喷嘴的制作方法

专利名称：喷嘴的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种喷嘴，尤其是涉及一种扁平喷嘴，该喷嘴特别是但不局限于用于人工造雪设备。本发明还涉及一种人工造雪设备。
背景技术：
已经有许多种喷嘴的类型、设计和结构，它们特别用于喷射流体的工业场所。这种喷嘴用于灌溉、清洁、喷涂和灭火工业中。包括这种喷嘴的喷射系统有广泛的工业用途。喷嘴也用于人工造雪设备中，且作为本发明主题的喷嘴的主要用途是用于人工造雪设备中。
产生扁平喷射图形的扁平喷嘴为已知。它们以扁平或片形喷射来分配液体。某些喷嘴使用椭圆形孔，其中，喷射图形的轴线是进口管连接件的轴线的连续。其它喷嘴使用偏转器，偏转表面使得该喷射图形偏离进口管连接件的轴线。还有多种提供扁平喷射图形的不同喷嘴。这些不同喷嘴提供明显不同的喷射图形。这种喷嘴的可调节性通常局限于液体压力变化。
有多个参数有利于成功地人工造雪。这些参数的持续波动意味着高效人工造雪设备需要连续调节，以便保证最佳效率。可调节性和所形成的效率对成功人工造雪非常重要，且通常对滑雪场的经济性很重要。
本发明和它的改型方案解决了产生扁平喷射图形的喷嘴的设计问题和人工造雪设备的问题。

发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种用于产生扁平喷射图形的喷嘴，该喷嘴包括终止于有出口孔的端壁的流体通道，该流体通道具有至少一个使得流体朝着礼偏转的偏转器；以及改变孔的截面的可调节装置。优选是，流体通道有至少两个壁部分，该至少两个壁部分朝着孔会聚。用于改变孔的截面的装置可以包括可移动闸门，该移动闸门从孔的相对侧运动，以便关闭或增大孔的截面。
优选是，端壁装备有横向部件，该横向部件横过流体通道的端部延伸，管支承适于横过孔运动的可轴向移动的销，以便减小或增大孔的截面。
在优选实施例中，提供有用于控制销的轴向移动的装置。
在优选实施例中，喷嘴包括T形件，该T形件的支腿是确定流体通道的管，且该T形件的头部是横过流体通道端部定位的管，孔定位在T形件的头部，并轴向与流体通道对齐，且终止于平表面的销定位在T形件的头部的各端，以便可沿T形件移动，这样，销的端表面可以横过孔运动，以便改变孔的截面。
在优选实施例中，流体通道和横向部件为圆形，且流体通道的直径与横向部件的直径相同。还优选是，在调节孔的截面时，销沿相反方向运动相同距离。
根据本发明的另一方面，提供了一种人工造雪设备，它包括至少一个扁平水喷嘴，该水喷嘴在使用时向上倾斜，以便喷射出水滴卷流(plume)，喷嘴定位在压缩空气喷射器附近，喷嘴有出口孔；以及用于改变孔的截面的装置，以便将卷流的特征调节到适于环境条件。
优选是，压缩空气喷射器布置在喷嘴的下游。压缩空气喷射器优选是包括一排孔。该喷射器的宽度等于卷流在空气喷射器处的宽度。
优选是，四个扁平喷嘴间隔地定位在水平平面中，喷嘴的间距等于各卷流的最大宽度。
根据本发明的还一方面，提供了一种人工造雪设备，它包括支承头部的可旋转柱杆，该头部包括至少两个间隔的扁平水喷嘴，各喷嘴有出口孔，各喷嘴定位成靠近压缩空气喷射器；以及用于改变各孔的截面的装置，以便改变各喷嘴的输出。
优选是，头部可垂直调节，同时保持水和空气喷嘴的倾斜角度。在优选实施例中，从各喷嘴逸出的水滴卷流切向引向抵靠空气喷射器的下侧。优选是，空气喷射器有一排间隔的多个出口孔，该排的宽度基本与在空气喷射器处的卷流宽度相同。
优选是，头部包括四个间隔的喷嘴，这样卷流在它们的最宽点处相遇。


下面将通过实例介绍本发明的实施例，附图中图1是人工造雪设备的透视图；图2是人工造雪设备在三个不同垂直位置处的侧视图；图3是人工造雪设备的平面图；图4是人工造雪设备在支承于不平坦倾斜表面上时的侧视图；图5是图1中所示的人工造雪设备的头部的详细透视图；图6a、6b和6c是沿图5的线6-6的剖视图，表示了处于三个不同相对位置的水喷射器和空气喷嘴；图7是由图5中的圆7包围的头部部分的放大剖视图；图7a是两个相邻喷嘴的剖视图，表示了调节喷嘴的装置；图8a和8b是沿图7的线8-8的剖视图，表示了处于两个位置的水喷射器出口；图9是沿线x的剖视图，表示了水喷射器和空气喷射器的物理相关性；图10是表示与空气喷射器接触的水卷流的相关性的剖视图；图11是空气喷射器的下侧透视图；图12是用于第二实施例的人工造雪设备的头部的透视图；图13是头部的平面图；图14a和14b是头部的平面图，表示了用于调节扁平喷嘴的机构的运动；图15是图13的区域15的放大透视图，表示了扁平喷嘴的调节机构；以及图16是图13的区域16的放大透视图，表示了扁平水喷嘴和空气喷嘴之间的关系。
具体实施例方式
在附图中表示的优选实施例涉及包括可调节扁平喷嘴的人工造雪设备。本发明覆盖了可用于多种喷射行业的喷嘴自身以及包括喷嘴的人工造雪设备，但是应理解，人工造雪设备有很多有助于改进设计和操作的其它特征。
在图7和8中详细表示喷嘴10。尽管它表示为与人工造雪设备相关，但是应理解，该喷嘴也可用于很多与人工造雪完全无关的领域。该喷嘴可用于需要可变扁平喷嘴的任何工业喷射应用。
如附图7至10所示，可调节喷嘴10包括T形件11，该T形件11的支腿12是柱形流体通道，它固定在矩形安装板13上。柱形管15横向焊接在支腿12的端部，该柱形管15有定位成与流体通道的轴线同轴的圆形出口孔20。管15为空心，以便容纳一对柱形销21、22。每个销为柱形并在一端终止于平表面23。O形环24位于销外部上的槽25内，该槽25与表面23间隔开但靠近该表面23。销的另一端提供有外螺纹26，该外螺纹布置成螺配至螺纹套筒30内，螺纹套筒30再焊接在径向凸缘31上，径向凸缘31连接作为销引导件的大空心套筒32。如图10所示，T形件头部15的圆形截面提供有两个收敛表面3和4，这两个收敛表面3和4使得流向孔20的水朝着该孔会聚。操作销21、22的平面端23以改变孔20的截面。当销在管内运动时，端部逐渐关闭孔20，如图8a和8b所示。
在另一可选方案中，T形件头部(未示出)可以是三角形截面，具有朝着孔收敛的相对侧边。带有在一个拐角处的孔的正方形管也提供两个收敛壁。
在另一实施例中，头部是具有细长槽的矩形块，该矩形块有在槽基底的孔。销呈块形以便在槽内滑动。销的相邻端是斜面，以便确定与销的、靠近孔的直边缘会聚的表面，从而确定横过孔的可调节狭槽。
上述喷嘴提供了扁平喷射图形。确切图形根据销21、22在孔20中的位置而变化。
销引导件32的移动使得销21、22移动，以便改变孔20的截面。当销引导件与合适的伺服机构连接时，喷嘴能够有根据销的位置而持续变化的出口。理想的是，各销沿相反方向运动相同量。
喷嘴的优点是它的出口能够变化，同时保持完全输入流体压力。这与大部分扁平喷嘴不同，在这些扁平喷嘴中的可调节性是通过改变输入流体压力、或者通过更换喷嘴端部而改变喷嘴孔来进行调节。
尽管在优选实施例中，喷嘴的出口孔20为圆形，但是应理解，也可以设想其它形状。大直径的孔提供较小喷射角度，而小孔径将增大喷射角度。另一方面，较宽的狭槽提供非常宽的喷射角度。通过使销21、22相互离开而增加孔20的宽度，可以增加流体流。相反，通过使销21、22靠拢，可以减小流体流。优选是，压力总是保持恒定，即处在它的最大值。在最大压力下使用导致更高速度和更小喷射颗粒尺寸。销靠得更近将导致喷射颗粒较小且流体流更小，这是人工造雪的理想情况。
尽管上述可变扁平喷嘴10专门设计成用于人工造雪设备，但是应理解，该喷嘴也可用于各种其它工业用途。喷嘴的调节能够通过使用扳手、内六角扳手或类似工具来使销移动而由人工进行，或者通过驱动销引导件而由更自动化的装置来进行，如图7所示。
图1至11表示了使用一排四个上述类型喷嘴10的人工造雪设备S。如图3所示，喷嘴10间隔安装，这样，从喷嘴喷射出的水颗粒卷流在它们的最大宽度处相遇。
如图5所示，人工造雪设备S包括柱杆M，该柱杆M可绕可调节基座结构B枢轴转动，该基座结构B包括安装在可调节滑动器55上的三个支腿51、52、53，这三个支腿51、52、53向外延伸大约2米，并环绕公共节圆而等间距间隔开。支腿51、52、53支承可调节三角形支承结构60，柱杆M可旋转地安装在支承结构60上。柱杆包括基座结构B同心安装的垂直柱61，垂直柱61有向后的后缘臂62，后缘臂62终止于安装托架63，安装托架63依次可枢轴转动地支承两个靠近且间隔的平行四边形连杆64、65。平行四边形连杆64、65可枢轴转动地支承头部组件H，头部组件H呈一对三角形支承框架66、67的形式，该对三角形框架66、67刚性固定在喷射头H上。
喷射头H在图5中表示，主要包括称为歧管的细长水管71，水管71有从它上面伸出的四个上述类型的可调节喷嘴组件10，如图7至9所示。各喷嘴10还与压缩空气喷射器75相关连，如图5所示。喷射器75通过管76相互连接，并通过公共压缩空气源供给。一排喷嘴10和空气喷射器75支承风叶片(wind vane)74，如图1和3所示。压缩空气和水通过柔性管供给头部H，柔性管沿柱杆M向下延伸至地面，如图4所示。
平行四边形连杆64、65是平行靠近且间隔的结构。各平行四边形连杆64、65如图4所示包括两个细长臂68、69，细长臂68、69在一端可枢轴转动地安装在柱杆M上的安装托架63上，在另一端可枢轴转动地安装在喷射头H上的三角形框架66或67上。平行四边形连杆能够采取不同的垂直位置，如图2所示。在最高位置，臂68、69垂直延伸，而在最低位置，臂68、69稍微延伸成低于水平方向。在各种情况下，用于喷射器组件的三角形支承件保持在与水平方向相同的角度。三角形框架66、67能够覆盖在板材内，以便作为主叶片74的辅助风叶片。平行四边形连杆安装在后缘臂80上，后缘臂80与弹簧81联接，弹簧81再安装在柱杆M基底的向后延伸凸缘82上。弹簧81用作推压平行四边形连杆64、65，以便使它们采取垂直位置，且通过风力撞击叶片74以便使组件逆着弹簧向下偏转，从而造成较低位置。应理解，弹簧是可调节的，还应理解，其它机构(例如气动或液压阻尼器)可以代替弹簧。组件S的最大高度为大约6米。
如上所述，喷射头H包括四个可调节扁平喷嘴，各扁平喷嘴与压缩空气喷射器相连。各可调节扁平喷嘴10与压缩空气的相关性如图9至11所示。空气喷射器75为三角形截面的倾斜喷射器体76形式，它从水平方向向下倾斜21°。喷射器体75终止于多个；优选是在三和十四之间；的小孔77。各孔77的下侧有后缘扇形槽78，扇形槽78切割空气喷射器的下侧，水喷射器10的结构为这样，即如图10所示，当水切向经过空气喷射器的端部和孔77时，水首先撞击空气喷射器75的下侧。钻削倾斜喷嘴体端部79中的孔77成使它延伸至底表面，以便与后缘扇形槽78汇合。在孔顶部确定的薄边缘减小了粘附冰的表面面积。而且，当水卷流经过孔时，水卷流P的速度将冰清除。
图6a至6c表示了空气喷嘴和水喷射器10的可调节性。空气管76安装在细长轴101上，细长轴101可围绕套筒102轴向移动，套筒102通过螺钉而保持在支承托架上。喷射器75再安装在可绕基本水平轴线旋转的轴上，如图6a和6c所示。喷射器75还能够通过凸缘托架组件105而相对于空气管76倾斜，如图6c所示。水喷射器和水供给臂的位置基本固定在支承托架上，如图6a、6b和6c所示。
喷嘴孔尺寸的调节通过使销21、22移动来进行。如图7和8所示，为了使销移动以便改变各喷嘴10的出口孔20的截面，销支承套筒30通过腹板39与滑动件32连接。滑动件定位成与空气管76同轴，且如图7a所示，各套筒32布置成滑动配合地安装在空气管76上。可调节喷嘴10的所有左侧套筒30与第一细长杆90连接，所有右侧套筒30与第二细长杆91连接。杆90和91螺栓连接在各套筒32上，这样，杆90、91的移动有使得套筒32运动的效果，以便再使得销21或22进出各喷嘴10的孔20。杆90和91与螺纹凸台97、98联接，螺纹凸台97、98在外部支承从斜齿轮94的相对侧伸出的螺纹杆92、93。斜齿轮94与第二斜齿轮95啮合，第二斜齿轮95与从柱杆向下延伸的轴96连接，这样，它能够从柱杆的基部驱动。因此，轴96的旋转使得从斜齿轮94伸出的两个杆92、93旋转。两个杆92、93有相反螺纹，于是，左侧轴有左手螺纹，具有使得凸台97运动以便将第一杆90沿第一方向移动的效果，而右侧轴93有右手螺纹，具有使得套筒98运动以便使杆91沿相对方向移动的效果。
如图8a和8b所示，通过利用内六角扳手调节在套筒内的销的螺纹端26，可以对销21、22的位置进行精细调节。
图12至16表示了用于人工造雪设备的头部110的第二实施例。应理解，头部将由上述类型的柱杆组件支承。
头部110包括横过主梁115安装的四个喷射头组件111-114，该主梁115为基本矩形铝挤压件的形式。主梁115提供了用于各喷射头组件111-114的牢固基座，还支承中心定位的风机构120，风机构120有利于调节扁平水喷嘴10。也由铝挤压的一对细长驱动导轨116、117以平行排列方向定位在主梁115后面，该主梁将由风机构120驱动，以便再使喷嘴10的调节销21、22运动。
如图12所示，风机构120中心定位梁115，且四个喷嘴组件111-114定位成沿梁115等间距地间隔开。图15中更详细表示的风机构120包括风轴(未示出)，该风轴从头部下面出来。轴进入风块121，且通过斜齿轮(未示出)而驱动平行于导轨从风决的各侧伸出的两个同轴延伸轴123、124。齿轮提供7∶1的比例，以便形成精细控制和机械优点。各轴再与固定在矩形托架130、131上的驱动块125、126螺纹啮合，矩形托架130、131滑动配合地安装在主梁115上。各驱动块125、126是反向螺纹，这样，轴123、124沿相同方向的旋转使得块125、126沿相反方向线性运动，并使得托架130、131沿相反方向滑动。各托架130、131再螺栓连接在不同驱动导轨上，因此，如图5所示，左侧托架130驱动外部导轨117，右侧托架131驱动内部导轨116。以这种方法进入柱杆基部的轴的旋转具有使得驱动导轨116、117沿相反方向移动的效果。
各喷嘴111至114组件都相同，在图16中更详细地表示了一个喷嘴组件111。喷嘴组件111包括螺栓连接在主梁115上的固定中心托架140。中心托架140的后表面141再焊接在凸缘142和一对竖直柱143、144上，该对竖直柱143、144与喷嘴臂支承件150啮合。中心托架140还支承矩形块形状的水喷射器体145。水喷射器体145以上述实施例的方式包括来自水进口管147的水进口通道146以及头部通道148。头部通道148支承两个调节销21、22，这两个调节销横过出口孔20以与上述实施例相同的方式轴向移动。各销21、22的端部螺栓连接在凸缘152、153上，凸缘152、153再由销驱动器154、155支承、销驱动器154、155包围主梁115，以便可在主梁115上滑动。销驱动器154、155也固定在凸缘156、157上，凸缘156、157分别螺栓连接在驱动导轨116、117上，这样，驱动导轨的运动使得销驱动器运动。
空气喷嘴75通过喷嘴臂160联接至喷嘴臂支承件150中，以便与空气供给管161联接。喷嘴臂支承件150可通过与柱143啮合的螺母163而垂直调节，并通过沿臂长度的螺纹连接件164而水平调节，且由于空气喷嘴与臂连接的枢轴转动连杆165而通过两个不同平面旋转。该万向调节性使得能够精细调节在空气喷嘴75和扁平水喷嘴10之间的关系。该关系与说明书中的上述情况相同。
参考图15，风机构20的操作使得驱动导轨116、117反向运动，以便再使得销驱动器154、155反向运动，从而使销21、22移动，以便改变扁平喷嘴10的出口孔20的截面。图14a、14b表示了进行驱动以便使得销彼此相向移动(图14a)和相互离开(图14b)。
组件的优点是，使用正方形管提供了对部件的确实引导以及坚固的支承件，喷嘴组件能够安装在该支承件上。喷嘴组件还以可一定程度地轴向调节的方式固定在主支承件上，这样，在装配时，能够改变喷嘴沿主支承件长度的位置。因为销的运动为大约最大4mm，因此机构必须有一定精度水平，以便提供精确的增量变化。这通过使用正方形管和2m头部的托架结构来实现。
为了解释上述人工造雪设备的操作，特别是解释导致改进人工造雪技术的先进性和重要特征，首先需要总体介绍人工造雪的科学原理。
人工造雪人工造雪是换热处理。热量通过蒸发和对流冷却而从人工造雪的水中除去，并释放至周围环境中。该热量产生了在人工造雪卷流内的微气候，微气候将与环境条件明显不同。有很多变量将影响人工造雪。三个最重要的变量是湿球温度、核化温度和液滴尺寸。湿球温度；存在于雪枪中的水滴的温度；通常在+1℃和+6.5℃之间。一旦水滴经过喷嘴并释放至空气中，它由于膨胀和对流冷却以及蒸发效果而快速降低温度。液滴温度将持续降低，直到达到平衡。
这是湿球温度，在预计人工造雪成功时，它与干球(环境)温度同样重要。例如，在-2℃温度和10％湿度下的人工造雪等效于在-7℃温度和90％湿度下的人工造雪。
一旦已知湿球温度，还必须预计水滴是否将在该温度下实际冷凝。冰是通过称为核化情况而使得液体(水)变成固体(冰)的结果。为了冷凝，水滴必须首先达到它的核化温度。有两种核化类型同质核化和异质核化。
同质核化在纯水中产生，其中，与任何其它外来物质或表面没有接触。通过同质核化，通过降低温度或通过改变压力来进行液体状态至固体状态的转变。不过，温度对水转变成冰或冰转变成水产生主要影响。在同质核化中，当非常小容积的水分子达到固态时开始核化。该小容积分子称为晶核，并成为进一步生长的基础，直到所有的水都转变。生长过程通过除去释放的潜热的速度来控制。分子粘附在晶核上和离开晶核将以大致相等和非常快的速度进行。当更多分子粘附在晶核上时，能量的释放使得粘附分子的温度低于未粘附分子的温度。生长继续进行直到所有分子都粘附。这时形成固态(冰)。很多人认为纯水在0℃或32°F下结冰。实际上，纯水的核化情况(结冰)将在低至-40℃或-32°F时进行。这更可能在实验室试验中发生，或者更可能在上层大气(上层对流层)中发生。
当由于在水中存在外来材料而在高于-40℃或-40°F的温度下形成冰时产生异质核化。该外来材料作为晶核，并比纯水的晶核更快速地生长。冰晶核形成的位置称为冰核化部位。与同质核化相同，异质核化受到两个主要因素的控制在形成晶核时的自由能变化以及波动晶核生长的动态。在异质核化中，分子的结构和在核化部位的相互作用能量将对水转变成冰产生主要影响。人工造雪涉及异质核化过程。有多种材料和物质能作为核剂(Nucleator)；每一个材料和物质促进在特定温度或核化温度下的结冰。这些核剂通常分为高温(即碘化银、干冰、冰和核化蛋白质)或低温(即钙、镁、灰尘和粉沙)核剂。在未处理的人工造雪的水中有大量的低温核剂。人工造雪的水的核化温度在-10℃和-7℃之间。
研究发现，95％的天然未处理水滴将在较宽的不同温度下结冰，平均温度为182°F。在水中引入一致的高温核剂将使结冰点升高。当水滴冷却时，热量以每克水一卡路里的速率释放至大气中。当它冷凝成冰晶时，水滴将以每克水80卡路里的速率释放其余的能量。该快速释放能量使得水滴温度升高至32°F，这将仍然保持继续结冰。这是我们习惯地认为水在32°F或0℃下结冰的原因。只要水保持在32°F或0℃或者低于32°F或0℃，水将继续结冰，但是只有在首先冷却至它的核化温度之后。任何多余的能量将发散至大气中。因为在给定容积的水中的不同核剂的分布总是随机的，因此，水滴的大小或高温核剂的数目对发生结冰的温度(成核温度)产生重要影响。在纯水中，当水滴尺寸减小时，液滴将包含的高温核剂的可能性也减小。相反，较大水滴将更可能含有高温核剂。人工造雪机的最佳情况是经过雪枪喷嘴的每一滴水都含有至少一个高温核剂，并在卷流中结冰。
核化温度变化和液滴尺寸之间的关系总结成两个统计学有效结论。首先，液滴尺寸增加50％将导致核化温度增加一度F。第二，液滴尺寸减小50％将导致核化温度降低3度F。该结论基于300微米的平均液滴尺寸，表示降低液滴尺寸可能对促进高温核化产生相反的结果，除非存在足够的高温核剂。观察在液滴尺寸和蒸发之间的关系，在人工降雨的研究中显示液滴尺寸减小50％将使得蒸发速率增加4倍。减小50％的液滴在落下至平均300微米液滴落下的距离的恰好八分之一时完全蒸发。该结果进一步指明使用非常小液滴将产生不希望的结果，尤其是当水的损失是主要问题时。对于液滴尺寸与核化温度的关系，可以通过使用高温核剂和更大水滴来增加人工造雪的生产量和效率。该方法经常能够增加水流量，减小蒸发，并在地上生成更多雪。事实上研究表明，当液滴尺寸和核化温度优化时，水流量增加20％将能够使雪容积增加40％。
概括人工造雪过程包括将水滴喷射至冷的周围空气中，热量从水滴传递给周围空气，并且水滴开始结冰。当在水滴和空气之间有足够的温度差和有足够的悬浮时间时，水滴将在撞上地面之前冷凝。能够转变成雪的水的容积取决于很多因素。
初始水温-水的温度更高意味着需要在发生结冰之前除去更多热量。
高温核剂-一旦水滴达到0℃温度，它需要在水滴放出它的潜热并转变成雪之前存在高温核剂。
液滴尺寸-水滴尺寸决定了它转变成雪的能力。有多种方法来将水流转变成不同尺寸的水滴，使用水喷嘴和压缩空气是两种主要方法。小水滴相对于周围空气提供了更大表面面积，但是在低湿度下易于蒸发，且存在高温核剂的可能性更小。水滴越小，它们的质量就越小，并易于受到较大风的影响，大风可能将它们带走-更小颗粒也有更低速度和更长悬浮时间。由于更大表面面积和更长悬浮时间，小水滴要求边缘人工造雪温度，当与周围空气之间的温度差较低时，该更大表面面积和更长悬浮时间将很有利。更大表面面积还有助于蒸发冷却效果。
更大水滴具有更小表面面积、更大质量、更高速度和更有可能存在高温核剂的机会。当周围空气更冷时，与颗粒温度之间的温度差更大，因此能够发生更大的换热。通过水颗粒放出的潜热很容易发散至周围空气中。速度越快，换热越多。
因此，人工造雪枪在边缘条件下产生较小液滴尺寸，而在更冷条件下产生更大颗粒。
悬浮时间-水滴与周围空气接触的时间越长，颗粒冷凝的机会越多。人工造雪枪的产量越大，它在空气中越高。以更高速度射出的液滴也有更大悬浮时间。必须使人工造雪枪尽可能高，并尽可能快地射出颗粒。
水容积-尽管给出了上述因素，但是根据上述因素的效率，只有特定容积的水能够转变成雪。水容积的控制需要包含在任意雪枪设计中，以便补偿环境温度的变化。
高温核剂-大部分人工造雪枪有产生主要为冰晶形式的高温核剂的系统。这通常通过组合水和压缩空气而获得。
压缩空气-空气是一种气体，或者更确切地说是一种气体混合物。与液体不同，气体可压缩；给定容积的空气能够装入非常小的空间中。但是，为了充满该更小空间，气体将有更高的压力。物理基本定律表明，气体的压力和它的容积与它的温度相关，当压力升高时，温度也升高。但是温度并不必须保持较高-它能够降低。
当压缩空气释放和返回它的原始压力时，释放大量机械能。同时吸收大量热量。有至少两个特征使得压缩空气成为人工造雪中的非常重要的因素。由空气释放的机械能使得水流破裂成细小液滴，然后将它们喷入大气中。当压缩空气离开枪时，它吸收热量-换句话说冷却。
人工造雪的现有技术目前有四种不同的人工造雪方法
1.风扇枪2.内部混合空气水枪3.外部混合空气水枪4.仅有水枪风扇枪包括较大枪管，其中带有包围的电风扇，电风扇迫使大量的周围空气通过枪管。在枪管的端部有通常布置成排的水喷嘴结构，这些水喷嘴能够彼此独立地打开。各排能够包括直到90个小客量的空心圆锥喷嘴，该喷嘴产生非常细的颗粒。水颗粒通过由风扇产生的大量空气而喷入周围空气中。风扇枪通常有称为核化环的外部环。该环有少量细小的空气/水喷嘴，这些喷嘴以与内部混合空气/水枪相同的方式工作。压缩机用于操作该环。核化环的主要作闭是产生冰晶。冰晶在吸入卷流内并因此使主水卷流成核化之前沿主水卷流的外部运送。风扇枪的操作通过一次打开一排喷嘴和使得水压适应喷嘴而进行。一旦在一排获得足够压力，就打开另一排，并调节水压。
内部混合空气/水枪，包括会聚至具有出口孔的公共腔室内的压缩空气管线和水管线。压缩空气进入公共腔室并膨胀，从而使水流破裂成更小颗粒，并将它们喷射入周围空气中。枪的操作通过调节进入公共腔室的水压来进行内部混合枪的公共特征是当水流增加时空气流减小，反之亦然。水压通常不能超过空气压，该空气压通常为80-125psi。有产生各种卷流和液滴尺寸的多种孔和混合腔室形状。
外部混合空气/水枪，通常包括布置在头部上的固定孔扁平喷嘴结构，该喷嘴将水喷射至周围空气中。头部通常布置在柱杆上，以便使水滴有更长悬浮时间，这是因为没有压缩空气使水流破裂成更小颗粒或推动它们。与风扇枪相同，外部混合枪有核化喷嘴，该核化喷嘴使用较小内部混合喷嘴来产生冰晶，冰晶引入主水卷流中。枪的控制是通过使固定孔扁平喷嘴改变成不同尺寸或者如同风扇枪一样打开多排喷嘴而进行。
仅有水枪-仅有水的雪枪没有压缩空气或核化喷嘴。头部包括多个装配在较高柱杆上的扁平喷嘴，通常最少6米高。这种雪枪只能在-6℃以下的温度下使用，且较好是用高温核化添加剂而工作。
优选实施例作为本申请的主题的人工造雪设备与现有技术的区别在于，它在处理过程中使用最大效率的部件。人工造雪设备S是利用设置在扁平水平平面上的一排四个可变喷嘴10的外部混合空气/水枪，该喷嘴产生水的扁平输出图形。压缩空气引入扁平结构的水卷流P中，并在相交点处有与水卷流相同的尺寸。该人工造雪设备的明显特征是，通过调节喷嘴孔径并因此改变水流量而控制该枪。这可使得利用最大水压来产生恒定的液滴尺寸，且与普通人工造雪枪相比具有更高速度和推力。
压缩空气在它具有最大能量的点处直接引入水卷流P中。来自压缩空气的最大能量大大增加了水颗粒的蒸发，并使得水滴最大的冷却和喷射出。在空气孔出口处的温度能够降低至-40℃，这使得主水卷流的温度降低至大约0℃或更低，极冷空气也产生冰晶，一些冰晶在主水卷流中运送，而一些冰晶从卷流中吹出，并在更远距离处重新吸入。该高浓度的冰晶保证有足够的高温核剂来使得大部分水滴有晶种。
当在卷流温度为0℃之前冰晶注入主水卷流中时，冰晶将溶化，这是其它外部混合枪将产生的冰晶在离水喷嘴更远的距离处喷射入卷流中的原因，这样，在冰晶引入之前，主水有足够时间来由周围空气带走水中的热量。在有风条件下，一些冰晶可能吹走，从而降低了主水的核化作用。
除了不利用水压能量，内部混合枪以相同方式利用压缩空气，因为它将进行调节以便控制水流量。大部分内部混合枪的最大水压通常并不超过压缩空气压力(也就是7巴-而可变扁平喷射器能够在超过40巴的压力下工作)。固定腔室的性质表明，使用的水越多，在腔室中的空气容积越小，反之亦然。压缩空气是用于喷射出和雾化水的唯一方式；当压缩空气的量受到更大水流量的限制时，效率将降低。因为不利用水的能量，因此必须增加使用的压缩空气的容积，这使得枪在运转时更昂贵和噪声更大。
不管水流量如何，优选实施例的人工造雪设备使用相同量的压缩空气，从而给出更线性的曲线，并使每枪可有更大的产量，且它通过使用更小空气孔来使得直接供给卷流中的压缩空气的消耗量更低，从而导致工作时安静得多。这两种介质的能量给出相同效率，能够产生均匀介质尺寸的水颗粒的恒定卷流，该水颗粒有尽可能高的速度和有高温核剂(冰晶)。
因为外部混合枪不使用压缩空气来使水卷流雾化，因此形成的液滴将大得多，且在卷流内的不同尺寸变化范围更大。在更低压力下，液滴能够是1000至4000微米大，而优选实施例产生300至600微米范围的液滴。
优选实施例有非常高的卷流速度和表面面积，这使得更多周围空气引入卷流内，从而增加冷却。在头部H上的风叶片74类似于倾斜机翼，并引导来自头部后面的风，以便加速越过喷嘴出口，从而增加进入卷流的冷却空气量，并有助于加速它的速度。
优选实施例利用便携式柱杆结构，它允许定位头部在地面上1米至6米高度。主柱杆部件形成平行四边形，头部安装在该平行四边形的顶部，当柱杆降低和升高时，头部保持恒定角度，从而使得卷流的轨迹恒定。其它雪枪柱杆有固定柱杆，这样当柱杆降低时，头部的角度逐渐更多地指向地面，从而降低了雪枪效率。大部分外部混合枪不能够降低，因为它们依靠柱杆的高度来产生足够的悬浮时间，以便使水滴结冰。优选实施例的装置能够在地面上1米处高效产生雪-效率随高度而增加。
大部分用于雪枪的6米柱杆处于永久性固定地面位置。优选实施例的装置能够由雪车来拖曳，并设置在不同位置。柱杆的支腿安装有滑动器，因此它能够很容易地拖曳，支褪还可以调节，这样，柱杆能够在不平坦地形上水平，见图4。支褪的扁平外形减小了对滑雪者的威胁。主柱杆可在基部旋转，这使得头部能够随风转动。在头部H上的风叶片捕获风，并以与风向标相同的方式向风下游推动头部。这增加了枪的效率，因为逆风通过吹动主水以及降低表面面积和速度而影响卷流的效率。柱杆通过弹簧81而平衡，弹簧可快速、容易地升高和降低柱杆。风叶片74向上倾斜，并在较大风时它通过推动头部更靠近地面而自动降低高度。这有助于使得更多雪沉积在滑雪道上；如果在大风情况下柱杆保持在它的最大高度处时，产生的雪将有更大可能被吹走。
在厚冰情况下，头部在冰自身重量的作用下降低，从而能够很容易地由工作人员来除去冰。
优选实施例的装置具有与风扇枪相同的效率和产量，但是可产生更大的水颗粒。购买风扇枪更昂贵，且在安装座上需要更多电基础设施，因此限制了它的运动。由于它们的尺寸和重量，风扇枪的运动需要使用昂贵的扫雪机器。还需要昂贵的永久性塔的设计，以便使风扇枪升高至6米的空中，这对工作人员有附加危险，因为风扇枪需要工作人员在高处进行工作，例如取下盖子、控制器的除冰等。
在实施例的更先进形式中，湿球温度传感器包含有环境温度传感器，该传感器还检测水的温度。也包括水压传感器。计算机持续检测传感器的读数，并选择最佳化的喷嘴孔径，以便在设定条件下最大效率地产生雪。因此，使用电能伺服马达能够根据环境条件的变化而持续调节喷嘴孔。风的方向和强度的变化通过在柱杆头部的叶片来适应，该叶片使得柱杆指向下风，并使得头部处于由风指示的合适高度。平行的连杆保证不管柱杆的有效高度如何都可使喷嘴相对于水平方向倾斜成直角。
权利要求
1.一种用于产生扁平喷射图形的喷嘴，该喷嘴包括终止于具有出口孔的端壁的流体通道，该流体通道具有至少一个使流体朝着孔偏转的偏转器；以及可调节装置，以便改变孔的截面。
2.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，流体通道具有两个朝着孔会聚的壁部分形状的偏转器。
3.根据权利要求1或2所述的喷嘴，其中，改变孔截面的装置包括从孔的相对侧运动的可移动闸门，以便减小或增大孔的截面。
4.根据上述任意一项权利要求所述的喷嘴，其中，端壁装备有横过流体通道的端部延伸的横向部件，该横向部件支承可轴向移动的适于横过孔运动的销，以便减小或增大孔的截面。
5.根据权利要求4所述的喷嘴，其中，提供有用于控制销的轴向移动的装置。
6.根据权利要求4或5所述的喷嘴，其中，在调节孔的截面时，销沿相反方向运动相同距离。
7.根据权利要求4至6中任意一项权利要求所述的喷嘴，其中，流体通道和横向部件为圆形。
8.根据权利要求7所述的喷嘴，其中，流体通道的直径与横向部件的直径相同。
9.根据权利要求1至8中任意一项权利要求所述的喷嘴，其中，每个销与内螺纹块联接，轴与每个块螺纹啮合，因此，轴的旋转使得块运动，以便使销沿相反轴向方向移动。
10.一种用于产生扁平喷射图形的喷嘴，该喷嘴包括T形件，该T形件的支腿是确定流体通道的管，且该T形件的头部是横过流体通道的端部定位的管，孔定位在T形件的头部与流体通道轴向对齐，头部管确定了朝着孔会聚的两个偏转器，终止于平端表面的销定位在T形件的头部的各端，以便可沿T形件移动，因此销的端表面可以横过孔运动，以便改变孔的截面。
11.根据权利要求10所述的喷嘴，其中，销与T形件的头部螺纹啮合，因此，销横过孔的轴向移动通过销的旋转来进行。
12.一种人工造雪设备包括至少一个根据上述任意一项权利要求所述的喷嘴，该喷嘴在使用时向上倾斜，以便喷射出水滴卷流，将喷嘴定位在压缩空气的喷射器附近，孔的截面变化影响卷流的特性。
13.一种人工造雪设备，包括至少一个在使用时向上倾斜以便喷射出水滴卷流的扁平水喷嘴，该喷嘴定位在压缩空气的喷射器附近，喷嘴有出口孔；以及用于改变孔的截面的装置，以便将卷流的特性调节为适于环境条件。
14.根据权利要求12或13所述的人工造雪设备，其中，压缩空气的喷射器设置在喷嘴的下游。
15.根据权利要求14所述的人工造雪设备，其中，压缩空气的喷射器包括一排孔。
16.根据权利要求15所述的人工造雪设备，其中，喷射器的宽度等于水滴卷流的宽度。
17.根据权利要求12至16中任意一项权利要求所述的人工造雪设备，其中，从喷嘴选出的水滴卷流切向引向抵靠空气喷射器的下侧。
18.根据权利要求12至17中任意一项权利要求所述的人工造雪设备，其中，四个扁平喷嘴间隔地定位在水平平面中，喷嘴的间距等于每个卷流的最大宽度。
19.根据权利要求12至18中任意一项权利要求所述的人工造雪设备，其中，水喷嘴、喷嘴和压缩空气的喷射器支承在头部上，该头部可枢轴转动地倾斜至自竖立柱杆。
20.根据权利要求19所述的人工造雪设备，其中，柱杆可绕垂直轴线旋转。
21.根据权利要求19或20所述的人工造雪设备，其中，头部可相对于柱杆垂直调节，同时保持水和空气喷嘴的倾斜角度。
22.根据权利要求19至21中任意一项权利要求所述的人工造雪设备，其中，头部包括四个间隔的喷嘴，因此卷流在它们的最宽点处相遇。
23.一种喷嘴，基本如本文中参考附图所述和如附图中所示。
24.一种人工造雪设备，基本如本文中参考附图所述和如附图中所示。
全文摘要
一种用于产生扁平喷射图形的喷嘴(10)，该喷嘴包括终止于有出口孔(20)的端壁的流体通道，该流体通道有至少一个偏转器(3、4)，该偏转器使得流体朝着孔偏转；以及可调节装置(21、22)，以便改变孔的截面。一种人工造雪设备包括至少一个上述类型的喷嘴，该喷嘴在使用时向上倾斜，以便喷射出水滴卷流，喷嘴定位在压缩空气的喷射器附近，孔的截面的变化影响卷流的特性。
文档编号F25C3/04GK1761527SQ200480007731
公开日2006年4月19日 申请日期2004年3月2日 优先权日2003年4月3日
发明者米切尔·J·多德森 申请人:米切尔·J·多德森