УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА АТМОСФЕРУ
DEVICE FOR ELECTROPHYSICAL EFFECT ON ATMOSPHERE

Изобретение относится к области техники, обеспечивающей воздействия на атмосферу с целью изменения метеорологических условий на контролируемом участке местности. Предлагаемого устройство предназначено для формирования в атмосфере условий, при которых обеспечивается рассеивание тумана и подъем нижней границы облачности. Устройство может быть использовано для улучшения условий навигации 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 спортивных и зрелищных мероприятий на открытых площадках, а также для вентиляции воздуха на большой территории, в том числе различных карьеров.
Известны способы воздействия на атмосферу, основанные на использовании специальных веществ (реагентов). Для доставки реагентов в защищаемое пространство используются различные транспортные средства: самолеты (см., например, патент США №2815928, МПК A01G 15/00, опубликованный 10.12.1957 г.), ракеты (см., например, авторское свидетельство СССР №576839, МПК A01G 15/00), снаряды (см., например. Российская Федерация, патент №2034444, МПК 6 A01G 15/00, опубликованный 10.05.1995 г.).
В качестве реагентов используется йодистое серебро (патент №2527230, опубликованный 24.10.1950 г.), смесь из углеродов хлора (патент №2160900, опубликованный 06.06.1939 г.), водный раствор хлористого кальция с загустителем (патент №2934275, опубликованный 26.04.1960 г.) и др.
Использование перечисленных реагентов позволяет рассеивать лишь переохлажденные туманы. Теплые же туманы с помощью известных реагентов не поддаются рассеиванию.
Известны электрофизические методы 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 E01H 13/00). Данные устройства, реализующие известный способ, используют либо подъем коронирующих проводов на 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", Гидрометеоиздат, Ленинград, 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.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство по патенту РФ №2414117 C1, кл. E01H 13/00 от 14.10.2009 г., опубликованному 20.03.2011 г., бюл. №8. Данное устройство содержит заземленную электропроводную сетку, прикрепленную к подвешенным на опорах поддерживающим тросам, с зазором относительно соединенных с источником высокого напряжения коронирующих электродов. Электропроводная сетка установлена по поверхности эквидистантной поверхности, сформированной коронирующими проводами.
Данное техническое решение достаточно успешно решает задачу воздействия на атмосферу. Вместе с тем, эффективность процесса воздействия определяется в значительной мере точностью величины зазора между коронирующими проводами и заземленной сеткой. Учитывая, что поверхность коронирующих проводов неоднородна по длине, интенсивность коронного разряда также неравномерна, что является одной из основных причин силового возмущения коронирующих проводов и их колебаний в процессе генерации коронного разряда. При колебаниях коронирующих проводов происходит изменение разрядного промежутка, происходит снижение эффективности генерации электрических зарядов в атмосферу, снижение скорости ионного ветра и формируются условия образование дугового разряда. Для исключения загорания дугового разряда в известном устройстве вынуждены работать на более низких значениях напряжения, подаваемого на коронирующие электроды, что еще больше снижает эффективность генерации коронного разряда и снижает эффективность работы устройства.
Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности воздействия на туман.
Для достижения заявленной цели известное устройство для электрофизического воздействия на атмосферу, содержащее заземленную электропроводную сетку, прикрепленную к подвешенным на опорах поддерживающим тросам, с зазором относительно соединенных с источником высокого напряжения коронирующих электродов, по поверхности эквидистантной поверхности, образуемой коронирующими электродами, снабжено скрепленными с коронирующими электродами силовыми тросами, подвешенными через высоковольтные изоляторы на опорах;
снабжено дополнительными изоляторами, установленными между поддерживающими и силовыми тросами;
снабжено перемычками, установленными поперечно на поддерживающих тросах.
Сущность заявляемого способа следующая. Для обеспечения существенного воздействия на атмосферу требуется устройство, габаритные размеры которого измеряются десятками метров. Для исключения колебаний коронирующих электродов, выполненных в виде проводов малого радиуса кривизны, в процессе генерации коронного разряда на таком пролете необходимо решение очень сложной инженерной задачи. Как показали расчеты и экспериментальные исследования, для эффективного воздействия на атмосферу значение зазора между коронирующими электродами и заземленной сеткой измеряется порядком 10 см. (См. Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ» 269 http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2010/021.pdf. Новые возможности совместного использования «электрического ветра» и электрофильтров для рассеяния теплых туманов. Лапшин Б.В. Иванов В.Н., Ераньков В.Г., Палей А.А., Романов Н.П., Савченко А.В., Толпыгин Л.И., Швырев Ю.Н.). Незначительные изменения разрядного промежутка приводят к резкому изменению параметров коронного разряда. При увеличении разрядного промежутка происходит уменьшение тока коронного разряда и, как следствие, снижение интенсивности генерируемых зарядов в атмосферу и скорости ионного ветра. При уменьшении разрядного промежутка происходит электрический пробой, срабатывает защита и система выключается. Добиться устойчивого горения коронного разряда при реальных габаритах устройства удается лишь путем снижения величины подаваемого напряжения на коронирующие электроды, что существенно снижает эффективность устройства.
Снабжение устройства силовыми тросами позволяет использовать в качестве коронирующих электродов не только провода с малым радиусом кривизны, но и электроды, выполненные в виде тонкостенных пластин, и прочие виды электродов, широко используемые в производстве электрофильтров, что позволяет практически исключить колебания коронирующих электродов. Кроме того, для обеспечения гарантированного значения зазора между коронирующими электродами и заземленной сеткой при очень больших габаритных размерах устройства, предложенное устройство дополнительно может быть снабжено дополнительными изоляторами, установленными между поддерживающими и силовыми тросами. Для снижения вероятности провиса заземленной сетки при больших габаритных размерах устройства предложенное устройство может быть снабжено перемычками, установленными поперечно на поддерживающих тросах. Предложенное техническое решение позволяет исключить колебания коронирующих электродов, исключить провис заземленной сетки и тем самым обеспечить гарантированное постоянство выбранного зазора разрядного промежутка практически с любой наперед заданной точностью. Предложенные технические решения позволят подавать на коронирующие электроды максимально возможное напряжение и обеспечивать устойчивый коронный разряд по всей площади коронирующих электродов, что повысит эффективность устройства и обеспечит достижение цели предлагаемого изобретения.
На рис.1 представлена принципиальная схема предлагаемого устройства. Устройство включает высоковольтные изоляторы 1, попарно подвешенные на установленных друг напротив друг друга опорах 2. На рис.1 противоположные опоры с изоляторами не показаны. К каждому ряду высоковольтных изоляторов 1, подсоединены силовые тросы 3. Между силовыми тросами 3 закреплены коронирующие электроды 4. Расстояние между силовыми тросами 3 выбирается из условий прочности и жесткости коронирующих электродов 4. В качестве коронирующих электродов 4 могут быть использованы известные технические решения. См., например, Г.М.А.Алиев, А.Е.Гоник «Электрооборудование и режимы питания электрофильтров». Энергия, М., 1971. Крепление коронирующих электродов 4 к силовым тросам 3 (на рис.1 не показано) может быть выполнено любыми известными конструктивными решениями, например в виде скрутки или с помощью специальных зажимов (http://electro-mpo.ru/catalog-cgroupe668.html). Для снижения количества опор 2, при необходимости уменьшения расстояния между рядами силовых тросов 3, между рядами опор 2 могут быть смонтированы силовые балки 5, через которые осуществляется подвес изоляторов 1 к опорам 2. На расстоянии Δ от силовой балки 5 к опорам 2 прикреплена дополнительная силовая балка 6, к которой подвешены поддерживающие тросы 7. К тросам 7 прикреплена заземленная сетка 8. Крепление электропроводной сетки 8 к поддерживающим тросам 7 может быть выполнено любыми известными конструктивными решениями, например обычной скруткой. Для исключения провиса электропроводной сетки 8 между рядами поддерживающих тросов 7 установлены перемычки 9, которые скреплены с поддерживающими тросами 7 и заземленной сеткой 8. Для обеспечения эквидистантности поверхности заземленной сетки поверхности коронирующих электродов в конструкции устройства предусмотрена система натяжения поддерживающих и силовых тросов. Схемное решение системы натяжения может быть выполнено известными методами. На рис.1 показана примерная схема системы натяжения с использованием грузов 10, подвешенных на тросе 11, запасованном в системе подвижных блоков 12, к оси которых прикреплены поддерживающие тросы 7 и неподвижных блоках 13, закрепленных на дополнительной силовой балке 6. Аналогичная схема системы натяжения может быть использована и для натяжения силовых тросов 3 (на рис.1 не показана). Масса грузов 10, обеспечивающих натяжение поддерживающих тросов 7, а также масса грузов, обеспечивающих натяжение силовых тросов 3, выбирается из условия требуемой точности отклонения величины зазора δ между заземленной сеткой и коронирующими электродами. Для увеличения точности зазора δ между поддерживающими тросами 7 и силовыми тросами 3 установлены дополнительные изоляторы 14. Их количество, расстояние между ними выбирается исходя из требований точности поддержания зазора δ. Крепление дополнительных изоляторов на поддерживающих тросах удобнее осуществлять к перемычкам 9, к силовым тросам 3 в местах крепления коронирующих электродов 4.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
При подаче высокого напряжения на коронирующие электроды 4 между коронирующими электродами 4 и заземленной сеткой 8 формируется мощное электрическое поле и зажигается коронный разряд. Значение напряжения, подаваемого от высоковольтного источника питания на коронирующие электроды, выбирают исходя из условий стойкости воздушного пространства в разрядном промежутке между коронирующим электродом и заземленной поверхностью (δ), руководствуясь известными соотношениями для коронного разряда, (см., например Н.А.Капцов. Электроника. Государственное издательство технико-технической литературы. Москва. 1956 г.).
Как показывает анализ 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 капли конденсата влажного воздуха в электрическом поле» http://www.holodilshchik.ru/index_holodilshchik_best_article_issue_10_2005.htm) и результатов, проведенных авторами предлагаемого изобретения, путем генерации коронного разряда можно сформировать ветровой поток от коронирующего электрода к электропроводной сетке со скоростью порядка 1 м/с. При возникновении ветрового потока происходит перемешивание воздушных масс, вследствие чего происходит рассеивание тумана. Кроме того, при генерации коронного разряда в атмосфере происходят сложные микрофизические процессы, которые также способствуют разрушению тумана. Основными параметрами, определяющими эффективность воздействия на атмосферу, являются: скорость ионного ветра, интенсивность генерации электрических зарядов и объем воздушного пространства, в котором осуществляется воздействие. Если объем воздушного пространства в значительной мере определяется размерами устройства, осуществляющего воздействие, то скорость ионного ветра и интенсивность генерации электрически заряженных частиц определяются, прежде всего, интенсивностью и устойчивостью горения коронного разряда по всей площади системы генерации коронного разряда при значении напряженности электрического поля в разрядном промежутке на грани электрического пробоя. Как показали результаты экспериментов, эффективная генерация коронного разряда может быть реализована лишь в узком диапазоне значении зазора коронирующего пространства. Предложенные технические решения позволяют обеспечить практически любую наперед заданную точность величины разрядного промежутка по всей площади системы генерации коронного разряда устройства. С помощью включенных в состав устройства силовых тросов 3 в устройстве могут быть использованы в качестве коронирующих электродов широко используемые в производстве электрофильтров коронирующие электроды, технические решения по изготовлению которых хорошо отработаны с учетом всех воздействующих на них факторов, включая силовые возмущения (колебания) в процессе коронного разряда. Установка дополнительных изоляторов 14 между силовыми 3 и поддерживающими 7 тросами позволяет минимизировать отклонения линий прогиба силовых и поддерживающих тросов друг относительно друга вследствие всевозможных отклонений распределенной по их длине массовой нагрузки и ветровых возмущений. Установка перемычек 9 между поддерживающими тросами 7 позволяет минимизировать величину прогиба заземленной электропроводной сетки 8 относительно линии подвеса поддерживающих тросов и обеспечить минимальное отклонение величины зазора между коронирующими электродами и заземленной сеткой по всей площади коронирующей системы. Предложенное устройство позволяет минимизировать величину отклонения зазора разрядного промежутка на значительной площади системы генерации коронного разряда, что позволит реализовать работу его практически на предельных значениях (на гране с пробойным напряжением) высоковольтного напряжения, подаваемого на коронирующие электроды, что позволит увеличить эффективность воздействия и достичь цели предлагаемого изобретения.
На рис.1 представлен вариант устройства, когда электропроводная сетка находится выше уровня коронирующих проводов. В случае, когда по метеоусловиям и требуемому характеру воздействия необходимо сформировать нисходящий воздушный поток, электропроводная сетка может быть установлена под коронирующими электродами.
Путем изменения наклона силовой балки 5 и дополнительной силовой балки 6 с помощью предложенного устройства можно сформировать воздушный поток под любым углом к горизонту.
Кроме того, предложенное устройство позволяет сформировать направленный воздушный поток, поперечное сечение которого может измеряться сотнями квадратных метров. Учитывая, что потери энергии воздушных потоков пропорциональны квадрату скорости потока, а скорость потока, формируемого предлагаемым устройством, определяется порядком 1-2 м/с, аэродинамические потери практически отсутствуют. Дальность же распространения струи свободного потока определяется не столько скоростью потока, сколько геометрическими размерами исходящей струи (http://drillings.ru/zatopstruya).
3
Предлагаемое устройство может быть выполнено сколь угодно больших габаритов. С помощью предлагаемого устройства можно сформировать струю потока, переносящую воздушные массы на сотни метров в невозмущенном пространстве. Специфические особенности предлагаемого устройства в совокупности с высокой энергетической эффективностью (~10 м/сек воздуха, перемещаемого на сотни метров на каждый квт затрачиваемой мощности) могут быть использованы для обеспечения вентиляции воздушного пространства застойных зон на значительных территориях, например в различных карьерах добывающей промышленности.