Результат интеллектуальной деятельности: Установка 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 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.