Установка для плавления снега

Полезная модель относится к средствам плавления снега (льда), очищенного с городских улиц, дорог, территорий в зимний период времени.
Известно устройство для таяния снега (патент США №5235762, кл. Е МПК 01 Н 5/10), которое содержит емкость для приема снежной массы, элементы для нагрева воды за счет сгорания жидкого или газообразного топлива, насос для забора воды из емкости и подачи ее в распределительные трубки, через которые, посредством сопел, производится полив снежной массы для ускорения процесса таяния.
Известно устройство (патент Российской Федерации №2233950, МПК E03F 5/02, 2004 г.) для принудительного таяния снега, которое состоит, по меньшей мере, из одной снегосплавной камеры для приема и плавления снега, содержащей дно с уклоном и механизированный приемный бункер с роторно-молотковыми дробилками, насоса для подачи воды и полива снега и приспособления для удаления воды, включающего отводящий трубопровод, а также песколовки, в которой расположены перегородки с возможностью обеспечения циркуляции воды и которая может быть выполнена совмещенно со снегосплавной камерой или раздельно, в последнем случае они сообщены посредством трубопровода, смонтированного на расчетном уровне перелива воды.
Эффективность вышеуказанных конструктивных решений низка, из-за нерационального расположения сопел посредством которых производится распыл теплоносителя. Объясняется это тем, что через определенный промежуток времени с момента начала рабочего процесса (после таяния части массива снега), энергия, подаваемого под давлением теплоносителя, гасится образовавшимися объемами талой воды. Снежный массив не разрушается, и, следовательно, площадь теплообмена не увеличивается.
Для повышения эффективности процесса снеготаяния необходимо оборудовать установки дополнительным рабочим органом, разрушающим слои снежной массы и увеличивающим площадь контакта этих слоев с теплоносителем.
По патенту США №3409006 кл. А., МПК Е01Н 5/10, 05.11.1968, предлагается устройство, в котором снег, попадающий в приемный бункер, разрыхляется рабочими органами в виде валов, по всей длине которых установлены лопасти. В нижней части бункера предлагается устанавливать еще один рабочий орган в виде вала со щетинками, предназначенными для очистки дна от механических примесей, которые попадают в установку вместе со снегом. Вращение рабочих органов необходимо осуществлять от электродвигателей за счет механической трансмиссии (редукторов, цепных передач), что значительно усложняет и удорожает конструкцию снегоплавильной установки как в изготовлении, так и в эксплуатации.
Таким же недостатком обладает наиболее близкая к предлагаемой конструкции по технической сущности установка для плавления снега (Патент Российской Федерации №2335597, МПК Е01Н 5/10, 10.10.2008). Установка включает снегоплавильную камеру, снабженную средствами для перемешивания снега с горячей водой, соплами для подачи горячей воды, расположенными в верхней ее части, и трубопроводом для отвода воды на нагрев, теплообменник для нагрева воды, насосное оборудование, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена приемным бункером, устройством для измельчения снега, расположенным под приемным бункером, устройством для сбора твердых бытовых отходов, снабженного решеткой, установленного между снегоплавильной камерой и теплообменником, при этом снегоплавильная камера выполнена в виде трубы со шнеками, причем сопла для подачи горячей воды в снегоплавильную камеру размещены по всей ее длине, а в нижней части выполнены щелевые отверстия для отвода воды в поддон, прикрепленный к снегоплавильной камере и снабженный трубопроводом для подачи воды в устройство для сбора твердых бытовых отходов.
Необходимость механических приводов для вращения рабочих органов (фрезы и шнека) значительно усложняет такую конструкцию.
Техническим результатом предлагаемой установки для плавления снега является повышение производительности рабочего процесса за счет интенсификации теплообмена посредством активных рабочих органов, обеспечивающих большую площадь воздействия изнутри растапливаемой снежной массы через форсунки распыла теплоносителя и приводимых в движение кинетической энергией истекающих из форсунок распыла струй теплоносителя (реактивной силы).
Указанный технический результат достигается тем, что установка для плавления снега, состоящая из бункера для приема и таяния снега, теплообменника, насоса, системы трубопровода, активного рабочего органа отличающаяся тем, что активный рабочий орган, представляющий собой полый вал с размещенными на нем патрубками, установленными по всей длине полого вала со смещением, осуществляет вращение за счет реактивной силы теплоносителя, который распыляется внутрь снежного массива с помощью форсунок распыла вмонтированных на концах патрубков под углом 90°, причем активный рабочий орган расположен вертикально и установлен в днище бункера приема и таяния снега, а полые валы, соединены с неподвижными трубами подачи теплоносителя посредством ротационных соединений. Установка для плавления снега состоит из бункера для приема и таяния снега с одним или несколькими вертикально расположенными в нем активными рабочими органами, представляющими собой полые валы, на концах которых установлены патрубки с форсунками распыла теплоносителя, вмонтированные под углом 90°, для подачи теплоносителя внутрь растопляемого снежного массива и возможностью вращения для обеспечения перемешивания снежной массы под действием реактивной силы, создаваемой давлением насоса, который подает теплоноситель в полые валы и далее через патрубки в форсунки распыла. Возможность вращения активных рабочих органов обеспечивается их соединением в дне бункера через ротационные соединения с неподвижными трубами, которые осуществляют подачу теплоносителя от теплообменника. Теплообменник представляет собой емкость для нагрева теплоносителя (например, теплоэлектронагревателями, продуктами сгорания топлива, другими известными способами) с насосом для принудительного забора теплоносителя и подачи его под давлением в полые валы активных рабочих органов и последующим истечением через форсунки распыла на снег изнутри его массива. В стенках и дне приемного бункера монтируются дренажные отверстия для слива и циркуляции разнотемпературных слоев теплоносителя.
Наличие новых элементов - активные рабочие органы, представляющие собой полые валы, соединенные с неподвижными трубами подачи теплоносителя посредством ротационных соединений, с установленными на них патрубками с форсунками распыла, которые под действием реактивной силы теплоносителя обеспечивают привод вращение полых валов с разрезанием и перемешиванием снега изнутри массива.
Сущность полезной модели поясняется схемой, на которой представлена установка для плавления снега (фиг. 1). На фиг. 2 поясняется место соединения активного рабочего органа, а также путь теплоносителя до его контакта со снежным массивом.
Установка для плавления снега представляет собой бункер для приема и таяния снега (1) с установленными в нем вертикально расположенными активными рабочими органами (2), число которых может меняться в зависимости от конструктивных и технологических параметров. Активные рабочие органы (2) представляют собой полые валы (3) (например, трубы), на которых установлены патрубки (4) с вмонтированными на концах под углом 90° форсунками распыла теплоносителя (5). Активные рабочие органы (2) установлены в днище приемного бункера вертикально. Полые валы (3), соединены с неподвижными трубами (7) подачи теплоносителя посредством ротационных соединений (6). Ротационные соединения (6), обеспечивают вращение полых валов (3) при герметичном соединении с неподвижными трубами (7), которые осуществляют подачу теплоносителя от теплообменника (8). Патрубки (4) устанавливаются на полые валы (3) со смещением относительно друг друга с целью расширения зоны обработки снежного массива теплоносителем. Теплообменник (8) представляет собой емкость, в которой обеспечивается разогрев теплоносителя (например, воды) нагревательными элементами (9). Бункер для приема и таяния снега (1) соединен с теплообменником переливом (10) для возможности циркуляционного движения теплоносителя. Циркуляционный режим достигается насосом (11), расположенным в системе трубопровода на выходе из теплообменника (8). Насос (11) обеспечивает принудительную подачу теплоносителя из теплообменника (8) к активным рабочим органам (2) через неподвижные трубы (7) системы трубопровода для подвода и отвода теплоносителя. В бункере для приема и таяния снега (1) установлена перепускная труба (12) для отвода холодных слоев избытков смеси талой воды и теплоносителя в канализационные сети в процессе работы. В днище бункера для приема и таяния снега (1) и теплообменника (8) установлены сливные трубы (13) с вентилями (14) для опорожнения бункера для приема и таяния снега (1) и теплообменника (8)
Установка для плавления снега работает следующим образом.
Подготовительный этап. Снежная масса загружается в теплообменник (8). Разогрев теплоносителя обеспечивается включением нагревательных элементов (9). Бункер для приема и таяния снега (1) загружается снегом, часть которого начинает таять в области контакта стенок приемного бункера для приема и таяния снега (1) и теплообменника (8). После набора в теплообменнике (8) необходимого количества теплоносителя с разогревом его до рабочей температуры (например, зависит от температуры окружающего воздуха) подготовительный этап завершается.
Включение насоса (11) приводит к последующему непрерывному процессу принудительного плавления снега в установке для плавления снега за счет циркуляции и распыла теплоносителя в массиве снега, постепенно дополняемого в бункер для приема и таяния снега (1) и отвода избытков талой воды в канализацию. Первоначально активные рабочие органы (2) зажаты массивом снега. По мере таяния снега в зоне расположения активных рабочих органов (2) полые валы (3) начинают движение (поворот) за счет ротационных соединений (6) под действием суммарного крутящего момента, создаваемого реактивными силами выброса теплоносителя на плече расположения каждой из форсунок распыла теплоносителя (5), за счет чего обеспечивается привод вращения активных рабочих органов. Поворот полых валов (3) приводит к тому, что за счет кинетической и тепловой энергии теплоносителя, вырывающегося из форсунок распыла теплоносителя (5), снежная масса, находящаяся вокруг активных рабочих органов (2), разрыхляется, разрезается и перемешивается, увеличивая площадь контакта с таящим снегом, тем самым обеспечивая увеличение интенсивности рабочего процесса установки. Нижние (холодные) слои смеси талой воды и теплоносителя отводятся через перепускную трубу (12) в канализационные сети.
Временная приостановка эксплуатации установки для плавления снега, связанная например, с ожиданием доставки снега транспортными средствами, происходит с продолжением циркуляции теплоносителя в режиме ожидания (с минимальным давлением). Частичная остановка работы (например, ночной период) предполагает работу системы циркуляции в щадящем режиме (с минимальным давлением при нагреве до меньшей температуры, либо опорожнение бункера для приема и таяния снега (1) и работу теплообменника (8) в режиме ожидания (минимальный нагрев). Полная остановка работы на длительный период требует полной остановки разогрева и опорожнения бункера для приема и таяния снега (1) и теплообменника (8) открытием сливных труб (13) вентилями (14).
Установка для плавления снега может применяться в городских коммунальных службах и предприятиях с частной территорией и свободными площадями. Применение установки для плавления снега позволяет обеспечить высокую интенсификацию процесса растепления снежной массы, за счет создания больших площадей ее контакта с теплоносителем.