CC BY
637
Шорина Н.С., Смогунов В.В. ПРОБЛЕМА ОБЛЕДЕНЕНИЯ И КРАТКИЙ ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ БОРЬБЫ С НИМ
Агрессивное действие льда на техногенных и природных объектах является серьёзной проблемой во всем мире. Задачи борьбы с обледенением приборов и устройств актуальны для многих отраслей промышленности.
Лёд в силу своих физических особенностей способствует разрушению оборудования и строительных конструкций, ухудшению их характеристик и качества и, в конечном счете, влияет на их долговечность и безопасность. Обмерзание ведет к катастрофам в авиации, ломает линии электропередач, препятствует работе газоперекачивающих станций и гидротехнических затворов. Падение с крыш зданий льда создает угрозу жизни горожанам.
Скопление льда на крыше дома повышает механическую нагрузку на элементы кровельной конструкции; задержка талой воды вследствие забитых льдом водостоков приводит к повреждению верхних жилых этажей и элементов фасада. На сегодняшний день известно немало способов защиты городских крыш от наледи.
■ Самый простой способ - механический. Удаление льда производится с помощью лома или скребков, которые повреждают кровлю, карнизы и водостоки. Столь же несовершенен и метод "расстрела" ледяных масс из брандспойтов сильной струей горячей воды под давлением 50 ...100 атмосфер.
■ Гораздо более прогрессивный метод - удаление наледи с помощью теплового кабеля - система электрического обогрева крыши при помощи нагревательного кабеля. Принцип действия системы - растапливание выпавшего на крышу и водосточные желоба снега. Это препятствует не столько образованию льда, сколько непосредственному скапливанию снега.
■ В последнее время для борьбы с наледью стал применяться электроимпульсный метод, используемый в авиации. Электроимпульсный прибор «Эипос» сконструирован для защиты самолётов от обледенения - он не препятствует образованию наледи, а удаляет уже образовавшуюся, за счет формирования электрического импульса, который, проходя по обшивке самолета, за 1-2 секунды уничтожает все ледяные отложения.
Принцип действия прибора в том, что под поверхностью, с которой необходимо удалить наледь, устанавливают индукционные катушки. При подаче электрического импульса нарастающая величина тока вызывает образование магнитного поля, притягивающего (отталкивающего) в пределах упругой деформации очищаемую поверхность в зоне установки индукционного датчика. Величину тока подбирают из условия разрушения наледи в пределах упругой деформации и микровибрации обрабатываемой поверхности. Система применима на любых кровельных материалах, а не только металлических.
Система срабатывает при появлении обледенения, разбивая его. Мелкие осколки вместе со снегом скатываются вниз, не причиняя вреда прохожим. Напряжение питания 220 В, потребляемая мощность 20 Вт (в сутки импульс 2-4 раза).
■ Индукционный метод борьбы с обледенением (на примере обогрева защитных решеток на водозабо-
ре, устанавливаемых для защиты от попадания в него плавающих в воде предметов). В основу расчета электрообогрева решеток водозаборных сооружений положено условие поддержания температуры их поверхности выше температуры таяния льда. При обычном способе подогрева - путем пропускания тока через их токонесущие части - для обеспечения безопасности требуется подведение тока низкого напряжения, для чего необходима установка трансформаторов, повышающих стоимость устройства электрообогрева. В связи с этим в настоящее время применяется индукционный метод обогрева, имеющий более высокие экономические показатели и позволяющий отказаться от специальных понижающих трансформаторов и токонесущих частей решетки. В основе физического принципа индукционного обогрева является возникновение вихревых токов и потерь на гистерезис в металле решетки при пересечении
его переменным электромагнитным полем. Наличие этих токов и вызывает нагрев металла. Для этого в
полых прутьях решетки пропускается определенное число витков провода, по которому течет переменный ток промышленной частоты.
■ Борьба с обледенением ведется также при помощи ультразвука.
Специальное устройство формирует мощный ультразвуковой импульс, приводящий к разрушению наледи.
Преимущество метода - малая потребляемая мощность, затрачиваемая на удаление льда. Недостатков значительно больше: высокая стоимость системы, затраты на обслуживание, отрицательное волновое
воздействие на человека и нет защиты водостоков от образования льда.
■ Почти весь набор недостатков ультразвукового удаления льда имеет компактный щелевой СО2-
лазер мощностью около 250 Вт в пучке. Широкое внедрение таких установок в практику требует еще
более значительных материальных вложений.
■ Заслуживает внимание химический способ борьбы с обледенением, используемый на СаяноШушенском гидроузле для ограждающих водобойный колодец - использование природной соли - бишофита.
Бишофит (МдС12бН20) глубоко изучен рядом институтов, как МАДИ, ВНИИТМАШ, ГипродорНИИ на предмет использования для борьбы с обледенением и воздействия на технику и окружающую среду. Исследования подтвердили, что он в значительной степени менее подвергает металл коррозии, чем хлорид кальция и хлорид натрия. Бишофит предотвращает образование льда при более низкой температуре, чем остальные антиобледенители (до -35 оС) и действует быстро - за 15 минут он растапливает вдвое больше льда, чем хлорид натрия. Но главное, что бишофит, по данным НИИ гидротехники и мелиорации им. А. Н. Костякова, экологичен и безопасен для окружающей среды. Ни один из современных антиобледенителей не имеет таких характеристик.
■ Во всех рассмотренных случаях требуется дополнительный контролирующий персонал по наблюдениям за работой технических средств и их сохранностью. По этой причине предпочтение получают системы профилактики формирования наледей - противообледенительные покрытия.
Сущность данного способа борьбы с обледенением заключается в создании промежуточного слоя специального вещества между льдом и защищаемой поверхностью. При этом вещество должно либо уменьшать адгезию льда, либо понижать температуру замерзания воды на защищаемой поверхности.
В настоящее время в мировой практике для создания антиобледенительных покрытий наиболее широко используют кремнийорганические полимеры (органосиликатные композиции - синтетический каучук), фторопластовые и др. растворы со специальными наполнителями и добавками:
- для борьбы с обледенением и для уменьшения адгезии льда и снежных отложений при их удалении с поверхности крупногабаритных металлических конструкций (крыш, водостоков, контейнеров для перевозки грузов и т.д.);
- для борьбы с обледенением различных приборов и устройств, используемых в производственнохозяйственном комплексе: линий электропередач; антенных систем, кабелей и других элементов радиотехнических систем и устройств; приборов охлаждения, и.т.д.;
- для защиты от обледенения и коррозии металлоконструкций из стали и алюминия на объектах морской, авиационной, космической техники;
- для защиты от коррозии и обледенения крупногабаритных металлоконструкций, приборов охлаждения, линий электропередач; антенных систем, различных радиотехнических систем и устройств, эксплуатирующихся в жёстких климатических (высокоширотных, высокогорных и др.) условиях.
Например, в радиопромышленности защита антенных систем, кабелей и других элементов радиотехнической техники от обледенения в тяжелых климатических условиях с целью обеспечения должной механической прочности, увеличения ресурса и эксплуатационной надежности изделий производится при помощи применения водоотталкивающего защитного покрытия органосиликатной композиции ОС-56-11с. Данное покрытие обладает повышенными криофобными свойствами: на нем за 1 ч обледенения образуется редкая, легко удаляемая изморозь толщиной в 7 раз меньше в отличие от плотного, трудно снимаемого слоя инея на покрытии ХВ-124 (смесь перхлорвиниловой и алкидной смол с добавлением пластификатора) , а также интенсивность обледенения в 6 раз ниже, и образовавшийся слой льда значительно легче удаляется.
Заслуживает внимания разработка ООО "НПСП "Северная пирамида" г. Санкт-Петербург - антиобледе-нительное покрытие «ПРОЛ» (раствор силоксанового полимера (синтетического каучука) в растворителях с введёнными в него технологическими добавками и наполнителями) для защиты кровель, конструкций зданий и промышленных сооружений.
Появление подобных покрытий было обусловлено экспериментальными данными, которые свидетельствуют о весьма прочном сцеплении льда с основными материалами крыш, и составляют для кровельного железа, бетона - более 0,16 МПа. Это значит, что при отрыве происходит разрушение кристаллической структуры самого льда, а его остатки прочно удерживаются на намороженной поверхности и становятся своеобразной основой для быстрого образования новой наледи. Это объясняет, почему, несмотря на все усилия очистить полностью крыши механическим способом, без их обогрева или ледозащитных покрытий, практически невозможно.
Адгезионная прочность льда с антиобледенительным покрытием "ПРОЛ" практически полностью отсутствует и составляет менее 0,02 МПа. Адгезия с основаниями: с металлом Ст.3 - не менее 1,2 МПа, с бетоном - не менее 1,5 МПа. Данный тип покрытия обладает высокими водоотталкивающими свойствами, очень низким сцеплением в системе «лед-покрытие» и обеспечивает без обогрева крыш свободный сток с них талых вод и быстрый сход новообразуемого льда. Также полимерная пленка препятствует замерзанию водостоков и исключает образование наледей. Покрытие наносится только на край крыши шириной около 50 см в месте образования сосулек. Особенно хорошо оно проявляет себя при работе со старыми типами кровель - оцинковкой и битумными композициями.
В заключении следует отметить, что для более эффективной борьбы с обледенением необходимо продолжать более детальное и углубленное исследование данной проблемы в направлении антиобледени-тельных покрытий.
ЛИТЕРАТУРА
1. Котляков В. В мире снега и льда. М.: Наука, 1994.
2. Зимон А. Д. Адгезия жидкости и смачивание. М.: Химия, 1974. С. 7.
3. Адамсон А. Физическая химия поверхностей: Пер. с англ. М.: Мир, 1979. С. 360.
4. Долгов О. Н., Воронков М. Г., Гриаблат М. П., Кремнийорганичсские жидкие каучуки и материалы на их основе. Л., 1975;
5. Корноухова Н.С., Кротиков В.А., Красильникова Л.Н., Чуппина С.В., Шнурков Н.В. Применение антиобледенительного покрытия для радиотехнических устройств.- Приложение "ТЕХНОЛОГИИ ОБОРУДОВАНИЕ МАТЕРИАЛЫ" к журналу "Экономика и производство" №7 июль, 1999.
