Устройство для защиты покрытий аэродромов и автомобильных дорог от обледенений Советский патент 1991 года по МПК E01C5/08 

(Л

С

Изобретение относится к строительству и эксплуатации аэродромов и автомобильных дорог. Целью изобретения является улучшение циркуляции теплоносителя и увеличение мощности теплового потока. Устройство для защиты покрытий аэродромов и дорог от обледенения включает расположенные вдоль полотна заполненные незамерзающим легкокипящим теплоносителем заглушенные сверху трубчатые скважины, соединенные трубопроводом, снабжено расположенными в теле покрытия теплообменниками, а каждая скважина выполнена с расположенной в подземном водоносном горизонте тепловоспринимающей частью теплоизолированным трубчатым конденса- торопроводом, опущенным до отметки дна скважины, и герметизированным оголовком, при этом герметизированный оголовок каждой скважины соединен посредством теплоизолированного паропровода по крайней мере с одним теплообменником 1 ил.

Изобретение относится к строительству и эксплуатации аэродромов и автомобильных дорог и может быть использовано для защиты взлетно-посадочных полос и покрытий проезжей части дорог от обледенения.

Обледенение поверхности аэродромных и дорожных покрытий при неустойчивых отрицательных температурах воздуха чаще всего наступает при колебании температуры воздуха от 0 до -4°С. Обледенение резко (примерно в 4 раза) снижает сцепление самолетных или автомобильных колес с покрытием. В этом случае плоскость скольжения колеса отделена от поверхности покрытия тонким слоем льда. При торможении в результате скольжения колеса по ледяной корке происходит превращение механической работы сил трения в теплоту, что приводит к плавлению льда, а вода, выполняя роль смазки, способствует уменьшению сцепления колеса с обледенелой поверхностью покрытия. В результате обледенения покрытий торможение колесами становится неэффективным и самолет или автомобиль теряет управление.

Для борьбы со скользкостью на аэродромах и дорогах известен абразивный способ, основанный на создании шероховатости на льду путем рассыпания песка с последующим его закреплением.

Однако наличие на поверхности взлетно-посадочной полосы песка и мелких камней приводит к попаданию их в реактивные двигатели самолетов, которые из-за этого выходят из строя.

VI

О

-а VI VI

го

Известен также механический способ (рыхление, скалывание, срезание),

При таком способе не удаетсл достигнуть полного удаления гололеда, так как между гололедной пленкой и покрытием возникают большие силы сцепления (адгезия).

Известный химический способ основан ia снижении температуры плавления льда три контакте с рядом реагентов. Простей- иим таким реагентом является поваренная роль.

Этот способ вызывает повышенную Коррозию металла машин и ускоренное разрушение полотна дорог. На аэродромах (применяют менее агрессивные реагенты; НКМ, карбамид, АН С, но после их использо- рания нельзя оставлять непрорезгировясший )s гололедом реагент или образовавшийся 1раствор, так как при нахождении их на покрытии может образоваться пена, повышающая скользкость.

Кроме указанных, известны еще несколько тепловых способов защиты аэродромов и автомобильных дорог от обледенения. Один из них заключается Е Обогреве газовой высокотемпературной струей, в процессе воздействия которой гололед расплавляется, а затем поверхность Покрытия подсушивается. Для этих целей в качестве рабочих органов используют турбореактивные двигатели, отработавшие м самолетах свой рэсурс.

Недостатками этого способа являются большой расход топлива, достигающий 1000 кг керосина на один гектар покрытия, высокая трудоемкость, порча покрытий от местного действия высокотемпературной газовой струи, невозможность использования аэродрома в процессе удаления гололеда (нахождение помехи ьа взлетно-посадочной полосе).

Известно также устройство для защиты аэродромов и дорог от обледенения с помощью стационарных теплофикационных систем. Оно содержит введенные з тело покрытия трубчатые теплообменники, по кото- пым пропускают теплоноситель, нагреваемый в тепловой станции, Это устройство, в отличие от описанных способов, позволяет организовать активную защиту покрытий, т.е. при его использовании не устраняется уже образовавшаяся гедяная корка, а ее образование исключается вообще.

Недостаток устройства заключается о высокой стоимости строительства и эксплуатации стационарных систем обогрева. Так, для защиты покрытий от образования гололеда тоебу тся расход энергии 100-200 Вт/ч по 1 м покрытия,

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство

для расплавления снега и льда, представляющее собой изогнутую Г-образно тепловую трубу, нижняя часть которой погружена в землю, а верхняя (горизонтальная) часть - в полотно дорожного покрытия. Такое усгройство не требует использования искусственных источников тепла.

Однако мощность теплового потока, который может быть при помощи известного устройства передан от земли к покрытию

аэродрома или дороги, незначительна. Этот недостаток является следствием как незначительной теплопроводности грунта (грунт является хорошим теплоизолятором), так и слабой циркуляции теплоносителя в тепловол трубе.

Цель изобретения -улучшение циркуляции теплоносителя и увеличение теплового потока в процесседеплопередачи от трубчатых скважин, заполненных легкокипящим

теплоносителем, к полотну аэродрома или дороги.

Поставленная цель достигается тем, что устройство, включающее расположенные

вдоль взлетно-посадочной полосы заполненные незамерззыщим легкокипящим теплоносителем заглушенное сверху трубчатые скважины, соединенные трубопроводом, снабжено расположенными в теле

покрытия теплообменниками, а каждая скважина выполнена с расположенной в подземном водоносном горизонте тепло- воспринимающей частью, теплоизолиро- трубчатым конденсатопроводом,

опущенным до отметки дна скважины, и герметизированным оголовком, при этом герметизированный оголовок каждой скважины соединен посредством теплоизолированного паропровода по крайней мере

с одним теплообменником,

В предлагаемом устройстве тепловосп- ринимзющоЯ часть скважины расположена в подземном водоносном горизонте. Учиты- зая, что коэффициент теплопроводности

грунта в несколько раз меньше, чем коэффициент теплопроводности воды, то и тепловой поток в предлагаемом устройстве во столько же раз больше по сравнению с известным устройством.

В качестве незамерзающего легкокипящсго теплоносителя в устройстве используют преимущественно аммиак. Движение теплоносителя в системе, нагрев его в скважине и охлаждение в теплообменнике посрытия, осуществляется за счет гравитационных сил - разности удельных

весов нагретого и охлажденного теплоносителя.

Сила теплового потока земли для подогрева аэродромов или автомобильных дорог определяется гидрогеологическими свойствами залегания подземных водоносных горизонтов, а также количеством, диаметром и глубиной указанных скважин.

Известно, что температура подземных грунтовых вод на глубине более 12-15 м зависит от времени года и постоянно равна около 7°С. С глубиной температура подземных вод повышается. Интенсивность этого повышения характеризуется понятием геотермической ступени, которая показывает, на сколько метров надо опуститься вглубь, чтобы температура повысилась на один градус. Средняя величина геотермической ступени составляет 33 м.

Таким образом, повышая глубину скважины, можно теоретически неограниченно повышать силу теплового потока от подземных водоносных горизонтов к поверхности.

Однако с увеличением глубины скважины резко возрастает ее стоимость, поэтому получать таким способом высокопотенциальное тепло (с температурой более 30 - 40°С) невыгодно. Вместе с тем для защиты аэродромов и дорог от гололеда достаточно обеспечить температуру покрытий не ниже температуры атмосферного воздуха (точнее не ниже температуры его точки росы). При этом полностью исключается выпадение конденсата на покрытиях и образование гололеда. Учитывая, что другим условием образования гололеда является наличие отрицательной температуры на поверхности покрытия аэродрома или дороги, то очевидно, что обогрев их источником с температурой 7-10°С может обеспечить более высокую температуру покрытия по отно- шению с атмосферным воздухом (при отрицательных температурах последнего).

Минимальная глубина скважины может быть порядка 12-15 м. Однако на таких глубинах редко залегают мощные водоносные горизонты, использование которых повышает эффективность предлагаемого устройства. Оптимальной глубиной скважины для защиты аэродромов и дорог от обледенения следует считать 50-60 м.

Предлагаемое устройство позволяет не только исключить образование гололеда на аэродромах и дорогах, но и значительно упростить удаление снега и льда с покрытий. Тепловая мощность неглубоких скважин не в состоянии растопить весь снег, выпадае- мый при обильных осадках на аэродромах или дороге, но наличие даже незначительного теплового потока, направленного на

покрытия в атмосферу, исключает прилипание снега или льда к указанному покрытию, поэтому снег или лед при использовании предлагаемого устройства может быть легко 5 удален обычной подметальной машиной или сдут холодным воздухом без использования тепловых машин.

На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство.

0Устройство состоит из проложенного в

покрытии 1 теплообменника 2, который соединен со скважиной 3 с помощью подающеготрубопровода4итеплоизолированного обратного трубопро5 водя 5, который опускается до забоя 6. Сква- жинэ заполнена теплоносителем 7 например жидким аммиаком, до уров подземного водоносного горизонта.

Устройство работает следующим обра0 зом.

За счет тепла земли (водоносного горизонта 8). имеющей температуру б-8°С, аммиак 7 в скважине 3 испаряется, поднимается и по падающему трубопроводу

5 А поступает к теплообменнику 2 установленному в теле покрытия 1. В этом случае, когда температура покрытия 1 ниже 6-8°С, аммиак конденсируется в теплообменнике 2 (отдавая при этом покрытию 264 ккал теп0 ла на 1 кг сконденсированного аммиака). Покрытие 1 подогревается. При этом исключается образование на нем гололеда, Сконденсированный аммиак по обратному трубопроводу 5 самотеком подается к за5 бою 6 скважины 3, где он, нагреваясь от тепла земли, вскипает, превращается в пар и снова поступает на повторное использование. Процесс происходит непрерывно, пока температура покрытия 1 не станет рав0 ной температуре земли (т.е. 6-8°С).

Использование предлагаемого устройства для защиты покрытий аэродромов и автомобильных дорог от обледенения позволяет практически полностью исключить

5 эксплуатационные затраты при борьбе с гололедом. Одновременно знгчительно упрощается борьба со снегом - исключается его прилипание (адгезия) к покрытию, так как при отрицательных температурах поток теп0 ла всегда направлен от покрытия в атмосфеРУФормула изобретения Устройство для защиты покрытий аэродромов и автомобильных дорог от обле- 5 денений, включающее расположенные вдоль полотна покрытия заполненные незамерзающим легкокипящим теплоносителем заглушаемые сверху трубчатые скважины, соединенные трубопроводом, отличающееся тем, что, с целью улучшения циркуляции теплоносителя и увеличения д-шщ- ности теплового потока, устройство снабжено расположенными в теле покрытия теплообменниками, а каждая скважина выполнена с расположенной в подземном водоносном горизонте тепловоепринмма- ющей частью, теплоизолированным трубчатым конденсэтопроводом, опущенным до отметки дна скважины, и герметизированным оголовком, при этом герметизированный оголовок каждой скважины соединен посредством теплоизолированного паропровода по крайней мере с одним теплообменником.

X