Устройство для предотвращения и удаления гололеда с поверхности аэродромных и дорожных покрытий

 

Сущность изобретения: устройство включает теплопередающие элементы из прямолинейных гофрированных отдельных независимых друг от друга герметичных труб. Трубы частично заполнены легкокипящей жидкостью и расположены под слоем покрытия перпендикулярно его продольной оси и с уклоном к его краям. Концевые участки труб выведены за пределы покрытия и соединены с источником тепла шарнирно посредством легкосъемных соединений. В качестве источников тепла использованы магистральные теплоподающие и обратные трубопроводы, размещенные в железобетонных лотках. 4 ил.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для предотвращения и удаления снежно-ледяных образований с поверхности аэродромных и дорожных покрытий в период их зимнего эксплуатационного содержания.

Известны стационарные тепловые устройства для предотвращения и удаления гололеда с поверхности аэродромных и дорожных покрытий, включающие систему труб в виде змеевиков или сварных соединений, состоящих из секций параллельных труб, расположенных в плоскости покрытий под подошвой верхнего слоя и соединенных с входными и выходными коллекторами, по которым циркулирует теплоноситель, циркуляционные насосы, энергетические установки, контрольно-регистрирующее оборудование для регулирования температурного режима [1] Известные технические решения для предотвращения и удаления снежно-ледяного покрова с поверхности аэродромных и дорожных покрытий обладают следующими недостатками: низкая надежность (безотказность, ремонтопригодность) трубопроводов в виде змеевиков и сварных соединений, располагаемых под подошвой верхнего слоя аэродромных и дорожных покрытий, ввиду их значительной протяженности (тысячи метров) и большого числа узлов соединений; значительные эксплуатационные расходы по обеспечению герметичности системы трубопроводов и высокая стоимость ремонтно-восстановительных работ, так как при ремонте трубопроводов необходимо производить вскрытие конструктивных элементов покрытия, реконструкцию участка трубопровода и его опрессовку, восстановление верхнего слоя покрытия, а это, в свою очередь, приводит к прекращению транспортных операций в течение длительного периода (несколько месяцев); значительные энергетические затраты на поддержание в системе подогрева покрытий заданной температуры теплоносителя (60-90^оС), а также для работы циркуляционных насосов, обеспечивающих движение теплоносителя в трубопроводах, обладающих значительным гидравлическим сопротивлением; нерациональное использование тепловой энергии, так как она одновременно поглощается как верхним, так и нижележащими слоями аэродромной (дорожной) одежды, в том числе и грунтом, что приводит к протаиванию грунтового основания и снижению его несущей способности, а это накладывает определенные ограничения на величину колесных нагрузок, действующих на покрытие; ухудшение эксплуатационных показателей непосредственно верхнего строения покрытия ввиду создания в результате подогрева значительных средних температур и температурных градиентов, что приводит к короблению и разрушению конструктивных элементов при силовом воздействии пневматиков воздушных судов и транспортных средств.

Известно также устройство для предотвращения и удаления гололеда с поверхности покрытий, включающее Г-образные герметичные закрытые трубы, заполненные жидким натрием, одна часть которых расположена под покрытием, а вторая в грунтовом массиве под проезжей частью. Внутренняя поверхность труб покрыта абсорбционным пористым материалом [2] Данное устройство для предотвращения образования наледи на проезжей части дорог имеет следующие недостатки: низкая надежность (долговечность, ремонтопригодность и безотказность) теплопередающих элементов (Г-образных труб), расположенных в грунтовом массиве ввиду их значительной глубины заложения (до 90 м), что исключает возможность непосредственного контроля за их техническим состоянием в процессе эксплуатации; значительная материалоемкость и трудоемкость изготовления и монтажа теплопередающих элементов, так как предполагается устраивать скважины и соответственно тепловые трубы длиной более 90 м, при этом необходимо учесть, что расстояние между отдельными устройствами для подачи тепла составляет 0,5-1,0 м;
высокая вероятность коррозии тепловых труб как с наружной, так и внутренней поверхности, это обусловлено тем, что тепловые элементы расположены в грунте, который является агрессивной средой, и, одновременно с этим, теплоноситель жидкий натрий также является химически активным элементом;
высокая стоимость и трудоемкость ремонтно-восстановительных работ, так как при ремонте Г-образных тепловых труб необходимо вскрывать скважину и демонтировать вышедшую из строя трубу, заменив ее на новую, либо просто смонтировать новый вертикальный участок тепловой трубы в том же месте, при этом надо учесть то, что затем необходимо тепловую трубу заполнить теплоносителем (жидким натрием) и обеспечить целостность адсорбционного пористого материала, располагаемого на внутренней поверхности трубы.

Известно стационарное теплопередающее устройство (прототип) для предотвращения и удаления гололеда с поверхности дорожных покрытий, включающее замкнутую систему циркуляции теплоносителя в виде герметичных труб петлеобразной формы, расположенных под покрытием и заполненных легкокипящей жидкостью (например, спиртом или аммиаком), причем трубы снабжены теплоизоляцией в зоне контакта с нижележащим слоем конструкции и расположенных перпендикулярно продольной оси покрытия с уклоном к его краям, концевые участки труб Г-образной формы с отгибами выведены за пределы покрытия и соединены с источником тепла в виде коллектора (трубы) для сточных вод системы городских подземных коммуникаций, в которую заглублены стойки герметичных труб [3]
Прототип имеет следующие недостатки:
низкая надежность всей системы подогрева покрытий (ремонтопригодность, долговечность и безотказность) ввиду того, что герметичные трубы имеют сложную конфигурацию: петлеобразную под покрытием в плане, Г-образную с отгибами в пространстве; большую протяженность и размещение в различных средах (покрытие, грунт, коллектор подземных городских коммуникаций), что затрудняет непосредственный контроль за техническим состоянием и эксплуатационным содержанием теплопередающих элементов; прямой контакт вертикальных участков и отгибов труб со сточными водами приводит к коррозии материалов, а также образованию отложений на поверхности труб и снижению их теплотехнических характеристик;
значительная стоимость и трудоемкость изготовления и монтажа теплопередающих элементов, а также сложность ремонтных работ по восстановлению системы подогрева покрытий, так как при этом требуется произвести вскрытие грунта, разборку коллектора для сточных вод, частичную или полную реконструкцию вышедших из строя участков герметичных труб, последующее восстановление трубы для сточных вод, теплоизоляции и засыпки грунта;
высокая материалоемкость конструкции теплового элемента, так как система циркуляции снабжена сплошной пластиной в плоскости покрытия, прикрепленной сверху к петлеобразным участкам герметичных труб;
отсутствует возможность регулирования температурного режима покрытия, так как температура теплоносителя полностью зависит от температуры сточных вод, которая может изменяться в широком спектре.

Цель изобретения повышение надежности (ремонтопригодности, долговечности и безотказности) стационарного устройства для предотвращения и удаления гололеда с поверхности аэродромных и дорожных покрытий, снижение стоимости и трудоемкости изготовления теплопередающих элементов, их монтажа и ремонтно-восстановительных работ.

Цель достигается за счет того, что теплопередающие элементы, расположенные под верхним слоем покрытия, выполнены из прямолинейных гофрированных отдельных независимых друг от друга труб, их концевые участки выведены за пределы покрытия и соединены с источником тепла шарнирно посредством легкосъемных соединений, причем в качестве источника тепла использованы магистральные теплоподающие и обратные трубопроводы, размещенные в железобетонных лотках.

Анализ известных технических решений устройств для предотвращения и удаления гололеда с поверхности аэродромных и дорожных покрытий показал, что отличительные признаки изобретения выполнение теплопередающих элементов из прямолинейных гофрированных отдельных независимых друг от друга труб, их шарнирное соединение с источником тепла посредством легкосъемных соединений, причем в качестве источника тепла использованы магистральные теплоподающие и обратные трубопроводы, размещенные в железобетонных лотках в совокупности не встречаются. Поэтому предлагаемое техническое решение обладает существенными отличительными признаками и соответствует критерию "новизна".

Предлагаемое техническое решение за счет указанных отличительных признаков позволяет повысить надежность (долговечность, безотказность и ремонтопригодность) устройства для предотвращения и удаления гололеда с поверхности покрытий, а также обеспечить снижение трудоемкости изготовления и монтажа, эксплуатационных расходов и стоимости ремонтно-восстановительных работ.

На фиг. 1 общий вид устройства для предотвращения и удаления гололеда с поверхности покрытий; на фиг. 2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 и 4 схемы размещения прямолинейных гофрированных отдельных независимых друг от друга теплоподводящих труб между конструктивными слоями покрытия и их соединение с магистральными теплоподающими и обратными трубопроводами (разрезы Б-Б и В-В на фиг.1).

Устройство для предотвращения и удаления гололеда с поверхности аэродромных и дорожных покрытий содержит прямолинейные гофрированные отдельные независимые друг от друга герметичные трубы 1, частично заполненные теплоносителем, в качестве которого используется легкокипящая жидкость. Трубы 1 размещены между верхним 2 и нижележащим 3 конструкционными слоями покрытий в дренирующей (трещинопрерывающей) прослойке 4. Трубы 1 установлены перпендикулярно продольной оси покрытия с уклоном от середины покрытия к его краевым участкам. В зоне контакта труб 1 с нижележащим слоем покрытия 3 устроена эффективная теплоизолирующая прокладка 5. Концевые участки 6 труб 1 выведены за пределы конструкции покрытия в железобетонные лотки 7, где они шарнирно соединены с магистральными теплоподающим 8 и обратным трубопроводами с помощью легкосъемных соединений 10. Концевые участки 6 труб 1 и магистральные теплоподающий 8 и обратный трубопроводы 9 заключены в теплоизолирующий кожух (скорлупу) 11.

Предлагаемое устройство для предотвращения и удаления гололеда с поверхности аэродромных и дорожных покрытий работает следующим образом.

По магистральным теплоподающему 8 и обратному 9 трубопроводам подводится тепло к концевым участкам 6 прямолинейных гофрированных отдельных независимых друг от друга труб 1. Причем трубопроводы 8 и 9 шарнирно соединены с концевыми участками 6 труб 1 для обеспечения их плотного теплового контакта. Теплоноситель, в качестве которого используется легкокипящая жидкость, находящийся внутри прямолинейных гофрированных труб 1, в результате нагрева испаряется. Его пары перемещаются вдоль труб 1 и омывают их внутреннюю поверхность. При этом подводимое тепло преимущественно отдается в верхний слой покрытия 2. После отдачи тепла теплоноситель охлаждается, конденсируется и стекает самотеком по трубам 1, установленным с уклоном от центра покрытия к его краям, и попадает в концевые участки 6. Таким образом, в прямолинейных гофрированных трубах возникает естественный противоток вещества (теплоносителя), что обеспечивает передачу тепловой энергии от магистральных трубопроводов 8 и 9 в верхний слой покрытия 2. Прямолинейные гофрированные трубы 1 выполняют роль теплообменников. Процесс циркуляции теплоносителя в трубах 1 продолжается до тех пор, пока существует градиент температур теплоносителем и верхним строением покрытия 2. Возникающий эффект естественной циркуляции теплоносителя в трубах 1 позволяет поддерживать температуру теплоносителя в магистральных трубопроводах 8 и 9 значительно ниже, чем в существующих технических решений, где температура теплоносителя может достигать 60-90^оС. Это позволяет существенно экономить энергетические ресурсы. Наличие между трубами 1 и нижележащим слоем покрытия 3 эффективной теплоизолирующей прокладки 5 препятствует оттоку тепловой энергии в нижние слои покрытия и подстилающий массив грунта, что также обеспечивает более экономное расходование тепла для подогрева конструкции.

Ремонтно-восстановительные работы по реконструкции прямолинейных гофрированных труб 1 в случае их повреждения (разгерметизации) не требует вскрытия верхнего слоя покрытия 2.

Ремонт теплопередающих элементов прямолинейных гофрированных труб 1 производится следующим образом.

Вскрывается железобетонный лоток 7, находящийся за пределами покрытия, снимается теплоизолирующий кожух 11, демонтируется легкосъемное соединение 10, с помощью лебедки или домкрата извлекается прямолинейная гофрированная труба 1. Затем осуществляется ревизия извлеченной трубы 1 и делается заключение о ее возможной дальнейшей эксплуатации. Если труба 1 подлежит реставрации, то ее ремонтируют, в противном случае поврежденную трубу 1 заменяют новой. После этого труба устанавливается на прежнее место и осуществляется монтаж легкосъемного соединения 10, теплоизолирующего кожуха 11 и железобетонного лотка 7.

Существенным преимуществом предлагаемого технического решения для предотвращения и удаления гололеда с поверхности аэродромных и дорожных покрытий является то, что на стадии проведения ремонтно-восстановительных работ вся система подогрева покрытий функционирует без остановки и не прекращаются транспортные операции.

Использование предлагаемого устройства для предотвращения и удаления гололеда с поверхности покрытий позволяет по сравнению с техническим решением прототипа повысить надежность (безотказность, долговечность и ремонтопригодность) системы подогрева покрытий, а также снизить эксплуатационные расходы на ее содержание и стоимость ремонтно-восстановительных работ за счет:
изготовления теплопередающих элементов, расположенных под подошвой верхнего слоя покрытия из прямолинейных гофрированных отдельных независимых друг от друга герметичных труб, частично заполненных легкокипящей жидкостью (теплоносителем), снабженных эффективной теплоизолирующей прокладкой в зоне контакта с нижележащим слоем и установленных в плоскости покрытия перпендикулярно его оси с уклоном от середины к краевым участкам;
сокращения стоимости и трудоемкости ремонтно-восстановительных работ по реконструкции вышедших из строя теплопередающих элементов в виде прямолинейных гофрированных герметичных труб, так как ремонту подлежат только отдельные конструктивные элементы предлагаемого устройства ввиду их независимого функционирования;
улучшения экономики транспортных сооружений в результате того, что система подогрева обеспечивает предотвращение и удаление гололеда с поверхности покрытия без прекращения транспортных операций.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ И УДАЛЕНИЯ ГОЛОЛЕДА С ПОВЕРХНОСТИ АЭРОДРОМНЫХ И ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ, включающее теплопередающие элементы в виде заполненных легкокипящей жидкостью и расположенных под слоем покрытия перпендикулярно его продольной оси и с уклоном к его краям герметичных труб, зона контакта которых с нижележащим слоем покрытия или его основания теплоизолирована, а концевые участки выведены за пределы покрытия и соединены с источником тепла, отличающееся тем, что трубы выполнены прямолинейными и гофрированными, их концевые участки соединены с источником тепла шарнирно посредством легкосъемных соединений, причем в качестве источников тепла использованы магистральные теплоподающие и обратные трубопроводы, размещенные в железобетонных лотках.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4