Устройство для предотвращения обледенения
Полезная модель относится к области борьбы с обледенением элементов гидротехнических сооружений, судов, платформ для добычи нефти и газа на морском шельфе. Главным фактором, определяющим интенсивность обледенения гидротехнических сооружений, работающих в условиях повышенной влажности, наличия брызг и капель различных размеров, является адгезия льда к поверхности сооружения. Технический результат предлагаемой полезной модели - повышение надежности работы конструкции, ее безопасности, снижение эксплуатационных затрат. Полезная модель сочетает использование свойств пониженной адгезии льда к поверхностям полимерных материалов с механическим воздействием на ледяную корку. Конструкция представляет собой покрытие из эластичного полимерного материала, которое может изменять свою форму при нагнетании в него воздуха.
Полезная модель относится к области борьбы с обледенением элементов гидротехнических сооружений, судов платформ является проблемой, которую до настоящего времени не удалось решить, несмотря на большое количество попыток, включая использование различного рода покрытий обладающих низким сцеплением со льдом и снегом. По прошествии относительно короткого промежутка времени под действием окружающей среды эти покрытия теряли свои антиобледенительные свойства. Применение различного рода обогревательных устройств, использующих в качестве рабочей среды воздух или жидкость также не привели к успеху, учитывая значительные затраты энергии на обогрев элементов конструкций и низкую надежность таких устройств при механических воздействиях водной среды и льда. Кроме того, способ обогрева трудоемок в плане монтажа нагревателей, достижения эффективной мощности с учетом КПД. Применение чисто механических воздействий приводит к повреждению рабочих поверхностей, которые подлежат защите. Исследованиями
Альхименко А.И., Беляев Н.Д., Фомин Ю.Н. Безопасность морских гидротехнических сооружений. Лань. 2003. 289 с.
Пономарев А.Н. Высококачественные бетоны, анализ возможностей и практика использования методов нанотехнологий. Сб. тр. МГСУ 2009. 54-57 с.
установлено, что сцепление или смерзание льда и основы определяется поверхностной энергией материала. Так, полимерные материалы имеют гораздо меньшее сцепление со льдом, чем металлы. При этом материал, обладающий высокой механической прочностью, имеет более высокую поверхностную энергию, а материал, обладающий низкой прочностью меньшую. При изменении геометрической формы материала, возникают касательные напряжения на контакте лед-материал. Касательные напряжения хуже воспринимаются ледяной коркой, чем нормальные, что приводит к разрушению ледяной корки.
Известно «Устройство для удаления снега и льда с карнизного свеса крыши» RU 2209903 C1. Конструкция устройства для удаления наледей включает в себя соединенный одним концом с источником механических колебаний подпружиненный шток, который жестко прикреплен к протянутому вдоль крыши волноводу, разделенному на секции. Каждая секция соединена с двумя подпружиненными штоками. Вторые концы штоков соединены с источниками механических колебаний, закрепленными на наружной поверхности стены, которые приводятся в действие электродвигателями.
Работа этой конструкции заключается в следующем. При достижении критической величины обледенения включается электрический источник механических колебаний. Колебательные перемещения передаются на штоки, которые сообщают колебательные перемещения волноводу. Волновод, вмерзший в наледь, разрушает хрупкий лед, который падает вниз. Недостатком предложенной конструкции является невозможность сообщения колебательных перемещений сколько-нибудь массивному сооружению.
Известно также устройство, реализованное в способе по патенту RU 2086601 C1. Сущностью этого устройства является применение вулканизированных неполярных каучуков, выбранных из природного или синтетического с помощью агента вулканизации. Предполагается, что такое покрытие может служить противообледенительным средством. Недостатком является то, что применение материалов варьирующих только свойства поверхности не приводит к успеху.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является разрушение ледяной корки образующейся на поверхностях гидротехнических сооружений, судов и морских платформ. Эта задача решается за счет создания касательных напряжений на границе лед-поверхность покрытия путем изменения формы поверхности покрытия.
Главным фактором определяющим интенсивность обледенения гидротехнических сооружений, работающих в условиях повышенной влажности, наличия брызг и капель различных размеров, является адгезия льда к поверхности сооружения. В том случае, если эта поверхность гидрофильна и шероховата, адгезия больше и для ее удаления требуется больше усилий. Если поверхность гидрофобна и имеет мало трещин и выступов, усилия требуются меньшие.
При разработке мероприятий препятствующих обледенению, следует иметь в виду, что лед представляет собой довольно хрупкую субстанцию и его сопротивление касательным и растягивающим усилиям существенно меньше, чем сжимающим. Наличие таких усилий становится особенно важным на границе лед-поверхность сооружения.
Представляется, что обеспечить наличие растягивающих напряжений на границе можно изменением формы поверхности сооружения. Разумеется, что это невозможно, если эта поверхность предназначена для того, чтобы выдерживать определенные нагрузки. Однако, создание второй поверхности, гораздо более слабой в конструктивном отношении «рубашки», одеваемой поверх сооружения, точнее тех его элементов, которые не подвергаются непосредственным нагрузкам вполне возможно. Кстати наиболее подвержены обледенению те части сооружений, которые не взаимодействуют с потоками или значительными массами воды.
Таким образом, создав поверхность переменной во времени формы, обладающей свойствами гидрофобности и малой шероховатости, можно рассчитывать на то, что намерзший лед будет отскакивать от поверхности, а обледенение будет сведено к минимуму.
Поставленная задача решается посредством создания устройства для предотвращения обледенения сооружений и/или их элементов, включающее в себя покрытие из эластичной резины, расположенное на поверхности сооружения и/или его элементе, отличающееся тем, что механические деформации ледяной корки ведущие к ее разрушению обеспечиваются сжатым воздухом нагнетаемым во внутренние полости покрытия посредством шланга соединенного с компрессором.
На фиг.1а представлен вид сверху; 1б - поперечный разрез в спокойном состоянии; 1в - поперечный разрез при подаче сжатого воздуха.
В спокойном состоянии (при отсутствии угрозы обледенения) сложенные листы эластичной резины (фиг.1) представляют собой плоский ковер (1), который крепится на поверхности защищаемой части конструкции сооружения (2) через усиления в ковре (3) с помощью анкеров (4). На внешнюю поверхность намерзает лед (5). Имеются клапаны (6) для стравливания воздуха и устройство для нагнетания воздуха (7).
Работа устройства осуществляется следующим образом. При намерзании льда (5) на поверхность ковра (1) прикрепленного к поверхности сооружения (2) посредством усилений в ковре (3) и анкеров (4) в полости ковра посредством компрессора (7) подается сжатый воздух. Повышенное давление в полостях приводит к надуванию покрытия, изменению формы его поверхности. В результате этого намерзший лед трескается и осыпается с поверхности. После этого воздух стравливается посредством клапанов (6) и ковер приходит в исходное состояние. По прошествии 10-30 минут (в зависимости от температуры окружающей среды) операция повторяется.
Устройство для предотвращения обледенения сооружений и/или их элементов, включающее в себя покрытие из полимерного материала, расположенное на поверхности сооружения и/или его элементе, отличающееся тем, что покрытие выполнено из эластичной резины, содержит сообщающиеся полости, которые соединены с устройством подачи сжатого воздуха, покрытие крепится к элементу посредством анкеров, на покрытии выполнены клапаны для стравливания воздуха.
