Устройство для удаления отложений льда с водосливных труб зданий
DEVICE FOR REMOVING ICE FROM BUILDING DRAINAGE PIPES

Изобретение относится к коммунальному хозяйству, а именно к средствам удаления наледей с крыш и водосливных труб зданий.
Известна электроимпульсная противообледенительная система, применяемая для удаления отложений льда с обмерзающих поверхностей самолетов и судов. (В.В. Богородский, В.П. Гаврило, О.А. Недошивин Разрушение льда. Методы и технические средства. Л., Гидрометеоиздат, 1983, с. 205-206).
Система содержит последовательно соединенные генератор импульсов электрического тока и блок индукторов - преобразователей электрических импульсов в механические. Каждый индуктор выполнен в виде катушки индуктивности с малым числом витков, фиксируемый непосредственно под защищаемой от обледенения гибкой тонкостенной металлической обшивкой конструкции. При подаче кратковременного импульса электрического тока в катушку индуктивности, в ней создается магнитное поле. Оно индуцирует кратковременный вихревой электрический ток в металлической обшивке конструкции, который возбуждает свое магнитное поле. Магнитные поля токов в индукторе и металлической обшивке вызывают малое по смещению, но очень быстрое отклонение обшивки, имеющее характер удара. При этом ударном воздействии происходит разрушение и сброс льда, образовавшегося на обшивке.
Недостатком данной противообледенительной системы является то, что эффективность ее резко снижается на участках, где обшивка крепится к элементам самой, несущей ее конструкции.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является устройство для удаления льда с карнизов зданий и сооружений, содержащее индуктор вихревых магнитных потоков, соединенный с высоковольтным источником электропитания и установленный под свесом карниза, на котором образуется ледоотложение (SU №1638285, E04D 13/06, 30.03.1991).
При подаче импульса электрического тока на индуктор возникает магнитное поле, которое возбуждает вихревой электрический ток в железной кровле карниза здания. Магнитное взаимодействие электрических токов в индукторе и в железной кровле вызывает удар, сбрасывающий лед с карниза здания.
Недостатком данного устройства, является то, что оно удаляет отложения льда только с плоских участков металлической кровли, в которой индуцируются вихревые электрические токи. Удаление льда с карнизов крыш, выполненных их неэлектропроводящих материалов, устройство обеспечить не может. Если даже карниз выполнен из металлического листа, то большие силовые воздействия на листы вызывают опасность разрушения соединительных швов между листами, с последующей протечкой крыши.
Кроме того, данное устройство нельзя применять для разрушения и сброса отложений льда с водосливных труб, также устанавливаемых на карнизах зданий. Интенсивное обледенение водосливных труб наблюдается при отрицательных, но не низких температурах воздуха, лежащих в интервале от 0°С до минус 5°С при осадках, выпадающих в виде дождя и мокрого снега или при кратковременной оттепели и последующим за ней похолодании.
Стекающая с крыши вода замерзает на внутренней поверхности водосливной трубы по всей ее длине, пока труба не окажется перекрытой ледяной пробкой. Далее вода, продолжающая поступать вместе с осадками, переливается через край воронки и замерзает на ее наружной поверхности, образуя со временем крупные отложения льда, массой в десятки килограммов, нависающие над тротуаром. Их непредсказуемое падение с большой высоты создает опасность для жизни и здоровья прохожих.
По своей геометрической форме водосливная труба с воронкой представляют собой длинный цилиндр сравнительно малого диаметра, соединенный с коротким усеченным конусом, расположенным на верхнем конце трубы. Для сброса льда с их поверхностей необходимо использовать большое количество индукторов, каждый из которых должен иметь соединительные электрические провода, а их надежную фиксацию на водосливной трубе выполнить достаточно трудно.
Наконец, остается возможность замерзания воды на внутренней поверхности водосливной трубы и образования ледяной пробки, перекрывающей трубу.
Задачей изобретения является обеспечение дистанционного удаления отложений льда, преимущественно с верхних частей водосливных труб и прилегающих к ним участков карниза крыши, падение которых создает угрозу для жизни и здоровья людей.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для удаления отложений льда с водосливных труб зданий, содержащем электромеханическую цепь из последовательно соединенных источника электропитания с высоким выходным напряжением, генератора электрических импульсов, включающего импульсный конденсатор и тиристор, также блока индукторов - преобразователей электрических импульсов в механические, верхняя часть водосливной трубы и воронка дополнительно содержат насадок, изготовленный из морозостойкого литого полиэтилена толщиной не менее 4,7 мм, выполненный по схеме «труба в трубе» с образованием защитного кармана между внутренней и внешней трубами, при этом на внутренней и внешней трубах имеются расположенные одно против другого сквозные отверстия, а в защитном кармане между отверстиями установлены индукторы, каждый из которых изготовлен в виде двух катушек с сердечниками - инденторами, имеющими возможность перемещения в радиальном направлении относительно оси насадка, при этом диаметры инденторов меньше, диаметров отверстий.
Насадок имеет в нижней своей части диаметр меньший диаметра водосливной трубы, образуя воздушный зазор с внутренним диаметром водосливной трубы.
Сущность изобретения поясняется чертежами, показанными на фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3.
На фиг. 1 представлено устройство в сечении, совмещенном с осью водосливной трубы с блок-схемой электрических элементов устройства, вместе с вспомогательными средствами управления устройством. Отдельно выделен элемент устройства, поясняющий расположение подвижных элементов - индукторов и инденторов, обеспечивающих удаление отложений льда с наружной и внутренней поверхностей водосливной трубы.
На фиг. 2 показано поперечное сечение насадка на верхнюю часть водосливной трубы, по месту расположения индукторов и инденторов.
На фиг. 3 показана схема подвода электропитания к подвижным элементам устройства - индукторам, укрепленным на инденторах.
Устройство для удаления отложений льда с водосливных труб крепится на водосливной трубе 1, на верхнюю часть которой устанавливается насадок 2. В условиях обледенения основные количества льда 3 накапливаются на внутренней и наружной поверхностях насадка 2.
Насадок 2 включает в себя коническую воронку 4, патрубок 5 и обечайку 6, прикрепленную к широкой части конической воронки 4. Патрубок 5 и обечайка 6 образуют в насадке 2 защитный карман 7, где устанавливаются по четыре подвижных элемента устройства, обеспечивающих разрушение и сброс отложений льда 3. Этими подвижными элементами являются инденторы 8 и 9, способные перемещаться в направлении, радиальном относительно оси насадка 2.
На инденторах 8, 9 укреплены индукторы 10, 11, которые представляют собой катушки из электрически изолированного провода, имеющие малое число витков и, следовательно, малую индуктивность. Направление витков в катушках таково, что при подаче кратковременного импульса тока на индукторы 10,11 инденторы 8,9 отталкиваются друг от друга. В стенках патрубка 5 и обечайки 6 высверливаются на одной высоте, напротив друг друга по четыре сквозных отверстия 12 и 13. Диаметр отверстий 12, 13 должен незначительно превышать диаметр инденторов 8, 9. Между инденторами 8, 9 устанавливаются упругий элемент 14, например, блок пружин с небольшой жесткостью, фиксирующий положение инденторов 8, 9 таким образом, что их торцы оказываются заподлицо со стенками патрубка 5 и обечайки 6, подвергающихся обледенению. При обледенении патрубка 5 и обечайки 6 торцы инденторов 8, 9 оказываются внутри образующихся отложений льда 3.
Устройство для удаления отложений льда также содержит высоковольтный источник электропитания 15, блок выпрямителей 16, блок импульсных конденсаторов 17 и управляющее устройство 18.
Источник электропитания 15, блок выпрямителей 16, блок конденсаторов 17 и управляющее устройство 18 должны находиться в обслуживаемом помещении, например, в домоуправлении или в кузове специализированного автомобиля, находящегося в ведении служб коммунального хозяйства.
Элементами управляющего устройства 18 являются установленные на нем электрический ключ - тиристор 19 пусковая кнопка 20, таймер 21, а также элементы средства оповещения 22 прохожих о проводимых работах по сбросу отложений льда с водосливных труб зданий.
Все элементы насадка 2 на водосливную трубу 1 выполнены из литого полиэтилена, имеющего толщину не меньшую 4,7 мм.
Полиэтилен рассматривается как гидрофобный материал, с низкой силой адгезионного взаимодействия, как с жидкой водой, так и со льдом.
Изделия из полиэтилена применяются в системах промышленной канализации предприятий, и при своей сборке, могут образовать конструкцию бесшовного насадка 2, имеющего защитный карман 7.
Устройство для удаления отложений льда с водосливных труб работает следующим образом. Наиболее интенсивное обледенение карнизов крыш и водосливных труб наблюдается в солнечную погоду при температурах выше минус 10°С, а после снегопадов - при переходах с дневного времени суток на ночное. Процесс наиболее интенсивен при температурах от 0°С до минус 5°С.
Ввиду того, что наружный диаметр патрубка 5 меньше внутреннего диаметра водосливной трубы 1, то патрубок 5 не касается ее внутренних стенок. Вода, образующаяся при таянии снега, на крышах имеет температуру близкую к 0°С. Стекая по желобу крыши, она попадает в воронку 4, а оттуда в патрубок 5. При этом значительная ее часть не стекает по внутренним стенкам водосливной трубы 1, а падает струями в самый низ водосливной трубы 1, замедляя процесс ее внутреннего обледенения. Однако стекающая вода частично замерзает на стенках и воронки 4, и патрубка 5, и обечайки 6, и насадка 2.
Таким образом, при отрицательных температурах воздуха, на поверхностях как воронки 4, так и патрубка 5 образуются отложения льда 3, имеющие значительную толщину и массу.
Полиэтилен, из которого изготовлены элементы насадка 2, относится к гидрофобным, а лед к гидрофильным материалам. Равновесный краевой угол смачивания загрязненной поверхности шероховатого полиэтилена близок к 90°, а равновесный краевой угол смачивания водой поверхности льда равен 0°. Вода, находящаяся на линии контакта гидрофобной и гидрофильной поверхностей, перетекает на последнюю (А.Д. Зимон Адгезия жидкости и смачивание - М., «Химия», 1974, 414 с.). Попадая на внутреннюю поверхность полиэтиленового патрубка 5, вода натекает на участки, покрытые льдом, и замерзает на них свисающими ледоотложениями, называемыми в разговорном сленге «сосульками». Их длина может составлять десятки сантиметров. Задача их периодического сброса, осуществляемого дистанционно, без привлечения специальных рабочих и с минимальными затратами энергии решается так.
Перед началом работы очистки водосливных труб 1 здания от отложений льда 3 высоковольтный источник электропитания 15 подключается к городской электросети, обеспечивающей подачу переменного тока.
При нажатии на пусковую кнопку 20 на управляющем устройстве 18 блок импульсных конденсаторов 17 соединяется с высоковольтным источником электропитания 15.
Когда в блоке импульсных конденсаторов 16 накапливается энергия в количестве от 10-30 кдж срабатывает средство оповещения 22 и через индукторы 10,11 пропускается импульс тока. Магнитное поле импульсных токов индукторов 10, 11 вызывает поступательное движение инденторов 8 и 9. Отталкиваясь друг от друга инденторы 8 и 9, перемещаются в противоположных направлениях. Проходя через отверстия 12, 13 на стенках защитного кармана 7, они производят удар по отложениям льда 3.
Отложения льда 3, образовавшиеся на наружной поверхности насадка 2, и на внутренней поверхности патрубка 5, разрушаются и падают вниз. Упругие элементы 14 возвращают инденторы 8 и 9 в исходное состояние. Таймер 21 обеспечивает автоматический запуск устройства через заданное время, например, через каждые 60 - 120 минут в зависимости от скорости роста отложений льда 3 на стенках насадка 2 и патрубка 5.
Силы адгезионного взаимодействия льда с полиэтиленом много меньше сил когезионного взаимодействия между молекулами льда. Поэтому при ударах инденторов 8 и 9 по отложениям льда 3, образующихся на стенках насадка 2, и патрубка 5 отложения льда 3 очень легко отрываются и падают вниз, не образуя внутри водосливной трубы 1 ледяных пробок. Водосливная труба 1 остается свободной ото льда в течение продолжительного времени, приходящегося на осенне-зимний период. Внешние поверхности воронки 4 и обечайки 6 насадка 2 также постоянно очищаются от образующихся на них отложений льда 3, снимая угрозу их падения на прохожих.
Аналогичные устройства можно установить и под карнизом крыши в непосредственной близости от водосливных труб 1, где также образуются крупные отложения льда.
Технический результат от реализации заявляемого устройства для удаления отложений льда с водосливных труб зданий заключается:
- в повышении эффективности работы городских служб коммунального хозяйства, обеспечивающих очистку города ото льда и снега;
- в снижении трудозатрат на организацию удаления отложений льда с крыш жилых домов и производственных помещений при минимальных затратах энергии и без привлечения обслуживающего персонала, работающего в опасных условиях на крышах;
- в повышении безопасности пешеходов на городских улицах.