Автоматическая противогололедная обработка что это
Способ автоматической обработки дорог противогололедным реагентом и стационарная система для его осуществления
Владельцы патента RU 2287635:
Изобретение относится к автоматизированным техническим средствам обеспечения противодействия гололедным явлениям и может быть использовано для борьбы с гололедом на крупных дорожных магистралях, таких как МКАД.
Из уровня техники известны способ и устройство противогололедной обработки по патенту США №4557420 от 10.12.1985, предложенные в качестве наиболее близких аналогов. Указанное устройство состоит из насосной станции, гидравлической системы дорожного участка и автоматической метеостанции. Насосная станция представляет собой контейнер, установленный в непосредственной близости от обрабатываемого дорожного участка, внутри которого находятся емкости для хранения реагента, насосная гидравлическая система и аппаратура управления. Оборудование дорожного участка состоит из разбрызгивающих головок, расположенных вдоль дорожного участка и объединенных гидравлической системой. Автоматическая метеостанция оборудована датчиками для измерения температуры воздуха, атмосферного давления, относительной влажности, количества осадков (типа «ведро») и скорости и направления ветра. Способ осуществления противогололедной обработки включает нормированное распределение жидкого реагента на поверхности дорожного участка посредством автоматического или дистанционого включения операции разбрызгивания, благодаря которой реагент равномерно наносят по всей протяженности дорожного участка.
Задачей предлагаемой группы изобретений является рассчитанное и строго нормируемое нанесение реагента с учетом метеорологической обстановки и рельефа конкретного дорожного участка. Технический результат, который может быть получен при реализации группы изобретений, заключается в повышении качества обработки дорожного полотна и точности исполнительской функции системы посредством возможности точечного нанесения реагента на конкретный участок дорожного покрытия (с точностью до нескольких квадратных метров) в режиме реального времени.
Для достижения поставленного результата предлагается способ автоматической обработки дорожного покрытия противогололедным реагентом, при котором измеряют на контролируемом участке дороги параметры окружающей среды и/или состояние дорожного покрытия посредством установленных вдоль дороги метеорологических датчиков и/или датчиков состояния дорожного покрытия, направляют полученные данные на терминал управления, ведут обработку и анализ полученных параметров с последующим определением нарастания вероятности возникновения гололеда на контролируемом участке и в случае нарастания такой вероятности ведут расчет заданной плотности распределения реагента, направляя посредством терминала управления адресный сигнал на исполнительные механизмы разбрызгивающих головок, обеспечивающие их включение в любой последовательности для нанесения противогололедного реагента с заданной плотностью.
Для достижения поставленного результата предлагается система автоматической обработки дорожного покрытия противогололедным реагентом, включающая связанные между собой терминал управления, расположенные вдоль определенных участков дорог метеорологических датчиков и/или датчиков состояния дорожного покрытия разбрызгивающие головки, при этом разбразгивающие головки установлены на проложенных вдоль дороги гидромагистралях, упомянутые датчики выполнены с возможностью измерения на контролируемом участке дороги параметров окружающей среды и/или состояния дорожного покрытия и передачи полученных данных на терминал управления, выполненный с возможностью определения на основании обработки и анализа упомянутых данных нарастания вероятности возникновения гололедной обстановки на контролируемом участке и в случае определения нарастания такой вероятности расчета заданной плотности распределения реагента и направления адресного сигнала на исполнительные механизмы разбрызгивающих головок для нанесения реагента с заданной плотностью, а упомянутые головки выполнены с возможностью включения в любой последовательности.
Система обеспечения противогололедной обстановки (СОПО) согласно настоящей группе изобретений представляет собой стационарную систему, устанавливаемую в непосредственной близости к контролируемому дорожному участку. Одна СОПО может контролировать участок дороги протяженностью до 1,5 км или, при необходимости, более. В состав СОПО входят автоматическая метеорологическая станция (АМС), центральная насосная станция (ЦНС) и оборудование дорожного участка.
Основными составляющими ЦНС являются шкаф с аппаратурой управления СОПО, гидравлическое оборудование и насос высокого давления. Аппаратура управления обеспечивает удобный интерфейс, позволяющий управлять СОПО и предоставлять все необходимые данные пользователю в наглядном виде, управление гидравлическим оборудованием, стабилизацию рабочего давления в гидросистеме во время обработки участка дороги реагентом, управление оборудованием контролируемого дорожного участка, получение и обработку данных от АМС, расчет метеорологического прогноза образования гололеда, расчет необходимой плотности распределения реагента, автоматическое выполнение цикла обработки дорожного участка реагентом (включая подготовительные и завершающие операции), контроль за функционированием электронной части системы управления, гидравлического оборудования ЦНС и модулей управления клапанами дорожных участков, графическое отображение текущего состояния гидравлического оборудования ЦНС, обмен данными с центральным терминалом, прием и выполнение команд управления от центрального терминала и хранение данных за заданный период времени.
Оборудование дорожного участка включает блоки дорожных головок, установленных на проложенных вдоль дорожных участков гидромагистралях, а также кабели управления и питания.
Обработку дорог реагентом производят при нарастании вероятности возникновения гололедных явлений. Такую вероятность определяют на основании метеорологических данных, выдаваемых АМС. Данные поступают в аппаратуру управления СОПО и на центральный терминал. Команду на обработку вырабатывает либо система управления СОПО, либо центральный терминал.
Для оптимального решения поставленной задачи обработку проводят посредством нанесения реагента перед возникновением гололедной обстановки или перед выпадением осадков, приводящих к гололеду.
1. Способ автоматической обработки дорожного покрытия противогололедным реагентом, при котором измеряют на контролируемом участке дороги параметры окружающей среды и/или состояние дорожного покрытия посредством установленных вдоль дороги метеорологических датчиков и/или датчиков состояния дорожного покрытия, направляют полученные данные на терминал управления, ведут обработку и анализ полученных параметров с последующим определением нарастания вероятности возникновения гололеда на контролируемом участке и, в случае нарастания такой вероятности, ведут расчет заданной плотности распределения реагента, направляя посредством терминала управления адресный сигнал на исполнительные механизмы разбрызгивающих головок, обеспечивающие их включение в любой последовательности для нанесения противогололедного реагента с заданной плотностью.
2. Система автоматической обработки дорожного покрытия противогололедным реагентом, включающая связанные между собой терминал управления, расположенные вдоль определенных участков дороги метеорологических датчиков и/или датчиков состояния дорожного покрытия и разбрызгивающие головки, при этом разбрызгивающие головки установлены на проложенных вдоль дороги гидромагистралях, упомянутые датчики выполнены с возможностью измерения на контролируемом участке дороги параметров окружающей среды и/или состояния дорожного покрытия и передачи полученных данных на терминал управления, выполненный с возможностью определения на основании обработки и анализа упомянутых данных нарастания вероятности возникновения гололедной обстановки на контролируемом участке и, в случае определения нарастания такой вероятности, расчета заданной плотности распределения реагента и направления адресного сигнала на исполнительные механизмы разбрызгивающих головок для нанесения реагента с заданной плотностью, а упомянутые головки выполнены с возможностью включения в любой последовательности.
АСОПО
А втоматическая С истема О беспечения П ротивогололедной О бстановки
Основные цели Автоматической системы обеспечения противогололедной обстановки (АСОПО) :
Основные преимущества Автоматической системы обеспечения противогололедной обстановки (АСОПО):
Автоматическая Система Обеспечения Противогололедной Обстановки (АСОПО) давно зарекомендовала себя как эффективное средство для повышения безопасности движения на опасных участках автомобильных дорог. Особенность АСОПО заключается в способности самостоятельно, без участия диспетчера, на программном уровне определить момент возможного обледенения дорожного полотна и заблаговременно обработать участок автодороги. Каждая система имеет индивидуальное строение и набор дополнительных функций, зависящих от её местоположения и требований Заказчика.
Программное обеспечение АСОПО (ПО АСОПО) получает данные с метеорологической станции и дорожных датчиков 1 раз в минуту. Рекомендованная частота обновлений может изменяться в зависимости от пожеланий Заказчика.
Метеорологическая станция передает данные ПО АСОПО:
С дорожных датчиков ПО АСОПО получает информацию:
ПО АСОПО, на основании полученных метеорологических данных, составляет вероятный прогноз изменения температуры и производит его корректировку в случае резкого изменения метеорологической обстановки (время хранения метеорологических данных устанавливается по желанию Заказчика). Далее, метеорологические данные корректируются, исходя из «худших» данных, о концентрации соли и температуры проезжей части, полученных с дорожных датчиков. Исходя из совокупности метеорологических данных и данных с дорожного датчика, ПО АСОПО рассчитывает температуру, при которой на дорожном полотне может образоваться наледь.
В АСОПО можно выделить три основных элемента: ЦНС (центральная насосная станция),
клапанные коробки с форсунками, система раннего оповещения.
1. ЦНС – это основной элемент АСОПО, в которой располагается блок управления противогололедной системой, насос, резервуары для жидкого реагента и воды, пульт управления и отслеживания работы или состояния системы.
ЦНС может располагаться как отдельно стоящее строение, так и быть встроенной в конструкцию моста или тоннеля.
Внутренняя комплектация ЦНС может меняться в зависимости от поставленных задач.
2. Клапанные коробки и форсунки располагаются по всей длине обрабатываемого участка дороги.
Клапанные коробки и форсунки монтируются вдоль проезжей части и соединены с ЦНС
магистральным трубопроводом, коммуникационным и питающим кабелями.
Существует два метода монтажа:
скрытый (внутри технологических проходов) и открытый (поверх технологических проходов).
Форсунки устанавливаются с определенным шагом по всей длине участка и имеют несколько вариантов исполнения:
в бордюрном камне, барьерном ограждении, в проезжей части.
3. Система раннего оповещения состоит из метеорологической станции, устанавливаемой вблизи обрабатываемого
участка дороги и дорожных датчиков. Дорожный датчик монтируется в дорожное полотно.
Количество датчиков варьируется в зависимости от характеристик обрабатываемого участка.
Основные отличия Автоматической системы оповещения противогололедной обстановки (АСОПО) компании «Технологии Безопасности» от зарубежных и отечественных аналогов:
Компания «Технологии Безопасности» осуществляет полный комплекс работ по оснащению дорожной инфраструктуры автоматической системой обеспечения противогололедной обстановки (АСОПО):
Проектирование, изготовление, строительно-монтажные и пуско-наладочные работы.
Благодаря наличию собственной производственной базы, наша компания выполняет основные требования Правительства Российской Федерации:
Наша компания оказывает услуги на всей территории Российской Федерации.
Мы гарантируем нашим Заказчикам качественное выполнение услуг в срок и по разумной цене.
Способ автоматической обработки дорожного покрытия противогололедным реагентом и система для осуществления способа
Владельцы патента RU 2673193:
Изобретение относится к автоматизированным техническим средствам обеспечения противодействия гололедным явлениям и может быть использовано для борьбы с гололедом на крупных дорожных магистралях. Система для автоматической обработки дорожного покрытия противогололедным реагентом включает связанные между собой автоматические дорожные метеорологические станции, функционирующие в автоматическом режиме, и стационарные системы противогололедной обработки. При этом автоматические дорожные метеорологические станции выполнены с возможностью определения параметров окружающей среды и/или параметров дорожного покрытия обрабатываемого участка дороги и направления полученных параметров на обработку. Стационарные системы противогололедной обработки включают гидравлические линии с расположенными на них исполнительными механизмами и устройствами для разбрызгивания реагента, центральную насосную станцию, представляющую собой контейнер с размещенными внутри насосом с частотным приводом для управления давлением в гидравлических линиях. Кроме того, система включает механические шаровые краны для обеспечения проведения технологических работ, управляемые шаровые краны для подключения и отключения выходных гидравлических линий, центральный контроллер и оборудование связи для передачи данных. Автоматические дорожные метеорологические станции и стационарные системы противогололедной обработки связаны также с программным комплексом и метеорадаром. Причем автоматические дорожные метеорологические станции выполнены с возможностью направления полученных параметров на программный комплекс. При этом по концам гидравлических линий, расположенных вдоль обрабатываемых участков дороги, установлены оконечные коробки с возможностью осуществления автоматического наполнения или сброса, или замены реагента в гидравлических линях, а каждая из оконечных коробок содержит электромеханический клапан и датчик давления, подключенные к центральному контроллеру через линии управления. Изобретение обеспечивает повышение эффективности обработки дорожного полотна противогололедным реагентом. 1 ил.
Изобретение относится к автоматизированным техническим средствам обеспечения противодействия гололедным явлениям и может быть использовано для борьбы с гололедом на крупных дорожных магистралях.
Известна система обработки дорожного покрытия противогололедным реагентом (патент RU 83074, МПК Е01Н 10/00, опубл. 20.05.2009 г.), включающая связанные между собой по меньшей мере один контейнер для противогололедного реагента, гидравлическое оборудование с насосом, аппаратуру управления и разбрызгивающие головки, объединенные в по меньшей мере одну гидравлическую магистраль, контейнер для противогололедного реагента, гидравлическое оборудование с насосом и аппаратура управления объединены в модуль, выполненный с возможностью его транспортабельности и установки вблизи обрабатываемого дорожного участка.
Известна система централизованного управления обработкой дорог противогололедным реагентом (патент RU 63091, МПК G08B 19/02, Е01Н 10/00, опубликовано 10.05.2007 г.), включающая связанные между собой центральный терминал управления, автоматические метеорологические станции, стационарные и/или мобильные системы противогололедной обработки, при этом автоматические метеорологические станции выполнены с возможностью определения параметров окружающей среды и/или параметров дорожного покрытия определенного участка дороги и направления полученных параметров на центральный терминал, выполненный с возможностью определения на основании полученных параметров вероятности возникновения гололедной обстановки на соответствующем участке дороги, а стационарные системы и/или мобильные средства нанесения реагента выполнены с возможностью упреждающего нанесения противогололедного реагента на упомянутый соответствующий участок.
Известен способ автоматической обработки дорожного покрытия противогололедным реагентом и стационарная система для его осуществления (патент RU 2287635, МПК Е01Н 10/00, опубликовано 20.11.2006 г.). В известном способе измеряют на контролируемом участке дороги параметры окружающей среды и/или состояние дорожного покрытия посредством установленных вдоль дороги метеорологических датчиков и/или датчиков состояния дорожного покрытия, направляют полученные данные на терминал управления, ведут обработку и анализ полученных параметров с последующим определением нарастания вероятности возникновения гололеда на контролируемом участке и, в случае нарастания такой вероятности, ведут расчет заданной плотности распределения реагента, направляя посредством терминала управления адресный сигнал на исполнительные механизмы разбрызгивающих головок, обеспечивающие их включение в любой последовательности для нанесения противогололедного реагента с заданной плотностью. Система включает связанные между собой терминал управления, расположенные вдоль определенных участков дороги метеорологических датчиков и/или датчиков состояния дорожного покрытия и разбрызгивающие головки, при этом разбрызгивающие головки установлены на проложенных вдоль дороги гидромагистралях, упомянутые датчики выполнены с возможностью измерения на контролируемом участке дороги параметров окружающей среды и/или состояния дорожного покрытия и передачи полученных данных на терминал управления, выполненный с возможностью определения на основании обработки и анализа упомянутых данных нарастания вероятности возникновения гололедной обстановки на контролируемом участке и, в случае определения нарастания такой вероятности, расчета заданной плотности распределения реагента и направления адресного сигнала на исполнительные механизмы разбрызгивающих головок для нанесения реагента с заданной плотностью, а упомянутые головки выполнены с возможностью включения в любой последовательности. Известный способ принят за прототип.
Близкой по сущности к заявляемой является система для автоматической обработки дорожного покрытия противогололедным реагентом, включающая автоматические дорожные метеорологические станции, функционирующие в автоматическом режиме, размещенные на мачтах или кронштейнах, расположенных вдоль обрабатываемого участка дороги, гидравлические линии с расположенными на них исполнительными механизмами и устройствами для разбрызгивания реагента, центральную насосную станцию, представляющую собой контейнер с размещенными внутри насосом с частотным приводом для управления давлением в гидравлических линиях, механическими шаровыми кранами для обеспечения проведения технологических работ, управляемыми шаровыми кранами для подключения и отключения выходных гидравлических линий, а также центральным контроллером и оборудованием связи для передачи данных (патент RU 81735, МПК Е01Н 10/00, опубликовано 27.03.2009 г.).
Известные способы и системы не позволяют производить автоматическую смену противогололедного реагента на воду и обратно при переходе зима\лето, а также автоматическое наполнение\сброс противогололедного реагента\воды в гидравлических магистралях, и недостаточно эффективны для обработки дорожного полотна противогололедным реагентом.
Задачей изобретения является эффективная обработка дорожного полотна противогололедным реагентом.
Задача решается, а технический результат достигается системой для автоматической обработки дорожного покрытия противогололедным реагентом, включающей связанные между собой автоматические дорожные метеорологические станции, функционирующие в автоматическом режиме, стационарные системы противогололедной обработки, при этом автоматические дорожные метеорологические станции выполнены с возможностью определения параметров окружающей среды и/или параметров дорожного покрытия обрабатываемого участка дороги и направления полученных параметров на обработку, причем стационарные системы противогололедной обработки включают гидравлические линии с расположенными на них исполнительными механизмами и устройствами для разбрызгивания реагента, центральную насосную станцию, представляющую собой контейнер с размещенными внутри насосом с частотным приводом для управления давлением в гидравлических линиях, кроме того, система включает механические шаровые краны для обеспечения проведения технологических работ, управляемые шаровые краны для подключения и отключения выходных гидравлических линий, центральный контроллер и оборудование связи для передачи данных. В отличие от прототипа автоматические дорожные метеорологические станции и стационарные системы противогололедной обработки связаны также с программным комплексом и метеорадаром, причем автоматические дорожные метеорологические станции выполнены с возможностью направления полученных параметров на программный комплекс, при этом по концам гидравлических линий, расположенных вдоль обрабатываемых участков дороги, установлены оконечные коробки с возможностью осуществления автоматического наполнения или сброса, или замены реагента в гидравлических линях, причем каждая из оконечных коробок содержит электромеханический клапан и датчик давления, подключенные к центральному контроллеру через линии управления.
Технический результат достигается следующим.
Расположенные в конце гидравлических линий оконечные коробки имеют электромеханические клапаны и датчики давления. Электромеханические клапаны позволяют подавать воздух в систему для того, чтобы рабочая жидкость самотеком поступала в емкости, а также быстро удалять воздух из системы при наполнении. Датчики давления позволяют определить окончание наполнения системы для закрытия электромеханических клапанов в оконечных коробках. Данные с метеорадара позволяют программному комплексу дополнительно прогнозировать начало\окончание и интенсивность осадков. Эти особенности обеспечивают автоматическую смену противогололедного реагента на воду и обратно при переходе зима\лето, а также автоматическое наполнение\сброс противогололедного реагента\воды в гидравлических магистралях с возможностью упреждающего нанесения реагента при повышении точности прогнозирования осадков и образования зимней скользкости.
Сущность изобретения поясняет структурная схема системы для автоматической обработки дорожного покрытия противогололедным реагентом.
Автоматические противогололедные системы
Система предупреждения обледенения дорожных покрытий автоматическим распределением жидких реагентов
Зимнее содержание автомобильных дорог – это высокозатратный технологический процесс, позволяющий поддерживать требуемые качества дороги. Особенно необходимо поддерживать эти качества на сложных участках дорог, таких как кривые малых радиусов, крутые подъемы, мосты, путепроводы. На этих участках должна проводиться борьба не с ликвидацией обледенения, а предупреждением образования скользкости.
В настоящее время довольно широкое распространение в отечественной и зарубежной практике получила технология автоматического распределения реагентов. Суть технологии заключается в своевременном распределении раствора химического реагента для предупреждения обледенения покрытия.
В целом это предполагает систему, состоящую из ряда модулей, которая включает в себя:
Особый интерес представляют дорожные датчики, дающие информацию о состоянии покрытия, которые могут искусственно охлаждать до замерзания и нагревать до расплавления субстанцию на поверхности покрытия – то есть если на поверхности покрытия ранее были распределены химические реагенты, то точка замерзания раствора может быть ниже нуля.
| Диапазон рабочих температур | –40. +70 °С |
|---|---|
| Потребляемый ток (элемент Пельтье) | 3,9 А (при цикле измерения) |
| Температурная граница цикла измерения | +4 °С |
| Максимальное время цикла охлаждения | 120 с |
| Частота измерений | 6 циклов/час |
| Параметры датчика: | |
| размеры | ∅120х41,5 мм |
| вес | 1,2 кг (без кабеля) |
| Защитный корпус: | |
| размеры | 180х140х43 мм |
Одним из самых эффективных элементов данной системы является дорожный датчик швейцарской компании Boschung Mecatronic AG. Его работа заключается в замораживании и оттаивании жидкой субстанции на поверхности гидрофильного датчика и расположении терморезистора на поверхности датчика. Температура поверхности покрытия измеряется с помощью термопар.
Физический процесс работы датчика основан на работе элементов Пельтье.
Элемент Пельтье – термоэлектрический преобразователь, который основан на выделении или поглощении теплоты в месте контакта двух разнородных металлов при прохождении через контакт электрического тока.
Работа дорожного датчика заключается в подаче сигнала об обледенении покрытия.
Дорожный датчик в прогнозном режиме определяет температуру замерзания жидкости на поверхности датчика (жидкость на поверхности датчика охлаждается до температуры замерзания). Периодичность данного цикла может составлять 6 циклов в час, что вполне обеспечивает надежность предупреждения обледенения покрытия. Датчик обеспечивает снижение температуры относительно температуры покрытия до 15 °С.
Установка упреждающего оповещения об образовании обледенения необходимая, но только первая часть всей системы предупреждения скользкости дорожных покрытий.
Далее Boschung Mecatronic AG предусматривает автоматическую установку TMS-распределения противогололедного реагента, что позволяет на основе полученной информации за кратчайшее время перед образованием скользкости распределить противогололедные реагенты.
В зависимости от видов зимней скользкости установка TMS распределяет противогололедный реагент:
Датчик дорожного покрытия BOSO проводит измерение:
Разработки антигололедных систем компании Boschung Mecatronic AG включают подстанцию с насосной системой, емкость для жидкого реагента и компьютерную систему управления. Компьютерная система управления, обрабатывая и анализируя информацию от метеосистемы и дорожных датчиков, дает команду на подачу реагента к распределяющим устройствам. Автоматическая система распределения жидких реагентов состоит из прогнозируемой и распределяющей частей. Прогнозирующая часть обеспечивает оповещение об образовании гололеда (GFS), распределяющая часть непосредственно по команде обеспечивает выплеск растворов противогололедных реагентов на проезжую часть. Основное назначение системы – предупреждение об образовании гололеда. Принципиальная схема показана на рис. 1.
Системы предупреждения об образовании гололеда и разбрызгивания образуют единую систему и работают синхронно.
Необходимое получение информации о фактическом состоянии покрытия и прогнозе его состояния дают автоматические дорожные метеостанции.
На рис. 2 и 3 в упрощенном виде, схематически показаны блок-схемы и конструкция датчика.
Для нагрева жидкостной пленки также применяется элемент Пельтье, как уже отмечалось, он может осуществлять как нагрев, так и охлаждение жидкостной пленки.
На рис. 2 элемент 1 Пельтье показан схематически в виде блока. Этот элемент электрически запитывается от схемы 2 питания, которая размещена внутри схемы 3 управления и обработки данных. Схема 2 питания включает в себя электрический источник с постоянным током i, или источник тока с непостоянной, но известной характеристикой изменения тока. Температуры Тс и Тн – это температуры холодной и соответственно теплой стороны элемента Пельтье. При реверсивном направлении тока элемент может использоваться также для охлаждения жидкостной пленки, тогда меняются холодная и теплая стороны.
На рис. 3 показан элемент Пельтье 1, расположенный между первым теплопроводным телом 10 из меди и вторым теплопроводным телом 11 из алюминия. Вместе с корпусом 12, выполненным из полупроводникового материала, элементы 1, 10 и 11 образуют устройство 13, которое в форме поверхностного зонда может встраиваться под какую-либо поверхность, на которой может находиться водяная пленка. В данном примере для этого выбрано покрытие 14 с различными схематически показанными слоями, в которое встроен зонд 13, так что поверхность 18 зонда 13 оказывается в связке с поверхностью 19 дорожного покрытия 14.
При этом корпус 10 зонда уложен соответственно в дорожное покрытие, чтобы отводить тепло, применяемое для нагрева водяной пленки 17. Расположенное над элементом 1 Пельтье теплопроводное тело 11 своей поверхностью 15 образует поверхность нагрева для водяной пленки.
В зонде 13 могут быть предусмотрены электроды 4, с помощью которых за счет измерения проводимости может быть установлено наличие водяной пленки.
Для этой цели электроды 4 соединены с соответствующим измерительным устройством 6, которое в свою очередь соединено с элементом 8 управления и обработки данных, в частности с микропроцессором схемы 3 управления и обработки данных. Такого типа электроды могут быть предусмотрены также в других местах покрытия, а не только в зонде 13. Кроме того, в зонде размещен также измерительный резистор 5 температуры, контактирующий с водяной пленкой 17, с помощью которого может быть измерена температура жидкостной пленки. Этот измерительный резистор, как правило, Pt 100 – элемент или термоэлемент, через соответствующую измерительную схему 7 также соединен с микропроцессором 8.
Поверхность 18 датчика имеет углубление (0,5 мм), которое образовано поверхностью 15 тела 11 и образует окружность диаметром А. Переход этой поверхности 15 к поверхности датчика 18 скошен под углом 45°. При нагреве водяной пленки 17 нагревательным устройством в грубом приближении можно исходить из того, что нагрев водяной пленки осуществляется в круговой зоне с диаметром В.
Зона углубления в поверхности зонда 13 имеет глубину lо–0,5 мм. Диаметр А составляет 14 мм, а диаметр В – 20 мм.
Толщина водяной пленки не указывается точным количественным значением, а классифицируется в виде диапазона значений наличия водяной пленки, в котором находится фактическое значение толщины водяной пленки.
Как правило, вполне достаточно указать толщину водяной пленки через сигнал датчика, что позволяет разделить значения толщины водяной пленки по разным значениям от 0 до 1 мм.
Данная технология обработки данных дает классификацию по значениям толщины водяной пленки, а блоком обработки данных выдается соответствующий сигнал. Таким образом, единственным датчиком на проезжей части дороги может быть сформирован сигнал предупреждения как о гололеде, так и об аквапланировании.
Если на датчике образовался лед, то последний для определения толщины ледяной пленки должен быть расплавлен. Затем он может быть снова охлажден для определения точки замерзания. Кроме того, так можно определить точку плавления при таянии, благодаря чему будет известна также температура точки замерзания.
Системы предупреждения образования гололеда и объема выплеска жидких реагентов образуют единую систему и работают синхронно.
В качестве распределяющих устройств применяются:
Разбрызгивающая тарелка может иметь от 4 до 8 сопел. Сопла монтируются в блоке, и угол атаки регулируется до 15°, как в вертикальной, так и горизонтальной плоскости. Сопла под давлением 12 бар выбрасывают на поверхность покрытия раствор реагента заданного объема с дальностью выброса не менее 10 м.
Разбрызгивающие тарелки в разных системах располагаются на расстоянии от 7 до 20 м, как линейно, так и в шахматном порядке, и после выплеска распределение раствора происходит под движением транспортных средств, а также по продольному и поперечному уклону. Процесс выплеска длится 2–3 с, за это время распределяется 2–2,5 л раствора (около 1 л/с). На рис. 4 показана разбрызгивающая тарелка, расположенная на одном уровне с покрытием.
В качестве реагента в зарубежной практике применяется раствор NaCl – 22,5% (ФРГ) и раствор CaCL2 – 32–25%. К недостаткам раствора CaCL2 относят то, что при его высыхании на покрытии остается тонкий слой хлорида кальция, который в силу гигроскопичности реагента притягивает влагу из воздуха, и концентрированный раствор всегда долго находится на поверхности покрытия. Его наличие приводит к эффекту смазки и соответственно снижению сцепных качеств покрытия.
При высыхании натриевого раствора на поверхности покрытия происходит кристаллизация NaCL, и покрытие становится сухим. В отечественной практике применяются кальциевые реагенты, поскольку эффективность использования натриевых растворов целесообразна до –10 °С, что не соответствует отечественному диапазону температур. Наличие дорожно-метеорологической станции (АДМС), синхронно работающей с автоматической системой распределения, позволяет обеспечить упреждающее нанесение реагентов. Полученная АДМС информация обрабатывается компьютером, и сигнал поступает в распределительное устройство, выдавая порцию раствора.
Объем выброса регулируется временем подачи (циклом). Так, при отладке системы выброс одной форсунки за секунду составил 1230 мл. Площадь распределения раствора одной тарелки составляет до 70 м 2 с плотностью обработки от 25 до 100 мл/м 2 за счет цикла подачи раствора. Как правило, систему можно разместить и в местах отсутствия подвода электроэнергии, поскольку она может иметь автономное энергоснабжение, а также может работать и от стационарного питания.
Опыт устройства разбрызгивающих тарелок на проезжей части нецелесообразен, поскольку и ремонт покрытия, и текущее обслуживание самих тарелок не представляется удобным. В связи с этим широкое распространение получили разбрызгивающие головки (рис. 6).
Головки крепятся либо в нишах, либо на стойках (опорах) инженерного обустройства дороги.
В последнее время в качестве распределяющего устройства применяется форсунка-микрофаст (рис. 7).
При выплеске выброс реагента тонкодисперсный и практически невидим участниками движения.
Профиль форсунки-микрофаст монтируется в покрытие по кромке проезжей части на глубину 40 мм.
Линии микрофаст поставляются в бухтах длиной 100 м с диаметром труб 10/ 8 мм. Расстояние между форсунками определено в 5 м.
Рабочее давление в системе – до 16 бар, время однократного действия (разбрызгивания) – от 30 с до 3 мин.
Необходимый объем выплеска реагента на 1 м 2 поверхности покрытия определяется в зависимости от температуры воздуха и прогнозируемой толщины водяной пленки.
Раствор реагента на поверхности растекается по направлению суммированного уклона, образованного по величинам продольного и поперечного уклонов.
Системы автоматического распределения не могут заменить технологию зимнего содержания во всех аспектах, но эффективно ее дополняют.
Общеэкономическая выгода от применения противогололедной системы складывается из производственно-экономической (сэкономленные затраты на персонал, транспортные расходы и потребительские расходы уполномоченной осуществлять зимнее содержание службы эксплуатации) и народнохозяйственной выгоды. Определяющим для показателя рентабельности является народнохозяйственная составляющая в оценке выгоды. Главным образом она заключается в экономии расходов вследствие влияния противогололедной установки на следующие сферы: безопасность движения, движение транспорта, защита окружающей среды и участники движения.
В ФРГ с 1982 г. было установлено 16 противогололедных установок, в которых применялся 32%-ный CaCl2 и 22,5%-ный NaCl.
В России противогололедные системы компании Boschung Mecatronic AG получили широкое распространение в Московском регионе, что обусловлено высокой интенсивностью движения, сложными конструкциями развязок, эстакад и путепроводов, а также влиянием сложных погодных условий на движение в мегаполисе. Данные системы установлены на МКАД (Калужская, Горьковская, Ленинградская развязки, Бесединский путепровод, съезд на внешнюю сторону МКАД со Сколковского шоссе, а также первая в России система установлена в 1998 г. на 30-м км МКАД). В городской черте противогололедные системы Boschung Mecatronic AG установлены на Кутузовской транспортной развязке ТТК и в Ходынском тоннеле Ленинградского проспекта.
Заказчики и эксплуатирующие организации отмечают высокую эффективность данных систем, позволяющих заблаговременно предупредить образование зимней скользкости, а также существенно снизить затраты на зимнее содержание данных участков.
Запретить нельзя, нормировать!
13 февраля в Государственной думе РФ состоялся круглый стол «О проблемах обеспечения экологической безопасности при использовании противогололедных материалов в городах и населенных пунктах РФ». Научное сообщество высказалось за обязательную экологическую экспертизу регламентов уборки городов.
На Высшем экологическом совете Госдумы рассмотрели вопрос о проблемах обеспечения безопасности при использовании противогололедных материалов.
В настоящее время только московская технология зимней уборки соответствует всем законодательным нормам, так как имеет положительное заключение государственной экологической экспертизы. Применяемые в столице антигололедные смеси были проверены в лабораториях и признаны безопасными. В других же городах регламенты зимнего содержания дорог составляют без привлечения ученых, без учета климатических условий, а выбор реагентов оставляют на откуп подрядчикам. Те в свою очередь, экономя, зачастую применяют непроверенные антигололедные смеси, низкокачественную техническую соль и песок.
«Использовать песок в городах – это преступление! – заявил депутат Государственной думы, эксперт в области экологической и промышленной безопасности Максим Шингаркин. – Песок, находясь на дороге в течение зимы, перемалывается в мелкодисперсную пыль. Весной жители вдыхают эту пыль вместе с выхлопными газами, осевшими на частицах песка, вместе с тяжелыми металлами, вместе с продуктами жизнедеятельности животных… И эта пыль является самым страшным аллергеном и ядом».
«В городах должны применяться наиболее эффективные противогололедные материалы, – добавила Софья Бабкина, эксперт Всероссийского общества охраны природы. – Те, которые имеют наименьший расход». По сравнению с пескосоляной смесью современных реагентов необходимо в 6–8 раз меньше, что значительно сокращает воздействие на окружающую среду и человека. Однако все используемые смеси должны обязательно проходить проверку и иметь положительное заключение государственной экологической экспертизы, как и сама технология зимней уборки.
«Новые противогололедные материалы появляются, но даже самый хороший реагент можно испортить, не соблюдая технологию и нормы применения, – отметил Юрий Орлов, кандидат химических наук. – Необходимо ужесточать контроль за нормой расхода, улучшать метеопрогнозирование и, конечно, использовать только проверенные реагенты». Однако ставить вопрос: или противогололедные материалы, или переломанные руки-ноги, нельзя, уверены эксперты. Отказ от использования противогололедных материалов приведет к катастрофическим последствиям.