Криогенное устройство для создания искусственного тумана и система управления этим устройством

Криогенное устройство для создания искусственного тумана и система управления этим устройством

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к технике создания искусственного тумана, в частности для шоу-представлений.

Известны устройства для создания искусственных погодных условий в локальном месте, например, описанные в патентах РФ №№2197620 (МПК E21F 5/00), 2294785 (МПК A63J 5/00).

Известно также устройство для образования тумана криогенным способом, содержащее питающий сосуд для жидкого азота, распылитель, описанное в руководстве по эксплуатации и техническому обслуживанию криогенной пушки фирмы Backstage Technologies (Europe) Limited, United Kingdom (прототип).

Устройство работает в импульсном режиме диспергирования жидкого азота с образованием тумана за счет влаги, содержащейся в атмосфере. Такое устройство может работать кратковременно и образовывать туман в ограниченном объеме.

Задачей заявляемого изобретения является универсальность устройства, т.е. возможность обеспечения как импульсного, так и непрерывного режимов туманоообразования в зависимости от требуемого объема тумана.

Задача решается тем, что в криогенное устройство для образования искусственного тумана, содержащее питающую криогенную емкость и распылитель, расходный клапан, датчики давления и уровня, дренажный клапан, клапан заполнения, клапан наддува, введены расходная криогенная емкость, отсечной клапан криогенной жидкости в импульсном режиме, отсечной клапан криогенной жидкости в непрерывном режиме, парогенератор с электронагревателем и датчиками уровня воды и давления пара, причем вход расходной криогенной емкости сообщен с выходом питающей криогенной емкости через клапан заполнения, выход - через отсечные клапаны криогенной жидкости в импульсном и непрерывном режимах, а также через расходный клапан с входом в распылитель, второй вход которого сообщен через клапан подачи водяного пара в импульсном режиме и клапан подачи водяного пара в непрерывном режиме с выходом парогенератора, а между отсечными клапанами криогенной жидкости в импульсном и непрерывном режимах установлен предохранительный клапан.

Задача решается также тем, что предложена система управления, которая содержит задатчик режима работы, вход которого связан с оператором, а выходы связаны с входами задатчика уровня криогенной расходной емкости, задатчика давления криогенной расходной емкости, блоком открытия клапана заполнения расходной емкости, связанного с клапаном заполнения; выход задатчика уровня криогенной расходной емкости и выход датчика уровня криогенной емкости подключены к входам первой схемы сравнения, выход которой соединен с первым входом первой схемы совпадения «И» и входом блока открытия клапана наддува, соединенного с клапаном наддува, кроме того, выход первой схемы сравнения соединен с входом блока закрытия клапана заполнения расходной криогенной емкости, соединенного с клапаном заполнения; выход задатчика давления расходной криогенной емкости и выход датчика давления расходной криогенной емкости подключены к входам второй схемы сравнения, выход которой подключен ко второму входу первой схемы совпадения «И», и, через блок закрытия клапана наддува, к клапану наддува; выход первой схемы совпадения «И» подключен к первому входу второй схемы совпадения «И», на второй вход которой поступает сигнал от оператора - сигнал о подготовке системы к началу туманообразования согласно сценарию шоу, при этом выход второй схемы совпадения «И» соединен с первыми входами третьей схемы совпадения «И» и четвертой схемы совпадения «И» соответственно, а вторые их входы подключены к выходам задатчика режима работы в импульсном режиме и непрерывном режиме соответственно; выходы третьей схемы совпадения «И» и четвертой схемы совпадения «И» подключены к входам блоков открытия отсечного клапана криогенной жидкости в импульсном режиме и открытия отсечного клапана криогенной жидкости в непрерывном режиме соответственно и отсечному клапану криогенной жидкости в импульсном и непрерывном режимах соответственно; выход датчика уровня воды и сигнал оператора о выбранном режиме работы подключены к входам шестой схемы совпадения «И», выход которой соединен через блок включения электронагревателя воды с электронагревателем воды; выходы датчика давления пара и задатчика давления пара, вход которого подключен к задатчику режима работы, задающему соответствующее выбранному режиму работы давление пара, подключены к входам третьей схемы сравнения, а ее выход - к первому входу пятой схемы совпадения «И», второй вход которой соединен с выходом второй схемы совпадения «И», а выход пятой схемы совпадения «И» через схему задержки - со вторыми входами седьмой и восьмой схем совпадения «И», первые входы которых соединены с выходами задатчика режима работы в импульсном и непрерывном режимах соответственно; при этом выходы седьмой и восьмой схем совпадения «И» соединены соответственно через блок открытия клапана подачи водяного пара в импульсном режиме с клапаном подачи водяного пара в импульсном режиме и через блок открытия клапана подачи водяного пара в непрерывном режиме с клапаном подачи водяного пара в непрерывном режиме; при этом выход пятой схемы совпадения «И» также связан через блок открытия расходного клапана с расходным клапаном.

На Фиг.1 показана схема конструкция устройства, а на Фиг.2 - функциональная схема системы управления устройством, где:

1 - питающая криогенная емкость;

2 - расходная криогенная емкость;

3 - парогенератор;

4 - распылитель;

5 - расходный клапан;

6 - клапан заполнения;

7 - клапан наддува;

8 - клапан подачи водяного пара в импульсном режиме;

9 - клапан подачи водяного пара в непрерывном режиме;

10 - отсечной клапан криогенной жидкости в импульсном режиме;

11 - отсечной клапан криогенной жидкости в непрерывном режиме;

12 - электронагреватель воды;

13 - датчик уровня криогенной расходной емкости;

14 - датчик давления криогенной расходной емкости;

15 - датчик уровня воды;

16 - датчик давления пара;

17 - дренажный клапан;

18 - предохранительный клапан;

19 - задатчик режима работы;

20 - блок открытия клапана заполнения расходной криогенной емкости;

21 - задатчик уровня криогенной расходной криогенной емкости;

22 - первая схема сравнения;

23 - блок закрытия клапана заполнения расходной криогенной емкости;

24 - блок открытия клапана наддува;

25 - первая схема совпадения «И»;

26 - задатчик давления расходной криогенной емкости;

27 - вторая схема совпадения «И»;

28 - третья схема совпадения «И»;

29 - четвертая схема совпадения «И»;

30 - пятая схема совпадения «И»;

31 - задатчик давления пара;

32 - вторая схема сравнения;

33 - блок открытия расходного клапана;

34 - шестая схема совпадения «И»;

35 - блок включения электронагревателя воды;

36 - схема задержки;

37 - седьмая схема совпадения «И»;

38 - восьмая схема совпадения «И»;

39 - блок открытия отсечного клапана криогенной жидкости в импульсном режиме;

40 - блок открытия отсечного клапана криогенной жидкости в непрерывном режиме;

41 - оператор;

42 - блок закрытия клапана наддува;

43 - третья схема сравнения;

44 - блок открытия клапана подачи водяного пара в импульсном режиме;

45 - блок открытия клапана подачи водяного пара в непрерывном режиме.

Описание устройства и системы управления приводится на примере использования в качестве криогенной жидкости жидкого азота или жидкого воздуха.

Питающая криогенная емкость 1 содержит запас жидкого азота на достаточно долгий срок работы и обеспечивает непрерывный режим туманообразования с относительно небольшим расходом жидкого азота или жидкого воздуха и водяного пара.

Расходная криогенная емкость 2 обеспечивает импульсный краткосрочный режим туманообразования при относительно большом расходе жидкого азота или жидкого воздуха и водяного пара. Объем этой емкости с целью безопасности обеспечивает один цикл работы (один импульс).

Клапан заполнения 6 служит для подачи жидкого азота в расходную криогенную емкость 2 из питающей криогенной емкости 1. Через клапан наддува 7 газообразный азот из испарителя, размещенного в питающей криогенной емкости 1, подается в расходную криогенную емкость 2, которая снабжена датчиком уровня 13 и датчиком давления 14. Кроме того, эта емкость снабжена дренажным клапаном 17, который срабатывает при превышении давления в емкости заданного допустимого уровня.

Парогенератор 3 обеспечивает образование водяного пара под небольшим избыточным давлением и может работать как в непрерывном режиме с небольшим расходом пара, так и в импульсном краткосрочном режиме. Парогенератор 3 снабжен датчиком уровня воды 15, датчиком давления пара 16 и электронагревателем воды 12.

Распылитель 4 является смесителем и одновременно распылителем смеси жидкого азота и водяного пара и может быть выполнен в виде эжектора. Варьированием давлений в питающей и расходной емкостях и в парогенераторе 3 достигается изменение состава смеси. При смешении жидкого азота или жидкого воздуха и перегретого водяного пара образуется водяной туман и частично снег, заполняющие пространство за распылителем 4.

Один вход распылителя 4 сообщен через клапан подачи водяного пара в импульсном режиме 8 или клапан подачи водяного пара в непрерывном режиме 9 (в зависимости от выбранного режима работы) с выходом парогенератора 3, а другой вход распылителя 4 - через отсечной клапан криогенной жидкости в импульсном режиме 10 или отсечной клапан криогенной жидкости в непрерывном режиме 11 (в зависимости от выбранного режима работы) - с расходной криогенной емкостью 2. Между клапанами 10 и 11 установлен предохранительный клапан 18 для сброса избыточного давления.

Система управления содержит задатчик режима работы 19, вход которого связан с оператором, а выходы - с входами задатчика уровня расходной криогенной емкости 21, задатчика давления расходной криогенной емкости 26, блоком открытия клапана заполнения расходной криогенной емкости 20, связанного с клапаном заполнения 6; выход задатчика уровня расходной криогенной емкости 21 и выход датчика уровня расходной криогенной емкости 13 подключены к входам первой схемы сравнения 22, выходы которой соответственно соединены с первым входом первой схемы совпадения «И» 25 и входом блока открытия клапана наддува 24, соединенного с клапаном наддува 7, кроме того, выход первой схемы сравнения соединен с входом блока закрытия клапана заполнения расходной криогенной емкости 23, соединенного с клапаном заполнения 6; выход задатчика давления расходной криогенной емкости 26 и выход датчика давления расходной криогенной емкости 14 подключены к входам второй схемы сравнения 32, выход которой подключен ко второму входу первой схемы совпадения «И» 25, и, через блок закрытия клапана наддува 42 - к клапану наддува 7; выход первой схемы совпадения «И» 25 подключен к первому входу второй схемы совпадения «И» 27, на второй вход которой поступает сигнал от оператора 41, являющийся сигналом подготовки системы к началу туманообразования согласно сценарию шоу, при этом выход второй схемы совпадения «И» 27 соединен с первыми входами третьей схемы совпадения «И» 28 и четвертой схемы совпадения «И» 29 соответственно, а вторые их входы подключены к выходам задатчика режима работы в импульсном режиме и непрерывном режиме соответственно 19; выходы третьей схемы совпадения «И» 28 и четвертой схемы совпадения «И» 29 подключены к входам блоков открытия отсечного клапана криогенной жидкости в импульсном режиме 39 и открытия отсечного клапана криогенной жидкости в непрерывном режиме 40 соответственно и к клапанам 10 или 11 соответственно; выход датчика уровня воды 15 и сигнал от оператора 41, задающего соответствующий выбранному режиму работы уровень, подключены к входам шестой схемы совпадения «И» 34, выход которой соединен через блок включения электронагревателя воды 35 с электронагревателем воды 12; выходы датчика давления пара 16 и задатчика давления пара 31, вход которого подключен к задатчику режима работы 19 и задается в соответствии с выбранным режимом работы, подключены к входам третьей схемы сравнения 43, а ее выход - к первому входу пятой схемы совпадения «И» 30, второй вход которой подключен к выходу второй схемы совпадения «И» 27, а выход пятой схемы совпадения «И» 30 через схему задержки 36 связан со вторыми входами седьмой 37 и восьмой 38 схем совпадения «И», первые входы которых соединены с выходами задатчика режима работы 19 в импульсном и непрерывном режимах соответственно; при этом выходы седьмой 37 и восьмой 38 схем совпадения «И» соединены соответственно через блок открытия клапана подачи водяного пара в импульсном режиме 44 с клапаном подачи водяного пара в импульсном режиме 8 и через блок открытия клапана подачи водяного пара в непрерывном режиме 45 с клапаном подачи водяного пара в непрерывном режиме 9; причем выход пятой схемы совпадения «И» 30 также подключен через блок открытия расходного клапана 33 к расходному клапану 5.

Изобретение функционирует следующим образом.

Клапан заполнения 6 расходной криогенной емкости 2 нормально открыт, а клапаны 5, 7, 8, 9, 10 и 11 закрыты. В режимах импульсном и непрерывном происходит заполнение жидким азотом расходной криогенной емкости 2 из питающей криогенной емкости 1 до достижения уровня жидкого азота в расходной криогенной емкости 2 заданного значения в соответствии с выбранным режимом работы, при этом дренажный клапан 17 закрыт. При совпадении значений уровня жидкого азота в расходной криогенной емкости 2 с заданным значением уровня на выходе задатчика уровня расходной криогенной емкости 21 (поступающим из задатчика режима работы 19 в соответствии с выбранным режимом) на первой схеме сравнения 22 (Δ=0) формируется сигнал на первый вход первой схемы совпадения «И» 25. Одновременно через блок открытия клапана наддува 24 открывается клапан наддува 7 и через него начинает поступать газообразный азот в расходную криогенную емкость 2 из испарителя питающей криогенной емкости 1, а клапан заполнения расходной емкости 6 закрывается по команде из блока закрытия клапана заполнения расходной емкости 23.

При совпадении давления в расходной криогенной емкости 2, фиксируемого датчиком давления криогенной расходной емкости 14, с заданным значением на задатчике давления криогенной расходной емкости 26, поступающего из задатчика режима работы 19 в соответствии с выбранным режимом работы (импульсным или непрерывным) (Δ=0), на выходе второй схемы сравнения 32 вырабатывается сигнал на второй вход первой схемы совпадения «И» 25, выход которой говорит о том, что расходная криогенная емкость 2 готова к выдаче криогенной жидкости. Со второй схемы сравнения 32 через блок закрытия клапана наддува 42 формируется команда на закрытие клапана наддува 7, наддув прекращается.

С выхода первой схемы совпадения «И» 25 сигнал поступает на вход второй схемы совпадения «И» 27, на другой вход которой поступает сигнал от оператора о выбранном режиме работы - импульсном или непрерывном, а с выхода схемы 27 сигнал поступает на первые входы третьей и четвертой схем совпадения «И», при этом на вторые входы этих схем приходит сигнал из задатчика режима работы 19 также о выбранном режиме работы, после чего либо с выхода третьей, либо с выхода четвертой схемы совпадения «И» через соответственно блок открытия отсечного клапана криогенной жидкости в импульсном режиме 39 или через блок открытия отсечного клапана криогенной жидкости в непрерывном режиме 40 (в зависимости от режима работы) открывается отсечной клапан криогенной жидкости в импульсном режиме 10 или отсечной клапан криогенной жидкости в непрерывном режиме 11 и криогенная жидкость через открытый расходный клапан 5 поступает в распылитель 4.

При наличии необходимого уровня воды в парогенераторе 3, фиксируемого датчиком уровня воды 15, по команде оператора 41 включается через блок включения электронагревателя воды 35 электронагреватель воды 12, начинается процесс парообразования.

При достижении значения давления пара на датчике давления пара 16 значения заданного, запомненного на задатчике давления пара 31 в соответствии с выбранным режимом работы из задатчика режима работы 19 (Δ=0), по команде, поступаемой из блока 33, которая формируется на выходе пятой схемы совпадения «И» 30 по факту готовности расходной криогенной емкости 2 к выдаче криогенной жидкости и по сигналу с задатчика режима работы 19, поступает пар по командам из клапанов 8 или 9 через блоки 44 или 45 соответственно, в зависимости от режима работы по командам из соответственно схем совпадения «И» 37 или 38, срабатывающих при достижении заданного уровня давления пара в парогенераторе 3, о чем свидетельствует сигнал с третьей схемы сравнения 43, который через пятую схему совпадения «И» 30 и задержку 36 поступает на входы схем совпадения «И» 37 и 38. Таким образом, в распылителе, например эжекторе, водяной пар смешивается с жидким азотом и на выходе эжектора 4 образуется искусственный туман.

В случае избыточного давления в магистрали между клапанами 10 и 11, срабатывает предохранительный клапан 18.

Заявляемое изобретение находится на стадии экспериментальной отработки.

Возможность с помощью одного устройства реализовать как импульсный с малым объемом тумана, так и непрерывный режим работы с туманом большого объема делает устройство универсальным для различных сценариев шоу.

Комплектующие для реализации устройства и системы освоены промышленностью и не требуют дополнительных разработок. Все блоки открытия клапанов могут быть выполнены, например, в виде реле, схемы совпадения «И» реализуют Булевы функции и могут быть выполнены на известных интегральных схемах.

1. Криогенное устройство для образования искусственного тумана, содержащее питающую криогенную емкость и распылитель, расходный клапан, датчики давления и уровня криогенной жидкости, дренажный клапан, клапан заполнения, клапан наддува, отличающееся тем, что в него введены расходная криогенная емкость, отсечной клапан криогенной жидкости в импульсном режиме, отсечной клапан криогенной жидкости в стационарном режиме, парогенератор с электронагревателем и датчиками уровня воды и пара, причем вход расходной криогенной емкости сообщен с выходом питающей криогенной емкости через клапан заполнения, выход - через отсечные клапаны криогенной жидкости в импульсном и стационарном режимах, а также через расходный клапан - с входом в распылитель, второй вход которого сообщен через клапан подачи водяного пара в импульсном режиме и клапан подачи водяного пара в стационарном режиме с выходом парогенератора, а между отсечными клапанами криогенной жидкости в импульсном и стационарном режимах установлен предохранительный клапан.

2. Система управления, содержащая задатчик режима работы, вход которого связан с оператором, а выходы связаны с входами задатчика уровня криогенной расходной емкости, задатчика давления криогенной расходной емкости, блоком открытия клапана заполнения расходной емкости, связанного с клапаном заполнения; выход задатчика уровня криогенной расходной емкости и выход датчика уровня криогенной емкости подключены к входам первой схемы сравнения, выход которой соединен с первым входом первой схемы совпадения «И» и входом блока открытия клапана наддува, соединенного с клапаном наддува, кроме того, выход первой схемы сравнения соединен с входом блока закрытия клапана заполнения расходной криогенной емкости, соединенного с клапаном заполнения; выход задатчика давления расходной криогенной емкости и выход датчика давления расходной криогенной емкости подключены к входам второй схемы сравнения, выход которой подключен ко второму входу первой схемы совпадения «И», и через блок закрытия клапана наддува - с клапаном наддува; выход первой схемы совпадения «И» подключен к первому входу второй схемы совпадения «И», на второй вход которой поступает сигнал от оператора - сигнал о подготовке системы к началу туманообразования согласно сценария шоу, при этом выход второй схемы совпадения «И» соединен с первыми входами третьей схемы совпадения «И» и четвертой схемы совпадения «И» соответственно, а вторые их входы подключены к выходам задатчика режима работы в импульсном режиме и непрерывном режиме соответственно; выходы третьей схемы совпадения «И» и четвертой схемы совпадения «И» подключены к входам блоков открытия отсечного клапана криогенной жидкости в импульсном режиме и открытия отсечного клапана криогенной жидкости в непрерывном режиме соответственно и клапанам - отсечному клапану криогенной жидкости в импульсном и непрерывном режимах соответственно; выход датчика уровня воды и сигнал оператора о выбранном режиме работы подключены к входам шестой схемы совпадения «И», выход которой соединен через блок включения электронагревателя воды с электронагревателем воды; выходы датчика давления пара и задатчика давления пара, вход которого подключен к задатчику режима работы, задающему соответствующее выбранному режиму работы давление пара, подключены к входам третьей схемы сравнения, а ее выход - к первому входу пятой схемы совпадения «И», второй вход которой соединен с выходом второй схемы совпадения «И», а выход пятой схемы совпадения «И» через схему задержки - со вторыми входами седьмой и восьмой схем совпадения «И», первые входы которых соединены с выходами задатчика режима работы в импульсном и непрерывном режимах соответственно; при этом выходы седьмой и восьмой схем совпадения «И» соединены соответственно через блок открытия клапана подачи водяного пара в импульсном режиме с клапаном подачи водяного пара в импульсном режиме и через блок открытия клапана подачи водяного пара в непрерывном режиме с клапаном подачи водяного пара в непрерывном режиме; при этом выход пятой схемы совпадения «И» также связан через блок открытия расходного клапана с расходным клапаном.