RU2701303C1 - Artificial snow production line for agriculture needs - Google Patents

Abstract

FIELD: agriculture.SUBSTANCE: invention relates to agricultural production, namely, to production of artificial snow. Line comprises an axial channel communicating successively means of supplying air under pressure, a Laval nozzle, a microwave chamber with a microwave energy generator, means of feeding water and liquid carbon dioxide, a mixing chamber, a centrifugal nozzle and a diffuser. In the upper part of the cylindrical diffuser a centrifugal fan is installed, which is interconnected by a suction branch pipe with the upper convergent part of the cylindrical diffuser, and also by means of the pressure branch pipe it is interconnected with a flexible non-deformable hose and a damper of speed of air and snow mixture. In lower part of vertical cylindrical diffuser airflow rate regulator is installed. Control is performed by overlapping elongated channels located uniformly along circumference of cylindrical diffuser.EFFECT: use of the invention will make it possible to produce artificial snow outdoors.1 cl, 1 dwg

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.The invention relates to agricultural production, and in particular, to equipment for producing artificial snow for air purification at workplaces and for creating an optimal microclimate in livestock and poultry facilities, dust suppression in feed plants, plants, grain processing enterprises, for the formation of artificial snow cover in experimental and experimental sites in crop production, protection of gardens and shrubs from frost during their flowering period, used in sanitary protection zones Ah enterprises (pig, poultry, etc.) that have sources of emission of harmful substances into the atmosphere.

Известна «Установка для получения искусственного снега» патент RU № 2159398, МПК F25C3/04, 2000, снабжена двумя конусообразными раструбами и дополнительной форсункой с туманообразователем.The well-known "Installation for the production of artificial snow" patent RU No. 2159398, IPC F25C3 / 04, 2000, is equipped with two conical sockets and an additional nozzle with a fogger.

Работа вентилятора на две форсунки по обе его стороны малоэффективна.The operation of the fan on two nozzles on both sides of it is ineffective.

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.It is known "Device for producing artificial snow", patent RU No. 2129691, IPC F25C 3/00, 1995, the device is equipped with an additional ultrasound source with a rod concentrator of longitudinal vibrations. This device carries out a mechanical spray of water and liquid carbon dioxide, however, it does not create the rudiments of the nucleus of snowflakes from polarized chemical elements in the air, which does not intensify the process of snow formation.

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.The well-known "Method of producing artificial snow for agriculture" RU№ 2676134 from 12.26.2018 - adopted as a prototype, the device is equipped with a microwave camera and a microwave energy generator and jet nozzles. However, jet nozzles do not sufficiently create the smallest particles, the quality of snow and the performance of the installation depend on this.

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.An object of the invention is to increase the coefficient of snow formation and the possibility of producing snow in the open air at sub-zero temperatures, and its use in rooms with a positive temperature.

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.The above technical result is achieved by the fact that in the installation of artificial snow production for agriculture, containing an axial channel communicating in series means for supplying air under pressure, a Laval nozzle, a microwave chamber with a microwave energy generator, means for supplying water and liquid carbon dioxide, a mixing chamber , a centrifugal nozzle and a conical diffuser, according to the invention, in the upper part of the cylindrical diffuser there is a centrifugal fan connected by a suction pipe to the upper narrowing As part of a cylindrical diffuser, the discharge pipe is in communication with a flexible, non-deformable hose and a dampener for the air-snow mixture; in the lower part of the vertical cylindrical diffuser, a speed regulator for the movement of the air-water mixture is installed by overlapping elongated channels located around the circumference of the cylindrical diffuser; in a vertical cylindrical diffuser, at least not more than 5 m / s and not less than 4.5 m / s.

Сущность предполагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема линии производства искусственного снега для сельского хозяйства.The essence of the alleged invention is illustrated by the drawing, which shows a diagram of the line for the production of artificial snow for agriculture.

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. The artificial snow production line for agriculture contains series-connected means for supplying pressure air, a Laval nozzle 2, a microwave chamber 3, a microwave energy generator 4, a mixing chamber 5 and a conical diffuser 6, means for supplying water 7 and liquid carbon dioxide 8 with fittings 9 and 10, respectively. Guide coils 11 are fixed in a spiral at an angle γ to the generator inside the outlet cone of the Laval nozzle, and a centrifugal nozzle 12 with a diffuser 13 forming a water-air torch is mounted on the cover of the mixing chamber 14. A cylindrical diffuser 16 is mounted on the cover 15 of the mixing chamber 5, on top of which a centrifugal diffuser is mounted a fan 17 with a suction pipe 18 in communication with an air supply regulator 19 and a discharge pipe 20 connected to a flexible non-deformable hose 21 with a dampener for the speed of the mixture of air and snow 22. G bky hose support 23 is fixed.

Работает линия производства искусственного снега для сельского хозяйства следующим образом. The production line of artificial snow for agriculture is as follows.

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.Air is pumped into the Laval nozzle 2 by means of 1, where an electromagnetic field is created in the volume of the output cone of the Laval nozzle 2 by means of a microwave chamber 3 and a microwave energy generator 4 — radio waves of the millimeter range, which are concentrated in the center of the cone. The air flow is blown through the outlet cone of the Laval nozzle 2 through the channels between the turns of the spiral 11, which goes into a turbulent state, while it is cooled by adiabatic expansion, its speed increases, under the influence of an electromagnetic field, the chemical elements in the air are polarized, aerosol spraying of water occurs out of moisture in the air. The turbulent air flow moves into the mixing chamber 5, and water and carbon dioxide are supplied to the end surface of the mixing chamber through the fittings 9 and 10 to the mixing chamber 5, where they are sprayed and mixed under the action of the turbulent flow. The mixture of air and liquids under pressure, which is created in the mixing chamber, is supplied to the centrifugal nozzle 12 mounted on the cover of the mixing chamber 5. The centrifugal fan 17 through the suction pipe 18, the air supply regulator 19 and the cylindrical diffuser 16 mounted on the cover of the mixing chamber 15 sucks atmospheric air and raises the water-air mixture, while it cools, snow crystals are formed, which through the discharge pipe 20 with air is supplied through a flexible non-deformable hose 21 to in the application. If snow mass is not thrown into the room. and on the surface of the floor of the room or the experimental section, then a speed damper 22 is installed at the end of the hose.

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).The main indicators in the process of snow formation is the mass flow of air and liquid. Since the mass air flow rate in any longitudinal section is constant: p · v · A = const, where p is the local pressure, v is the local gas velocity, A is the area of the local section of the nozzle, moving along the inlet cone of the Laval nozzle, the gas is compressed, temperature and pressure increase, then in the outlet cone of the Laval nozzle the gas expands, while its temperature and pressure drop, and the speed increases. The internal energy of the air is converted into kinetic energy of directional motion. (Landau L.D., Lifshits E.M. Chapter X. Univariate motion of a compressible gas. § 97. Gas outflow through a nozzle. Theoretical physics - T.6. Hydrodynamics).

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).The flow of the water-air mixture upon exiting at a high speed from the exit conical nozzle experiences aerodynamic resistance of atmospheric air and breaks up into many small drops. For a drop of water, forces are directed against the forces of surface tension, and if these forces exceed the forces of surface tension, then the “explosion” of the drop occurs (Padzhi D.G., Galustov V.S. Liquid sprays.- M., Chemistry, 1979, p. 176).

Чем сильнее «взрыв», тем мельче «осколки» разрушенной капли и тем быстрее происходит переход от полидисперсной системы к монодисперсной.The stronger the “explosion”, the smaller the “fragments” of the destroyed drop and the faster the transition from a polydisperse system to a monodisperse one.

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.).At a high rate of ejection of the water-air mixture torch to a height of up to 3 m, the process of heat transfer and freezing of drops occurs instantly, while large drops do not have time to freeze into snow flakes and fall out as drops of a liquid mixture, and the snow formation coefficient is only 0.5-0. 85 (Gasparyan N.A. thesis. Dust suppression based on the use of phase transitions of moisture in open cast mining. St. Petersburg, 2008). The use of an artificial snow production line for agricultural needs will increase the residence time of droplets in a cylindrical diffuser and increase the efficiency of formation of snow crystals (snow formation coefficient) in a blown vertical, cylindrical diffuser, since the speed of free fall of mixture droplets in still air with a diameter of up to 100 μm (100 microns) is 0.75 m / s, and with a diameter of 500-600 microns - 4.5 m / s. (Shuvalov Yu.V., Mohamad A., Bulbashev A.P. Devices for dust control at negative air temperatures // Mountain Information and Analytical Bulletin. - 2000. - No. 9 - P.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.Therefore, the air velocity in the vertical diffuser Vdif should be more than 4.5 m / s. It was experimentally established that the air-water mixture moves slowly at a speed of not more than 5 m / s. In this case, the condition must be met: 5m / s ≥ Vdif ≥ 4.5 m / s.

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.The use of the artificial snow production line allows the production of artificial snow in the open air, which is effective in winter, and the use of snow indoors at any time of the year at positive and negative temperatures of atmospheric air.

Claims (1)

Линия производства искусственного снега для нужд сельского хозяйства, содержащая осевой канал и последовательно установленные средства подачи воздуха под давлением, сопло Лаваля, внутри выходного конуса которого по спирали под углом к образующей закреплены направляющие витки, СВЧ-камеру с генератором СВЧ-энергии, средство подачи воды и жидкой двуокиси углерода, смесительную камеру, форсунку и диффузор, отличающаяся тем, что на крышке смесительной камеры установлена центробежная насадка, образующая с диффузором водовоздушный факел, а также закреплен вертикальный цилиндрический диффузор, в верхней части которого установлен центробежный вентилятор со всасывающим патрубком, сообщенным с регулятором подачи воздуха и нагнетательным патрубком, причем регулятор подачи воздуха установлен в нижней части цилиндрического диффузора с возможностью перекрытия продолговатых каналов, расположенных по окружности цилиндрического диффузора, нагнетательный патрубок соединен с гибким недеформируемым шлангом, имеющим опору и снабженным гасителем скорости смеси воздуха и снега, а 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.An artificial snow production line for agricultural needs, containing an axial channel and sequentially installed means of supplying air under pressure, a Laval nozzle, inside the outlet cone of which spiral guides are fixed at an angle to the generatrix, a microwave camera with a microwave energy generator, a water supply means and liquid carbon dioxide, a mixing chamber, nozzle and diffuser, characterized in that a centrifugal nozzle is installed on the lid of the mixing chamber, forming a water-air torch with a diffuser, and A vertical cylindrical diffuser is also fixed, in the upper part of which there is a centrifugal fan with a suction pipe in communication with the air supply regulator and the discharge pipe, the air supply controller being installed in the lower part of the cylindrical diffuser with the possibility of overlapping elongated channels located around the circumference of the cylindrical diffuser, the discharge pipe connected to a flexible non-deformable hose having a support and equipped with a damper for the speed of the mixture of air and snow, and scab motion water mixture from the bottom up in a vertical cylindrical diffuser, at least not more than 5 m / s and not less than 4.5 m / s.

Images