Мобильная снегоплавильная установка
MOBILE SNOW MELTING PLANT

Изобретение относится к оборудованию очистки улиц и дорог от снежной массы и может быть использовано в городском хозяйстве, на транспортных и промышленных предприятиях и других территориях.
На данный момент в России в основном применяются три способа утилизации снега: снегоперерабатывающие станции, плавильные установки, складирование. Перечисленные способы не имеют каких-либо методов очистки от внешних загрязнителей, которые скапливаются в снежных массах. Однако, в пробах снега, взятого со снежных свалок г. Казани, было выявлено превышение ПДК по содержанию металлов, органических соединений» цианидов и т.п. Особое место в списке загрязнителей занимают нефтепродукты, кратность превышения ПДК которых достигало в некоторых пробах 8186 раз (Доклад «О состоянии природных ресурсов и охраны окружающей среды Республики Татарстан в 2005-2014 годах», 2006-2015, г. Казань) - [1]. Особую опасность представляют снежные свалки, при их таянии происходит серьезное загрязнение почвы, сравнимое с залповым выбросом сточных вод (Журнал «Безопасность жизнедеятельности», №7, 2005, г. Казань) - [2].
Проблема утилизации снежных масс состоит еще в том, что требуются большие транспортные расходы, невозможность уборки труднодоступных территорий, а это вызывает необходимость использования тяжелого ручного труда, поэтому есть потребность в создании мобильных снегоплавильных установок для уборки снега с локальных террриторий.
Известно устройство для принудительного таяния снега (Патент РФ №44690, от 27.03.2005 Бюл. №9, МПК В04С 5/00, C02F 1/38) - [3].
Недостатки устройства следующие: процесс очистки занимает продолжительное время, за счет неоднократного отстаивания жидкости, что снижает эффективность установки; основная масса жидкости проходит только через физические методы очистки, что является недостаточным; осветленная вода сливается в канализацию, то есть жидкость не может использоваться в бытовых или хозяйственных нужд, а также сложность конструкции, большие габариты, немобильная.
Известно устройство (Патент РФ №108459, от 20.09.2011 Бюл. №26, МПК Е01Н 5/10) - [4]. Недостатки устройства, следующие: в установке, отсутствуют какие-либо способы очистки расплавленного снега, применение СВЧ-индуктора влечет за собой большие затраты энергии.
Для сравнительного анализа взят патент двухступенчатый гидроциклон-окислитель (Патент РФ №165 646, от 27.10.2016 Бюл. №30, МПК В04С 5/00, C02F 1/38) - [5], содержащий цилиндроконический корпус с тангенциальным патрубком подвода загрязненной жидкости, патрубками отвода шлама и очищенной воды, оборудованный промежуточной сливной камерой, в которой в нижней части цилиндрического корпуса установлено барботажное устройство для подачи окислителя, корпус вторичной закрутки выполнен в виде усеченного конуса с расширением к нижнему сечению, в котором расположены лопаточные завихрители, при этом по нижнему периметру корпуса вторичной закрутки установлен фильтр, и в верхней части корпуса вторичной закрутки имеется штуцер отвода пены, также в верхней части корпуса вторичной закрутки между сливной камерой и цилиндрическим корпусом имеется наклонное днище, образующее острый угол с цилиндрической стенкой корпуса, между стенками цилиндрического корпуса и корпуса вторичной закрутки имеется отражательный кольцевой, козырек, внутри которого расположено барботажное устройство.
Недостатками прототипа является низкая эффективность очистки жидкости: не предусмотрен гидронасос, позволяющий регулировать скорость подачи жидкости в установку, она полностью имеет ручное управление, то есть процесс очистки не автоматизирован; не предусмотрен резервуар для загрязнителей и шлама и резервуар с окислителем, необходимый для работы установки; не предусмотрена защита от крупного мусора, способного вывести установку из строя, а также установка не имеет возможности мобильного перемещения, что затрудняет эксплуатацию.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое устройство - повышение эффективности очистки снежных масс: плавление и проведение механической и химической очистки, улучшающие экологию, увеличение производительности процесса и экономичности.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемой мобильной снегоплавильной установке, содержащей двухступенчатый гидроциклон-окислитель с цилиндроконическим корпусом, тангенциальным патрубком подвода загрязненной жидкости, патрубками отвода шлама и пены, очищенной воды, патрубком подачи окислителя и барботажным устройством, корпусом вторичной закрутки с лопаточными завихрителями и фильтром, новым является то, что
установка содержит снегоплавильную камеру с термопанелью и слоем термоизоляции по внешнему корпусу, в нижней части которой имеются магистрали без очистки и с очисткой с клапанами слива жидкости, соединенные со сливными отверстиями плавильной камеры, магистраль с очисткой содержит гидронасос с электроприводом для подачи загрязненной жидкости в двухступенчатый гидроциклон-окислитель через тангенциальный патрубок подвода жидкости, при этом патрубки отвода шлама и пены двухступенчатого гидроциклона-окислителя имеют выход в резервуар для сбора загрязнителя, а термопанель и электропривод гидронасоса подключены к блоку управления, работающему по сигналам с панели управления.
Кроме того, установка имеет возможность мобильного перемещения посредством ходовой части. А также, в резервуаре для сбора загрязнителя введен датчик уровня загрязнителя, подключенный к блоку управления.
Помимо этого, в плавильной камере размещена съемная решетка для задержания крупного мусора, а также плавильная камера содержит датчик уровня жидкости от таяния снега, подключенный к блоку управления.
Кроме этого, блок управления состоит из микроконтроллера с портами управления работой магистралей, передачей и приемом информации с панели управления.
Сущность изобретения иллюстрируется и поясняется на фиг. 1 - фиг. 2, где:
на фиг. 1 Структурная схема мобильной снегоплавильной установки;
на фиг. 2 Общий вид мобильной снегоплавильной установки.
Здесь:
1 - снегоплавильная камера; 2 - термопанель; 3 - слой термоизоляции; 4 - съемная решетка для задержания крупного мусора; 5 - датчик уровня жидкости; 6 - клапан слива жидкости (загрязненной); 7 - озонатор (баллон с окислителем); 8 - клапан подачи окислителя; 9 - клапан слива жидкости (очищенной); 10 - гидронасос; 11 - электропривод; 12 - двухступенчатый гидроциклон-окислитель; 13 - резервуар для сбора загрязнителя; 14 - датчик уровня загрязнителя; 15 - канал управления термопанелью; 16 - канал измерения уровня жидкости; 17 - канал управления клапанами 6, 8, 9; 18 - канал измерения уровня загрязнителя; 19 - канал управления электроприводом; 20 - микроконтроллер; 21 - блок управления; 22 - панель управления; 23 - аккумулятор; 24 - внешний корпус; 25 - поручень; 26 - ходовая часть; 27 - слив без очистки; 28 - слив с очистки; 29 - тангенциальный патрубок подвода загрязненной жидкости; 30 - патрубок подачи окислителя; 31, 32 - патрубок отвода шлама; 33 - патрубок отвода очищенной воды; 34 - патрубок отвода пены.
Представленная мобильная снегоплавильная установка, содержит двухступенчатый гидроциклон-окислитель 12 с цилиндроконическим корпусом, тангенциальным патрубком подвода загрязненной жидкости 29, патрубками отвода шлама 31, 32 и пены 34, очищенной воды 33, патрубком подачи окислителя 30 и барботажным устройством, корпусом вторичной закрутки с лопаточными завихрителями и фильтром, а также она имеет снегоплавильную камеру 1 с термопанелью 2 и слоем термоизоляции 3 по внешнему корпусу 24, в нижней части снегоплавильной камеры 1 имеются магистрали без очистки и с очисткой с клапанами слива жидкости 6 и 9, соединенные со сливными отверстиями плавильной камеры 27 и 28, магистраль с очисткой содержит гидронасос 10 с электроприводом 11 для подачи загрязненной жидкости в двухступенчатый гидроциклон-окислитель 12 через тангенциальный патрубок подвода жидкости 29, при этом патрубки отвода шлама 31, 32 и пены 34 двухступенчатого гидроциклона-окислителя 12 имеют выход в резервуар для сбора загрязнителя 13, а термопанель 2 и электропривод 11 подключены к блоку управления 21, работающему по сигналам с панели управления 22.
Мобильная снегоплавильная установка имеет возможность мобильного перемещения посредством ходовой части 26, представляющей собой, например, четырехколесное шасси, и поручня 25.
В резервуаре для сбора загрязнителя 13 введен датчик уровня загрязнителя 14, подключенный к блоку управления 21.
В снегоплавильной камере 1 размещена съемная решетка 4 для задержания крупного мусора и от таяния снега, подключенный к блоку управления 21, который состоит из микроконтроллера 20 с каналами управления работой магистралей, передачей и приемом информации с панели управления 22. Датчик уровня жидкости 5 и датчик уровня загрязнителя 14 могут быть выполнены в виде емкостных или поплавковых датчиков с электрическим выходом (http.//ankorn.ru - офиц. сайт, дата обращения 01.11.2017 г.) - [6].
Блок управления 21 состоит из микроконтроллера 20, канала управления термопанелью 15, канала измерения уровня жидкости 16, канал управления клапанами (6, 8, 9) 17, канала измерения уровня загрязнителя (шлама и пены) 18 и канала управления электроприводом-19.-Входом блока управления 21 являются входы канала измерения уровня жидкости 16, канала измерения уровня загрязнителя 18 и порты микроконтроллера 20, а выходом являются выходы с каналов управления клапанами (6, 8, 9) 17, электроприводом 19 и термопанелью 15. Ко входам микроконтроллера 20 блока управления 21 подключаются выходы с канала измерения уровня жидкости 16, канала измерения уровня загрязнителя 18 и панели управления 22, при этом к входу канала измерения уровня жидкости 16 подключается датчик уровня жидкости 5, а к входу канала измерения уровня загрязнителя 18 подключается датчик уровня загрязнителя 14, выходы с каналов подключены к портам микроконтроллера 20, а выходы микроконтроллера 20 подключены ко входам каналов управления термопанелью 15, клапанами (6, 8, 9) 17, электроприводом 19, панели управления 22, при этом выход канала управления термопанелью 15 подключен к термопанели 2, выходы канала управления клапанами (6, 8, 9) 17 подключены к клапанам 6, 8 и 9, выход канала управления электроприводом 19 подключен к электроприводу гидронасоса 11.
Работает установка следующим образом: снежная масса поступает в снегоплавильную камеру 1 и плавится термопанелью 2, работающей от электричества, поступающего из аккумулятора 23. Канал управления термопанелью 15 блока управления 21 осуществляет контроль за работой термопанели 2 по командам микроконтроллера 20 от панели управления 22. Слой термоизоляции 3, находящийся во внешнем корпусе 24 мобильной снегоплавильной установки, позволяет удерживать тепло в снегоплавильной камере 1. Очистка от крупного мусора осуществляется через съемную решетку для задержания крупного мусора 4.
Информативный сигнал датчика уровня жидкости 5 поступает в канал измерения уровня жидкости 16 блока управления 21, где осуществляется преобразование и нормирование сигнала для возможности его обработки микроконтроллером 20, выдает на панель управления 22 информацию о готовности слива жидкости, при этом пользователь выбирает программу с очисткой или без очистки. В случае, когда не требуется физико-химическая очистка, предусмотрен слив жидкости через клапан слива жидкости без очистки 6, при этом на панели управления 22 выбирается соответствующая программа и срабатывает клапан 6, управляемый каналом управления клапанами 17. Затем вода выходит из установки через слив без очистки 27.
При выборе программы с очисткой жидкость попадает в магистраль с очисткой при срабатывании клапана слива очищенной жидкости 9. Далее в микроконтроллере 20 формируется команда о включении гидронасоса 10, запускаемый электроприводом 11 по каналу управления электроприводом 19. Затем гидронасос 10 подает загрязненную жидкость в двухступенчатый гидроциклон-окислитель 12 через тангенциальный патрубок подвода загрязненной жидкости 29.
В гидроциклоне, благодаря тангенциальному подводу 29, жидкость приобретает вращательное движение, и взвешенные частицы под действием центробежной силы отбрасываются, а остальная часть частиц задерживается в фильтре. Далее жидкость, изменяя свое направление, попадает в барботажное устройство, подающее воздушно-озоновую смесь, как окислитель, по патрубку подачи окислителя 30 из озонатора (баллона с окислителем) 7. Управление дозировкой окислителя осуществляется клапаном 8 по каналу управления клапанами 17.
В этот момент осуществляется одновременное окисление и флотация загрязнителей. Во время окисления, углеводороды распадаются до углекислого газа и воды, цианиды теряют свою токсичность. Реакция окисления углеводородов происходит следующим образом:
х
у
3
2
2
СН+zO → уНO+хСO ↑,
где z=(у/2+2⋅х)/3.
Образуемая процессом флотации пена выходит через патрубок отвода пены 34, а вода проходит через завихрители и попадает во вторичную полость, где окончательно очищается от взвешенных частиц. Концентрат загрязнителя и продукты его нейтрализации поступают в резервуар для сбора загрязнителя 13 по патрубкам отвода шлама 31, 32. Пройдя через гидроциклон, очищенная жидкость выходит из установки по патрубку отвода очищенной воды 33 и сливу с очисткой 28. Очищенная вода может накапливаться в дополнительном резервуаре для очищенной воды и использоваться для технических нужд или сливаться в канализацию, при этом не происходит серьезное загрязнение почв.
Мобильная снегоплавильная установка имеет возможность мобильного перемещения посредством ходовой части 26, представляющей собой, например, четырехколесное шасси, и поручня 25. При эксплуатации установки пользователь может легко ее перемещать во дворах, убирая снежную массу, на пешеходных тротуарах, территориях административных учреждений и др.
Таким образом, в предложенной установке повышается эффективность очистки снежных масс:
плавление и проведение механической очистки за счет задержания крупного мусора и химической очистки за счет двухступенчатого центробежного разделения взвешенных частиц в воде, фильтрования и окислительного разложения нефтепродуктов, цианидов, сероводорода и других веществ, все это улучшает экологию;
увеличивается производительность процесса работы установки за счет автоматизации; малый вес и габариты дают возможность мобильного перемещения на локальных территориях;
установка позволяет использовать воду после очистки в хозяйственных и технических нуждах или сливать в канализацию, при этом не происходит загрязнение почв, повышается экономичность.