СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА АТМОСФЕРУ
METHOD AND DEVICE FOR ELECTROPHYSICAL EFFECT AT ATMOSPHERE

Изобретение относится к области техники, предназначенной для воздействия на атмосферу. С помощью предлагаемого устройство планируется производить искусственное рассеивания тумана и подъем нижней границы облачности. Устройство может быть использовано на аэродромах, скоростных автодорогах, морских портах и т.п., где для управления транспортными средствами необходимо выполнение требовании по дальности видимости. Кроме того, предлагаемое устройство может быть использовано для обеспечения проведения различных спортивных и зрелищных мероприятий на открытых площадках.
Известны способы рассеивания туманов, основанные на искусственной конденсации паров воды путем использования специальных веществ (реагентов). Доставка реагентов и их распространения в тумане или облачности осуществляется с самолетов (см., например, патент США №2815928, МПК A01G 15/00, опубликованный 10.12.1957 г.), с помощью ракет (см., например, авторское свидетельство СССР №576839, МПК A01G 15/00), снарядов (см., например, Российская Федерация, патент №2034444, МПК 6 A01G 15/00, опубликованный 10.05.1995 г.).
В качестве реагентов используется смесь из углеродов хлора (патент №2160900, опубликованный 06.06.1939 г.), йодистое серебро (патент №2527230, опубликованный 24.10.1950 г.), водный раствор хлористого кальция с загустителем (патент №2934275, опубликованный 26.04.1960 г.) и др.
Несмотря на накопленный опыт практического использования реагентов, использование технологии ограничено только применительно к переохлажденным туманам. Теплые же туманы являются боле устойчивые и с помощью реагентов не поддаются рассеиванию.
Известны способы, основанные на электрофизическом воздействии на атмосферу (см., например, авторское свидетельство СССР №71260, МПК A01G 15/00, опубликованное 31.07.1948 г., патент США №3456880, МПК A01G 15/00, опубликованный 22.07.1969 г авторское свидетельство СССР №29675, МПК A01G 15/00, опубликованное в 1948 г., заявка ФРГ №4005304, МПК Е01Н 13/00). Известные способы основаны на генерации электрически заряженных частиц в атмосферу. Устройства, реализующие известный способ, используют либо подъем коронирующих проводов па высоту расположения облака, что предопределяет большие затраты ресурсов и не всегда осуществимо по погодным условиям, либо обдув воздушным потоком, формируемым с помощью технических средств, коронирующих электродов, установленных у поверхности земли.
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, Массачусета, 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". Ленинград, Гидрометеоиздат, 1978 г., стр.287-293).
Как следует из приведенных источников информации, определяющим фактором рассеивания тумана в известном способе является пространственный заряд, воздействующий на атмосферные образования.
Известен способ рассеивания тумана и облаков, заключающийся в воздействии на туман и облако с помощью потока электрически заряженных частиц, формируемого обдувом коронирующих проводов струей сжатого газа. В процессе формирования струи осуществляют сканирование струи по кольцевой спирали сначала к периферии спирали, затем к центру (патент РФ 2092028. С1. кл. A01G 15/00, Е01Н 13 /00).
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является патент РФ №2360068 С1, кл. Е01Н 13/00. Данное техническое решение содержит заземленную электропроводную сетку, установленную с зазором относительно подвешенных вдоль поверхности земли коронирующих проводов, и позволяет реализовать способ электрофизического воздействия на атмосферу, при котором формируются вертикальные воздушные потоки воздушных масс, что способствует рассеиванию тумана в прилегающей зоне. Интенсивность рассеивания тумана в прилегающей зоне (радиус воздействия) в значительной степени определяется свойствами тумана, его
Данное техническое решение достаточно успешно решает задачу воздействия на аэрозольное облако. Процесс воздействия на аэрозольное облако включает три основных процесса. Первый - это инициирование процессов конденсации на мелкодисперсных аэрозолях, которые по своим размерам и лиофильности в естественных условиях не могли быть центрами конденсации. Второй - это ионный ветер, направление которого от коронирующих электродов к заземленной поверхности. Третий - это сепарация водных капель на поверхности заземленной конструкции. Таким образом, известное устройство обеспечивает формирование вертикальных потоков воздушных масс, с помощью которых можно либо выводить капли тумана вверх из контролируемого пространства, либо направлять свободные от водных капель воздушные потоки вниз, которые, растекаясь по поверхности земли, освобождают от тумана область контролируемого пространства. Построить устройство рассеивания тумана непосредственно над защищаемым объектом не представляется возможным. Поэтому вывод капель тумана из контролируемого пространства либо затекание в область защищаемого пространства воздушных потоков, свободных от капель тумана, осуществляется в известном устройстве за счет пограничных течений у поверхности земли, формируемых за счет взаимодействия вертикальных потоков, создаваемых системой генерации коронного разряда, с поверхностью земли. Данное обстоятельство ограничивает область воздействия известного способа и снижает эффективность его применение.
Целью настоящего изобретения является повышение эффективности воздействия.
Для достижения заявленной цели в известном способе электрофизического воздействия на атмосферу, заключающемся в генерации коронного разряда с помощью соединенных с источником электрического питания коронирующих электродов, установленных с зазором относительно заземленной конструкции, в процессе генерации коронного разряда контролируют плотность тумана в защищаемой области и изменяют угол наклона заземленной конструкции и коронирующих электродов относительно поверхности земли;
изменение угла наклона осуществляют в диапазоне от -90° до +90°;
измеряют скорость и направление ветра и изменение угла наклона осуществляют таким образом, чтобы нормаль к поверхности заземленной конструкции была ориентирована в сторону максимальной плотности тумана;
в известном устройстве для электрофизического воздействия на атмосферу, содержащем электрически изолированную относительно земли и соединенную с источником электрического питания несущую раму с коронирующими электродами, относительно которой с зазором закреплена заземленная электропроводная конструкция, несущая рама с коронирующими электродами и заземленной электропроводной конструкцией установлена в плоскости, наклоненной под острым углом к поверхности земли;
электропроводная конструкция с помощью изоляторов закреплена на несущей раме с коронирующими электродами, установленной на электрически изолированной платформе с возможностью изменения угла наклона относительно поверхности земли.
Сущность заявляемого способа следующая. Путем изменения угла наклона заземленной конструкции и коронирующих электродов варьируется направление формируемых коронным разрядом воздушных потоков, которые суммируются с ветровыми потоками и направляются на защищаемую территорию, в места с наибольшей плотностью тумана. Как известно, в области струи воздушного потока, формируемого ионным ветром при генерации коронного разряда, обеспечивается рассеивание тумана (см. Лапшин Б.В., Иванов В.Н., Ераньков В.Г., Палей А.А., Романов Н.П., Савченко А.В. «Новые возможности совместного использования «электрического ветра» и электрофильтров для рассеяния теплых туманов». Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ» 269 http://zhurmal.ape.relarn.ru/articles/2010/021.pdf). Рассеивание тумана осуществляется внутри свободной струи, формируемой ионным ветром от коронного разряда и естественным ветровым потоком, границы которой в условиях безветрия зависят от габаритных размеров устройства генерации коронного разряда и определяются известными соотношениями (см http://www.lennox.ua). В предлагаемом способе путем изменения угла наклона заземленной конструкции и коронирующих электродов относительно поверхности земли осуществляют перемещение очищенной от тумана струи в области защищаемого пространства и вымывание тумана обеспечивается во всем секторе воздействия свободной струи, перемещающейся в пространстве, что позволяет расширить область воздействия и увеличить эффективность рассеивания тумана.
Реализация способа осуществляется следующим образом. Перед проектированием системы рассеивания тумана на контролируемом участке местности по известным методикам (см., например http://www.poi-nsk.info/categorv/prognozirovaniye-i-modvelirovanive-zagryaznyeniya-atmosfyernogo-vozduha-gorodov/page /3/, или Спасский Н.В., Чакчир С.Я., Зимин С.С., Колесникова О.Н., Алешин В.Е., Могилко И.К., Распопов Д.В. «Программное обеспечение по расчету загрязнения атмосферы и распространению выбросов в зависимости от концентрации вредных веществ, с учетом географических и погодных условий». Свидетельство регистрации №2010617308 от 02.11.2010) применительно к заданным параметрам местности проводятся сценарные расчеты распространения потоков, формируемых генерируемым коронным разрядом, для различный, наиболее характерных для заданной местности метеорологических условий. По результатам расчетов выбирают наиболее оптимальные параметры системы генерации (габаритные размеры устройств генерации коронного разряда, количество и их расположение относительно защищаемого объекта, требуемый угол наклона заземленной конструкции и коронирующих электродов относительно поверхности земли, и диапазон его изменения и пр.), формируют программу изменения угла наклона каждой из монтируемых систем генерации коронного разряда для типовых метеорологических ситуаций образования тумана на контролируемой территории, определяют количество и места монтажа датчиков контроля дальности видимости на контролируемой территории, датчиков направления и скорости ветра. При возникновении метеорологической ситуации, предвещающей о возможном образовании тумана на контролируемом участке местности, по предварительно подготовленным алгоритмам включают устройства генерации коронного разряда и осуществляют сканирование углами их наклона. По информации от датчиков направления и скорости ветра производят расчеты угла отклонения вектора скорости выходящего из устройства рассеивания тумана потока от направления в сторону максимальной плотности тумана, и изменяют угол наклона заземленной конструкции и коронирующих электродов относительно поверхности земли, обеспечивая их совмещение. Учитывая, что скорость ветра, как по величине, так и по направлению постоянно меняется, меняется и плотность тумана по области контролируемого участка, в течение всего времени процесса рассеивания тумана производят изменение угла наклона заземленной конструкции и коронирующих электродов относительно поверхности земли по известным в следящих приводах алгоритмам. Теория и практика создания следящих приводов широко известна и подробно описана в литературе (см., например, http://bmstu.ru/~e10/old_version/issled/issled_kazmir_htm) Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает перекрытие области защищаемого объекта струями воздушных потоков от устройств генерации коронного разряда в расширенном по сравнению с известным способом объеме пространства в условиях изменения ветрового потока и условий формирования тумана в контролируемом участке местности.
На рис.1 представлена принципиальная схема предлагаемого устройства, позволяющего реализовать предлагаемый способ.
Устройство содержит установленное на высоковольтных изоляторах 1 основание 2 с поворотной осью 3, на которой смонтирована платформа 4 с коропирующими электродами, установленными в плоскости 5,6 (не показаны). Коронирующие электроды могут быть выполнены аналогично, как и в известном устройстве (патент РФ №2360068 С1, кл. Е01Н 13/00) в виде тонких проводов, натянутых в плоскостях 5 и 6, либо выполненных в виде тонкостенных лент с острыми зубьями, установленными в плоскостях 5, 6 по аналогии с известными коронирующими электродами, широко применяемых в электрофильтрах (см., например, http://kondor-eco.ru/main/proizvodstvo_kor_el.htm). С зазором А относительно плоскостей 5,6 коронирующих электродов, на изоляторах 7 закреплена заземленная конструкция 8. Заземленная конструкция 8 может быть выполнена аналогично, как и в известных устройствах (см., например, патент РФ №2360068 С1, кл. Е01Н 13/00) из элетропроводной сетки. Размер ячейки ячеек электропроводной сетки может составлять ~(8-20) см в зависимости от величины зазора Δ. Платформа 4 с коронирующими электродами электрически соединена с источником электрического питания высокого напряжения 9. С целью снижения вероятности электрического пробоя и образования электрической дуги между коронирующими электродами и заземленной конструкцией источник электрического питания 9 снабжен системой регулирования (не показана), снижающей величину напряжения при резком увеличении тока. Подобные системы регулирования известны и используются в источниках питания электрофильтров (см., например, микропроцессорный регулятор МЭФИС 03 на сайте http://www.ramenergy.ru/catalog_p14.html). Платформа 4 установлена на поворотной оси 3 основания 2 с возможностью изменения угла наклона заземленной конструкции относительно поверхности земли а. Для изменения угла наклона а устройство снабжено следящим приводом, связанным с системой управления, получающей информацию от датчиков ветра и датчиков дальности видимости, установленных на контролируемом участке местности (не показаны). Для более эффективной работы устройства система управления может быть связана с системой сбора и обработки метеорологической информации и системой включения и выключения источника электропитания 9.
Устройство работает следующим образом. При получении метеорологической информации о возможном образовании тумана. Платформа с коронирующими электродами ориентируется по направлению натекания тумана на участок контролируемой территории. Включается источник электрического питания 9 и высокое напряжение подается па коронирующие электроды. Между коронирующими электродами и заземленной конструкцией в промежутке Δ создается мощное электрическое поле, зажигается коронный разряд. Электрические заряды, возникающие в процессе коронного разряда, движутся к заземленной поверхности, сталкиваются с нейтральными молекулами и аэрозольными частицами, заряжают их и сообщают им свой момент количества движения. Образуется воздушный поток, направленный от коронирующих электродов к заземленной поверхности. Проходя через заземленную сетку электрически заряженные аэрозоли (капли тумана) осаждаются на ее поверхности, а нейтральные молекулы в виде воздушного потока, очищенного от капель тумана, направляются в направлении защищаемый от тумана участок контролируемой территории. Таким образом, производится вымывание тумана из контролируемой территории очищенным воздушным потоком, чем и обеспечивается рассеивание тумана. Учитывая, что высота тумана может составлять 100 и более метров, угол расхождения струи потока порядка 12°, обеспечить вымывание тумана по всей высоте горизонтальным потоком не представляется возможным. Поэтому в предлагаемом устройстве предусмотрено изменение угла наклона заземленной конструкции относительно поверхности земли, что позволяет струю очищенного от тумана воздушного потока направлять как горизонтально, так и вверх под углом к горизонту, что позволит очистить контролируемое пространство по всей высоте тумана над контролируемой территорией. В местах, где натекание тумана может происходить с различных сторон данное устройство позволяет обеспечивать защиту участков контролируемой территории с двух сторон, что позволяет избежать затрат на строительство дополнительных устройств генерации коронного разряда.
Таким образом, предлагаемое техническое решение благодаря новым отличительным признакам в совокупности с известными позволяет обеспечить расширение зоны рассеивания тумана, повысить эффективность рассеивания тумана и достичь цели предлагаемого изобретения.