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人工造雪工作原理

人工造雪工作原理

作者:
铭星冰雪
来源:
铭星冰雪官网
发布时间:
2018-12-21 16:27
 
人工造雪机
 
    经过多年的发展,按照雪晶形成的机理进行分类,在滑雪场、室外环境下应用的造雪机目前分为2种类型:
 
    1.压缩空气型造雪机
 
    在这类造雪机中,它是通过冷水和压缩空气来形成细小的水滴,产生晶核,并结合较大水滴或环境空气中的水份形成雪花.压缩空气的主要作用:雾化水,扰动气流使水成为微小的水滴;将水滴散播在空气中,促进空气和水的接触;帮助空气中飘落的水滴冷却.当空气压缩后,空气分子聚焦在一起,空气膨胀后,分子可以自由运动,便可从中吸取热量,从而降低水滴周围空气的温度,促进水滴冷却.
 
    2.风扇型造雪机(wlatitude纬度造雪机)
 
    风扇型的造雪机(wlatitude纬度造雪机)它的工作原理很简单.它使用简单的喷嘴来雾化水,使之成为细小的水滴,然后用大功率高速风扇将水滴吹出,使之悬浮在空气之中,有足够的时间冷却和凝固.其主要优点是不需供应压缩空气,只需要提供水源和电源,由于缺少压缩空气膨胀产生的冷却效果.所以在应用条件上,要求的环境温度比压缩空气型造雪机要低.造雪机即是人工造雪的重要设备之一,造雪机的工作原理简单来说,是通过高压水与高压空气相结合,形成气包水分子结构。把水喷于冷空气中,使水凝结的一个过程,基本上是对天然雪形成过程的模仿。人工造雪是利用雪花降落的原理,将水和空气在吻合的条件下通过压力等制造出雪花,而用于各种未能下雪又需要雪的地方。人们通过对造雪机的使用、水和适宜温度的相互结合来实现人工造雪。
 
    造雪机主要由喷嘴、雪核核子器、压缩机、风扇马达、水分配集合管、自动摆头装置、手动俯仰装置及电气控制等部件构成。
 
    它的工作原理是
 
    将水用水泵注入一个专用喷嘴或喷枪,水在喷嘴或喷枪内部接触到高压空气,高压空气将水流分割成微小的粒子并喷入寒冷的外部空气中,这个过程就是由压缩机产生的高压空气送到核子器喷嘴的过程;随后风扇马达将水吹成微小水雾抛射到空气中,最后核子器在空气与水雾达到一定比例时产生雪核,这些雪核在落到地面以前遇到冷空气凝结成冰晶,也就是人们看到的雪花。简单来说,造雪是通过高压机器,把水喷于冷空气中,使水变成雪的一个过程。这就是造雪机的工作原理。
 
    目前常见的造雪形式有两种
 
    第一种是制冰装置生产出片冰,然后以片冰为原料造雪。其工作流程是,先通过制冰装置将水制成片冰,再通过碎冰装置把已经造好的片冰粉碎成粉末,最后,通过把粉末状的冰晶通过空气输送系统送出。该方式造雪系统复杂,造出“雪”的品质与自然雪相差甚远。  
 
    另一种是采用传统的高压水与空气混合造雪。其工作流程是,来自高压水泵的高压水与来自空气压缩机的高压空气在双进口喷嘴处混合。利用自然蒸发和空气出喷嘴后的体积膨胀带走热量而使雾滴凝结成冰晶。但存在的问题是雾滴越小,其蒸发量越大,水的损失越多,造雪效率越低。此外,只能在冰点以下工作,对外界环境温度的依赖性很强,造雪效率低。
 
  造雪的艺术
 
  自然之母是喜怒无常的,阴晴雨雪,天气的变化并不以我们的喜好而转移。在过去的半个世纪中,冬季旅游胜地越来越受到人们的喜爱。为了满足人们对滑雪运动的需求,中国北方降雪的不确定性问题必须加以解决,解决方案显而易见:自己造雪。
 
  大自然的造雪过程
 
  雪是由大气中的水蒸气形成的。当温度下降时,水蒸气凝结成微小的水滴,当温度降低到一定程度,水滴会变成微小的冰晶。大量的冰晶集结在一起达到足够重时他们就会落向地面。在它们坠落到地面的过程中,如果空气持续低温,当他们到达地面时我们看到的就是雪花。
 
  如何造雪
 
  自从韦恩·皮尔斯利用一个油漆喷雾压缩机,喷嘴和一些用来给花木浇水的软管造出一台造雪机以来,造雪机的基本原理并没有任何变化。将水注入一个专用喷嘴或喷枪,在那里接触到高压空气,高压空气将水流分割成微小的粒子并喷入寒冷的外部空气中,在落到地面以前这些小水滴凝结成冰晶,也就是我们看到的雪花。
 
  原理听起来很简单,但是实行起来却要困难和昂贵得多。在北京及东北地区独特的气候条件,结果是气候条件在几千米的范围内会有显著的变化。
 
  为了帮助水凝结(记住,自然雪的形成开始于在几千米高度从冷空气中落下),利用322个塔形喷枪,与传统的滑板喷枪相比,它们能使小水滴在空气中落得更远。水能被送至五百二十个消防栓连接的喷枪中。
 
  尽管温度计显示的可能是-6°c(“干球”温度),空气湿度依然影响着水滴凝结的速度。与风速,风向,气压等气象因素以及用于造雪的水的温度一起,湿球温度对于造雪有非常大的影响。所有这些因素都处于不断变化的状态,为保证大造雪量需要对它们进行持续的监测。
 
  除去空气湿度,北京大部分区域还不时受到各种各样天气条件的影响,因此需要一个造雪队不断寻找可供选择的造雪地点,以转移天气条件的影响。看到几百万元的系统由于气温的上下浮动而不得不闲置的确令人沮丧。由于一种新的阀门技术的发展,这种状况得到了改变。专用阀门很容易控制。只要点击鼠标,山上的造雪塔就能自动开关。能够利用很小的造雪气象监测传递来的信号进行操作。
 
  造雪者:狂热的科学家
 
  这个世界上所有的造雪塔和管道系统不过意味着要有人操作它们。造雪者就是这些人中的一分子,他们既是电工、管道工,又是计算机操作员、工程师、设备操作者……,造雪者需要掌握多方面的技术,并在恶劣的环境中应用这些技术。
 
  对于滑雪者来说人工造雪意味着什么
 
  人工造雪是相当昂贵的。然而,当你对比成本与收益时,你就会发现人工造雪给许多旅游点带来了丰厚的利润。那么为什么还要不断地优化造雪系统呢?因为人工造雪能够显著地增加顾客的滑雪体验。机器造雪能够在整个滑雪季中提供足够的雪量。在滑雪季初期,滑雪场几乎完全依赖人工造雪。机器造雪也易于在较长时间内保证雪的质量不变,并且比自然雪更适于抵抗升华及来自光源的热量的影响,滑雪者的装备也能够重复使用。山上的雪一旦失去其晶体结构就会变成球形的,也就不再能被塑造成形。将人造雪覆盖在已经失去晶体结构的雪体的表面可以重新激发其晶体结构,从而使雪恢复生命力。
 
  造雪者和旅游点的工作人员经常遇到的两个问题是:1.为什么造雪?2.为什么不造雪?尽管尝试了每一种方法以在有条件的夜里造雪,造雪者还是主要受到自然条件的限制。滑雪季开始时可能有机会建造新的雪基,修补裸露的表面,积蓄雪量。而在其它时间,当雪基变薄时,天气可能变得太温暖、潮湿或有风而不能造雪。相信造雪者们都了解最适宜的造雪时间,从而为顾客创造可能有的最好的滑雪体验。
 
  造雪的历史
 
  雪被定义为“单个的冰晶体粒子通过物理的整合和内部的连接而保持的形状”。通常,雪是自然形成的,但是当大自然不具备条件形成降雪时,尤其在一些商业大型室外滑雪场、电影场景、植被保护或者别的需求,就需要使用人工造雪机进行造雪了。
 
  第一台人工造雪机的诞生
 
  在加拿大的一个低温实验室,一个发动机的吸入口结霜效应实验正在进行研究。在雷瑞格博士的带领下,研究人员尽力复制一个完美的自然环境条件,在发动机的吸入口喷水到空气中并加强风的扰动。结果令他们失望,得到的不是霜,而是雪层。他们不得不关闭设备电源并铲去积雪。这样,无意中发明了造雪机,没有任何人员向专利局申请专利,研究人员只是把这一结果刊登在科学杂志上,这是最早的优先于任何别的声明的人工造雪技术。
 
  韦恩皮尔斯与他的两个伙伴艾特亨特及戴韦凯瑞格一起从事滑雪设备的制造业务。他们的公司米尔福得泰公司位于美国康涅狄格州,成立于1947年。主要售卖最新设计的滑雪撬“alu-60”,这款产品铝材制作,中空,有三层金属材料合成制作。在1949年,这家公司遭受了滑雪市场销售低迷的冲击,因为这年冬季降雪量急剧减少。
 
  “我知道如何造雪!”韦恩皮尔斯,在1950年3月14日说。他一直工作到第二天的早上,坚信只要你将液滴吹过冷冻的空气,水滴将被冻结成六角形的晶体,就是雪花。使用喷漆用的压缩机和喷嘴及一些其他的工具创造了一个简易机器来造雪。并申请了国家专利,但是他们的造雪业务并没有走太远,在1956年,他们将自己的公司及专利权卖给了艾姆哈特公司。
 
  美国专利号2676471刊登于1954年4月专利版
 
  约瑟夫皮奴
 
  约瑟夫皮奴是拉齐蒙特冲洗公司的所有人,曾经为米尔福得泰公司工作过,从事人工造雪机的组装。皮奴最后买了米尔福得泰公司的专利并开始着手制造和开发造雪设备。
 
  在19世纪60年代,皮奴开始起诉别的人工造雪机模仿制造者。米尔福得泰公司的专利引起业界的争论,他的专利是基于加拿大研究机构的研究成果,这一研究成果已经使用权已经归韦恩皮尔斯所有。
 
  带有风扇的造雪机
 
  在1958年,奥尔登汉森发明了一种新型的造雪机并申请专利,就是“风动”造雪机。早期的专利是使用压缩空气和水,这有一些缺点,比如噪声、能量需求等。在1961年,汉森发布了这款使用风机的造雪机专利。汉森的专利被公认为是“风动”造雪机的先驱。同时,汉森也开发了汉森滑雪靴。美国专利号2968164??1961年1月版
 
  1969年6月11日,发明家艾瑞克森和卓尼尔(哥伦比亚大学拉蒙特实验室)申请了一个造雪机的专利,后来被称为沃尔林专利。其工作的原理就是利用一个特别设计加工的旋转叶轮将高压喷出的水进行旋转雾化并冷却而造雪。为了避免与沃尔林专利发生争议,由比尔吉尔佰特创办的smi公司与汉森及沃尔林专利的拥有者签署了一份许可协议。
 
  美国专利号3610527刊登于1971年10月
 
  由于其专利是汉森专利的一部分,smi屈服于汉森代表的监察。这个代表是吉姆,他是汉森专利的代表律师。1974年,秋天,比尔吉尔佰特不再希望进一步的开发造雪领域,于是把其所拥有的50%的股权卖给了吉姆。一年以后吉姆买断了其他50%的股权并重组了smi公司。
 
  1974年,又一个新的专利被申请并公布,此专利被称为“鲍尼”造雪机——一个管道式气体输送风扇被安装在核子发生器及其他多数喷嘴的中心线上。smi公司取得了该产品的制造准许证。
 
  1978年,比尔瑞斯基和吉姆申请了一项最新的专利,被称为莱柯米歇尔根核子发生器。核子发生器置于其他普通喷嘴的中心线上,没有冻结的危险。这是其他前述喷嘴无法具备的优点。
 
  1992年,吉姆成功申请了一项超低噪音造雪机的制造专利——一种多倍速可调风扇和一个新型螺旋推进器的外观专利。

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