Устройство для защиты покрытия сооружения

 

Использование: для эксплуатации автомобильных мостов, эстакад, скоростных дорог и т. д.,расположенных вблизи водоемов, для защиты их от обледенения в холодное время года и от размягчения - в летнее под действием солнечной радиации. Изобретение основано на использовании низкопотенциальной теплоты воды реки, канала залива и т. п. Сущность по двум сообщенным между собой теплообменникам циркулирует рассол, например раствор хлористого кальция. Один из теплообменников в виде регистра из труб устанавливают в покрытии сооружения, другой - в водоеме, например в воде, протекающей под мостом реки. За счет циркуляции рассола теплота (холод) воды водоема передается покрытию сооружения, температура которого становится примерно равной температуре воды в водоеме, т. е. будет в пределах 0 - 25^oС, что исключает как образование на покрытии гололеда зимой, так и размягчение этого покрытия летом. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области транспортного строительства: мостов, набережных, эстакад и автомобильных дорог, аэродромов, проложенных в непосредственной близости от больших водоемов (океанов, морей, заливов, озер) и водотоков (рек, каналов), и может быть использовано для защиты их покрытий от обледенения, а также сохранения их твердости в теплое время года.

Для борьбы со скользкостью на указанных сооружениях в настоящее время используют различные устройства, реализующие следующие способы: абразивный: создание шероховатости на льду путем рассыпания песка; химический: снижение температуры плавления льда при контакте с некоторыми реагентами, например карбамидом, поваренной солью и т.п.

механический: рыхление, скалывание и срезание льда; тепловой: растаивание льда и удаление талой воды.

Последние два способа отличаются высокой энергоемкостью, поэтому наибольшее практическое распространение нашли первые два способа, применяемые совместно, так как рассыпание песка требует его последующего закрепления, без чего эффект данного мероприятия резко снижается.

Вместе с тем применение каких-либо химикатов, особенно поваренной соли, например, на металлических мостах влечет за собой быструю коррозию несущих конструкций этого уникального и дорогостоящего сооружения. Известные технические решения не устраняют образования ледяной корки на покрытиях сооружений, а предназначены только для борьбы с отрицательными последствиями этого явления.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению следует считать устройство, согласно которому основание полотна снабжают пластиковыми трубами, по которым в принудительном режиме циркулирует незамерзающая теплая жидкость. В основании эстакады предусматривают конструкцию, содержащую теплообменный аппарат, распределительный коллектор и трубопроводы, образующие систему циркуляции незамерзающей теплой жидкости, а также цистерну для подачи незамерзающей жидкости в случае нехватки ее в системе и резервуар с незамерзающей жидкостью. Устройство имеет насосы для создания высокого давления и систему подачи горячей воды от внешней тепловой сети в теплообменный аппарат. Данное техническое решение принято за прототип. Оно надежно обеспечивает защиту покрытия моста от обледенения.

Вместе с тем оно имеет и существенные недостатки, главный из которых заключается в больших эксплуатационных затратах, связанных с расходом тепловой энергии для получения горячей воды (расход топлива), а также со сложностью обслуживания, в том числе необходимости постоянной подпитки системы незамерзающей жидкостью. Кроме того, решение не может быть использовано для охлаждения покрытия, например моста, в летнее время, когда под действием солнечной радиации асфальтобетонные покрытия нагреваются более 70^оС и становятся пластичными. Под действием колес автомобилей покрытие деформируется и становится не пригодным для дальнейшего использования.

Цель изобретения уменьшение расхода энергии в зимнее время для защиты покрытий различных транспортных сооружений, расположенных вблизи водоема, от обледенения, исключение деформации этих покрытий в летнее время под действием солнечной радиации.

Поставленная цель достигается термостатированием покрытия сооружения, т. е. уменьшение амплитуды годовых колебаний его температуры за счет использования внутренней энергии воды, протекающей (находящейся) под мостом, в том водоисточнике, над которым проложено сооpужение. В зависимости от времени года речная вода используется то как первичный теплоноситель (при защите покрытия от обледенения), то как хладоноситель (при защите покрытия от размягчения в летнее время).

Для достижения поставленной цели предлагается настил сооружения снабдить, как и в прототипе, трубчатым регистром и системой циркуляции по нему незамерзающей жидкости и дополнительно теплообменником и осмотическим подпитывателем в виде полупроницаемой мембраны, опущенными под сооружение в водоем ниже низшего годового горизонта воды в водоеме, связанными с трубчатым регистром подающим и обратным трубопроводами, последний из которых снабжен искусственным побудителем в виде насоса, байпасной линией с нормально открытым обратным клапаном. Покрытие сооружения снизу, подающий и обратный трубопроводы снабжены теплоизоляцией. В качестве незамерзающей жидкости применен рассол. Теплообменник выполняют в виде ребристых труб, а в качестве рассола преимущественно используют раствор хлористого кальция.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Устройство состоит из установленного в покрытии, например, моста 1 трубчатого регистра 2, который соединен с теплообменником 3, установленным под мостом в водоеме, подающим трубопроводом 4 и обратным трубопроводом 5, на котором предусматривается байпасная линия с обратным клапаном 6 и искусственный побудитель насос 7. Для вытеснения воздуха из системы предусматривается осмотический подпитыватель 8, состоящий из присоединенного к трубопроводу патрубка с двумя фланцами, между которыми расположена полупроницаемая мембрана.

Устройство работает следующим образом (на примере моста, расположенного над рекой). Речная вода, имеющая зимой температуру не менее 4^оС, снаружи омывая теплообменник 3, подогревает рассол, проходящий внутри этого теплообменника. Подогретый рассол по подающему трубопроводу 4 подается в трубчатый регистр 2, расположенный в теле покрытия моста 1. При отрицательных температурах атмосферного воздуха, когда возможно образование гололеда, тепловой поток будет направлен ввеpх, от покрытия в атмосферу. Такое направление теплового потока исключает адгезию водяного пара атмосферы к покрытию моста. Это явление возможно только при обратном потоке тепла от атмосферного воздуха к переохлажденному покрытию, имеющему отрицательную температуру. Подогревая материал покрытия моста 1, рассол охлаждается и по обратному трубопроводу 5 вновь поступает в теплообменник 3 для повторного нагрева, далее цикл повторяется. Циркуляция рассола в системе может осуществляться за счет гравитационных сил, без работы насоса 7, за счет разности удельного веса нагретого в подающем трубопроводе 4 и охлажденного в обратном трубопроводе 5 рассола. Насос 7 в режиме борьбы с гололедом может быть использован для целей интенсификации теплообмена, когда при резких изменениях температуры атмосферного воздуха естественной циркуляции рассола не достаточно для предотвращения образования гололеда, а также для ускоренного размораживания теплообменника 3 при оттепелях, когда температура воздуха становится положительной. При включении насоса 7 обратный клапан 6 автоматически закрывается, и циркуляция рассола осуществляется в принудительном режиме, что влечет за собой интенсификацию теплообмена как в трубчатом регистре 2 полотна покрытия 1, так и в теплообменнике 3, расположенном в реке. После стабилизации температуpы атмосферного воздуха насос 7 отключается, система снова переходит на естественную циркуляцию. При повышении температуры покрытия моста над температурой речной воды происходит самозапирание системы, циркуляция рассола прекращается, так как давление в подающем 4 и обратном 5 трубопроводах выравнивается.

В летнее время года под действием солнечной радиации даже в северных районах нашей страны температура покрытий мостов, особенно асфальтобетонных, поднимается выше +70^оС. Под действием такой температуры покрытие размягчается, деформируется, образуются неровности покрытие выходит из строя.

Для охлаждения покрытия включается насос 7, автоматически закрывается обратный клапан 6 и нагретый рассол из трубчатого регистра 2 по обратному трубопроводу 5 подается в теплообменник 3, где он охлаждается речной водой, которая летом имеет температуру около +20^оС. Охлажденный рассол по подающему трубопроводу 4 снова поступает в теплообменник 2 для охлаждения покрытия моста 1. Далее цикл повторяется.

В предлагаемом техническом решении проблема подпитки гидравлической системы решается с помощью полупроницаемой мембраны. При таком решении возможно использовать энергию прямого и обратного осмоса для подпитки системы без каких-либо насосов. Для этого достаточно соединить воды реки с незамерзающей жидкостью через полупроницаемую мембрану. Если в качестве незамерзающей жидкости будет использован рассол, например раствор хлористого кальция, то при его контакте с речной водой возникает осмотическое давление, которое может достигать нескольких десятков метров. Под действием этого давления речная вода устремится внутрь системы и поднимет в ней давление, исключающее образование воздушных пробок, что обеспечит нормальную эксплуатацию системы во всех упомянутых выше режимах без расширительных резервуаров или насосов, без которых не может работать прототип. Для уменьшения теплопотерь сооружение снизу, подающий и обратный трубопроводы снабжены теплоизоляцией.

Таким образом, применение изобретения по сравнению с прототипом позволяет при сокращении расхода энергии и улучшении условий эксплуатации решить следующие задачи: исключить образование гололеда на поверхности покрытия сооружения в зимнее время, исключив при этом необходимость применения химических реагентов и коррозию его несущих конструкций; исключить деформацию и выход из строя покрытия сооружения под действием солнечной радиации в летнее время; уменьшить колебания температуры покрытия сооружения, уменьшив тем самым температурные напряжения, образование трещин и отслаивание материала покрытий от несущих конструкций.

Формула изобретения

1. Устройство для защиты покрытия сооружения, расположенного вблизи водоема, от обледенения и сохранения его твердости в теплое время года, содержащее трубчатый регистр в покрытии и систему циркуляции по нему незамерзающей жидкости, отличающееся тем, что оно снабжено теплообменником и осмотическим подпитывателем в виде полупроницаемой мембраны, опущенными под сооружение в водоем ниже низшего годового горизонта воды в водоеме, соединенными с трубчатым регистром, подающим и обратным трубопроводами, последний из которых снабжен искусственным побудителем в виде насоса, байпасной линией с нормально открытым обратным клапаном, при этом покрытие сооружения снизу, подающий и обратный трубопроводы снабжены теплоизоляцией, а в качестве незамерзающей жидкости использован рассол.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что теплообменник выполнен в виде ребристых труб, а в качестве рассола использован раствор хлористого кальция.

РИСУНКИ

Рисунок 1