The corona wire is a wire or other structure with a small radius of curvature of the surface, which is made with sections 5 of increased radius of curvature of the surface.

Коронирующий провод 3 может быть изготовлен за одно целое с участками малого радиуса кривизны и участками большого радиуса кривизны или, что проще по технологическим соображениям, составным. В последнем случае указанные участки монтируются по длине провода с помощью механического соединения, например представляющего собой обычную скрутку. The corona wire 3 can be made in one piece with sections of a small radius of curvature and sections of a large radius of curvature, or, which is easier for technological reasons, compound. In the latter case, these sections are mounted along the length of the wire using a mechanical connection, for example, which is a regular twist.

Участки 5 коронирующего провода 3 распределены по его длине с шагом, равным расстоянию между опорами 1 и симметрично расположены относительно опор 1, причем крепление к изоляторам 2 провода 3 осуществлено на этих участках 5. Sections 5 of the corona wire 3 are distributed along its length with a step equal to the distance between the supports 1 and are symmetrically located relative to the supports 1, and the fastening to the insulators 2 of the wire 3 is carried out in these sections 5.

Общая длина коронирующего провода 3 с малым радиусом кривизны поверхности выбирается точно такой же, как и в известном устройстве, и, следовательно, протяженность коронирующего провода 3 в целом будет больше на суммарную величину участков провода увеличенного радиуса кривизны поверхности 5. The total length of the corona wire 3 with a small radius of curvature of the surface is chosen exactly the same as in the known device, and therefore, the length of the corona wire 3 as a whole will be larger by the total size of the sections of the wire of increased radius of curvature of the surface 5.

Для работы устройства в требуемом режиме подаваемое напряжение от источника высокого напряжения рассчитывается исходя из обеспечения зажигания короны на коронирующем проводе с малым радиусом кривизны поверхности по (Капцов Н.А. Электроника. М.: ГИТТЛ, 1956, с. 367, 368) по формуле:

,
где
σ - плотность воздуха, отнесенная к плотности воздуха при нормальных условиях, как к единице;
r - радиус кривизны поверхности провода;
h - расстояние между проводом и заземленной поверхностью.To operate the device in the required mode, the supplied voltage from the high voltage source is calculated based on the provision of ignition of the corona on the corona wire with a small radius of surface curvature according to (Kaptsov N.A. Electronics. M.: GITTL, 1956, p. 367, 368) according to the formula :

,
Where
σ is the density of air referred to the density of air under normal conditions, as a unit;
r is the radius of curvature of the surface of the wire;
h is the distance between the wire and the grounded surface.

При подаче на провод расчетного напряжения коронирование возникает только там, где провод имеет малый радиус кривизны поверхности. На участках провода увеличенного радиуса кривизны поверхности подаваемое напряжение не может вызвать зажигания короны именно из-за превышения одного радиуса кривизны поверхности над другим. When a calculated voltage is applied to the wire, coronation occurs only where the wire has a small radius of curvature of the surface. In sections of the wire of increased radius of curvature of the surface, the applied voltage cannot cause the ignition of the corona precisely because one radius of curvature of the surface exceeds one another.

Исходя из имеющихся экспериментальных данных ("Журнал геофизических исследований". - Кембридж, Массачусетс, март 1962, т. 67, с. 1073-1082), касающихся появления коронного разряда на проволоке в зависимости от подаваемого на нее высокого напряжения, в качестве рекомендации допустимо выполнение участков провод с увеличенным радиусом кривизны поверхности, превышающим в 3 - 4 раза радиус части провода с малым радиусом кривизны. В этом случае имеющие место колебания величины напряжения от источника питания не вызовут зажигание короны на участках провода с увеличенным радиусом кривизны поверхности. Based on the available experimental data ("Journal of Geophysical Research". - Cambridge, Massachusetts, March 1962, v. 67, p. 1073-1082) regarding the appearance of a corona discharge on a wire depending on the high voltage applied to it, it is admissible as a recommendation the implementation of the sections of the wire with an increased radius of curvature of the surface, exceeding 3 to 4 times the radius of the part of the wire with a small radius of curvature. In this case, the fluctuations in the magnitude of the voltage from the power source will not cause the ignition of the corona in sections of the wire with an increased radius of curvature of the surface.

При коронировании провода с малым радиусом кривизны поверхности образующиеся электрически заряженные частицы с помощью ветра и восходящих потоков воздуха, распространяясь в прилегающей к устройству зоне, создают искусственный объемный электрический заряд. When coronating wires with a small radius of curvature of the surface, the electrically generated particles generated by the wind and ascending air streams, propagating in the zone adjacent to the device, create an artificial volumetric electric charge.

Несмотря на разнообразность и сложность происходящих в тумане и облаках процессов при воздействии на них электрически заряженными частицами, следует выделить как основные следующие. Despite the diversity and complexity of the processes occurring in fog and clouds when exposed to electrically charged particles, the following should be highlighted.

Это прежде всего процессы, аналогичные происходящим в электрофильтрах (Элементарный учебник физики. Под ред. ак. Г.С.Ландсберга, т.п. - М.: Наука, 1985, с. 215, рис. 156) и заключающиеся в том, что электрически заряженные частицы активно захватываются капельками мелкодисперсной влаги. Под действием электрического поля, создаваемого устройством и объемным зарядом электрически заряженных частиц, заряженные капельки двигаются к поверхности земли. Размеры капелек, количество захватываемых ими частиц, а, следовательно, и величина накопленных на них зарядов различны, вследствие чего скорости движения капелек будут значительно отличаться друг от друга, что приводит к увеличению вероятности их столкновения, коагуляции и гравитационному выпадению. First of all, these are processes similar to those occurring in electrostatic precipitators (Elementary textbook of physics. Ed. By G.S. Landsberg, etc. - M.: Nauka, 1985, p. 215, Fig. 156) and consisting in that electrically charged particles are actively trapped in droplets of finely divided moisture. Under the influence of an electric field created by the device and the space charge of electrically charged particles, charged droplets move to the surface of the earth. The size of the droplets, the number of particles trapped by them, and, consequently, the magnitude of the charges accumulated on them are different, as a result of which the velocities of the droplets will differ significantly from each other, which leads to an increase in the probability of their collision, coagulation and gravitational precipitation.

Чем больше электрически заряженных частиц находится во взаимодействии с капельками, тем интенсивнее происходят эти процессы, влекущие за собой повышение интенсивности выпадения капелек из туманов и облаков. The more electrically charged particles interact with the droplets, the more intensively these processes occur, entailing an increase in the intensity of droplet dropping out of fogs and clouds.

Кроме того, на процессы рассеивания туманов и облаков (укрупнение капель влаги до критического размера, при котором они под действием силы тяжести падают вниз) влияют процессы, связанные с захватом ионами парообразной влаги (гидратация ионов), что приводит к понижению пересыщения парообразной влаги и смещению среднего радиуса капель влаги в сторону его увеличения. В результате чего капельки, имеющие размер менее критического, начинают распадаться, а те, размер которых превышает критический - укрупняться, то есть крупные капли будут увеличиваться за счет мелких (Химия нижней атмосферы. - М.: Мир, 1976, с. 25, 41). In addition, the processes of dispersion of fogs and clouds (enlargement of moisture droplets to a critical size, during which they fall down under the influence of gravity) are affected by the capture of vaporous moisture by ions (ion hydration), which leads to a decrease in the supersaturation of vaporous moisture and the shift the average radius of moisture drops in the direction of its increase. As a result, droplets having a size less than critical begin to disintegrate, and those whose size exceeds the critical size become larger, that is, large droplets will increase due to small ones (Chemistry of the Lower Atmosphere. - M .: Mir, 1976, p. 25, 41 )

Имеют место и другие факторы, способствующие разрушению туманов и облаков, такие, как, например, изменение коэффициента поверхностного натяжения на капельки влаги вследствие захвата ими электрически заряженных частиц, ионный ветер, возникающий в процессе коронирования провода и др. There are other factors that contribute to the destruction of fogs and clouds, such as, for example, a change in the surface tension coefficient on moisture droplets due to their capture of electrically charged particles, ionic wind arising in the process of corona wire, etc.

В описании происходящие явления рассмотрены упрощенно, но несомненен тот факт, что определяющим условием, обеспечивающим динамику рассеивания туманов и облаков, является эффективная генерация в атмосферу электрически заряженных частиц, что и предусмотрено в заявленном устройстве. In the description, the occurring phenomena are considered simplistically, but it is undeniable that the determining condition for the dynamics of dispersion of fogs and clouds is the effective generation of electrically charged particles into the atmosphere, which is provided for in the claimed device.

В отличие от прототипа в предложенном устройстве при его функционировании благодаря новой совокупности существенных признаков, отраженной в формуле изобретения, происходит снижение безвозвратных потерь электрически заряженных частиц, перетекающих по опорам в землю. In contrast to the prototype in the proposed device during its operation, due to the new set of essential features reflected in the claims, there is a reduction in the irretrievable loss of electrically charged particles flowing over the supports into the ground.

Имея в виду, что опоры, особенно в период повышенной влажности атмосферы, имеют потенциал, близкий к потенциалу земли, в первом приближении можно для коронирующего провода (например, для короны между проводом и опорой) применить зависимость - интенсивность генерации электрически заряженных частиц примерно обратно пропорциональна квадрату расстояния от коронирующего провода до поверхности опор (Капцов Н.А. Электроника. М.: ГИТТЛ, 1956, с. 372), чем объясняются большие утечки зарядов в землю в известном устройстве, т. к. в нем коронирующие провода находятся от опор на расстоянии, равным размеру изоляторов, что во много раз меньше расчетного расстояния от проводов до заземленной поверхности. Bearing in mind that supports, especially during periods of high atmospheric humidity, have a potential close to the potential of the earth, in a first approximation, for the corona wire (for example, for the corona between the wire and the support), we can apply the dependence - the intensity of generation of electrically charged particles is approximately inversely proportional the square of the distance from the corona wire to the surface of the supports (Kaptsov N.A. Electronics. M .: GITTL, 1956, p. 372), which explains the large leakage of charges into the ground in a known device, because corona wires in it are located from the supports at a distance equal to the size of the insulators, which is many times less than the calculated distance from the wires to the grounded surface.

Разнесение коронирующих проводов относительно опор с помощью участков, выполненных с увеличенным радиусом кривизны поверхности, приводит к увеличению расстояния между коронирующих проводов и опорой, практически исключая корону на опору, обеспечивает устойчивую генерацию электрически заряженных частиц в расчетном режиме горения короны между коронирующим проводом и заземленной поверхностью. The separation of the corona wires relative to the supports using sections made with an increased radius of curvature of the surface leads to an increase in the distance between the corona wires and the support, practically excluding the corona to the support, provides stable generation of electrically charged particles in the calculated mode of burning of the corona between the corona wire and the grounded surface.

Естественно, чем больше расстояние от начала коронирующего провода до опор, тем меньше вероятность зажигания короны на опоры и соответственно меньше утечки заряженных частиц. Naturally, the greater the distance from the beginning of the corona wire to the supports, the less likely the crown to ignite on the supports and, accordingly, the less the leakage of charged particles.

Наиболее оптимальным следует считать выполнение длины участка провода с увеличенным радиусом кривизны поверхности с протяженностью по обеим сторонам опор не менее высоты крепления провода к изоляторам над заземленной поверхностью, тогда процесс выноса электрически заряженных частиц проходящими воздушными массами как для короны между коронирующим проводом и заземленной поверхностью, так и для короны между коронирующим проводом и опорой будут эквивалентными. The most optimal should be the implementation of the length of the section of wire with an increased radius of curvature of the surface with a length on both sides of the supports not less than the height of the wire to insulators above the grounded surface, then the process of removal of electrically charged particles by passing air masses both for the corona between the corona wire and the grounded surface and for the crown between the corona wire and the support will be equivalent.

В этом случае путь прохождения заряженными частицами от коронирующей части провода до опор под воздействием электрического поля становится равным пути от коронирующего провода до заземленной поверхности, что значительно увеличивает время нахождения электрически заряженных частиц в пространстве между проводом, опорами и заземленной поверхностью, вследствие чего увеличивается вероятность выноса воздушным потоком электрически заряженных частиц в прилегающее к устройству атмосферное пространство, а следовательно, повышается эффективность работы устройства. In this case, the path of the charged particles from the corona part of the wire to the supports under the influence of an electric field becomes equal to the path from the corona wire to the grounded surface, which significantly increases the time spent by electrically charged particles in the space between the wire, supports and the grounded surface, thereby increasing the probability of removal air flow of electrically charged particles into the atmosphere surrounding the device, and consequently, the efficiency increases The operating principle of the device.

Claims

1. A device for dispersing fogs and clouds, comprising a wire with a small radius of curvature attached to supports by means of insulators, designed to generate a corona discharge, connected to a high voltage source, characterized in that the wire is made with sections of increased radius of curvature of the surface that are distributed along its length with a step equal to the distance between the supports, and are located symmetrically with respect to the supports, while the wires are fastened to the insulators in areas of increased radius of curvature of the surface.

2. The device according to claim 1, characterized in that the sections of the wire of increased radius of curvature of the surface are made with a length equal to not less than the height of the wire to the insulators above the grounded surface on each side of the supports.