УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАССЕИВАНИЯ ТУМАНА
FOG DISPERSION DEVICE

Изобретение относится к области техники, предназначенной для рассеивания тумана над различными наземными объектами, к которым следует отнести аэродромы, скоростные автодороги, морские порты и т.п., где для управления транспортными средствами необходимо выполнение требований по дальности видимости, а также открытые площадки для проведения различных спортивных и зрелищных мероприятий.
Известен способ рассеивания тумана, основанный на испарении капель тумана и формировании восходящих воздушных потоков путем сжигания топлива на контролируемой территории (проект FIDO, см., например, https://habr.com/post/391039/). Устройство для рассеивания тумана, реализующее известный способ, состояло из трех труб, проложенных с обеих сторон взлетно-посадочной полосы аэродрома. Две лежали на земле, верхняя располагалась над ними; в нижних трубах были выполнены отверстия. В верхний трубопровод нагнеталось горючее, которое перетекало в нижние трубы и через отверстия било струйками вверх. Струи горючего поджигались, верхняя труба прогревалась, горючее в ней испарялось, и система выходила на рабочий режим: из отверстий била не жидкость, а бензиновые пары, образующие факелы высотой 60-180 см. Тепло от пламени нагревало воздух в окружающем пространстве. Капельки тумана испарялись, формировались восходящие воздушные потоки, и туман рассеивался. Известное устройство успешно применялось на практике и обеспечивало посадку самолетов в условиях мощных туманов. Однако, известное устройство отличается высокой энергоемкостью (более 100 л горючего в секунду) и не нашло широкого применения.
Известны способы электрического воздействия на туман. Так, в патенте США №4671805, опубликованном 09 июня 1987 года, описан способ рассеивания тумана с помощью ионного облака. В отчете НАСА 3481 от 1981 г. (см. http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19820008785_1982008785.pdf) представлены материалы исследований по созданию ионных генераторов. Однако, практического применения ионных генераторов для рассеивания тумана в опубликованных источниках не представлено.
Известен способ рассеивания туманов и облаков, заключающийся в генерации электрических зарядов в атмосферу путем подключения к источнику высокого напряжения коронирующих проводов, закрепленных через изоляторы на опорах у поверхности земли (см. «Журнал геофизических исследований», Кембридж, Массачусетс, март 1962 г., т. 67, стр. 1073-1082). Сведения об этом способе отражены и в отечественной технической литературе (см. Л.Г. Качурин «Физические основы воздействия на атмосферные образования», Гидрометеоиздат, Ленинград, 1978 г., стр. 287-293). Работы по испытанию данного метода, проведенные с участием авторов, показали, что рассеивания тумана данным методом носит статистически значимый результат (см. В.Б. Лапшин, А.А. Палей. Результаты натурных экспериментов по оценке влияния коронного разряда на плотность тумана. Метеорология и гидрология 2006, №1, стр. 41-47).
Известно устройство для рассеивания тумана, описание которого изложено в патенте РФ №2124288 С1, кл. Е01Н 13/00, 19.12.1997 г, опубликованном 10.01.1999 г., бюл. №1. Известное устройство содержит подсоединенные к источнику тока провода с малым радиусом кривизны поверхности, закрепленные на изоляторах опор параллельно электропроводной сетке, смонтированной в вертикальной плоскости, проходящей через оси симметрии смежных опор.
Известное техническое решение достаточно успешно решает задачу рассеивания тумана (см., например, https://www.youtube.com/watch?v=3HnMTvwBOXk, https://www.youtube.com/watch?v=PGGkdaVStXs). Генерируемый коронирующими проводами коронный разряд создает ионный ветер, который направлен от коронирующих проводов к заземленной сетке. Облако тумана, проходя через область коронного разряда, получает электрический заряд, и ионным ветром (а также внешним ветровым потоком) направляется на заземленную сетку. Проходя через ячейки заземленной сетки, электрически заряженные капли тумана сепарируются от ветрового потока и очищенный от тумана ветровой поток направляется в область защищаемого от тумана пространства. Вместе с тем, устойчивость горения коронного разряда, а, следовательно, и эффективность работы устройства в значительной степени зависит от точности величины зазора между коронирующими проводами и заземленной сеткой. В местах, где зазор меньше проектного значения, происходит электрический пробой, и вся система генерации коронного разряда выключается. В местах же, где значение зазора больше проектного значения, интенсивность коронного разряда недостаточна для эффективного рассеивания тумана. Обеспечить требуемые характеристики плоскостности поверхности сетки очень сложная техническая задача.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для рассеивания тумана по патенту РФ Ru 2516988 С1, МПК A01G 13/00 (2006/01), опубликованному 27.05.2014 г., бюл. №15. Данное устройство содержит установленную на раме заземленную электропроводную сетку, поверх которой с определенным шагом установлены электропроводные стержни, вдоль поверхностей которых, с зазором установлены соединенные с высоковольтным источником питания коронирующие электроды, соединенные с высоковольтным источником питания. Стабильность зазора разрядного промежутка между коронирующими электродами и заземленной поверхностью в известном устройстве обеспечивается жестким креплением элементов заземленной поверхности на раме. Также жестко на кронштейнах, закрепленных на раме, через изоляторы устанавливаются направляющие с закрепленными на них коронирующими электродами. Гарантированность точности значения зазора разрядного промежутка в известном устройстве обеспечивается тем, что и заземленные электропроводные стержни, и коронирующие электроды жестко закреплены на раме. Создаются благоприятные условия для формирования устойчивого коронного разряда с наперед заданными параметрами, и обеспечивается эффективная работа устройства рассеивания тумана. Вместе с тем, рассеивание тумана в известном устройстве обеспечивается только в области проходящего через устройство воздушного потока. И для рассеивания тумана на значительной территории, например, на автомобильной дороге, требуется монтаж такого устройства практически вдоль всей линии ее протяженности. И по всей линии протяженности с шагом, определяемым длинами направляющих, должны быть установлены высоковольтные изоляторы. Что увеличивает затраты на монтаж установки вследствие значительной стоимости высоковольтных изоляторов и способствует увеличению количества линий утечки высоковольтного напряжения на заземленную поверхность.
Целью предполагаемого изобретения является упрощение конструкции и снижение ее стоимости.
Для достижения заявленной цели устройство для рассеивания тумана, содержащее заземленную, свободную для прохождения воздушного потока плоскую конструкцию, вдоль которой с зазором относительно ее поверхности электрически изолированно закреплены коронирующие электроды, соединенные с высоковольтным источником питания, снабжено системой подвеса коронирующих электродов, выполненной в виде пластинчатых шарнирных цепей, смонтированных на высоковольтных изоляторах вдоль заземленной электропроводной конструкции;
система подвеса коронирующих электродов содержит не менее двух установленных в одной плоскости друг над другом пластинчатых шарнирных цепей, на верхней цепи из которых коронирующие электроды закреплены, а в нижних цепях установлены конструктивные элементы плоского подвижного соединения с коронирующими электродами.
Сущность заявляемого способа заключается в установке коронирующих электродов с помощью специальной системы подвеса коронирующих электродов относительно поверхности плоской заземленной конструкции. Предполагаемое изобретение решает вопрос установки коронирующих электродов электрически изолированно и с точным значением зазора относительно поверхности плоской заземленной конструкции. Предлагаемая система выполнена в виде пластинчатой шарнирной цепи, которая обеспечивает передачу весовой и ветровой нагрузки от коронирующих электродов через высоковольтные изоляторы на заземленные опоры. Основная нагрузка - это весовая нагрузка. Она воспринимается путем провиса системы по так называемой цепной линии висения. Максимально снижается вероятность возникновения сжимающих нагрузок на элементы конструкции системы подвеса, что позволяет использовать в качестве элементов конструкции (пластин пластинчатой шарнирной цепи) легкие высокопрочные тонкостенные профили. Провис системы происходит в плоскости, параллельной плоскости заземленной конструкции, и не оказывает отрицательного влияния на эффективность работы устройства. А возможность использования высокопрочных тонкостенных профилей позволяет значительно увеличить расстояние между точками опоры всей системы подвеса. Ветровые же нагрузки не столь значительны, и поперечной жесткости пластинчатых шарнирных цепей достаточно для их удержания и обеспечения стабильности зазора между коронирующими электродами и заземленной конструкцией. Снабжение устройства рассеивания тумана системой подвеса коронирующих электродов, выполненной в виде пластинчатых шарнирных цепей, позволяет увеличить расстояние между точками ее крепления на заземленной поверхности. Упрощается конструкция устройства и сокращается количество дорогостоящих высоковольтных изоляторов. Кроме того, сокращается количество линий вероятной утечки токов высокого напряжения и повышается надежность работы установки.
На рис. 1 представлена принципиальная схема предлагаемого устройства (поперечное и продольное сечения). Устройство включает в себя два ряда опор 1, которые при необходимости обеспечения дополнительной жесткости конструкции могут быть связаны между собой перемычками 2. В угловых точках, образуемых пересечением опор 1 с перемычками 2 прямоугольной конструкции, закреплены кронштейны 3, на которых попарно установлены высоковольтные изоляторы верхнего яруса 4 и нижнего яруса 5, удерживающие пластинчатую шарнирную цепь соответственно, верхнего яруса 6 и пластинчатую шарнирную цепь нижнего яруса 7. Точки крепления кронштейнов 3 регулируют таким образом, чтобы линии висения верхней и нижней цепи находились в одной плоскости. Пластинчатая цепь включает в себя несколько рядов пластин, соединенных между собой цилиндрическими втулками, и может быть выполнена по известной конструкции (см., например, http://www.mtomd.info/archives/3187). Между пластинчатыми шарнирными цепями верхнего яруса 6 и нижнего яруса 7 установлены коронирующие электроды 8. Так как линии висения верхней и нижней цепей находятся в одной плоскости, то и все установленные между ними коронирующие электроды при условии их прямолинейности будут также находиться в одной плоскости. С целью обеспечения прямолинейности конструкции коронирующих электродов 8 крепление коронирующих электродов 8 на цепи верхнего яруса осуществлено шарнирно на осях, установленных между пластинами цепи. Могут быть использованы также непосредственно и шарнирные пальцы самой цепи. В цепи же нижнего яруса 7 коронирующие электроды установлены между пластинами цепи по скользящей посадке, позволяющей движение электродов вдоль цепи в плоскости, параллельной плоскости, образуемой линиями висения верхней 6 и нижней 7 цепей, и ограничивающей движение коронирующего электрода в поперечной плоскости. При использовании в качестве коронирующих электродов проволоки, или при недостаточной жесткости конструкции коронирующих электродов 8 для обеспечения их прямолинейности в нижней части к ним могут быть прикреплены грузы 9. Масса грузов 9 подбирается на стадии проектирования из условий обеспечения требований прямолинейности в заданных условиях эксплуатации (ветровая нагрузка, температурный диапазон и пр.). Коронирующие электроды 8 могут быть выполнены из тонкой проволоки (диаметром порядка 0,1-0,8 мм), либо в виде специальных устройств, конструкции которых достаточно полно описаны в литературе по электрофильтрам (см., например, Г.М.А. Алиев, А.Е. Гоник. Электрооборудование и режимы питания электрофильтров. Энергия. Москва. 1971. Стр. 42-44). Коронирующие электроды электрически соединяются с высоковольтным источником питания 10. С зазором Δ относительно коронирующих электродов 8 установлена заземленная, свободная для прохождения воздушного потока плоская конструкция 11. Заземленная конструкция 11 может быть выполнена либо в виде обычной строительной конструкции, состоящей из прямолинейных стержней, скрепленных между собой с зазором друг относительно друга посредством узловых соединений, либо в виде обычной сетки, либо в виде решетчатого настила (см., например, http://www.zaosolid.ru/catalog/1/) и пр. Основное требование к конструкции - это плоскостность поверхности, касательной к внешним элементам ее конструкции, обращенной к коронирующим электродам, и обеспечение беспрепятственного прохождения через нее воздушного потока. Наличие в заземленной конструкции 11 различных электропроводных элементов, разделяющих воздушный поток на отдельные струи, позволяет увеличить эффективность установки. Размер ячеек сетки, количество ее слоев, либо размер поперечного сечения стержней, их форма, зазор между стержнями, количество рядов стержней, их расположение друг относительно друга в конструкции выбираются на стадии проектирования, исходя из требований создания максимально благоприятных условий устойчивой сепарации на ее заземленной поверхности электрически заряженных капель тумана при различной скорости набегающего ветрового потока.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Устройство рассеивания тумана заблаговременно монтируется вдоль границы защищаемого от тумана объекта с наветренной стороны. В условиях образования тумана и угрозы его натекания на защищаемую территорию включается высоковольтный источник питания 10, и высокое напряжение подается на коронирующие электроды 8. При подаче высокого напряжения на коронирующие электроды 8, между коронирующими электродами 8 и заземленной конструкцией 11 формируется мощное электрическое поле и зажигается коронный разряд. Значение напряжения высоковольтного источника питания 10 выбирают, исходя из условий стойкости высоковольтных изоляторов 4, 5 и геометрических соотношений между коронирующими электродами 8 и поверхностью заземленной конструкции 11, руководствуясь известными зависимостями для коронного разряда (см., например Н.А. Капцов. Электроника. Государственное издательство технико-технической литературы. Москва. 1956 г.).
Как показывают материалы литературных источников (см., например, Кулешов П.С.«Экспериментальное изучение взаимодействия коронного разряда и испарения воды http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2005/227.pdf; И.А. Рогов и др. «Моделирование процесса движения капель конденсата влажного воздуха в электрическом поле» http://www.holodilshchik.ru/index_holodilshchik_best_article_issue_10_2005.htm и результаты работ, проведенных авторами предполагаемого изобретения, при генерации коронного разряда формируется ветровой поток (ионный ветер), направленный от коронирующих электродов 8 к заземленной конструкции 11 со скоростью порядка 1 м/сек. Сформированный ионным ветром воздушный поток, содержащий капельки тумана, попадает в разрядный промежуток, где капли тумана приобретают электрический заряд. При прохождении воздушного потока мимо поверхностей элементов заземленной конструкции 11 электрически заряженные капли электрическим полем осаждаются на их заземленных поверхностях и сепарируются от ветрового потока. Очищенный от капель воздушный поток направляется в защищаемую область и вытесняет из нее туман. Капли тумана собираются на поверхностях элементов заземленной конструкции 11 и под действием собственного веса стекают вниз. Стекающая влага может собираться в специальных резервуарах (на рис. 1 не показаны).
Коронный разряд формируется между коронирующими электродами 8 и поверхностью элементов электропроводной конструкции 11. Коронирующие электроды 8 смонтированы между верхней 6 и нижней 7 цепями. Движение в поперечной плоскости цепей 6 и 7 ограничено их конструктивными особенностями. Следовательно, все коронирующие электроды 8 находятся в одной плоскости и находятся на равном удалении от поверхности конструктивных элементов заземленной конструкции 11. В зависимости от возможных ветровых нагрузок и значений допустимых отклонений эксплуатационного положения коронирующих электродов от плоскостности путем выбора жесткости поперечного изгиба пластинчатых цепей 6 и 7 предложенное техническое решение позволяет обеспечить требуемую точность величины разрядного промежутка Д по всей площади устройства рассеивания тумана. Что позволяет установить проектное значение разрядного промежутка между коронирующими электродами и заземленной поверхностью и обеспечить функционирование устройства при стабильных гарантированных параметрах системы генерации коронного разряда. Устойчивое горение коронного разряда обеспечит высокую эффективность работы устройства.
Таким образом, предложенное решение, благодаря новым признакам в сочетании с известными, позволяет сформировать устойчивый коронный разряд по всей площади устройства, увеличить эффективность рассеивания тумана и достичь цели предполагаемого изобретения.