ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНАЯ СНЕГОТАЯЛЬНАЯ УСТАНОВКА (ВАРИАНТЫ)
HIGHLY EFFICIENT SNOW MELTING PLANT (VERSIONS)

В общем настоящее изобретение относится к крупногабаритному оборудованию и способам для обработки снега, а более конкретно к оборудованию для растапливания снега.
Помимо способов и машин, применяемых для уборки снега и борьбы со снегопадом, используют различные способы растапливания снега, в том числе посредством постоянно установленных систем поверхностного нагрева, переносных устройств для непосредственного подвода теплоты к слоям снега и обогреваемых бункеров или резервуаров, выполненных с возможностью приема снега насыпью с фронтального погрузчика или снегоочистителя. Большая часть таких устройств основана на горячем воздухе или воде в качестве первичного источника теплоты для растапливания снега или на сочетании их обоих.
В снеготаялке одного типа горячий воздух из одного или нескольких источников горячего воздуха направляется в сеть труб, расположенных на дне приемного бункера для снега или вблизи него, при контакте осуществляется растапливание снега, при этом дно бункера соответствующим образом оборудовано для отвода воды. В снеготаялках с горячей водой трубы с горячей водой расположены на дне бункера или вблизи него, а в некоторых случаях в качестве теплообменников погружены в водяную ванну. Снег приходит в соприкосновение с водяной ванной через защитную решетку. В некоторых устройствах вода в водяной ванне перемешивается для содействия равномерному распределению теплоты и повышению теплового коэффициента полезного действия процесса растапливания. Кроме того, горячие газы из теплообменников прокачиваются в снеготаяльную камеру. В некоторых снеготаялках теплообменного типа растапливаемый снег циркулирует при непрерывной подаче воды. В других устройствах снег загружают в заполненный водой бункер или снеготаяльный бак, который содержит систему горелок. Теплота от горелки направляется вниз по трубе, которая погружена в воду. Нагретые продукты горения из горелки смешиваются с водой и совместно проходят по сливной трубе. Охлажденные газы выпускаются в атмосферу, а горячая вода распыляется на снег для содействия дополнительному таянию.
Согласно настоящему изобретению предложены усовершенствованная снеготаяльная установка и способ, в которых установлен бункер большой емкости со множеством нагревательных труб, при этом каждая соединена с источником горячего воздуха и предпочтительно, чтобы каждая была соединена с отдельным источником горячего воздуха. Трубы объединены и имеют по существу горизонтально расположенные секции, которые для образования высокоэнергетической тепловой зоны при непосредственном контакте со снегом или льдом проходят при параллельном или ином размещении по существу от края до края донной области бункера. Каждая труба также имеет в основном вертикальную секцию, которая протянута от дистального конца горизонтальной секции вверх из нижней области бункера вдоль и по внутренней стороне боковой стенки бункера и заканчивается направленным вниз выпускным отверстием или соплом, ориентированным на верхнюю область бункера. Кроме того, в бункере трубы могут быть в компоновке с расположением друг против друга, при этом источник или источники теплоты расположены возле каждого торца бункера, а вертикальные секции и ориентированные вниз выпускные отверстия расположены возле каждого торца бункера. Зона действия и тепловое излучение труб распространяются на по существу всю донную область бункера, а обе торцевые стенки бункера в сочетании с ориентированными вниз выпускными отверстиями в верхней области позволяют получить высокопроизводительную снеготаяльную установку с высоким тепловым и энергетическим коэффициентом полезного действия. Открытой защитной решеткой покрыт по меньшей мере участок горизонтально расположенных секций труб. Образующаяся на дне бункера водяная ванна 52 с помощью регулирования слива поддерживается гидродинамически устойчивой выше или ниже решетки.
Согласно изобретению также предложена снеготаяльная установка с бункером для приема дозы снега или льда, подлежащего растапливанию, при этом бункер имеет дно и четыре боковые стенки, отверстие, ограниченное верхними частями четырех боковых стенок, и защитную решетку, по меньшей мере частично закрывающую отверстие бункера, множество нагревательных/воздуходувных устройств, при этом каждое нагревательное/воздуходувное устройство в рабочем состоянии соединено с трубой, которая протянута через одну из стенок бункера, каждая труба имеет секцию, которая проходит вблизи дна бункера, и секцию, которая протянута вверх от дна бункера, вблизи боковой стенки бункера, и заканчивается выхлопным патрубком, который направлен вниз, в бункер, и расположен под защитной решеткой.
Эти и другие объекты изобретения дополнительно подробно описываются в настоящей заявке со ссылкой на сопровождающие чертежи.
На чертежах изображено:
фиг.1 - вид сбоку снеготаяльной установки, выполненной в соответствии с конструктивными принципами настоящего изобретения;
фиг.2 - вид сверху снеготаяльной установки из фиг.1;
фиг.3 - вид в перспективе снеготаяльной установки согласно альтернативному варианту осуществления изобретения;
фиг.4А, 4В и 4С - виды сверху, сбоку и с торца соответственно снеготаяльной установки согласно альтернативному варианту осуществления изобретения; и
фиг.5А и 5В - виды сверху и сбоку соответственно снеготаяльной установки согласно альтернативному варианту осуществления изобретения.
3
Что касается чертежей, то на них показана снеготаяльная установка, обозначенная в целом позицией 1, которая включает в себя бункер, обозначенный в целом позицией 2, который в показанном виде представляет собой в основном прямоугольный контейнер с примыкающими стенками 21, 22, 23 и 24 и дном 25, ограничивающими внутреннюю полость 30, выполненную с возможностью приема в больших количествах материала, такого, как снег и лед. Хотя изобретение не ограничено какими-либо конкретными размерами, относительными размерами или пределами размеров, в снеготаяльной установке 1 промышленного применения типичного размера, предназначенной для выполнения с высокой производительностью работ большого объема, например, в больших городах или в крупных аэропортах, может быть внутренняя полость 30, имеющая емкость в пределах приблизительно от 5000 до 10000 футов. Согласно одному ряду характерных размеров боковые стенки 21, 23 имеют длину 30 футов, противолежащие торцевые стенки 22 и 24 имеют длину 12 футов; при этом соответствующие верхние части 211, 221, 231 и 241 четырех стенок 21, 22, 23 и 24 заканчиваются приблизительно в одной и той же плоскости, находящейся, например, на 12-14 футов выше дна 25, или на любой другой подходящей высоте. Как показано на фиг.1, верхние части 211 и 231 боковых стенок 21 и 23 могут быть снабжены на центральных участках направленными вниз выемками для дополнительного исключения препятствия загрузке любого вида или перемещению снега во внутреннюю полость 30. Дно 25 перекрывает протяженность внутренней полости 30 и может продолжаться за пределы любой из четырех стенок 21, 22, 23 или 24 для установки дополнительного оборудования, описанного далее. В совокупности конструкция четырех стенок 21, 22, 23 и 24 и дна 25, которые ограничивают внутреннюю полость 30, альтернативно и обычно называемая в настоящей заявке «бункером», предназначена для приема снега и льда, подлежащего растапливанию. Для обеспечения вместимости, теплового коэффициента полезного действия и работы в условиях по существу водонепроницаемости, которые все будут рассмотрены далее, стенки 21, 22, 23 и 24 и дно 25 могут быть выполнены из соответствующих конструкционных и изолирующих слоев материалов.
Во внутренней полости 30 установлено множество труб 40, также называемых трубными узлами, при этом предпочтительно, чтобы каждая была в виде стальной трубы, такой, как стальная труба сорокового сортамента любого подходящего диаметра, но предпочтительно, чтобы она имела наружный диаметр в пределах от 4 до 10 дюймов или больше. Каждая труба 40 имеет в основном горизонтальный сегмент или секцию 42, которая проходит над пространством дна 25 во внутренней полости 30 и предпочтительно, чтобы она продолжалась, как показано, на значительной части длины внутренней полости 30 между торцевыми стенками 22 и 24. Трубы 40 могут быть объединены с образованием любой подходящей компоновки, в том числе могут проходить параллельно, как показано, или же могут быть установлены в гнезда или могут совместно образовывать решетку труб, чтобы по существу покрывать протяженность дна 25 для получения плоскости высокой тепловой энергии в непосредственном контакте со снегом и льдом. Кроме того, как показано, для повышения величины площади нагретой поверхности в контакте со снегом и льдом все сегменты труб, в том числе сегменты 42 могут иметь отличающиеся размеры или диаметры. Горизонтальные сегменты 42 труб 40 покрыты открытой защитной решеткой 50. Каждая труба 40 также имеет вертикальный сегмент 44, который протянут вверх от дистального конца горизонтальной секции 42, находящегося в непосредственной близости к внутренней стороне торцевых стенок 22 и 24, и сквозь решетку 50 и заканчивается направленным вниз выхлопным патрубком 46, ориентированным на верхнюю область внутренней полости 30 и находящимся, предпочтительно, в пределах внутренней стороны стенок 21, 22, 23 и 24. Направленные вниз выхлопные патрубки 46, также называемые выхлопными отверстиями труб 40, совместно образуют сильно нагретую воздушную массу в верхней области бункера 2, которая сразу же воздействует на только что загруженный снег, вызывая таяние или же повышение окружающей температуры загрузки для получения водяной ванны 52 и достижения температуры горизонтальных секций 42 труб 40. Верхняя защитная решетка 55 концами прикреплена к верхним концам стенок бункера для ограждения вертикальных сегментов 44 и направленных вниз выхлопных патрубков 46 с тем, чтобы они не входили в контакт со снегом при его загрузке в бункер.
Предпочтительно, чтобы каждая труба 40 сквозь соответствующую торцевую стенку 22, 24 была соединена с отдельным выделенным источником теплоты и принудительной подачи воздуха, таким, как нагревательное/воздуходувное устройство, показанное позицией 60. Предпочтительно, чтобы нагревательные/воздуходувные устройства 60 представляли собой мазутные горелки со встроенными воздуходувками, такие, какие выпускаются серийно и какие могут быть собраны и скомпонованы в группы для получения достаточного количества теплоты в Британских тепловых единицах (БТЕ) относительно объема внутренней полости 30. Предпочтительно, чтобы нагревательные/воздуходувные устройства 60 в совокупности вырабатывали теплоту в количестве от 9 до 80 миллионов БТЕ/час. Каждое нагревательное/воздуходувное устройство 60 отдельно канализировано сквозь соответствующую торцевую стенку 22, 24 для непосредственного включения потока в соответствующий трубный узел 40. Как показано на фиг.1, в зависимости от используемой модели воздуходувка 61 нагревательного/воздуходувного устройства 60 может быть установлена выше нагревательного устройства 62 или в качестве альтернативы объединена с ним. В зависимости от размера бункера и других конструктивных показателей число нагревательных/воздуходувных устройств 60 может изменяться, что показано, например, в варианте осуществления, изображенном на фиг.3, имеющем в сумме восемь нагревательных/воздуходувных устройств, при этом четыре расположены вблизи каждой торцевой стенки бункера. Кроме того, согласно изобретению предполагается использование меньшего количества нагревательных/воздуходувных устройств, канализированных в несколько труб или трубных узлов, или одного источника принудительной подачи воздуха, канализированного в несколько нагревательных устройств. При одном источнике теплоты и принудительной подачи воздуха для каждого трубного узла 40 достигается очень высокое значение вырабатываемой теплоты в БТЕ на одну трубу при оптимизации эффективности растапливания. Например, в зависимости от расчетной вырабатываемой теплоты в БТЕ каждого нагревательного/воздуходувного устройства 60 источник теплоты может создавать в трубе 40 температуру в пределах от 1000 до 1200°F, и при этом температура в выхлопном патрубке 46 находится в примерных пределах от 300 до 600°F, а средняя температура в горизонтальных секциях 42 труб 40 в водной ванне 52 находится в пределах 200-300°F.
Предпочтительно, чтобы нагревательные/воздуходувные устройства 60 были размещены вблизи бункера 2 в пределах протяженностей стенок 21, 22, 23, 24 и дна 25, образующих огражденные участки 71 и 72, например, на противоположных концах относительно бункера 2. Каждый огражденный участок 71, 72 снабжен панелями или дверцами 73 для доступа. Огражденному участку 71 могут быть приданы размеры, позволяющие разместить дополнительное вспомогательное оборудование, такое, как один или несколько питающих топливных баков 75 со штуцерами топливной системы (непоказанными) к каждому нагревательному/воздуходувному устройству 60; вспомогательный источник 76 электропитания, такой, как генератор и/или блок батарей постоянного тока, и панель 77 управления электропитанием, включающую в себя переключатели, реле и выключатели, предназначенные для управления подачей электропитания совместно или раздельно на нагревательные/воздуходувные устройства 60 и любое другое электрооборудование, такое, как осветительная аппаратура, датчики любого типа, сигнализаторы и средства управления водяными клапанами, предназначенные для управления сливными клапанами 80 в одной или нескольких стенках 21, 22, 23 или 24 или в дне 25 для регулирования глубины водяной ванны 52 в бункере и относительно решетки 50 для получения оптимального теплового коэффициента полезного действия.
На фигурах 4А и 4В показан альтернативный вариант осуществления изобретения, в котором бункер 2 снабжен нагревателями/воздуходувками 60, соединенными с трубными узлами 400. Хотя показано снабжение двумя нагревателями/воздуходувками 60, каждая из которых в рабочем состоянии соединена с соответствующим трубным узлом 400, изобретение может быть применено на практике при использовании всего лишь единственного нагревателя/воздуходувки или другого источника принудительной подачи и подогрева воздуха в сочетании с всего лишь единственным трубным узлом или более чем двух нагревателей/воздуходувок 60 вместе с присоединенными трубными узлами 400. Каждый из трубных узлов 400 снабжен первичной подводящей секцией 401 трубы, которая имеет относительно больший диаметр или поперечное сечение для оптимизации воздушного потока и передачи теплоты через стенку трубы к снегу в бункере. Подводящая секция 401 большего размера продолжается по существу по длине бункера 2 вблизи дна 25, но может быть любой длины или конфигурации. От первичной подводящей секции 401 канал проходит через конический переходник 402 к относительно меньшей секции 403, вертикальной секции 404 и к направленной вниз секции 405 с выхлопным отверстием 406. Предпочтительно, чтобы направленная вниз секция 405 и выхлопное отверстие 406 были расположены в пределах верхней области бункера для направления нагретого воздуха вниз на снежное и ледяное содержимое бункера 2. Используемые в настоящей заявке относительно различных описываемых и заявляемых трубных узлов термины «соединен в рабочем состоянии» и «соединен» определяют соединения труб и трубных секций для образования непрерывного или прерывающегося воздушного канала от нагревательного/воздуходувного устройства и по нему в бункер 2.
Кроме того, от подводящей секции 401 отходит манифольд 410, который имеет секцию 411 дивертора, секцию 412 для обратного движения и основную секцию 413, которая продолжается по длине бункера 2, и при этом предпочтительно, чтобы она была расположена в верхней области бункера и выше соответствующей первичной подводящей трубы 401. Как показано на фиг.4А, манифольд 410 также может быть расположен ближе к краю, сбоку от соответствующей первичной подводящей трубы 401, и при этом он поддерживается благодаря прикреплению к внутренней стороне прилегающей стенки бункера или с помощью любой другой подходящей механической опорной конструкции или средства крепления. По длине основной секции 413 расположены многочисленные каналы 414 для теплообмена. В одном виде каналы 414 для теплообмена представляют собой патрубки или трубки для жидкости, которые обеспечивают возможность протекания воды по значительной части поперечного сечения основной секции 413 в потоке нагретого воздуха в основной секции 413, который соответственно нагревает воду, имеющуюся в каналах 414 для теплообмена. Каналы 414 для теплообмена существенно повышают эффективность растапливания установки 1. Дополнительные каналы 414 для теплообмена любого размера и ориентации могут быть выполнены в любой из различных секций трубных узлов 400, которые могут быть полностью или частично погружены в любой момент времени в течение работы. Используемый в настоящей заявке термин «каналы для теплообмена» относится к любому водному каналу или полости, которая находится в трубе трубного узла или же в потоке или струе нагретого воздуха из нагревательного/воздуходувного устройства или другого источника нагретого, принудительно подаваемого воздуха. В одном конкретном варианте осуществления каналы 414 для теплообмена выполнены в виде патрубков с концами, закрепленными в стенках манифольда 410, и эти патрубки продолжаются на протяжении поперечного сечения любой секции манифольда. Каналы 414 для теплообмена могут быть любого размера или конфигурации, при которой обеспечивается протекание воды или заполнение водой. Другие или дополнительные манифольды могут быть выполнены аналогичным образом и расположены внутри бункера и направлены от или ответвлены от первичной подводящей трубы или соединены непосредственно в теми же самыми или отдельными источниками принудительной подачи горячего воздуха. Как и в других вариантах осуществления, верхняя защитная решетка 55 концами прикреплена к верхним концам стенок бункера, чтобы закрыть вертикальные сегменты 44 и направленные вниз выхлопные патрубки 46, так что они не контактируют со снегом, когда его загружают в бункер.
Для использования и работы снеготаяльная установка 1 может быть перевезена, например, на автомобильном прицепе или железнодорожной платформе и размещена на любом подходящем месте или могут быть перевезены составные узлы для сборки на месте. Показанная на фигурах 4А-4С установка 1 расположена на безбортовом или низкорамном автомобильном прицепе 100, установленном на платформе 101 прицепа, при этом бункер в основном соответствует протяженности прицепа. При показанном расположении на низкорамном прицепе уменьшается габаритная высота установки 1 и верхнего края боковых стенок 22, 24, что облегчает загрузку бункера фронтальным погрузчиком. Поэтому установка может быть расположена с получением доступа к канализационной инфраструктуре, или шланги могут быть подсоединены к водостокам для спуска воды из водяной ванны. На начальном этапе водяная ванна может быть предварительно загружена небольшим количеством, горелки зажжены и воздуходувки приведены в действие. Рабочие температуры источника теплоты, труб и окружающая температура в бункере могут контролироваться для определения минимальных значений, необходимых для начала непрерывного таяния, с учетом проектной мощности и скорости, с которой сосредоточенные грузы подаются в бункер погрузчиками, конвейерами или другой системой погрузки материала, приспособленной для перемещения снега и льда.
На фигурах 5А и 5В показан альтернативный вариант осуществления снеготаяльной установки 1 изобретения, которая имеет до шести и более нагревательных/воздуходувных устройств 60, каждое из которых соединено с трубным узлом 500, расположенным, как ранее описывалось, внутри бункера 2. Каждый из трубных узлов 500 имеет первичную подводящую секцию 501, которая соединена с нагревательным/воздуходувным устройством и продолжается по значительной части длины бункера вблизи дна 25 бункера, но которая может быть любой длины или конфигурации. Объем или размер поперечного сечения первичной подводящей секции 501 может быть сделан больше, чем у других секций трубной сборки 500, чтобы перемещать воздушный поток непосредственно из связанного с ней нагревателя/воздуходувки 60 и чтобы максимизировать теплопередачу вблизи дна бункера 2, где предпочтительно располагать первичную подводящую секцию 501. Каждая первичная подводящая секция 501 соединена с многорядным или двойным манифольдом 502, например, посредством секции 524 для обратного движения. Двойной манифольд 502 имеет две трубы 504, например, в виде большей частью линейных секций открытой трубы, которые в основном выровнены с соответствующей первичной подводящей секцией 501 или параллельны ей. В этом варианте осуществления каждая из секций 524 для обратного движения имеет один открытый конец, который соединен с коническим концом 5011 первичной подводящей секции 501, и раздвоена с образованием двух противоположных концов, каждый из которых соединен с концом трубы 504. На противоположном конце каждая линейная секция трубы 504 соединена с протянутой вверх или вертикальной секцией 505. Верхний конец вертикальной секции 505 соединен, например, через поворотную секцию 556 с вытянутой вниз выхлопной трубой или патрубком 506, поток из которого направлен во внутреннюю часть бункера 2. Тем самым двойной манифольд 502 трубных узлов 500 эффективно разделяет и распределяет нагретый воздушный поток из каждого нагревательного/воздуходувного устройства 60 для повышения теплопередачи внутри бункера 2 и улучшения распределения нагретых выхлопных газов, направляемых в бункер 2 и на снег и лед, содержащиеся в нем. Каналы 503 для теплообмена, такие же или аналогичные ранее описанным каналам 414 для теплообмена, могут быть выполнены в двойном манифольде 502, например, в линейных секциях 504, для обеспечения возможности теплообмена, то есть нагревания воды, которая заполняет каналы 503 для теплообмена, нагретым воздухом в манифольдах 502 с целью значительного повышения эффективности растапливания установки. Хотя этот конкретный вариант осуществления относится к двойному манифольду 502, другие компоновки манифольда, который протянут от первичной подводящей секции 501, находятся в рамках объема изобретения, включая две или более линейных или нелинейных секций, протянутых от первичного подвода 501, и при наличии соответствующих выхлопных труб или патрубков и каналов для теплообмена. В случае любой особой конфигурации воздуходувки и манифольда бункеру 2 могут быть приданы другие размеры по сравнению с размерами в других вариантах осуществления при тех же самых рабочих компонентах, таких, как отсеки с горелками и пульт управления, водяная ванна и система отвода воды, и размещение на прицепе.
На фигурах 6А, 6В и 6С показан альтернативный вариант осуществления снеготаяльной установки изобретения, в которой бункер 2 снабжен двумя нагревательными/воздуходувными устройствами 60, расположенными на одной стенке бункера. Каждое нагревательное/воздуходувное устройство 60 в рабочем состоянии соединено с трубным узлом, в целом обозначенным позицией 600, расположенным внутри бункера 2. Каждый трубный узел 600 имеет первичную подводящую трубу 601, которая продолжается на протяжении значительной части длины бункера 2 в нижней области бункера 2. Терминальный конец первичной подводящей трубы 601 соединен с трубами 604 для обратного движения, которые ведут к нескольким секциям 606 манифольда. Как показано на фиг.6С, в этом конкретном варианте осуществления имеются четыре секции 606 манифольда, которые соединены с первичной подводящей трубой 601 посредством труб 604 для обратного движения. Секции 606 манифольда также проходят по значительной части длины бункера 2, в основном параллельно первичной подводящей трубе 601, а в этом случае по обеим сторонам от первичной подводящей трубы 601. При такой компоновке большая часть трубного узла 600 находится в нижней области бункера с обеспечением образования компактного и плотно размещенного узла защитной решеткой 55 и достижением повышенной емкости бункера 2. Каждая из секций 606 манифольда в рабочем состоянии соединена на концах, противоположных секциям 604 для обратного движения, с вертикальной секцией 608, которая протянута из нижней области бункера 2 в верхнюю область бункера 2 и которая соединена с выхлопным патрубком 610, который направлен вниз, в бункер 2. Более конкретно, как показано на фиг.6С, расположенные сбоку пары манифольдов 606 соединены с одной вертикальной секцией 608 через соединительные секции 6061 и 6062. Каждая из секций 606 манифольда снабжена описанными выше каналами 414 для теплообмена, в этом случае выполненными под дополняющими углами относительно вертикали для оптимального теплообмена с водой, окружающей трубный узел 600 в бункере 2. Использование нескольких секций 606 манифольда с отдельным нагревательным/воздуходувным устройством 60 дополнительно повышает тепловой коэффициент полезного действия установки 1 и обеспечивает возможность компактного размещения трубного узла внутри бункера 2 и придания компактных размеров бункеру 2, что, как показано, обеспечивает преимущество при монтаже на прицепе или при постоянном или временном размещении. Для оптимизации воздушного потока и теплообмена через трубный узел предпочтительно, чтобы поперечное сечение и линейный объемный размер первичной подводящей трубы 601 были больше, чем поперечное сечение и линейный объемный размер других секций или труб трубного узла 600.
Хотя изобретение было описано со ссылкой на конкретный вариант осуществления и его изменения, могут быть сделаны другие изменения и модификации, которые, тем не менее, находятся в рамках объема и концептуальных принципов изобретения и в рамках объема формулы изобретения и объема эквивалентов.