Результат интеллектуальной деятельности: Способ 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.

Известен «Способ образования искусственного снега и устройство для его осуществления» (патент RU № 2032869, МПК F25C 3/04, 1995), предусмотрено образование искусственного снега раздельной подачей рабочего газа под повышенным давлением и распыленной жидкости, устройство снабжено камерой для мгновенного расширения части потока газа. Установка конструктивно сложная и труднореализуемая на практике.

Известно «Устройство для получения искусственного снега» (патент RU № 2129691, МПК F25C 3/00, 1999), которое 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.

Известно «Способ получения искусственного снега для сельского хозяйства» (патент RU № 2676134, МПК А 23 N 17/00, 2018 - принята за прототип, заключающийся в подаче воздуха, воды и двуокиси углерода под давлением, распылении, смешивании этих компонентов и выбросе в атмосферу. Устройство для осуществления способа снабжено СВЧ-камерой и генератором СВЧ-энергии и струйными форсунками, однако струйные форсунки недостаточно создают мельчайших частиц, от этого зависит интенсивность, качество снегообразования, качество снега и производительность установки.

Задачей изобретения является повышение интенсивности снегообразования за счет центробежного способа выбрасывания водовоздушного потока смеси в атмосферу и создания полого тонкостенного конуса в атмосфере.

Выше указанный технический результат достигается тем, что в способе производства искусственного снега для сельского хозяйства, включающего обработку СВЧ-энергией турбулентного потока воздуха, поляризацию химических элементов воздуха и капли воды из его влаги, смешивание воздуха, воды и двуокиси углерода и струйный выброс смеси под давлением в атмосферу, согласно изобретению, турбулентному водовоздушному потоку смеси придают вращательное движение в зазоре между усеченными конусами и выбрасывают в атмосферу центробежным способом, превращают в атмосфере поток водовоздушной смеси в полый тонкостенный конус из воздушной смеси и образуют мельчайшие капли – ядра снежинок – на расстоянии 800-1000мм от конца конического сопла.

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).

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.

В способе производства снега с использованием 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 900-3000мм.

Сущность предполагаемого изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 – представлена схема «Установка производства искусственного снега для 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 по спирали под углом γ к образующей закреплены направляющие витки 11, а на крышке смесительной камеры установлена центробежная форсунка 12. В ее корпусе 13 (фиг. 2, вид А-А) имеется нижняя цилиндрическая часть 14 и верхняя коническая 15. Нижняя цилиндрическая часть корпуса центробежной форсунки образует камеру закручивания 16, которая через тангенциальные каналы 17 и конусные соединители 18 сообщаются со смесительной камерой 5. В цилиндрическом отверстии верхней конической части корпуса центробежной форсунки (фиг. 3, вид Б-Б) установлены наружный тонкостенный конус 19 и внутренний 20. Они образуют цилиндрическое сопло 21 и коническое сопло 22 с изменяющимся по высоте зазором между конусами.

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 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 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. Процесс работы центробежной форсунки 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 каждая частица пневмогидравлического потока (водовоздушной смеси) совершает винтовое движение, ускоряясь в окружном направлении при приближении к оси цилиндрического сопла форсунки. При входе в сопло 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 и цилиндрического сопла так, что приосевая зона форсунки освобождается от смеси, здесь образуется вихревая тяга. При выходе из цилиндрического сопла 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 форсунки 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.