Насосы и арматура в производстве снега

Техника получения искусственного снега была разработана в США в 1950-е годы. В настоящее время уже 90 % всех горнолыжных курортов производят снег искусственным путем. Во всем мире существует свыше 1 500 снегогенераторов, из которых около 500 установок используются в Европе.

альпы

Естественный снег появляется в результате взаимодействия теплых воздушных масс с холодным слоем воздуха и их охлаждения, т. е. охлажденный воздух не может удерживать прежде содержавшуюся в нем влагу, она выпадает в осадок. Выкристаллизовывание воды начинается при очень низких температурах или ранее, если кристаллизацию вызывает частичка пыли. Затем эти кристаллы проходят через множество воздушных слоев различной влажности и температур, так что могут возникнуть известные формы кристаллов. Машинное производство снега повторяет этот процесс. Но существуют следующие различия: температура воды, предназначенной для получения снега, должна быть выше 0°С, т. к. иначе вода бы замерзла уже по пути от водохранилища к снегогенератору. Это означает, что зародыши кристалла, отвечающие за превращение воды в снег, сначала нужно произвести. Чистая вода распыляется в форсунках снегогенераторов на мельчайшие частички и подается в воздушный поток. Чтобы во время короткого полета между устьем форсунки и грунтом капельки кристаллизовались, их нужно переохладить. Оснежение происходит тем лучше, чем ниже температура воздуха и меньше его влажность. При температурах свыше –5 °С через один снегогенератор может проходить лишь небольшое количество воды. Если температура воздуха более –3 °С, оснежение становится нерентабельным. Оптимальные условия наблюдаются при холодном и сухом воздухе. Для достижения благоприятной физической структуры: высокой воздухопроницаемости, малой теплопроводности и низкого уровня тенденции к замораживанию – произведенный снег должен быть как можно более сухим и легким.

снеговая пушка

Снеговые пушки высокого давления часто применяют на отвесных и труднодоступных склонах. Сжатый воздух, как правило, поступает к ним из центральной компрессорной станции. Система управления со сжатым воздухом и водой под высоким давлением снабжает отдельные форсунки. Электричество не требуется. Вода распыляется на выходе из форсунки. В распыленную воду подается сжатый воздух. На выходе из воздушной форсунки воздух расширяется и за счет этого охлаждается. В результате мгновенного замораживания возникают зародыши льда, вокруг которых образуются снежные кристаллы. Высота снеговых пушек достигает до 10 м, для того чтобы оставалось достаточно времени для образования снежных кристаллов из конденсата, прежде чем он достигнет грунта. Оснежение при помощи пушек имеет один недостаток: при сильных порывах ветра снег не ложится на снежные трассы так, как требуется операторам. Снеговые пушки низкого давления (вентиляторные или пропеллерные) производят сжатый воздух при помощи собственного компрессора. Поэтому гидранты снабжают их водой под высоким давлением, и к ним подводится электричество, а не сжатый воздух. В этой системе перегретая вода, находящаяся под давлением, и сжатый воздух смешиваются уже в форсунке. На выходе из форсунки смесь расширяется и охлаждается. За счет этого возникают зародыши льда. Вокруг форсунки-«катализатора» кольцом расположены форсунки, распыляющие воду для образования кристаллов вокруг зародышей. Вентилятор гонит эту смесь вверх, чтобы для роста снежных кристаллов было достаточно времени. Пропеллерные снеговые пушки в основном мобильные и транспортируются на требуемое место эксплуатации на вертолетах или снегоуплотнительных машинах. Они снабжаются от подземных гидрантов и применяются точечно для получения снега на этих местах.

Воду, необходимую для оснежения, берут из поверхностных вод, естественных водоемов или используют воду для хозяйственно-питьевого водоснабжения. Вода из хозяйственно-питьевых водопроводов или грунтовая вода слишком теплая для оснежения и ее следует предварительно охладить. Значительно проще происходит водозабор из естественных водоемов. В этом случае можно значительно сократить энергопотребление за счет охлаждения воды в резервуарах при определенных погодных условиях. Естественные водоемы могут служить одновременно в качестве задерживающих водохранилищ для дождевых вод и тем самым предотвращать эрозионные повреждения. Потребление энергии установкой варьируется в зависимости от ее габаритов и вида. На 1 м2 площади оснежения (высота покрова 30 см) требуется от 0,25 до 2,8 кВт • ч. Большие установки потребляют свыше 500 000 кВт • ч за сезон, что приблизительно соответствует годовому потреблению тока искусственным катком.

схема установки по производству снега

Установки по оснежению разделены на области высокого и низкого давления. Область низкого давления включает водозабор, фильтрацию и измерение расхода. На водозаборной установке, расположенной в низине, применяются погружные на- сосы. Какая конструкция насоса используется для водозабора, зависит от особенностей местности и требуемого напора насоса, а также от степени загрязнения перекачиваемой воды. Если отбор воды происходит из проточных водоемов, она часто содержит гравий и песок. При водозаборе с подводящими трубопроводами обычно применяют процессные насосы сухой установки, т. к. все трубы, как правило, имеют большой номинальный диаметр, и давления не превышают 16 бар, здесь, прежде всего, находят применение дисковые поворотные затворы с центральным валом и мягким уплотнением. Область высокого давления охватывает многоступенчатые насосы с соответствующими клапанами минимального расхода, запорной и спускной арматурой. В области высокого давления номинальные диаметры арматуры доходят до 250 мм и давления составляют около 100 бар. Из-за установок, расположенных на местности, например гидрантов, более высокие давления насосов невозможны. Поэтому здесь применяются, прежде всего, стальные запорные клапаны и задвижки номинального давления PN 100. Для того чтобы определить, какой должна быть подача насоса или насосов для установки по оснежению, сначала нужно установить требуемое количество снега. Оно складывается из площади лыжной трассы в 1 м2 и необходимой высоты снега. Для оптимального катания на лыжах необходимо от 0,3 до 0,4 м снега над поверхностью грунта. Удельный вес искусственного снега составляет от 400 до 500 кг/м3. Отсюда следует отношение воды и снега – от 2,0 до 2,5. Если необходимое количество снега (в м3) разделить на отношение воды и снега, то получится требуемое количество воды. Также следует установить время базисного оснежения. Оно обычно составляет от 70 до 100 ч. Если необходимое количество воды (м3) разделить на время (ч), которое требуется для базисного оснежения, получается искомый объемный расход (м3/ч).

таблица насосы Etanorm

Трудности, связанные с нагревом температуры в режиме частичных нагрузок. Из-за сильных нагрузок на лыжные трассы сегодня операторы вынуждены проводить оснежение при любой подходящей внешней температуре. Изменяющееся соотношение атмосферных условий и влажности воздуха требуют соответствующего расхода воды в снеговых пушках. Чем выше температура окружающей среды, тем меньше воды можно преобразовать в снег. Для насосов это часто означает работу в режиме частичных нагрузок. Причем уменьшение КПД приводит к нежелательному нагреву перекачиваемой среды. В больших насосах жидкость может нагреваться на 3 °C, что отрицательно сказывается на них при предельных температурах, близких к точке замерзания. Поэтому целесообразно одновременно применять большое количество насосов. При параллельной работе каждый насос работает практически в режиме оптимальной загруженности. Кроме того, общая производительность нескольких насо- сов больше, чем одного. Необходимая общая мощность остается неизменной. Следующим преимуществом оснащения установки многими насосами высокого давления является повышенная безопасность в эксплуатации. Даже сбой в работе одной машины не повлияет на режим частичных нагрузок, т. к., если при все более коротком времени оснежения одиночный насос высокого давления выйдет из строя, экономический ущерб будет слишком велик. Нагрев воды в насосе в режиме частичных нагрузок значительно сокращается. В связи с повышением инвестиционных затрат рекомендуется параллельная работа с общей подачей более чем 40 л/с. Значительное снижение нагрева воды возможно за счет применения регулирования частоты вращения.

насосы Multitec

Исходя из климатического развития, в настоящее время ни один горнолыжный курорт не обходится без снегогенераторов. Опыт последних лет показал, что при расчете параметров насосов целесообразно учитывать их достаточную мощность для дальнейших возможностей монтажа, чтобы при увеличении количества снегогенераторов мощность насосов оставалась достаточной. Поэтому при выборе проточной части насосов следует обратить внимание на то, чтобы агрегаты также могли работать в режиме частичной нагрузки. Оптимальным решением является регулирование частоты вращения. Первые насосы с регулированием частоты вращения для установок по оснежению были поставлены компанией КСБ в Австрию в начале 1980-х годов.