УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТОПЛЕНИЯ СНЕГА
DEVICE TO MELT SNOW

Изобретение относится к установкам для принудительного таяния снежно-ледяной массы в зимнее время года, собранной специальным транспортным средством с городских улиц и дорог, и предназначено для использования в области коммунального хозяйства по переработки снега в талую воду за счет реагента, талой воды, кавитационного воздействия на снежную массу.
Известено устройство для переработки снега (RU 101458), заключающийся в том, что непосредственно в ванну разделенною на два отсека, один из которых предназначен для приема снега, а во втором находится вода подогреваемая топливными горелками, далее подаваемую на снежно-ледяную массу насосом системы подачи. Данная система предназначена для утилизации значительного количества снега.
Недостатком данного устройства является то, что данное устройство имеет большие габариты, сложную конструкцию, приводящую к необходимости иметь две системы для нагрева воды и воздуха, затрудняющую регулирование работы и эксплуатацию, требуются определенные запасы топлива.
Известено устройство для переработки снега (RU 2268335 C2), заключающийся в том, что на подвижную раму установлена конусовидная труба вокруг которой обернута «змеевидная» газовая горелка. В трубу с помощью загрузочного средства загружается снег, проходя через нагретую трубу снег переходит в воду и самотеком сливается в транспортное средство.
Недостатком данного устройства является то, что устройство имеет большие габариты не предназначенные для работы на малых пространствах, возможность перерабатывать снежно-ледяную массу в воду по средством нагрева металлического конуса посредством газовой горелки до температуры необходимой для топления снежной массы. Данное устройство не имеет камеры предназначенной для сбора талой воды, что приводит к необходимости быстрой смены транспортного средства для перевозки воды или установка устройства на стационарное место.
Из известных наиболее близким по технической сущности является «Способ и устройство для уборки снега» (патент RU 2407855 C1), согласно которому уборку и переработку снега осуществляют непосредственно на месте уборки снег загружают в смонтированную на самоходном транспортном средстве обогреваемую теплоизолированную емкость с разгрузочным приспособлением, часть которого обогревают теплоносителем. Частичное топление снега происходит за счет ударного воздействия мощных струи талой воды подаваемой из брандспойтов, через которою проходит смеси воздуха со снегом. Окончательное переработка снега в талую воду происходит на змеевике из труб прямоугольного профиля.
Недостатком данного способа и устройства является то, что не обеспечивает достаточной эффективности процесса переработки снега в талую воду, увеличены потери мощности струи воды на взаимодействие с воздухом, не предусмотрена система разделения воздуха и снежно-ледяной массы, вода в вакууме выполняет роль преграды для прохождения воздуха и снега.
Задачей данного изобретения является эффективное топление снега при любых климатических условиях с минимальными затратами на расходные материалы.
Техническим результатом на который направлено устройство является: повышение эффективности топления снежно ледяной массы за счет гидростатических эффектов, повышение эффективности переработки снега в талую воду в емкости за счет реагента, ударного воздействия мощных струй талой воды, а так же уменьшение энергоемкости и потребляемых ресурсов.
Сущность предлагаемого устройства заключается в том, что, снег, имея достаточную скорость движения, входит в соприкосновение и подхватывается водой, которая обладая большей массой и скоростью движения чем снег. В результате этого образуется водно-снежная масса, которая отделяется от воздушного потока за счет перепада давления и центростремительного ускорения. В процессе перемешивания происходит передача тепла от воды кристаллам снега. Движение по спирали водно-снежной массы максимально способствует теплообмену и увеличивает время воздействия воды на снег. Эта масса направляется на мишень расположенную к потоку под углом, что повышает энергоотдачу потока. В момент соприкосновения с мишенью молекулы воды разрушают кристаллическую структуру снега (динамическое воздействие), происходит дальнейшее тепловое воздействие воды на снежную массу. После отражения от мишени вода с оставшимися в ней фракциями снега поступает в насос, который создает давления данной смеси отличное от атмосферного. В результате динамического воздействия на данную смесь лопаток насоса происходит окончательное топление кристаллов снега и льда. На выходе из насоса жидкость пропускается через гофрированную трубу. В трубе возникает эффект кавитации повышающий температуру воды. Перед попаданием в накопительный бак струя воды фокусируется на мишени, которая служит брызгогасителем, а также дополнительным устройством повышения температуры воды, при быстром переходе динамической энергии в статическую. Описанный процесс позволяет максимально увеличить время воздействия воды на снег, а постоянное динамическое воздействие молекул воды на кристаллы снега и льда в процессе движения и на мишенях позволяет эффективно использовать энергию струи воды для топления. Дополнительное применение второго насоса, который механически сжимает поступающую в него смесь снега и воды, повышает давление в несколько раз, делает процесс топления стабильным при любых климатических условиях и состояния снежно-ледянной массы. Устройство для топления снега позволяет сделать скорость топления равной скорости сбора снега, при минимальных энергетических затратах.
Такое сочетание новых признаков с известными позволяет решить поставленную техническую задачу, улучшить эффективность и скорость топления снега и избежать дополнительных затрат на расходные материалы. Снижается время переработки снежно-ледяной массы в талую воду при низких температурах окружающей среды за счет уменьшения камеры воздействия, разделения потока воздушно-снежной массы, длительно гидродинамического, гидростатического, кавитационного, термического воздействия на снежно-ледяную массу. При уменьшении камеры воздействия плотность контакта воды на снежно-ледяную массу возрастает от 5 литров воды на 1 килограмм снежно-ледяной массы и выше.
Предлагаемое устройство реализуется с помощью устройства топления снега (фиг.1) установленного в емкость или вне ее, на месте уборки или загрузки снега, подбор и загрузку снега производят специальным оборудованием (погрузчики, экскаваторы, малая коммунальная техника). Нагнетание воды в систему происходит из емкости с талой водой через насос высокого давления в насадку-диффузор расположенную под углом к подающей трубе. Снег попадает в снеготопильное устройство за счет перепада давления воздуха, осуществляемого вакуумным транспортером или системой избыточного давления. После выхода из подающей трубы снежно-водная масса попадает на мишень конической формы (для разряжения снежно-воздушной массы с дальнейшим разделением на составляющие: снежно-водная масса и воздух), в которой установлена разделительная система с направляющими (могут иметь различную форму). Максимальное воздействие воды на снежную массу происходит на мишени. Мишень позволяет преобразовывать кинетическую энергию воды в потенциальную, с выделением теплового эффекта, а также динамическим воздействием молекул воды на кристаллы снега. На данном этапе происходит максимальное топление снежной массы. Исключение могут составлять кристаллы льда, а также снежная масса при низких температурах окружающей среды. Вода движется по стенке и спиральным направляющим. Спиральное движение воды способствует подхвату снега с поверхности топильного устройства и максимальному времени ударного и теплового воздействия воды на снежно-ледяную массу. В точке минимальной скорости потока, перпендикулярно касательной вектора скорости, устанавливается концентрирующая воронка для подбора и водно-снежной массы и повышения давления воздействия на нее. Зона кавитации реализует схлопывание пузырьков воздуха на поверхности снежно-ледяной массы за счет резкого повышения давления. Выход воды происходит через сливной патрубок в насос высокого давления, который мощнее насоса подающего воду в устройство, далее через систему кавитационного теплогенератора возвращается обратно через подающий патрубок на мишень. При увеличении массы накопившегося мусора и следствии уменьшения эффективности топления снега, отключают подачу воды, отводят выходную трубу и при включенном воздухе производят продув системы.
Устройство работает следующим образом. При включении насоса в подающий патрубок поступает вода или смесь воды и реагента, из емкости для талой воды, и с увеличением давления проходит насадку - диффузор 2, установленную в корпус 1, с помощью направляющих спиралей 3 получает спирально-направленное вращательное движение вдоль стенок корпуса 1, максимальное воздействие воды на снежную массу происходит на мишени 8, позволяет преобразовывать кинетическую энергию воды в потенциальную, с выделением теплового эффекта, а также динамическим воздействием молекул воды на кристаллы снега. На данном этапе происходит максимальное топление снежной массы. По угловой направляющей, концентрирующей воронки 7 вода увеличивает давление на снежно-ледяную массу и поступает в зону кавитационого воздействия, на мишени 8 специальной формы происходит ударное воздействие водно-снежной массы и потеря энергии скорости которая тратится на увеличение энергии давления воды, при котором происходит схлопывание пузырьков воздуха на поверхности снежно-ледяной массы, за счет этого происходит разбиение крупных и плавление мелких частиц снежно-ледяной массы (количество кавитационных изгибов зависит от габаритов установки на которой применяется устройство и качества снежно-ледяной массы). Через подающую трубу 4 из накопительного бункера для снега или подбирающего механизма в снеготопительно устройство подается снежно-ледяная масса увлекаемая (при отрицательном давлении) или нагнетаемая (при избыточном давлении) воздухом при разности диаметров входного и выходного отверстия, проходя через разделительную систему 6, расположенные под углом друг к другу и к оси направляющей спирали 3, снежно-ледяная масса получает вращательное движение, разбиваясь на мелкие, фракции. За счет структуры снежно-воздушной массы(менее плотные частицы в центре, а более плотные по краям заборной трубы) и центростремительного ускорения твердых частиц возникающего в следствии вращения, а также с одной стороны увеличение объема (диаметр топильного устройства больше диаметра заборной трубы) и создание вращения снежно-воздушной массы, происходит смешение снега с водой и разделение воздушного потока от водно-снежной массы. За чет того, что скорость движения воды выше чем скорость движения снежной массы и объем воды кратно превосходит объем поступающего снега, происходит термодинамическое воздействие воды на снег и следовательно начинается процесс топления снега. Прямолинейное движение к стенке корпуса 1 по которой движется вода, придя в соприкосновение с водой снежно-ледяная масса получает гидравлический удар и частичное топление за счет изменения скорости и/или направления движения. При засорении снеготопильного устройства мусором в накопительном кармане происходит снижение эффективности топления снежно-ледяной массы. Для очистки устройства отключается насос, прекращается подача воды, отводится торцевая ловушка 5, тем самым исключается накопительный карман, включается воздушный насос и при вращательном движении воздуха мусор увлекается через защитную трубу и собирается например в мешок, накопительную емкость и т.д
Предлагаемое «снеготопительное устройство» обеспечивает технический эффект и может быть использовано в области коммунального хозяйства по топлению снега в зимний период времени в связи с невозможностью или затруднением в вывозе снега с внутриквартальных территорий, рыночных площадей, детских площадок, торговых комплексов, тротуаров городов и поселков городского типа, для уборки и переработки снега в талую воду.
На фиг.1 схематически изображен внешний вид и вид в разрезе устройства для топления снега
На фиг.2 схематически изображена схема установки в баке для талой воды самоходного транспортного средства.
1 - корпус;
2 - насадка-диффузор;
3 - направляющая спираль;
4 - подающая труба;
5 - торцевая ловушка;
6 - разделительная система;
7 - концентрирующая воронка;
8 - мишень;
9 - гидравлические насосы.