АЗОТНЫЙ ГЕНЕРАТОР ИСКУССТВЕННЫХ ЛЕДЯНЫХ КРИСТАЛЛОВ
NITROGEN GENERATOR OF ARTIFICIAL ICE CRYSTALS

Изобретение относится к области технических средств, предназначенных для генерации искусственных ледяных кристаллов путем распыления жидкого азота в переохлажденную облачную среду с использованием самолета.
Известны различные конструкции устройств для генерации ледяных кристаллов методом распыления жидкости под давлением в атмосферу, содержащие баллон с распыляемой жидкостью, снабженный запорным органом и распылителем (п. РФ №1797181, кл. A01G 15/00, 1995 г.; п. РФ №1797182, кл. A01G 15/00, 1995 г.; п. РФ №2112358, кл. A01G 15/00, 1998 г.).
Известные устройства предназначены для генерации ледяных кристаллов в атмосфере путем их сбрасывания в переохлажденную облачную среду с самолетов.
К недостаткам известных устройств можно отнести то, что они могут быть использованы только для распыления таких жидкостей, как пропан, фреон и т.д., которые имеют невысокий уровень давления насыщенных паров при положительных рабочих уровнях температуры. Для распыления же в атмосферу жидкого азота, с температурой -196°С и достаточно высоким давлением насыщенных паров, известные устройства не пригодны.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является автономный азотный генератор искусственных ледяных кристаллов, содержащий размещенный на борту самолета сосуд Дьюара с жидким азотом, крышку с манометром и зажимами для крепления к горловине сосуда Дьюара, питающий трубопровод, один конец которого снабжен распылителем и выставлен за борт самолета в набегающий воздушный поток, а второй конец через крышку введен в сосуд Дьюара и опущен в жидкий азот, устройство для принудительной подачи жидкого азота через питающий трубопровод в распылитель, а также трубку аварийного сброса давления с вентилем, связывающим полость сосуда Дьюара с внешней средой (Автономный азотный генератор искусственных ледяных кристаллов // М.Р.Ватиашвили, С.В.Китовский, И.М.Шипилов, А.А.Ларин, Г.З.Акопов. Межрегиональная научно-практическая конференция. Социально-экономические проблемы развития потребительской кооперации. Часть-III. - Ставрополь, 2001. С.211-213 Прототип).
Недостатком известного устройства является то, что для принудительной подачи жидкого азота в распылитель используется баллон с газообразным азотом, снабженный понижающими давление редукторами и манометрами, что значительно усложняет конструкцию устройства и снижает безопасность его применения.
Другой существенный недостаток устройства заключается в том, что трубка аварийного сброса давления и питающий трубопровод для подачи жидкого азота в распылитель снабжены вентилями, которые при охлаждении до низких температур покрываются слоем льда, что в ряде случаев блокирует выходные каналы. В результате, как показала практика, давление в сосуде Дьюара начинает резко расти и, при достижении критического уровня, жесткие металлические зажимы разрушаются, и крышка с оглушительным грохотом выбрасывается из горловины баллона наружу. В лучшем случае выброшенная с силой крышка может разрушить не только систему трубопроводов и измерительную аппаратуру, но и обшивку самолета изнутри. А в худшем случае, при попадании крышки в иллюминатор, либо в обслуживающий персонал, подобный инцидент может привести к более серьезным трагическим последствиям.
Техническим результатом от использования заявленного технического решения является упрощение конструкции устройства, а также повышение надежности и безопасности его работы.
Технический результат достигается тем, что в известном азотном генераторе искусственных ледяных кристаллов, содержащем размещенный на борту самолета сосуд Дьюара с жидким азотом, крышкой и зажимами для крепления крышки к горловине сосуда Дьюара, питающий трубопровод, один конец которого снабжен распылителем и выставлен за борт самолета в набегающий воздушный поток, а второй конец через крышку введен в сосуд Дьюара, устройство для принудительной подачи жидкого азота через питающий трубопровод в распылитель, а также размещенную в крышке трубку аварийного сброса давления, трубка аварийного сброса давления согласно изобретению выполнена в виде дренажного патрубка, свободно связывающего газовую полость сосуда Дьюара с внешней средой, а устройство для принудительной подачи жидкого азота в распылитель содержит размещенный на крышке электрический привод с опущенным вниз вращающимся валом, при этом вращающийся вал заключен в стакан, который открытым концом прикреплен к электрическому приводу, а закрытым концом погружен в жидкий азот, при этом у основания стакана предусмотрено отверстие по оси, через которое наружу пропущен конец вращающегося вала, при этом к основанию стакана прикреплено устройство для подачи жидкого азота в питающий трубопровод, всасывающая часть которого выполнена сообщающейся с полостью сосуда Дьюара, а нагнетающая часть через выпускной патрубок подключена к питающему трубопроводу, при этом нагнетающий элемент данного устройства прикреплен к выступающему из стакана концу вращающего вала.
Технический результат достигается и тем, что нагнетающий элемент - устройство для подачи жидкого азота в питающий трубопровод выполнен в виде винта Архимеда, либо в виде рабочего колеса с лопастями.
Технический результат достигается также и тем, что электрический привод содержит регулятор числа оборотов вращающегося вала.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид азотного генератора искусственных ледяных кристаллов, а на фиг.2 представлено устройство для подачи жидкого азота в питающий трубопровод, выполненное в виде винта Архимеда.
Азотный генератор искусственных ледяных кристаллов (фиг.1) содержит сосуд Дьюара 1 с жидким азотом 2, к горловине 3 которого с помощью зажимов 4 прикреплена крышка 5. Для обеспечения герметичности между крышкой 5 и корпусом горловины 3 размещено уплотнительное кольцо 6. Азотный генератор ледяных кристаллов содержит питающий трубопровод 7, один конец которого через иллюминатор 8 выведен наружу и содержит на конце распылитель 9, а второй конец через крышку 5 введен в сосуд Дьюара 1 и подключен к устройству для принудительной подачи жидкого азота 2 в распылитель 9. Питающий трубопровод 7 на выходе из крышки 5 содержит кран 10 и теплоизоляцию по всей длине, начиная от крышки и до иллюминатора 8 (теплоизоляция не показана). Согласно изобретению устройство для принудительной подачи жидкого азота в распылитель содержит размещенный на крышке 5 электрический привод 11 с опущенным вниз вращающимся валом 12. Вращающийся вал 12 заключен в стакан 13, который открытым концом прикреплен к электрическому приводу 11, а закрытым концом погружен в жидкий азот 2. У днища стакана 13 по оси предусмотрено отверстие 14, через которое наружу пропущен конец вращающегося вала 12, при этом у основания стакана 13 размещено устройство для подачи жидкого азота в питающий трубопровод 7. Данное устройство может быть выполнено в виде центробежного насоса 15, как показано на фиг.1, либо в виде насоса с нагнетающим элементом, выполненным в виде винта Архимеда (см. фиг.2).
Центробежный насос 15 содержит кожух 16 с всасывающим 17 и нагнетающим 18 патрубками. С помощью кожуха 16 центробежный насос 15 прикреплен к концу стакана 13, при этом рабочее колесо 19 с лопастями 20 прикреплено к выступающему из стакана концу вращающегося вала 12. К открытому концу нагнетающего патрубка 18 подключен питающий трубопровод 7 с распылителем 9 на конце. Электрический привод 11 содержит регулятор числа оборотов вращающегося вала 12 (регулятор показан), позволяющий регулировать расход жидкого азота. Для обеспечения безопасности на крышке 5 сосуда Дьюара 1 размещен дренажный патрубок 21, свободно связывающий газовую полость сосуда Дьюара 1 с внешней средой.
При использовании центробежного насоса 15, всасывающая ее часть связана с полостью сосуда Дьюара 1, а нагнетающая ее часть подключена к питающему трубопроводу 7, при этом нагнетающий элемент данного устройства (колесо с лопастями) прикреплен к концу вала 12, выступающему из стакана 13.
Во втором варианте (см. фиг.2) нагнетающий элемент в устройстве для подачи жидкого азота в питающий трубопровод 7 выполнен в виде винта Архимеда 22, который размещен на конце вращающегося вала 12. Кожух устройства 15 прикреплен снизу к стакану 13, при этом всасывающая часть устройства 23 через патрубок 17 свободно сообщается с полостью сосуда Дьюара 2, где находится жидкий азот 2, а нагнетающая ее часть 24 через патрубок 18 подключена к нагнетающему трубопроводу 7. Трубопровод 7 показан на фиг.1.
Азотный генератор искусственных ледяных кристаллов, оснащенный центробежным насосом, работает следующим образом.
При вхождении самолета в переохлажденное облако открывается кран 10 и включается электропривод 11. При этом начинает работать центробежный насос 15, производительность которого, в зависимости от необходимости, регулируется с помощью регулятора числа оборотов вращающегося вала 11. Под действием центробежной силы, развиваемой лопастями 20, жидкий азот 2 через всасывающий патрубок 17 поступает в полость кожуха 16, а затем под давлением через нагнетающий патрубок 18 поступает в питающий трубопровод 7 и через распылитель 9 выбрасывается в атмосферу. При выбросе в атмосферу жидкий азот 2 диспергируется на мелкие частички, которые при интенсивном испарении охлаждают до низких температур набегающий воздушный поток с облачными водяными каплями. В результате под действием низких температур облачные водяные капли, находящиеся в воздушном потоке, замерзают и за самолетом образуется шлейф мелких до долей микрона ледяных кристаллов, при взаимодействии которых с облачной средой формируется необходимый эффект осадкообразования. В процессе работы генератора пары жидкого азота, образующиеся в сосуде Дьюара 1 за счет притоков тепла через ее стенки, свободно выходят через дренажный патрубок 20 наружу, что повышает безопасность работы всей системы.
Во втором случае жидкий азот 2 нагнетается в трубопровод 7 за счет давления, образующегося при вращении винта Архимеда 22.
Предлагаемый азотный генератор искусственных ледяных кристаллов отличается от известных своей высокой надежностью и простотой конструкции, что в результате обеспечивает практически полную ее безопасность при эксплуатации.
Преимущественная область применения устройства - активные воздействия на переохлажденные облака с использованием самолетов.