Очевидно, что за последние годы в Москве существенно увеличились транспортные потоки и возрос скоростной режим движения машин, поэтому всегда актуальная проблема обеспечения безопасности в неблагоприятных погодных условиях, к примеру, во время гололеда, стала достаточно сложной. Этот вопрос так же требует особого внимания в случае с искусственными сооружениями, такими как мосты, эстакады и путепроводы. Скорость промерзания дорожной конструкции на подобного рода объектах значительно выше, чем на автомобильной дороге, потому что они находятся в подвешенном состоянии и охлаждаются одновременно со всех сторон. Кроме того, искусственные сооружения обладают более низкими теплоинерционными свойствами по сравнению с основной автомобильной дорогой, которая представляет собой более массивное сооружение, в результате чего скорость промерзания дорожной одежды происходит в среднем в 2,5 раза быстрее.
Наиболее эффективным способом решения данной проблемы является установка автоматических противогололедных систем (АПС), отвечающих современным требованиям экологии и интегрированных в уже сложившийся облик города. Такие системы способны не просто ликвидировать образовавшееся обледенение, а заблаговременно его предотвратить, что чрезвычайно важно для обеспечения безопасности дорожного движения. [1]
На данный момент все большее распространение в России и за рубежом получила автоматическая противогололедная система швейцарской фирмы Boschung Mecatronic. Эта установка позволяет на основе данных от метеорологических датчиков и датчиков покрытия в автоматическом режиме заранее распределять противогололедный материал на проезжую часть посредством форсунок, тем самым предотвращая образование гололеда. На рисунке 1 схематично показана общая схема работы системы.
Рис. 1. Общая схема работы противогололедной установки с различными распределяющими узлами: 1 — бак для жидких реагентов, 2 — насос, 3 — блок обработки данных, 4 — блок управления АПС, 5 — дорожная станция с подключенными метеодатчиками и датчиками покрытия, 6 — дорожные датчики, 7 — разбрызгивающая головка, 8 — распределяющая тарелка, 9 — гидравлические соединения
От дорожных датчиков и датчиков на метеостанции, в блок обработки данных поступает информация о состоянии покрытия и о метеорологических условиях. Если зафиксирована вероятность образования гололеда, то на блок управления АПС поступает сигнал о необходимости обработки подконтрольного участка. Включается насос, который подает реагент к разбрызгивающим элементам по гидравлическим соединениям и противогололедный материал распределяется по покрытию. Разбрызгивание происходит с конца участка обработки и по направлению движения транспорта, чтобы исключить совпадение частоты проезда автомобиля с частотой разбрызгивания и исключить попадание реагента на проезжающие автомобили.
Автоматическая противогололедная система Boschung Mecatronic состоит из измерительной и исполнительной части.
К измерительной части относится система раннего оповещения об образовании гололеда GFS 3000 (Рис. 2.), в состав которой входит блок обработки данных, автоматическая дорожная метеостанция (АДМС) со своими метеорологическими датчиками и датчиками покрытия.
Рис. 2. Общий вид АДМС с подключенными датчиками
Метеодатчики могут измерять скорость и направление ветра, интенсивность и количество осадков, относительную влажность воздуха и его температуру, но особое внимание стоит уделить работе активных дорожных датчиков, поскольку они являются наиболее эффективными элементами измерительной системы.
Рис. 3. Датчик BOSO II в покрытии
Рис. 4. Датчик ARCTIS в покрытии
Датчик BOSO II (BOden SOnde) производит цикл охлаждения-нагревания жидкости на своей поверхности с целью определения точки замерзания и прогнозирования возможного образования гололеда. Охлаждение происходит на 2 градуса ниже температуры покрытия, в то время как датчик ARCTIS (Active Road/Runway Condition Temperature of Ice Formation Sensor) охлаждает жидкость на 15 градусов ниже температуры покрытия для более глубокого прогнозирования.
Рис. 5. Цикл измерения дорожных датчиков BOSO II и ARCTIS: 1 — температура покрытия, 2 — температура жидкости на поверхности датчика
Датчики BOSO II и ARCTIS работают совместно и устанавливаются между полосами движения, чтобы свести к минимуму воздействие автомобильного транспорта. На сегодняшний день эти активные датчики фирмы Boschung Mecatronic не имеют аналогов в мире и являются запатентованной технологией.
Главным достоинством активной технологии является не вычисление, а непосредственное измерение точки замерзания жидкости. Высокоточная электронная система воспроизводит циклы измерения точки замерзания путем периодического охлаждения и нагрева активной поверхности дорожного датчика с помощью работы элемента Пельтье и последующей фиксации температуры, при которой жидкость, находящаяся на измерительной части, кристаллизуется. Преимуществом этого метода является именно измерение точки замерзания, независимо от типа применяемого реагента.
К исполнительной части относится система распределения жидких противогололедных материалов TMS 2000. Она состоит из насосной станции, которая включает в себя гидравлическую часть с емкостями и электрическую часть в виде блока управления АПС, а также из внешней части установки, в которую входят разбрызгивающие форсунки, клапанные панели и трубопроводы, по которым подается реагент.
Насосная станция представляет собой некапитальное строение 12х5м и размещается вблизи обрабатываемого участка с заездным карманом для подъезда автомобилей с целью обслуживания и заправки баков с реагентом. В помещении предусмотрены химически-стойкие наливные полы и приемная ванна высотой 10см для сбора реагента в случае аварийной разгерметизации емкости.
Рис. 6. Емкости и фильтр для реагента
Для хранения реагента используется емкость из стеклопластика объемом 8000л с заправочным узлом и с фильтром для реагента. Внутри так же устанавливается емкость для воды объемом 1000л с целью промывки или настройки системы. Все емкости оснащены поплавковыми выключателями, которые отключают насос при понижении уровня жидкости до 10 %.
Разбрызгивающие элементы могут быть трех видов: головка, тарелка и форсунка MicroFAST.
Разбрызгивающая головка размерами 108х62мм имеет 4 (при необходимости 3) сопла и обеспечивает оптимальное распределение реагента на покрытии на расстояние до 11,5м. Головки могут устанавливаться под железным ограждением на техническом тротуаре искусственного сооружения или быть вмонтированы в заранее выполненные технологические отверстия в монолитном железобетонном ограждении. Крепеж из нержавеющей стали позволяет проводить точную настройку головки, регулируя наклон и направление струи. В основном принимается шаг установки головок 15м, а высота установки от верха покрытия проезжей части — не более 20см.
Рис. 7. Разбрызгивающая головка
Преимуществом разбрызгивающих головок является то, что сами головки и подходящие к ним трубопроводы и кабели крепятся по краям проезжей части, что удобно и не требует их прокладки под покрытием, как в случае с тарелками или форсунками MicroFAST. Сопла головок почти не загрязняются, а также практически исключено механическое повреждение автотранспортом.
Ко второму виду распределяющих противогололедный материал элементов относится разбрызгивающая тарелка размерами 250х40мм. Она имеет 6 (при необходимости 8) сопел, которые позволяют охватить большую площадь обработки и распределить реагент на расстояние до 10м. Тарелки фиксируются в дорожном покрытии с помощью специальной заливочной массы и устанавливаются между или по центру полос движения. В основном, они применяются в аэропортах или на автомагистралях с большим количеством полос и высокой интенсивностью движения. Устройство такого типа распределяющих элементов представляет собой трудоемкий процесс за счет пропуска трубопроводов и кабелей под покрытием проезжей части. Существенным недостатком разбрызгивающих тарелок являются значительные затраты на эксплуатацию и ремонт, который часто необходим из-за механических повреждений автомобилями.
Рис. 8. Разбрызгивающая тарелка
Еще одним разбрызгивающим элементом является форсунка MicroFAST, которая применяется для встраивания в дорожное полотно, и может устанавливаться как между полосами на одной оси с линией разметки, так и по центру полосы движения. Форсунка имеет два миниатюрных сопла, которые практически не требуют ухода и не загрязняются.
Рис. 9. Форсунка MicroFAST
Профиль форсунки монтируется в дорожное покрытие на глубину 40мм при ширине 10мм, а расстояние между форсунками составляет 5 метров. При разбрызгивании, время которого может варьироваться от 30 секунд до 3 минут, происходит тонкодисперсный выброс реагента, который практически не видим участниками движения.
У форсунки MicroFast достаточно точная и однородная картина распределения реагента при одновременно меньших затратах на техническую часть. Однако, в России такие форсунки еще не применялись ввиду того, что покрытие отечественных автомобильных дорог приходится часто заменять и ремонтировать, поэтому сейчас разрабатывается возможность размещения MicroFAST на краю проезжей части, как в случае с разбрызгивающими головками, с целью снижения затрат на монтаж и эксплуатацию.
Клапанная панель монтирована в защитном шкафу и оснащена ресивером на 4л реагента, от нее противогололедный материал поступает на две разбрызгивающие головки. При обработке участка поочередно открываются электромагнитные клапаны клапанных панелей и реагент подается к разбрызгивающему элементу. При частичном опустошении ресивера, через обратный клапан к нему по трубопроводу поступает реагент из насосной станции до полного заполнения.
Рис. 10. Клапанная панель в защитном шкафу
Автоматическая противогололедная система фирмы Boschung Mecatronic имеет более чем полувековую историю развития в странах Европы. На сегодняшний день она получила наибольшее распространение в Германии, Швейцарии, Швеции, Австрии и Франции. Так же имеется опыт эксплуатации таких установок и в нашей стране. Первая АПС появилась в России в 1998 году на МКАД, где зарекомендовала себя с наилучшей стороны и функционирует до сих пор [2]. Позже система была установлена в Кутузовском тоннеле в центре Москвы, недавно на эстакадах Северо-Восточной и Северо-Западной хорды и на многих других искусственных сооружениях в Москве. [4]
Литература:
- Борисюк Н. В. Зимнее содержание городских дорог. Учебное пособие. Москва, МАДИ, 2014г.
- Л. А. Синицын, А. Г. Макушев. Безопасность движения. Автоматическая противогололедная установка, 2006 г.
- А. П. Васильев. Ремонт и содержание автомобильных дорог. Справочник инженера-дорожника. Москва «Транспорт» 1989 г.
- Материалы, предоставленные фирмами: ЗАО «ДЭК Восток», ЗАО «ДЭК ЮГ», «Гормост», Boschung Mecatronic.
