Наука и технологии

© Умяров Хамзя Хасянович инженер-разработчик Контакт с автором: fatihamza@yandex.ru

Снеготаялка предназначена для уборки снега с улиц и дворовых территорий. Она разрушает структуру снега и льда до таяния, через фильтр очищает талую воду от механических примесей и сбрасывает её в водосточную сеть, хозяйственно-фекальную канализацию, либо в водоёмы (в зависимости от того, какое из этих сооружений ближе и доступнее на момент уборки снега). В основе технологии снеготаяния лежит использование технологии применения газожидкостных растворов, получаемых методом насыщения жидкости парогазовыми и газовыми пузырьками диаметрами от 1 до 10 микрон, объём которых заполнен газами, содержащимися в жидкости, и парами самой жидкости.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

Газожидкостные растворы; дестратификация (в переводе с латинского языка – буквально, “препятствование расслоению”); парогазовые и газовые пузырьки; вихри и вихревые процессы; жидкость в двухфазном состоянии (то есть, объём жидкости содержит пузырьки, заполненные парбми самой жидкости и газами, содержащимися в жидкости, - если они имеются).

 АННОТАЦИЯ ПРОЕКТА:

а) КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ

Ряд простейших опытов и экспериментов с дестратификатором (см. фото экспериментального образца) на одной из нефтебаз г. Кстово Нижегородской области доказали возможность воздействия на жидкий продукт (бензин, дизельное топливо, вода, масло) на уровне наноразмеров сравнительно простыми техническими способами. Насыщение жидкой среды парогазовыми пузырьками диаметром от 1 до 10 микрон (0,001 мм) и менее с последующим непрерывным процессом акустической обработки среды в состоянии двухфазной жидкости, приводит к серьёзным изменениям физико-химических свойств жидкости. Конструкция защищена патентом РФ №2198019 на изобретение.

б) СРАВНЕНИЕ С СУЩЕСТВУЮЩИМИ АНАЛОГАМИ, ФИЗИКО-ТЕХНОЛО-ГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РЕЖИМА УТИЛИЗАЦИИ И СНЕГОТАЯНИЯ

Существующие и используемые технологии снеготаяния, растапливания снега и льда слишком энергоёмки, а снеготаялки на их основе слишком дуроги.

Так канадская компания “TREKAN” (г. Торонто) в установках снеготаяния типа “Метро Мелт-135” 135-РD (цифры в маркировке – производительность в т/час), закупленных Правительством г. Москвы в количестве 5 штук и проходящих испытания на улицах города этой зимой, использует технологию растапливания снега мощными струями водяного пара. Для чего в установку вмонтирован паровой мини-котёл, тепловой мощностью 1 МВт (!). Естественно, для производства пара котлом в его составе предусмотрена сложная фильтрационная система талой воды. Отсюда, высокая (для большинства администраций провинциальных городов России, - просто запредельная) стоимость установки: более $500 тысяч. В конструкции Trekan-60-PD (см. фото Приложения) используется несколько иной метод разрушения кристаллической структуры снега с доведением его до жидкокристаллического состояния. Однако, и эта машина из-за сложности конструкции имеет цену неподъемную для администраций большинства городов России (например, ГУБО г. Новосибирска приобрел её за 10 млн. рублей).

ОАО “ЭКОТЕПЛОГАЗ” (г. Москва) в снеготаялках использует принцип погружного горения топлива, то есть, снег растапливается открытым пламенем, что является ещё более энергоёмким процессом. Производительность снеготаялок может колебаться от 1 до 45 т снега в час.

Предлагаемая технология использования газожидкостного раствора предполагает воспользоваться иным и более эффективным способом разрушения снега и льда с целью придания ему свойств текучести. А именно:

Совершенно не обязательно добиваться полного растапливания снега или льда из-за сумасшедших затрат тепловой энергии, топлива. Снег имеет кристаллическую структуру и, следовательно, для придания ему свойств текучести достаточно разрушить межкристаллические связи. По аналогии с горячим деформированием металлов: например, сталь достаточно нагреть до температур 750...800°С, чтобы придать ей мягкость и пластичность для обработки, а не плавить её при температурах в 1200...1300°С. Разрушение межкристаллических связей снега доводит его до состояния тетрамерных (4Н2О) ассоциатов (в технической литературе их также называют льдиноподобными кластерами): еще не вода, но уже не снег. В этом состоянии жидкокристаллическая масса способна течь даже по трубам, и она занимает гораздо меньший объем в сравнении со снежной массой, как и вода. В природе это можно сравнить с весенней шугой на реках, когда на поверхности воды плавают “куски” снежной массы и льда. Только в случае утилизации снега размеры “кусков” доведены до микроскопических величин.

Кроме того, объём пузырьков будет наполняться водяным паром, как содержащимися в составе продуктов сгорания, так и в результате внутреннего испарения влаги при соприкосновении горячих газов со стенками пузырька. Закритические параметры пара приводят к схлопыванию пузырька, поскольку низкая температура окружающей среды - при соприкосновении со снегом, льдом, талой водой, - вызывает интенсивную конденсацию водяного пара. При схлопывании в центре пузырька возникают давления, – по данным технической литературы, измеряемые сотнями и тысячами атмосфер (например, называется величина в 4000 кгс/см2). Возникающая при этом ударная волна (давление во фронте волны удваивается в сравнении с исходным согласно теоретическим выкладкам Н.Е. Жуковского), распространяясь в жидкости, способствует ещё более интенсивному разрушению межкристаллических связей снега, льда. С учетом того, что в единицу времени может происходить огромное множество (измеряемое, например, десятками-сотнями миллионов в секунду) таких актов схлопывания, в жидкости будет возникать отчетливо слышимое звуковое поле низкой частоты и такой большой интенсивности, которую невозможно достичь существующими ныне способами. Меньший диаметр парогазовых пузырьков в сравнении с канадской технологией позволит им глубже проникать в поры снега и вызывать объёмное разрушение, что заметно снижает затраты тепловой энергии. Кроме того, агрегат имеет очень широкий диапазон регулирования темпов утилизации за счёт изменения температуры горячего воздуха в смеси с продуктами сгорания – от 150°С до 550°С.

Перед сливом полученной массы, например, в хозяйственно-фекальную канализацию, достаточно подогреть её до температуры +2...+5°С. Подогрев осуществляется, как уже было сказано, за счёт тепла выхлопных газов, содержащихся в пузырьках, что займет всего лишь несколько минут. Таким образом, при назначенной производительности установки в 60 т/час будет достигаться необходимый темп утилизации снега и льда.

Расходы тепловой энергии, топлива при этом в 3...4 раза будут меньше, чем в вышеприведённых технологиях растапливания снега. Стоимость установки, исходя из расчетных затрат материалов, трудоёмкости изготовления, суммарной стоимости комплектующих, не превысит $50…60 тысяч, что почти на порядок меньше стоимости канадского образца.

Пузырьки своей агрессивностью способствуют интенсивному разрушению межкристаллических связей, что заметно ускоряет процесс получения тетрамерных ассоциатов в структуре снега. Это позволит обеспечить необходимый темп утилизации, уменьшить количество привлечённых к уборке снега транспорта и людей, значительно (до 1…2 км вместо практикуемых ныне 10…15 км) сократить плечо вывоза снега.

в) Предварительные тактико-технические данные мобильной установки снеготаяния:

1) Базовый автомобиль (шасси) - КамАЗ-6520

2) Приёмная ёмкость установки – 20 м3

3) Количество энергетических установок – один дизельный двигатель в 200 лс и один водяной насос типа НК100-45

4) Масса (без учета массы седельного тягача и колесной пары) – не более 3 тонн

5) Расход топлива на 1 тонну снега - не более 2 литров дизельного топлива

6) Габариты (без седельного тягача) - 2,5 м Ч 2,8 м Ч 6 м

Рисунки математических моделей опытного образца мобильной установки снеготаяния прилагаются.

г) ДРУГИЕ ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ

На основе предлагаемой технологии могут быть разработаны аварийные мобильные теплогенераторы, которые могут быть в кратчайшие сроки (в городских условиях - 1…3 часа) доставлены, развернуты, подключены к тепловым сетям или трубопроводам теплоснабжающих систем и включены в работу. Как показывает опыт, при устранении крупных или достаточно серьёзных аварийных ситуаций в тепловых сетях и системах в условиях крайне низких температур наружного воздуха зимой, в первую очередь, надо принимать меры по предотвращению размораживания трубопроводов и отопительных приборов в жилых домах и объектах социальной значимости (больниц, школ, детских садов и т.п.). Если допущено размораживание трубопроводов и отопительных приборов, то восстановление теплоснабжения, как правило, потом обходится намного дороже и требует гораздо больше времени и сил.

Скорость нагрева теплоносителя в аварийном теплогенераторе будет выше в сравнении с обычными схемами передачи тепловой энергии в существующих водотрубных или жаротрубных конструкциях аналогичных аппаратов нагрева. Это достигается за счёт применения абсолютно нового способа передачи тепловой энергии, который заключается в следующем:

Для нагрева теплоносителя в качестве рабочего тела используются продукты сгорания с температурой газов 500…550°С. Горелочное устройство на жидком или газовом топливе настраивается на работу с большим, чем обычно, процентным содержанием вторичного воздуха и так, чтобы температура продуктов сгорания лежала в указанных пределах. Продукты сгорания – газы, - “упаковываются” дестратификатором в объёмы парогазовых пузырьков и ими насыщается теплоноситель. В результате тепловая энергия практически без потерь и с очень высоким КПД (не менее 98…99%) передаётся объёму теплоносителя, что и обеспечивает высокую скорость нагрева теплоносителя.

Кроме того, диапазон регулирования при таком способе передачи тепла не будет иметь каких-либо технологических ограничений. Поэтому аварийный теплогенератор может быть использован при необходимости для компенсации тепловых потерь даже при самой малой тепловой расчетной нагрузке аварийного объекта. Глубина срабатывания полученной тепловой энергии также не имеет нижнего температурного предела (для водогрейных отопительных котлов, напомним, температура входа обратного теплоносителя в котел не может быть меньше 70°С во избежание конденсации влаги на поверхностях экранных труб), что также увеличивает диапазон регулирования.

Правда, следует указать на то, что работа аварийного теплогенератора не должна превышать какого-то временного ограничения, - например, сутки или двое суток. Дело в том, что практически в любом виде органического топлива содержатся серосодержащие вещества, которые при сгорании, как правило, образуют сернистые ангидриды, вступающие в реакцию с водой. Соединения серы с водой бывают весьма агрессивны к металлам трубопроводов и запорной арматуры. Поэтому должно существовать ограничение по мере нарастания в объёме теплоносителя содержания сернокислых соединений, то есть, своеобразный ПДК (предел допустимых концентраций).

Тепловая мощность теплогенератора может быть достаточно высокой и ограничивается только мощностями горелки и циркуляционного насоса. Предварительная проработка вариантов конструкции аварийного теплогенератора имеется.

1. Стадия развития технологии/продукта: 2-ая стадия – НИОКР

2. ДАТА НАЧАЛА РАБОТЫ И ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ПРОЕКТА:

С момента начала финансирования. Срок: не более 5...6 месяцев.

3. ФИЗИЧЕСКИЕ ИЛИ ЮРИДИЧЕСКИЕ ЛИЦА – УЧАСТНИКИ ПРОЕКТА:

ООО “НТИ – Технология”.

Ресурсы заявителя, которые могут быть вложены в проект: а) люди; б) офис.

Корпорация “Инбитек”, 603000, г. Нижний Новгород, ул. Белинского, 32, офис 606.

4. ОБЪЁМ ИНВЕСТИЦИЙ: План и оценочная стоимость работ по получению и испытанияМ ГАЗОЖИДКОСТНЫХ РАСТВОРОВ в состоянии двухфазной жидкости (стадия НИОКР)