СПОСОБ БОРЬБЫ С ЗИМНЕЙ СКОЛЬЗКОСТЬЮ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD TO CONTROL GLASED ICE

Изобретение относится к способам и средствам нанесения противогололедных реагентов на дорожное покрытие с целью предупреждения образования на них снежно-ледяного наката или гололедной корки.
Известен способ обработки дорог, заключающийся в том, что на ледяную поверхность дороги наносят твердые частицы в смеси с водой, для чего на шасси автомобиля устанавливают бак с теплоизолированными стенками и мешалкой в нем, заполняют бак водой и песком, размешивают воду с песком до состояния суспензии и наносят ее на дорожную поверхность (RU 2123082, 1998-12-10).
В этом способе подают суспензию насосом на поверхность вращающегося диска разбрызгивателя и диском разбрызгивают на дорогу. При низких температурах суспензию подогревают в баке или до его заполнения. Недостатком известного способа является то, что ледяная корка на дороге не удаляется, а становится шероховатой от вмерзающего в нее песка, который необходимо удалять с поверхности дороги после весеннего стаивания льда. Кроме того, подогрев суспензии песка с водой требует значительных затрат тепловой энергии.
Известен способ борьбы с зимней скользкостью дорожных покрытий, который заключается в нанесении на обледенелое дорожное покрытие твердых противогололедных химических реагентов, которые обеспечивают плавление льда, при этом, если в качестве таких противогололедных реагентов используют хлорид кальция или хлорид магния, то при растворении этих реагентов в воде, образующейся из тающего льда, выделяется большое количество тепла, способствующее повышению эффективности действия реагента ("Инженерно-экологическая защита водной системы северного мегаполиса в зимний период". В.Г.Систер, В.Е.Корецкий. Учебное пособие. «Московский государственный университет инженерной экологии». М., 2004, стр.89-90, копия прилагается).
К недостаткам данного способа следует отнести высокую гигроскопичность твердых химических реагентов, что ограничивает время их применения и требует защиты от атмосферных осадков. Кроме того, твердые реагенты не рекомендуется применять для профилактической обработки дорожных покрытий перед снегопадами, так как движущийся транспорт создает завихрения воздуха над сухой дорожной поверхностью и реагенты сбрасываются с обработанной поверхности, что ведет к неэффективному их использованию.
Из известных способов наиболее близким к представленному в данном описании способу является способ борьбы с зимней скользкостью дорожных покрытий, который заключается в доставке жидкого противогололедного реагента, представляющего собой водный раствор твердого вещества солей металлов, реакция растворения которых в воде является экзотермической, например хлорида кальция или хлорида магния, к месту обработки дорожного покрытия, распределение жидкого реагента на дорожном покрытии из емкостей, установленных на средстве доставки ("Машины для содержания и ремонта городских и автомобильных дорог» под редакцией В.И.Баловнева. Москва-Омск, 2005, стр.339, 342 и 343 - копия прилагается).
Из известных устройств наиболее близким к представленному в данном описании устройству является устройство для доставки и распределения жидких противогололедных реагентов, на котором установлены сообщенные друг с другом емкости с днищем и боковыми стенками, в которых помещаются жидкие противогололедные реагенты, химический насос, имеющий всасывающую и напорную полости, смонтированный на средстве доставки, распределитель жидких реагентов, установленный на средстве доставки и соединенный с напорной полостью химического насоса подающим трубопроводом, при этом емкости для жидких реагентов соединены с всасывающей полостью химического насоса сливными трубопроводами ("Машины для содержания и ремонта городских и автомобильных дорог". В.И.Баловнев и др. Москва-Омск, 2005, стр.333, 335, 336, 339, 342 и 343).
В известных способе и устройстве для обработки дорожного покрытия жидкий противогололедный реагент заливают в емкости устройства для доставки и распределения из стационарных емкостей на базах хранения жидкого реагента, который имеет низкую температуру, близкую к температуре окружающего воздуха. Это снижает эффективность его использования для плавления снежно-ледяных образований на дороге, приводит к увеличению расхода дорогостоящего реагента и повышенному содержанию хлоридов кальция в воздухе и сточных водах городской канализации.
Техническим результатом представленного в данном описании изобретения является повышение эффективности взаимодействия реагента со снежно-ледяными образованиями на дорожном покрытии, сокращение расхода реагента и трудозатрат, связанных с приготовлением и доставкой реагента к месту его использования.
Технический результат достигается способом борьбы с зимней скользкостью дорожных покрытий, который заключается в доставке жидкого противогололедного реагента, представляющего собой водный раствор твердого вещества солей металлов, реакция растворения которых в воде является экзотермической, например хлорида кальция или хлорида магния, к месту обработки дорожного покрытия, распределение жидкого реагента на дорожном покрытии из емкостей, установленных на средстве доставки, причем перед операцией доставки в емкости загружают твердое вещество соли металла, заливают воду и доставляют указанные ингредиенты к месту использования реагента, осуществляя в процессе доставки растворение твердого вещества соли металла в воде, которое сопровождается увеличением концентрации раствора и его температуры, после чего готовый жидкий противогололедный реагент распределяют на дорожном покрытии.
Скорость растворения твердого вещества соли металла в воде изменяют путем изменения интенсивности перемешивания раствора. Перемешивание осуществляют барботированием и циркуляцией раствора в емкостях.
Технический результат достигается устройством для доставки и распределения жидких противогололедных реагентов, которое содержит средство доставки и распределения реагента, на котором установлены сообщенные друг с другом емкости под реагент, каждая емкость имеет днище и боковые стенки, при этом устройство оснащено установленными на средстве доставки химическим насосом, имеющим всасывающую и напорную полости, и распределителем жидких реагентов, соединенным с напорной полостью химического насоса через подающий трубопровод, а емкости соединены с всасывающей полостью химического насоса сливными трубопроводами, причем устройство снабжено трехходовым краном, вход которого подключен к напорной полости химического насоса, напорным трубопроводом, соединенным с первым выходом трехходового крана, а также устройствами для барботирования раствора в емкостях, которые помещены внутрь последних и закреплены на их днищах, при этом подающий трубопровод присоединен ко второму выходу трехходового крана, а каждое устройство для барботирования подключено к напорному трубопроводу через двухходовой кран.
Устройство для барботирования выполнено в виде двух сообщенных друг с другом своими входами эжекторных форсунок, выходы которых направлены на противоположные боковые стенки емкости. Каждая емкость выполнена из полимерного материала, имеющего низкую теплопроводность.
Во время приготовления реагента непосредственно в емкостях средства доставки происходит экзотермическая реакция, приводящая к нагреву раствора реагента, который в горячем виде распределяется на обрабатываемой дорожной поверхности. При этом повышается эффективность взаимодействия горячего жидкого реагента со снежно-ледяными образованиями на дорожном покрытии, обеспечивается ускоренное их таяние и насыщение солями, что препятствует повторному замораживанию и прикатываемости к дорожной поверхности. Нанесение горячего жидкого реагента на дорожное покрытие обеспечивает снижение расхода реагента. Цикл растворения твердого вещества реагента проходит одновременно с доставкой реагента к месту обработки дорожного покрытия, что экономит трудозатраты на его приготовление.
Способ раскрывается описанием устройства для доставки и распределения жидких противогололедных реагентов.
На фиг.1 показано устройство для реализации способа;
на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1;
на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг 2;
на фиг.4 - гидравлическая схема устройства.
Устройство содержит средство 1 (фиг.1) доставки и распределения жидких противогололедных реагентов, например автомобильное шасси, на котором установлены емкости 2, каждая из которых имеет днище 3, боковые противоположные стенки 4 и 5 (фиг.2) и другие боковые стенки. На средстве 1 доставки смонтирован химический насос 6, имеющий всасывающую полость 7 и напорную полость 8. Емкости 2 сообщены друг с другом и с всасывающей полостью 7 химического насоса 6 при помощи сливных трубопроводов 9.
На средстве 1 доставки установлен распределитель 10 жидких реагентов, выполненный, например, в виде диска, имеющего привод вращения (не показан). К напорной полости 8 (фиг.4) химического насоса 6 присоединен вход 11 трехходового крана 12. К первому выходу 13 трехходового крана 12 присоединен напорный трубопровод 14, ко второму выходу 15 трехходового крана 12 подключен подающий трубопровод 16, соединенный с диском распределителя 10 жидких реагентов. Внутри каждой емкости 2 (фиг.2, 3) на днище 3 установлено устройство для барботирования реагента, которое содержит, по крайней мере, две эжекторные форсунки 17 и 18, сообщенные с общим трубопроводом 19 и друг с другом своими входами 20 и 21. Выходы 22 и 23 форсунок направлены, соответственно, на противоположные боковые стенки 4 и 5. Общий трубопровод 19 (фиг.4) соединен с выходом 24 двухходового крана 25, вход 26 которого сообщен с напорным трубопроводом 14.
Емкости 2 выполнены из полимерного материала, например полиэтилена низкого давления, который обладает высокой стойкостью к химическим реагентам и имеет низкую теплопроводность.
Реализация способа в описанном устройстве осуществляется следующим образом. На предприятии, где эксплуатируются подобные устройства, перед осуществлением операции доставки производят загрузку в каждую из емкостей 2 через верхние люки 27 (фиг.2) твердого вещества 28 соли металла, например хлорида кальция, в количестве, необходимом для получения раствора с водой требуемой концентрации от 1,28 до 1,3. После этого в емкости 2 заливают воду 29, количество которой в растворе должно обеспечить указанную выше концентрацию. Как только вода 29 в емкостях 2 смачивает твердое вещество 28, начинается реакция растворения хлорида кальция в воде, которая сопровождается выделением тепла, т.е. эта реакция является экзотермической. Скорость растворения твердого вещества 28 в воде 29 остается низкой вплоть до окончания заполнения водой емкостей 2. Затем средство 1 доставки начинает движение, доставляя твердое вещество и воду, а также реагент с низкой концентрацией к участку дороги, на котором необходимо произвести противогололедную обработку дорожного покрытия, предотвратить возможное появление скользкости или воздействовать на скользкую дорогу, имеющую снежно-ледяную корку.
При движении средства 1 доставки включают химический насос 6 (фиг.4), при этом водный раствор хлорида кальция поступает из емкостей 2 через сливные трубопроводы 9 во всасывающую полость 7 насоса 6 и под давлением раствор выходит из напорной полости 8 насоса.
Трехходовой кран 12 соединяет через свой вход 11 и первый выход 13 напорную полость 8 насоса 6 с напорным трубопроводом 14. В зависимости от расстояния и продолжительности доставки во время движения средства 1 доставки двухходовые краны 25, сообщающие емкости 2 с напорным трубопроводом 14, могут быть все открыты или часть из них может быть открыта, а другая часть может быть закрыта. Так, если время доставки жидких реагентов незначительное, то увеличивают скорость растворения твердого вещества хлорида кальция в воде, чтобы раствор приобрел необходимую концентрацию быстрее. Для этого открывают, по крайней мере, два двухходовых крана 25 одновременно, интенсифицируя процесс растворения твердого компонента в воде в нескольких емкостях одновременно. Если продолжительность доставки велика, то скорость растворения твердого вещества хлорида кальция в воде замедляют. Для этого двухходовые краны 25 включают и выключают поочередно и в каждой емкости 2 интенсифицируют процесс растворения отдельно.
Раствор под давлением поступает из напорной полости 8 химического насоса 6 через трехходовой кран 12 в напорный трубопровод 14 и по нему к входам 26 двухходовых кранов 25. Через выход 24 открытого крана 25 раствор подается на общий трубопровод 19 и направляется по нему к входам 20 и 21 эжекторных форсунок 17 и 18 соответственно. На выходах 22 и 23 форсунок формируются струи раствора, которые направляются в противоположные стороны - на стенки 4 и 5 емкостей 2. Выходящие струи создают эжекционный эффект и захватывают в эжекторы дополнительное количество раствора, который направляется на находящееся в емкостях 2 твердое вещество 28. Происходит процесс барботирования. Поскольку струи раствора направлены на противоположные боковые стенки 4 и 5 емкостей 2, то создается эффект поворота струй у стенок и, в итоге, движение струй раствора в емкости 2 осуществляется по замкнутой траектории движения, по внутреннему периметру емкости. Такое движение раствора резко интенсифицирует процесс растворения твердого вещества 28 хлорида кальция в воде 29. По мере насыщения раствора увеличивается количество тепла, выделяемого при экзотермической реакции растворения. Увеличивается температура раствора и к моменту достижения необходимой концентрации раствора его температура может достигать значительных величин (до 60-70°С). Когда концентрация раствора во всех емкостях 2 достигнет требуемой величины, процесс приготовления жидких противогололедных реагентов заканчивают.
Перед распределением горячего жидкого противогололедного реагента на дорожное покрытие переключают трехходовой кран 12 таким образом, чтобы его вход 11 сообщался с подающим трубопроводом 16 через выход 15. Включают химический насос и при движении средства 1 доставки на его рабочей скорости осуществляют подачу на дорожное покрытие горячего жидкого реагента из емкостей 2 по подающему трубопроводу 16 на вращающийся диск распределителя 10. Диск распределяет реагент на обрабатываемое дорожное покрытие с требуемыми параметрами обработки, т.е. с необходимыми значениями плотности и ширины обработки, которые соблюдаются системой управления (не показана). При взаимодействии горячих капель жидкого реагента со льдом и снегом, находящимися на дорожном покрытии, начинается интенсивное их таяние, быстрое проникновение раствора под слой льда или снега, что уменьшает силы адгезии льда с покрытием и обеспечивает свободное отделение льда и снега от покрытия при последующей уборке снегоочистителем. При этом происходит комбинированное воздействие реагента на снежно-ледяные образования: за счет высокой температуры реагента и за счет химической реакции взаимодействия соли металла (хлорида кальция) с водой, находящейся в составе льда и/или снега. Благодаря высокой температуре жидкого реагента вода, образующаяся от таяния снега и льда, быстро насыщается солями, которые препятствуют их повторному замерзанию и прикатываемости к покрытию колесами транспортных средств.
Совмещение операции по приготовлению раствора жидких противогололедных реагентов с операцией по их доставке к месту обработки дорожных покрытий позволяет сократить трудозатраты, связанные с приготовлением реагента, доставкой и хранением в стационарных хранилищах. Обработка дорожных покрытий горячим жидким противогололедным реагентом также позволяет существенно снизить его расход.