СПОСОБ ТОПЛЕНИЯ СНЕГА ПРИ ВАКУУМНОЙ УБОРКЕ ТЕРРИТОРИЙ
METHOD OF MELTING SNOW IN VACUUM CLEANING OF AREAS

Настоящее изобретение относится к способам 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 энергии воды, температурного воздействия, реагента, талой воды, кавитационного воздействия на снежную массу.
Известно 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 способа 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.
Известно 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 способа 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.
Известен способ уборки и переработки снега (заявка на изобретение RU 2009141438 A), согласно которому переработку снега осуществляют в подогреваемых теплоносителями емкостях таяния снега с дальнейшим плавлением снега путем подачи реагента и использования горячего воздуха и горячей талой воды, нагрев которых осуществляется путем использования тепла выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания.
Недостатком данного способа является слишком малая тепловая энергия выхлопных газов, которые не способны нагреть достаточное количество воды и воздуха для эффективного топления снега в условиях отрицательных температур. Сложность изготовления бака разделенного на несколько отсеков с проведением различных теплоносителей.
Из известных наиболее близким по технической сущности является «Способ и устройство для уборки снега» (патент RU 2407855 С1), 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 на решение которой направлен данный способ является эффективное топление снега при любых климатических условиях с минимальными затратами на расходные материалы и энергетические затраты.
Данная задача решается за счет того, что заявленный способ реализуется за счет энергии воды с совместным центростремительным ускорением при одновременном воздействии снежно-водной массы, с отделением воздушного потока для уменьшения воздействия на процесс топления. Вода подается по системе с переменным сечением под давлением отличным от атмосферного, под углом к воздушно-снежному потоку и по направляющим, расположенных на стенках снеготопильного устройства, проходит через разделительную систему, которая предает ему вращательное движение, что создает центростремительное ускорение твердых частиц. Вода поступающая из насоса №1 подхватывает снег и придает ему большее ускорение, что обеспечивает продвижение снега по системе. Вода и оставшиеся фракции снега и льда направляются на мишень специальной формы, где происходит максимальное воздействие молекул воды на кристаллы снега и льда, а также получение однородной снежно-водяной массы, которая попадает на насос №2 в котором оставшиеся фракции снега и льда за счет создаваемого давления подвергаются окончательному топлению.
Результатом является: повышение эффективности топления снега при отрицательных температурах за счет воздействия энергии воды на снежную массу, повышение температуры воды по замкнутому циклу при одновременном отделении воздушного потока от снежной массы.
Предлагаемый способ реализуется по следующей схеме: топление снега, при его уборки с помощью вакуумной установки решается за счет использования свойств воды. В частности при механико-динамическом воздействии на воду, путем применения различных насосов, кратно повышаются ее энергетические свойства, что в дальнейшем при взаимодействии струи воды со снегом, создает эффект быстрого топления снега за счет динамического воздействия молекул воды на кристаллы снега и ускорения процесса теплообмена при взаимодействии воды со снегом под давлением.
Эффективность указанных процессов достигается в несколько этапов:
1. На первом этапе снежно-воздушная масса, проходя через специальное снеготопильное устройство, начинает вращаться. За счет возникающего центростремительного ускорения происходит отделение снежной массы от воздушного потока, одновременно с началом вращения снежной массы в устройстве, насосом (№1) подается под достаточным давлением вода, которая также вращаясь, создает дополнительной ускорение снежной массе и начинает принудительно плавить снег в воду за счет механического воздействия молекул воды на кристаллы снега с одной стороны и происходящего теплообмена с другой стороны. Водно-снежная масса, имеющая достаточное центростремительное ускорение отводится в сторону специальной ловушкой. Воздушный поток в соответствии с законами физики проходит по пути наименьшего сопротивления, то есть прямо и в дальнейшем через вакуумную установку попадает в атмосферу. Таким образом, на первом этапе произошло отделение воздушного потока от снежно-водяной массы, и начался процесс топления снега.
2. На втором этапе отведенный в сторону снежно-водяной поток, имеющий достаточную скорость, создаваемую изначально давлением воды и собственной скоростью движения снега направляется на мишень. При взаимодействии снежно-водной массы с мишенью происходит преобразование кинетической энергии потока в потенциальную энергию, что сопровождается дополнительным выделением тепловой энергии, следовательно способствует увеличению теплообмена между водой и снегом, а также механическому разрушению оставшихся кристаллов снега.
3. На третьем этапе снежно-водная масса после мишени (с возможно оставшимися фракциями льда, если изначально снег представлял снежно-ледяную массу) поступает в насос (№2), где происходит резкое сжатие потока с образованием кавитационного эффекта. Механическое воздействие насоса на водяной поток быстро повышает его кинетическую энергию, за счет чего происходит общее повышение температуры потока и гарантированное топление снега и ледяных фракций.
4. После выхода из насоса водяной поток проходит через устройство, изменяющее неоднократно его направление движение на 180 градусов (перехода динамической энергии в статическую). Это обеспечивает понижение давление воды на входе в накопительный бак, обеспечивает уменьшение брызг и повышение общей температуры воды. В устройстве также возможно применение одной или несколько форсунок, которые, по сути, выполняют аналогичные функции. Данное устройство не является основной составляющей в способе топления, однако, при реализации данного способа при низких температурных режимах является желательным. Описанный способ позволяет при минимальных энергетических затратах и практически в считанные секунды превращать снег различной плотности в воду.
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. Предлагаемый способ реализуется с помощью устройства топления снега 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. Снег попадает в снеготопильное устройство за счет перепада атмосферного давления воздуха, осуществляемого вакуумным транспортером или системой избыточного давления. 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. 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. После мишени водяной поток (с возможно оставшимися фракциями льда, если изначально снег представлял снежно-ледяную массу) поступает в насос (№2), где происходит резкое сжатие потока с образованием кавитационного эффекта. Механическое воздействие насоса на водяной поток быстро повышает его кинетическую энергию, за счет чего происходит общее повышение температуры потока и гарантированное топление снега и ледяных фракций. После выхода из насоса водяной поток проходит через устройство, изменяющее неоднократно его направление движение на 180 градусов. Это обеспечивает понижение давление воды на входе в накопительный бак, обеспечивает уменьшение брызг и повышение общей температуры воды.
Предлагаемый способ топления снега при вакуумной уборке территорий обеспечивает технический эффект и может быть использован 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 изображен принцип работы способа топления снега при вакуумной уборке территорий
1 - снеготопильное устройство;
2 - насос №1;
3 - насос №2;
4 - бак для талой воды.