УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРЕВА АСФАЛЬТОБЕТОННОГО ДОРОЖНОГО ПОКРЫТИЯ Российский патент 1997 года по МПК E01C23/06 E01C23/14 

Изобретение относится к технологии дорожно-строительных и ремонтных работ, в частности к устройствам для нагрева асфальтобетонных покрытий, и может быть использовано также для отверждения свежеуложенного бетона.

Известно устройство для прогрева свежеуложенного бетона, содержащее соединенный с источником СВЧ генератором излучатель в виде волновода с прямоугольной щелью, расположенной между размещенными в нем поршнем и согласующим элементом [1]
Данное устройство не может обеспечить интенсивный нагрев большой площади дорожного покрытия.

Наиболее близким к изобретению является устройство для регенерации асфальтобетонного дорожного покрытия, в состав которого входит устройство для нагрева дорожного покрытия [2] Это устройство содержит раму с ходовой частью и устройство для нагрева дорожного покрытия в состав которого входят СВЧ генератор, горизонтально расположенный излучатель с защитным экраном по его контуру.

Известное устройство не может обеспечить интенсивный равномерный нагрев большой площади дорожного покрытия.

Техническим результатом изобретения является интенсивный и равномерный нагрев большой площади дорожного покрытия, что увеличивает производительность устройства и качество регенерации дорожного покрытия.

Результат достигается благодаря тому, что устройство для нагрева дорожного покрытия содержит раму, выполненную в виде металлической платформы, N СВЧ генераторов, N линий передач СВЧ энергии, N излучателей.

Число N определяется из следующих соображений.

Обозначим требуемую ширину захвата интенсивного нагрева дорожного покрытия L, а длину l.

Число n излучателей в ряду определяется по формуле
n l/a,
где а ширина широкой стенки волноводов линий передач.

Число m рядов излучателей при условии, что диаграммы направленности (ДН) соседних излучателей перекрываются по спаду мощности не более 3 дБ, определяется по формуле
m = L/2•H•tgθ (2)
где H расстояние от раскрывов излучателей до поверхности дорожного покрытия;
θ половина угловой ширины диаграммы направленности излучателей в E плоскости по спаду модности 3 дБ.

Следовательно, общее количество требуемых излучателей N для интенсивного и равномерного нагрева равно

Для интенсивного нагрева дорожного покрытия расстояние между соседними рядами волноводных линий передач должно быть равно или меньше n, которое определяется по формуле
n = 2•H•tgθ - b (4),
где b ширина узкой стенки волноводной линии передач.

Вход каждой волноводной линии передач соединен с выходом одного СВЧ генератора, а ее выход с входом одного излучателя.

Платформа устанавливается параллельно поверхности дорожного покрытия. На платформе вертикально в m рядов установлены волноводные линии передач, нижние концы волноводов этих линий размещены в окнах платформы и выполняют функции излучателей, боковые стенки волноводов в одном ряду плотно прилегают друг к другу.

СВЧ генераторы крепятся к верхним концам волноводов линий передач. Защитный экран крепится к краям платформы и вокруг нее. Раскрывы излучателей расположены горизонтально.

Устройство для нагрева дорожного покрытия снабжено ходовой частью, на которой установлены дизельэлектростанция и механизм перемещения устройства из верхнего транспортного положения в рабочее нижнее. Конец выхлопной трубы дизеля дизельэлектростанции введен под металлическую платформу.

Сверху на платформе по ее краям установлен корпус, на одной из стенок которого выполнены окна приточной вентиляции и в которых установлены вентиляторы, а на его противоположной стенке выполнены окна вытяжной вентиляции.

К нижнему краю экрана крепятся вертикально металлические цепи или усы на расстоянии друг от друга много меньше рабочей длины волны СВЧ генераторов. Цепи или усы крепятся по периметру всего нижнего края экрана, а их длина больше расстояния от нижнего края экрана до поверхности дорожного покрытия.

Длина каждого волновода линий передач, размещенных в одном ряду, убывает от середины к краям на величину не менее максимального поперечного габаритного размера СВЧ генератора.

Отличительными признаками изобретения являются: N 1 СВЧ генератор; N 1 волноводная линия передачи; N 1 излучатель; все излучатели выполнены в виде открытого конца волновода, математическая формула для определения числа N, а также формула для определения расстояния между соседними рядами волноводов линий передач, выполнение рамы в виде металлической платформы с окнами, расположение линий передач на платформе, а генераторов на волноводах, расположение волноводов в рядах.

Кроме того, наличие дизельэлектростанции, механизма перемещения устройства из походного в рабочее положение, вывод выхлопной трубы дизеля под платформу, наличие корпуса и приточно-вытяжной вентиляции на нем, наличие дополнительного гибкого экрана в виде цепей или усов, а также длины волноводов линий передач в одном ряду.

Технический результат достигается благодаря возможности более плотному расположению излучателей на единицу площади платформы без взаимных влияний СВЧ генераторов на своих соседей. Именно по этому в рядах волноводы примыкают друг к другу узкими стенками, на которых электрическое поле равно нулю. Оптимальное расстояние между рядами определяется по формуле (4) при условии равенства, так как в этом случае достигается равномерный нагрев дорожного покрытия без взаимных влияний генераторов в соседних рядах.

На фиг. 1 представлено устройство для нагрева асфальтобетонного дорожного покрытия, вид спереди; на фиг. 2 поперечный разрез устройства по А-А; на фиг. 3 рабочее положение устройства для нагрева в составе передвижной дизельэлектростанции, тягача и трейлера с гидроподъемником; на фиг. 4 - структурная электрическая схема устройства для нагрева.

На фиг. 1-4 изображены: 1 металлическая платформа; 2 излучатель СВЧ - энергии; 3 СВЧ генератор; 4 волноводная линия передачи СВЧ энергии; 5 - приборный шкаф с блоками питания 6 СВЧ генераторов; 7 жесткий металлический экран; 8 гибкий экран (дополнительный); 9 корпус устройства; 10 панель вентиляторов; 11 вентилятор; 12 вытяжное окно вентиляции СВЧ генераторов; 13 тягач; 14 трейлер; 15 дизельэлектростанция; 16 - устройство для нагрева (изобретение); 17 гидравлический подъемник.

Платформа 1 выполняется из металла с окнами для прохода через нее волноводов линий передач. Габариты платформы больше габаритов нагреваемой одновременно площади дорожного покрытия. Конструкция платформы должна быть жесткой для размещения ее на консолях трейлера.

Излучатель 2 выполняется в виде открытого конца волновода, пропущенного через окно платформы и жестко закрепленного на ней.

СВЧ генератор 3 может быть выполнен на магнетроне, клистроне или транзисторах по известным схемам сантиметрового или дециметрового диапазона длин волн, мощностью 0,5 2 кВт.

Волноводная линия передачи 4 выполняется на стандартных волноводах, диапазона волн СВЧ генераторов.

Приборный шкаф 5 выполняется из металла.

Блок питания 6 СВЧ генератора выполняется на полупроводниковых приборах в виде выпрямителя по известным схемам.

Жесткий металлический экран 7 может быть выполнен из любого металла и крепится по всему периметру платформы снизу.

Гибкий экран 8 выполняется из металлических цепей или усов и крепится по всему периметру нижнего края жесткого экрана.

Корпус 9 устройства для нагрева выполняется из металла с окнами для приточной и вытяжной вентиляции.

Панель 10 вентиляторов устанавливается на одной из стен корпуса.

Вентилятор 11 выполняется с электрическим приводом.

Дизельэлектростанция 15 должна иметь мощность в два раза превышающую суммарную мощность СВЧ генераторов.

Пример реализации устройства. Длина волны СВЧ генераторов 12 см; мощность 1 кВт; сечение волноводов 7 2 х 34 мм; ширина захвата 2 м; длина захвата 0,72 м; высота облучателя над поверхностью дорожного покрытия 0,2 м; половина угловой ширины ДН 30^o; n 10; m 11; N 110; h 0,19 м, мощность дизельэлектростанции 220 кВт.

Устройство для нагрева асфальтобетонного дорожного покрытия содержит платформу 1, 110 излучателей 2, 110 СВЧ генераторов, 110 волноводных линий передач 4, приборный шкаф 5 с блоками питания 6 СВЧ генераторов, жесткий 7 и гибкий 8 экраны, корпус 9, панель вентиляторов 10, трейлер 14, дизельэлектростанцию 15 и гидравлический подъемник 17 (фиг. 1-3).

Число 110 определяется по формуле (3).

Число излучателей в ряду определяется по формуле (2), n 10.

Расстояние между соседними рядами волноводных линий определяется по формуле (4) и равно 19 см.

Вход каждой волноводной линии передачи 4 соединен с выходом одного СВЧ - генератора 3, а ее выход с входом одного излучателя 2.

Платформа устанавливается на консолях трейлера параллельно поверхности дорожного покрытия. На платформе 1 вертикально в m рядов установлены волноводные линии передач 4, нижние концы волноводов этих линий размещены в окнах платформы 1 и выполняют функцию излучателей 2, боковые стенки волноводов в одном ряду плотно прилегают друг к другу.

СВЧ генераторы 3 крепятся к верхним концам волноводов линий передач 4. Жесткий защитный экран 7 крепится к краям платформы 1 снизу и вокруг нее. Гибкий экран 8 крепится к нижнему краю экрана 7 по всему его периметру. Раскрывы излучателей 2 расположены параллельно нижней поверхности платформы 1.

Устройство 16 снабжено ходовой частью в виде тягача 13 и трейлера 14 с гидравлическим подъемником 17. Конец выхлопной трубы дизельэлектростанции 15, установленной на трейлере, введен под платформу 1.

Сверху на платформе 1 по ее краям установлен корпус 9, на одной из стенок которого выполнены окна приточной вентиляции в которых установлены вентиляторы 11, а на его противоположной стенке выполнены окна 12 вытяжной вентиляции.

Устройство для нагрева дорожного покрытия работает следующим образом.

Вначале запускают дизельэлектростанцию 15. Электроэнергия начинает поступать (фиг. 4) в блоки питания 6 СВЧ генераторов и на вентиляторы 11.

СВЧ генераторы 3 начинают вырабатывать СВЧ энергию, которая по волноводным линиям передачи поступает в излучатели 2, а из них излучается в направлении поверхности дорожного покрытия и проникает вглубь его. Дорожное покрытие начинает поглощать СВЧ энергию за счет того, что его материал имеет тангенс угла электрических потерь, приблизительно равный 0,1. Затем нагревают дорожное покрытие до 110 120^oC, постепенно перемещают устройство для нагрева вдоль регенерируемого участка дороги.

Использование: нагрев покрытий. Сущность изобретения: устройство содержит металлическую платформу, N СВЧ генераторов, N волноводных линий передач, N излучателей, где N определяется по формуле
,
здесь L - ширина захвата нагрева дорожного покрытия;
l - длина захвата нагрева дорожного покрытия,
H - расстояние от поверхности дорожного покрытия до раскрыва излучателей;
а - ширина широкой стенки волноводов линий передач;
θ - половина угловой ширины диаграммы направленности излучателей в E плоскости по спаду мощности на 3 дБ.

На платформе вертикально в несколько рядов установлены волноводные линии передач. Нижние концы волноводов размещены в окнах платформы и выполняют функцию излучателей. Боковые стенки волноводов в одном ряду плотно прилегают друг к другу. СВЧ генераторы установлены на верхних концах волноводов линий передач, вход каждой линии передач соединен с выходом одного СВЧ генератора, а выход - с входом одного излучателя. Устройство обеспечивает интенсивный равномерный нагрев большой поверхности дорожного покрытия. 4 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для нагрева асфальтобетонного дорожного покрытия, содержащее раму, СВЧ-генератор, горизонтально расположенный излучатель, жесткий защитный экран, линию передачи СВЧ-энергии, вход которой соединен с выходом СВЧ-генератора, а выход с входом излучателя, отличающееся тем, что в него введены N 1 СВЧ-генератор, N 1 волноводная линия передачи, N 1 излучатель, причем число N определяется по формуле

где L ширина захвата нагрева дорожного покрытия;
l длина захвата нагрева дорожного покрытия;
Н расстояние от поверхности дорожного покрытия до раскрыва излучателей;
а ширина широкой стенки волноводов линий передач;
q - половина угловой ширины диаграммы направленности излучателей в Е плоскости по спаду мощности на 3 дБ,
кроме того, рама выполнена в виде металлической платформы с окнами, платформа устанавливается параллельно поверхности дорожного покрытия, на платформе вертикально в несколько рядов установлены волноводные линии передач, нижние концы волноводов этих линий размещены в окнах платформы и выполняют функцию излучателей, боковые стенки волноводов в одном ряду плотно прилегают друг к другу, расстояние между соседними рядами волноводных линий передач равно или меньше h, которое определяется по формуле
h = 2•H•tgθ-b,
где b ширина узкой стенки волноводов линий передач,
причем СВЧ-генераторы закреплены на верхних концах волноводов линий передач, жесткий экран крепится снизу к краям платформы и вокруг нее, вход каждой введенной линии передач соединен с выходом одного СВЧ-гененатора, а выход соединен с входом одного излучателя, которые расположены параллельно нижней поверхности платформы. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено ходовой частью, на которой установлены дизельэлектростанция и механизм перемещения устройства из верхнего транспортного положения в рабочее нижнее, кроме того, конец выхлопной трубы дизеля введен под платформу. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на платформе сверху размещен на ее краях корпус, на одной из стенок которого выполнены окна приточной вентиляции и в которых установлены вентиляторы, а на противоположной его стенке выполнены окна вытяжной вентиляции. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что к нижнему краю жесткого экрана крепится гибкий экран из металлических цепей или усов на расстоянии друг от друга много меньше рабочей длины волны СВЧ-генераторов, длина которых больше расстояния от нижнего края жесткого экрана до поверхности дорожного покрытия. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что длина каждого волновода линий передач, размещают в одном ряду, убывает от середины ряда к краям на величину не менее максимального поперечного габаритного размера СВЧ-генератора.