Устройство формирования представительных проб аэрозоля
Предложенная полезная модель относится к метеорологическому приборостроению, а более конкретно, к стендам, где получают и подготавливают образцы для физико-химического исследования, в частности, пробы функционального аэрозоля для изменения атмосферных условий посредством льдо- или каплеобразования в переохлажденных облаках и тумане.
Устройство для формирования представительных проб аэрозоля включает пиротехнический заряд, помещенный в испытательном макете, обдуваемом потоком воздуха аэродинамической трубы, в диффузоре которой, снабженном турбулизатором, расположена заборная трубка магистрали с параллельно подсоединенными пробоотборниками гигростатов, содержащих климатическую камеру, сообщающуюся через затворный клапан с увлажнителем, в которой расположены предметное стекло и средство принудительной циркуляции атмосферы.
Новым является то, что климатическая камера каждого гигростата оснащена теплоизолирующей прослойкой и холодильным агрегатом с автоматической регулировкой температуры, а привод позиционирования затворного клапана увлажнителя подключен к управляющему таймеру, при этом в климатических камерах дополнительно смонтированы лучевой источник света и смотровое окно, а затворный клапан увлажнителя шарнирно связан с сердечником электромагнита, подключенного к источнику питания через таймер.
Предложенное техническое решение обеспечило расширение технологических возможностей формирования и количественной оценки более точных проб разного целевого аэрозоля в регулируемой, согласно действующему регламенту, и автоматически функционирующей установке.
Предложенная полезная модель относится к метеорологическому приборостроению, а более конкретно, к стендам, где получают и подготавливают образцы для физико-химического исследования, в частности, пробы функционального аэрозоля для изменения атмосферных условий посредством льдо- или каплеобразования в переохлажденных облаках и тумане.
В устройстве по полезной модели исследуется гигроскопическое действие активных аэрозолей, полученных при сжигании пиротехнических зарядов, на формирование локальных концентраторов влаги в объеме переохлажденного тумана.
Уровень данной области техники характеризует устройство для формирования представительных проб аэрозолей по изобретению SU 
711414, G01N 1/00; A01G 15/00, 1980 г., содержащее аэродинамическую трубу, в которой смонтирован испытательный макет средства доставки пиротехнического заряда в обрабатываемое облако (головной части ракеты или реактивного снаряда), при этом в диффузоре аэродинамической трубы закреплен каскад турбулизаторов в форме перфорированного диска и распределенных по проходному сечению конусов, за которыми расположена заборная трубка магистрали.
Магистраль испытательного стенда совмещена с воздушным разбавителем концентрации аэрозоля, который действует от вытяжного насоса, установленного с противоположного конца магистрали.
Посредством параллельно установленных пробоотборников, выполненных в форме насосов, с магистралью сообщаются климатические (облачные) камеры.
В этом устройстве обеспечена равномерная концентрация по сечению потока в аэродинамической трубе генерированного при сжигании пиротехнического заряда функционального аэрозоля, содержащего распределенные центры конденсации влаги.
В предварительно охлажденных до минусовых температур климатических камерах, заполненных водным туманом, порционно напускаемый аэрозоль, содержащий мелкодисперсный льдообразующий реагент, вызывает выпадение осадков в форме кристаллов льда.
По числу реплик на предметном стекле от выпавших кристаллов льда судят об эффективности действия целевого аэрозоля.
Недостатком описанного устройства является относительно низкая точность формирования представительных проб из-за наличия в аэрозоле коагулирующих частиц и не фиксируемых точно климатических параметров испытываемой атмосферы (температуры и водности переохлажденного тумана в облачных камерах).
Более совершенным является устройство для формирования представительных проб аэрозоля, описанное в патенте SU 495628, G01N 1/00; A01G 15/00, 1976 г., которое по технической сущности и числу совпадающих признаков выбрано в качестве наиболее близкого аналога предложенному устройству.
Известное устройство для формирования представительных проб аэрозоля содержит установленный в аэродинамической трубе испытательный макет с пиротехническим зарядом, при горении которого возгонкой формируется аэрозоль, включающий льдообразующий реагент.
Для активного перемешивания генерируемого аэрозоля с обдувающим макет воздухом в диффузоре аэродинамической трубы установлен турбулизатор, за которым расположена заборная трубка отвода усредненного аэрозольного потока в магистраль.
В магистраль усредненный аэрозоль поступает через капиллярные фильтры, где сепарируются коагулирующие в атмосфере частицы.
Каждая климатическая камера, охлаждаемая перед испытанием до заданной температуры, структурно содержит предметное стекло для осаждения кристаллов льда и вентилятор принудительной циркуляции водного пара перед введением порции целевого аэрозоля.
Увлажнитель атмосферы климатических камер выполнен в виде парообразователя, подсоединенного посредством запорного клапана, с помощью которого в предварительно охлажденные до минусовых температур камеры напускается водяной пар, превращаемый при принудительной циркуляции в переохлажденный туман с водностью, соответствующей водности атмосферного облака, подлежащего обработке аэрозолем льдообразцующего действия.
Расчет льдообразующей эффективности генерируемого аэрозоля определяется по числу реплик кристаллов льда, выпавших на предметное стекло в климатических камерах, с учетом пересчетных коэффициентов.
Недостатком известного устройства является его узкая направленность только для оценки эффективности льдообразующего действия функционального аэрозоля в переохлажденных облаках. Это устройство технически неприспособленно для проведения работ по формированию представительных проб сорбирующего аэрозоля, взаимодействующего с водным туманом при положительных температурах для каплеобразования, что ограничивает технологические возможности испытательного стенда.
Кроме того, для создания переохлажденного водного тумана используется дополнительная холодильная установка, которую необходимо переключать на различные температурные режимы охлаждения рабочей среды, подаваемой в разные климатические камеры, функционирующие параллельно, что продолжительно и трудоемко.
При этом сложно точно рассчитать и выдержать требуемую технологическую температуру для проведения качественных испытаний по воздействию аэрозоля, полученного при горении одного заряда, в не термостатированных климатических камерах, заполнение которых водным туманом и целевым аэрозолем вынужденно разнесено во времени.
Таким образом, не представляется технически возможным параллельное проведение испытаний с точной оценкой эффективности действия льдо- и каплеобразующего аэрозоля на водный туман при различных заданных температурах рабочей среды в климатических камерах, в соответствии с реальным распределением в атмосферных облаках и тумане.
Технической задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является расширение технологических возможностей испытательного метеостенда по аттестации генерируемого целевого аэрозоля различного назначения при более точной косвенной оценке эффективности его действия на атмосферные переохлажденные облака и туман по формированию осадков в виде кристаллов льда и капель воды.
Требуемый технический результат достигается тем, что в известном устройстве для формирования представительных проб аэрозоля, генерируемого при горении пиротехнического заряда, помещенного в испытательном макете, обдуваемом потоком воздуха аэродинамической трубы, в диффузоре которой, снабженном турбулизатором, расположена заборная трубка магистрали с параллельно подсоединенными пробоотборниками гигростатов, содержащих климатическую камеру, сообщающуюся через затворный клапан с увлажнителем, в которой расположены предметное стекло и средство принудительной циркуляции атмосферы, по предложению авторов, климатическая камера каждого гигростата оснащена теплоизолирующей прослойкой и холодильным агрегатом с автоматической регулировкой температуры, а привод позиционирования затворного клапана увлажнителя подключен к управляющему таймеру, при этом в климатических камерах дополнительно смонтированы лучевой источник света и смотровое окно, а затворный клапан увлажнителя шарнирно связан с сердечником электромагнита, подключенного к источнику питания через таймер.
Отличительные признаки обеспечили расширение технологических возможностей формирования и количественной оценки более точных проб разного целевого аэрозоля в регулируемой, согласно действующему регламенту, и автоматически функционирующей установке.
Выполнение климатических камер термоизолированными, оснащенными холодильным агрегатом с автоматическим отключением при достижении установленного порога температуры, позволяет дифференцирование точно устанавливать различную рабочую атмосферу, в соответствии с реальным распределением температур в переохлажденных облаках и тумане.
Это увеличивает информативность гигроскопической эффективности целевого аэрозоля, полученного при сжигании пиротехнических зарядов, по льдообразующему и сорбирующему влагу действию, на разных горизонтах в облаке единовременно в параллельных климатических камерах с различной рабочей средой.
Связь затворного клапана увлажнителя с приводом его продольного рабочего позиционирования, управляемого таймером, необходима для автоматического напуска мерного объема пара, создающего требуемую водность 0,5-1 г/м 3 тумана в климатических камерах, соответствующую нижнему порогу конденсации влаги в атмосферных переохлажденных облаках в форме кристаллов льда или капель воды.
Шарнирная связь затворного клапана с сердечником электромагнита позволяет компенсировать перекосы, люфты и зазоры в кинематически сопряженных элементах связи, что упрощает монтаж и обеспечивает точное и надежное функционирование увлажнителя атмосферы климатических камер.
Выполнение привода перемещений затворного клапана в виде электромагнита является простейшим механизмом и надежным в циклической работе, позволяет легко адаптировать таймер в схеме электропитания как управляющий элемент, отрегулированный на точную дозу подачи пара от увлажнителя в климатические камеры для создания заданной атмосферы в автоматическом режиме.
Луч света в облачной камере визуализирует процесс образования осадков в виде кристаллов льда или капель воды, наблюдаемый через дополнительное смотровое окно в облачной камере.
Термоизоляция климатических камер обеспечивает выдержку установленной разной технологической температуры в течение времени эксперимента.
Регулируемый холодильный агрегат позволяет точно устанавливать уровень требуемой температуры в климатических камерах посредством термодатчика и автоматически отключать электропитание при срабатывании встроенного реле, прерывающего дальнейшее охлаждение рабочей среды.
Связь привода перемещений затворного клапана с таймером обеспечивает возможность регулирования времени подачи рабочего пара в климатических камерах, то есть позволяет автоматически обеспечить необходимую водность рабочего аэрозоля в каждой из них.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи являются достаточными для достижения новизны качества, неприсущего признакам в разобщенности, то есть поставленная техническая задача в полезной модели решена не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого полезная модель явным образом не следует для специалиста по метеорологическим воздействиям на атмосферу, показал, что она неизвестна, а с учетом возможности практического серийного изготовления устройства для формирования представительных проб аэрозоля на действующем производстве, можно сделать вывод о ее соответствии критериям патентоспособности.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, который имеет чисто иллюстративное назначение и не ограничивает объема притязаний формулы. На чертеже схематично изображено:на фиг.1 - предложенное устройство для формирования представительных проб целевого аэрозоля;
на фиг.2 - вид А на фиг.1, климатическая камера.
Устройство для формирования функционального целевого аэрозоля, включающего распределенные активные центры конденсации влаги, содержит (фиг.1): испытательный макет 1, несущий пиротехнический заряд 2, которые установлены в аэродинамической трубе 3.
В выходном диффузоре 4 аэродинамической трубы 3 смонтирован дисковый перфорированный турбулизатор 5, за которым расположена заборная трубка 6 подачи усредненного аэрозоля непосредственно в магистраль 7.
Магистраль 7 снабжена воздушным разбавителем 8 концентрации аэрозоля и вытяжным насосом 9 с противоположного конца.
К магистрали 7 автономно подсоединены через пробоотборники 10 три (минимум) параллельных гигростата 11, каждый из которых включает (фиг.2): климатическую камеру 12, средство 13 принудительного циркулирования атмосферы камеры 12 (вентилятор) и внешний увлажнитель 14, выполненный в виде парообразователя.
Климатическая камера 12 изолирована термопрослойкой 15 и оснащена холодильным агрегатом 16, содержащим конденсатор 17, подключенный через компрессор 18 к электродвигателю 19, связанному с источником питания через реле 20, которое управляется датчиком 21 температуры, установленным на испарителе 22, помещеном в камере 12.
Испаритель 22 замкнут на компрессор 18 и конденсатор 17 холодильного агрегата 16.
Парообразователи 14 через запорный клапан 23 соединены с климатическими камерами 12.
Запорный клапан 23 управляется таймером 24, который установлен параллельно обмотке электромагнита 25, выполняющего функции привода возвратно-поступательных перемещений клапана 23.
Запорный клапан 23 шарнирно связан с сердечником 26 электромагнита 25, подключенного к источнику питания через таймер 24.
Каждый пробоотборник 10 выполнен в форме насоса, подсоединенного посредством перепускных клапанов 27 и 28 к магистрали 7 и камере 12 соответственно.
В камере 12 выполнено смотровое окно 29 и установлен источник 30 света, луч которого направлен над предметным стеклом 31.
Устройство функционирует следующим образом.
Для подготовки испытаний включают электронагреватели воды в парообразователях 14 и холодильный агрегат 16 камер 12, при этом устанавливают в каждой из них температуру срабатывания термодатчиков 21 и время на таймерах 24.
После охлаждения камер 12 до температуры на 2-5°C ниже требуемых по условиям испытаний включают продувку аэродинамической трубы 3, насос 9, электроинициирование воспламенения пиротехнического заряда 2, установленного в макете 1.
При горении заряда 2 генерируется функциональный целевой аэрозоль, который посредством дискового перфорированного турбулизатора 5 перемешивается с нагнетаемым в аэродинамическую трубу 3 воздухом и тормозится в ее диффузоре 4.
Сформированный усредненный поток аэрозоля посредством вытяжного насоса 9 подается в магистраль 7, где разбавляется воздухом до необходимой концентрации от разбавителя 8.
Учитывая, что при сжигании современных пиротехнических составов образуется высокодисперсная система, которая в атмосфере произвольно не коагулирует, генерируемый целевой аэрозоль направляют непосредственно в магистраль 7 для распределения по климатическим камерам 12, что обеспечивает достоверность практических исследований.
При сжигании пиротехнического заряда 2, в составе которого содержится йодид серебра, происходит возгонка последнего с выходом в аэрозоль активного льдообразующего реагента, распределенного в объеме.
При взаимодействии с переохлажденным водным туманом на распределенных центрах конденсации активно образуются кристаллы льда, выпадающие в осадок,
При сжигании пиротехнического заряда 2, в составе которого содержится перхлорат или перйодат калия, в результате термохимической деструкции образуются соответственно KCl или KJ - активные сорбирующие вещества, поглощающие влагу из водного тумана с образованием капель, которые, достигая критической массы, осаждаются в виде водного конденсата.
Затем подключают питание к электромагниту 25, сердечник 26 которого автоматически втягивается и открывает запорный клапан 23 для прохода пара из увлажнителя 14 на время срабатывания таймера 24 в течение 15-20 с, после чего запорный клапан 23 возвращается в исходное положение, изолируя климатическую камеру 12.
Для принудительной циркуляции порции пара в камерах 12 включают вентиляторы 13 на 2-3 с для образования однородного тумана, заданная водность которого составляет 0,5-1 г/м3.
Затем посредством пробоотборников 10 из магистрали 7 дозированно подают аэрозоль в охлажденные камеры 12, где он перемешивается и взаимодействует с приготовленным водным туманом.
Через время выдержки 5-10 минут в камерах 12 устанавливается заданная температура минус 3, 6 и 10°C для льдообразования или от плюс 20 до минус 2°C для формирования капель воды, которые выпадают в виде осадков, в частности, на предметное стекло 31.
Для визуального наблюдения через окно 29 камер 12 процесса осаждения кристаллов льда или капель воды включают источник 30 света, в луче которого они хорошо различимы.
После завершения испытания из камер 12 извлекают предметные стекла 31, которые помещают под микроскоп для подсчета числа экспонированных осадков и оценке эффективности действия целевого аэрозоля на переохлажденный водный туман по формулам и таблицам пересчета.
Далее с помощью вытяжного вентилятора 9 камеры 12 продувают воздухом, подготавливая их к следующим испытаниям.
Опытная проверка предложенного устройства показала заметное повышение точности количественной и качественной оценки действия различных аэрозолей на разную климатическую среду, создаваемую в параллельно и автономно действующих камерах, что повышает мобильность и объективность макетных предполетных испытаний в атмосфере.
1. Устройство для формирования представительных проб аэрозоля, генерируемого при горении пиротехнического заряда, помещенного в испытательном макете, обдуваемом потоком воздуха аэродинамической трубы, в диффузоре которой, снабженном турбулизатором, расположена заборная трубка магистрали с параллельно подсоединенными пробоотборниками гигростатов, содержащих климатическую камеру, сообщающуюся через затворный клапан с увлажнителем, в которой расположены предметное стекло и средство принудительной циркуляции атмосферы, отличающееся тем, что климатическая камера каждого гигростата оснащена теплоизолирующей прослойкой и холодильным агрегатом с автоматической регулировкой температуры, а привод позиционирования затворного клапана увлажнителя подключен к управляющему таймеру.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в климатических камерах дополнительно смонтированы лучевой источник света и смотровое окно.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что затворный клапан увлажнителя шарнирно связан с сердечником электромагнита, подключенного к источнику питания через таймер.
