RU2711596C1 - Установка производства искусственного снега для нужд сельского хозяйства - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к оборудованию для получения искусственного снега. Установка производства искусственного снега для сельского хозяйства содержит осевой канал, сообщающий последовательно средства (1) подачи воздуха под давлением, сопло Лаваля (2), СВЧ-камеру (3) с генератором СВЧ-энергии (4), средство подачи воды (7) и жидкой двуокиси углерода (8), смесительную камеру (5), струйную форсунку и диффузор (6). На крышке камеры смешивания установлена центробежная форсунка (12). В нижней цилиндрической части (14) центробежной форсунки выполнены два тангециональных канала (17), расположенные симметрично и сообщенные с камерой смешивания коническими направляющими с углом конусности, не превышающим 45°. В цилиндрическом отверстии верхней конической части (15) корпуса (13) насоса установлены наружный (19) и внутренний (20) тонкостенные конусы, образующие цилиндрическое сопло (21) с зазором 4-5 мм и сопряженное с ним коническое сопло (22), изменяющееся по высоте с зазором на выходе 1-2 мм, с корневым углом центробежной форсунки, не превышающим 42-56°. Повышается интенсивность снегообразования. 3 ил.

Description

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.

Известна «Установка для получения искусственного снега» патент RU №2159398 С1 (51) МПК F25C3/04 (2000.01), снабжена двумя конусообразными раструбами и дополнительной форсункой с туманообразователем.

Работа вентилятора на две форсунки по обе его стороны малоэффективна.

Известно «Устройство для получения искусственного снега» (патент RU № 2129691 С1 (51) МПК F25C 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» RU№ 2676134 от 26.12.2018 - принят за прототип, устройство снабжено СВЧ-камерой и генератором СВЧ-энергии и струйными форсунками, однако струйные форсунки недостаточно создают мельчайших частиц, от этого зависит качество и производительность установки.

Технической задачей изобретения является повышение интенсивности снегообразования за счет применения центробежных форсунок.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в установке производства искусственного снега для сельского хозяйства, содержащей осевой канал, сообщающий последовательно средства подачи воздуха под давлением, сопло Лаваля, СВЧ-камеру с генератором СВЧ-энергии, средство подачи воды и жидкой двуокиси углерода, смесительную камеру, струйную форсунку и диффузор, новым является то, что на крышке камеры смешивания установлена центробежная форсунка, в ее нижней цилиндрической части выполнены два тангециональных канала, расположенные симметрично и сообщенные с камерой смешивания коническими направляющими с углом конусности не превышающим 45°, а в цилиндрическом отверстии верхней конической части корпуса насоса установлены наружный и внутренний тонкостенные конусы, образующие цилиндрическое сопло с зазором 4 - 5 мм и сопряженное с ним коническое сопло, изменяющееся по высоте с зазором на выходе 1-2 мм, образуют корневой угол центробежной форсунки не превышающим 42-56°.

Сущность предполагаемого изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 – представлена схема установки производства искусственного снега для нужд сельского хозяйства»; на фиг.2 вид А-А; на фиг.3 вид Б-Б.

Установка производства искусственного снега для сельского хозяйства содержит последовательно соединенные средство 1 подачи воздуха под давлением, сопло Лаваля 2, СВЧ-камеру 3, генератор СВЧ-энергии 4, смесительную камеру 5 и диффузор 6, средства подачи воды 7 и жидкой двуокиси углерода 8, со штуцерами 9 и 10 соответственно. Внутри выходного конуса сопла Лаваля 2 по спирали под углом γ к образующей закреплены направляющие витки 11, а на крышке смесительной камеры 5 установлена центробежная форсунка 12. В ее корпусе 13 (фиг. 2, вид А-А) имеются нижняя цилиндрическая 14 и верхняя коническая 15 части. Нижняя цилиндрическая часть корпуса 13 центробежной форсунки 12 образует камеру закручивания 16, которая через тангенциальные каналы 17 и конусные соединители 18 сообщаются со смесительной камерой 5. В цилиндрическом отверстии верхней конической части 15 корпуса 13 центробежной форсунки 12 установлены наружный тонкостенный конус 19 и внутренний 20. Они образуют цилиндрическое сопло 21 и коническое сопло 22 с изменяющимся по высоте зазором 4 – 5 мм между конусами 19 и 20.

В конструкции центробежной форсунки важное значение отводится углу конусности α и корневому углу β. Значение угла α выбрано из условий максимального напора пневмогидравлического потока смеси по внутренней цилиндрической и конической поверхностям корпуса-насоса, а корневой угол центробежной форсунки β определен из условий максимального распыления водовоздушной смеси и высоты факела, их числовые значения определены экспериментально, при этом угол конусности α ≤ 45°, корневой угол центробежной форсунки β = 42-56°, высота факела составляет 900-3000 мм.

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, 1986).

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.

Работает установка производства искусственного снега для сельского хозяйства следующим образом.

Воздух средством 1 нагнетается в сопло Лаваля 2, где в объеме выходного конуса сопла Лаваля 2 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 подачи 7 и 8 через штуцеры 9 и 10 к торцевой поверхности смесительной камеры 5 подают 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 5, подается в центробежную форсунку 12, установленную на крышке смесительной камеры 5.

Процесс работы центробежной форсунки 12 состоит в следующем. Раствор воды и двуокиси углерода с воздухом через конусное соединение 18, тангенциальные каналы 17 подается в цилиндрическую часть 14 камеры закручивания 16, приобретает в ней вращательное движение и по наклонной стороне конуса 15 продвигается одновременно к узкому цилиндрическому соплу 21.

Таким образом, в камере закручивания 16 каждая частица пневмогидравлического потока (водовоздушной смеси) совершает винтовое движение, ускоряясь в окружном направлении при приближении к оси цилиндрического сопла форсунки 12. При входе в сопло 21 и при движении по нему часть энергии вращательного движения преобразуется в поступательное осевое движение. За счет центробежных сил смесь одновременно прижимается к цилиндрической боковой поверхности камеры закручивания 16 и цилиндрического сопла 21 так, что приосевая зона форсунки 12 освобождается от смеси, здесь образуется вихревая тяга. При выходе из цилиндрического сопла 21 полая струя смеси, вращающаяся за счет центробежных сил, в зазоре 22 между наружным конусом 19 и внутренним 20 превращается за счет центробежных сил в полый тонкостенный конус, который плавно в воздухе утоньшается и на некотором расстоянии от конического сопла 22 форсунки 12 разрушается на множество мелких капель, образуя факел 23 (туман).

Применение центробежной форсунки увеличивает образование мельчайших капель из пневногидравлического потока (водовоздушной смеси) – мелкодисперсных центров кристаллизации, что интенсифицирует процесс образования снега.

Claims (1)

1. Установка производства искусственного снега для сельского хозяйства, содержащая осевой канал, сообщающий последовательно средства подачи воздуха под давлением, сопло Лаваля, СВЧ-камеру с генератором СВЧ-энергии, средство подачи воды и жидкой двуокиси углерода, смесительную камеру, струйную форсунку и диффузор, отличающаяся тем, что на крышке камеры смешивания установлена центробежная форсунка, в ее нижней цилиндрической части выполнены два тангециональных канала, расположенные симметрично и сообщенные с камерой смешивания коническими направляющими с углом конусности, не превышающим 45°, в цилиндрическом отверстии верхней конической части корпуса насоса установлены наружный и внутренний тонкостенные конусы, образующие цилиндрическое сопло с зазором 4-5 мм и сопряженное с ним коническое сопло, изменяющееся по высоте с зазором на выходе 1-2 мм, с корневым углом центробежной форсунки, не превышающим 42-56°.

Images