Результат интеллектуальной деятельности: Линия производства искусственного снега для нужд сельского хозяйства

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, МПК F25C3/04, 2000, 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, МПК F25C 3/00, 1995, 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 снега и производительность установки.

Технической задачей изобретения является повышение коэффициента снегообразования и обеспечение возможности производства снега на открытом воздухе при минусовой температуре, а его использование в помещениях с плюсовой температурой.

Вышеуказанный технический результат 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, центробежную форсунку и конический диффузор, согласно изобретению, в верхней части цилиндрического диффузора установлен центробежный вентилятор, связанный всасывающим патрубком с верхней сужающейся частью цилиндрического диффузора, нагнетательный патрубок сообщен с гибким недеформируемым шлангом и гасителем скорости смеси воздуха и снега, в нижней части вертикального цилиндрического диффузора установлен регулятор скорости движения водовоздушной смеси перекрытием продолговатых каналов, расположенных по окружности цилиндрического диффузора, при этом скорость движения водовоздушной смеси снизу вверх в вертикальном цилиндрическом диффузоре, по крайней мере, не больше 5 м/с и не меньше 4,5 м/с.

Сущность предполагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема линии производства искусственного снега для сельского хозяйства.

Линия 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 конический диффузор 6, средства подачи воды 7 и жидкой двуокиси углерода 8 со штуцерами 9 и 10 соответственно. Внутри выходного конуса сопла Лаваля по спирали под углом γ к образующей закреплены направляющие витки 11, а на крышке смесительной камеры установлена центробежная форсунка 12 с диффузором 13, образующим водовоздушный факел 14. На крышке 15 смесительной камеры 5 закреплен цилиндрический диффузор 16, сверху которого установлен центробежный вентилятор 17 с всасывающим патрубком 18, сообщенный с регулятором подачи воздуха 19 и нагнетательным патрубком 20, соединенным с гибким недеформируемым шлангом 21 с гасителем скорости смеси воздуха и снега 22. Гибкий шланг фиксируется опорой 23.

Работает линия 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 через выходной конус сопла Лаваля 2 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 7 и 8 через штуцеры 9 и 10 подают к торцевой поверхности смесительной камеры 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, подается в центробежную форсунку 12, установленную на крышке смесительной камеры 5. Центробежный вентилятор 17 через всасывающий патрубок 18, регулятор подачи воздуха 19 и цилиндрический диффузор 16, установленный на крышке смесительной камеры 15 засасывает атмосферный воздух и поднимает водовоздушную смесь, при этом она охлаждается, образуются кристаллы снега, которая через нагнетательный патрубок 20 с воздухом по гибкому недеформируемому шлангу 21 подается к месту применения. Если снежная масса выбрасывается не в объем помещения. а на поверхность пола помещения или опытный участок, то на конец шланга устанавливается гаситель скорости 22.

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 входному конусу соплу Лаваля газ сжимается, температура и давление повышаются, затем в выходном конусе сопла Лаваля газ 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).

Поток водовоздушной смеси при выходе с большой скоростью из выходного 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.

При высокой скорости выброса факела водовоздушной смеси на высоту до 3 м процесс отдачи тепла и замораживания капель происходит мгновенно, при этом крупные капли не успевают заморозится в хлопья снега и выпадают в виде капель жидкой смеси, а коэффициент снегообразования составляет только 0,5-0,85 (Гаспарьян Н.А. диссертация. Пылеподавление на основе использования фазовых переходов влаги при ведении открытых горных работ. Санкт-Петербург, 2008). Применение линии производства искусственного снега для нужд сельского хозяйства позволит увеличить время пребывания капель в цилиндрическом диффузоре и повысить эффективность образования кристаллов снега (коэффициент снегообразования) в продуваемом вертикальном, цилиндрическом диффузоре, так как скорость свободного падения капель смеси в неподвижном воздухе диаметром до 100 мкм (100 микрон) составляет 0,75 м/с, а при диаметре 500-600 мкм – 4,5 м/с. (Шувалов Ю.В., Мохамад А., Бульбашев А.П. Устройства для борьбы с пылью при отрицательных температурах воздуха //Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2000. - №9 – С.5-7.).

Поэтому скорость воздуха в вертикальном диффузоре Vдиф должна быть больше 4,5 м/с. Экспериментально установлено, что водовоздушная смесь медленно перемещается при скорости не больше 5 м/с. При этом должно соблюдаться условие: 5м/с ≥ Vдиф ≥ 4,5 м/с.

Применение линии производства искусственного снега позволяет производить искусственный снег на открытом воздухе, что эффективно в зимнее время, а использовать снег в помещении в любое время года при положительной и отрицательной температурах атмосферного воздуха.