Антиобледенение - De-icing

An Аэрофлот Airbus A330 быть размороженным в Международный аэропорт Шереметьево.
Распылять противообледенительный раствор на Солт-Лейк-Сити аэропорт, 2010 г.

Антиобледенение это процесс удаления снег, лед или же мороз с поверхности. Антиобледенение Под этим понимается применение химикатов, которые не только удаляют лед, но и остаются на поверхности и продолжают задерживать преобразование льда в течение определенного периода времени или предотвращают налипание льда, чтобы облегчить механическое удаление.

Подходы

Противообледенительная обработка может производиться механическими методами (соскабливанием, проталкиванием); посредством применения высокая температура; с использованием сухих или жидких химикатов, предназначенных для снижения Точка замерзания воды (различные соли или же рассолы, спирты, гликоли ); или комбинацией этих различных методов.

Поезда и стрелочные переводы

Накопление льда в тормозах поезда снижает эффективность торможения.

Поезда и железнодорожные стрелки в арктических регионах большие проблемы со снегом и льдом. Им нужен постоянный источник тепла в холодные дни для обеспечения функциональности. В поездах это прежде всего тормоза, приостановка и муфты которые требуют нагревателей для удаления льда. На рельсах в первую очередь чувствительны к обледенению переключатели. Эти мощные электрические нагреватели эффективно предотвращают образование льда и быстро тают образующийся лед.

Нагреватели предпочтительно изготовлены из материала PTC, например. Резина PTC, чтобы избежать перегрева и возможного разрушения нагревателей. Эти нагреватели являются самоограничивающимися и не требуют регулирующей электроники; они не могут перегреваться и не требуют защиты от перегрева.[1]

Самолет

США Gulfstream G550 размораживается перед вылетом с Аляски в январе 2012 г.
Противообледенительный самолет WestJet 737-700 в Торонто

На земле, когда есть замораживание условия и осадки, обычно практикуется удаление льда с самолета. Замерзшие загрязнители влияют на аэродинамические свойства автомобиля. Кроме того, выбитый лед может повредить двигатели.

Жидкости для удаления льда обычно состоят из гликоль -водный раствор, содержащий краситель и средства защиты поверхности металла. Применяется ряд гликолей. Загустители также используются для прилипания противогололедного средства к корпусу самолета.[2]:43 Этиленгликоль (EG) жидкости все еще используются для борьбы с обледенением самолетов в некоторых частях мира, потому что они имеют более низкую рабочую температуру (LOUT), чем пропиленгликоль (PG). Однако PG более распространен, потому что он менее токсичен, чем этиленгликоль.[3]:2–29[4]

При нанесении большая часть противообледенительной жидкости не прилипает к поверхности самолета и падает на землю.[2]:101 В аэропортах обычно используются системы сдерживания для улавливания использованной жидкости, чтобы она не могла просочиться в землю и водоемы. Хотя PG классифицируется как нетоксичный, он загрязняет водные пути, поскольку при разложении потребляет большое количество кислорода, вызывая удушение водных организмов. (Видеть Воздействие на окружающую среду и смягчение его последствий.)

Обледенение с помощью инфракрасного обогрева

Прямой инфракрасный обогрев также был разработан как метод защиты от обледенения самолетов. Этот механизм теплопередачи значительно быстрее, чем обычные режимы теплопередачи, используемые при обычном противообледенительном режиме (конвекция и теплопроводность), из-за охлаждающего воздействия воздуха на распыляемую жидкость для удаления льда.

Одна инфракрасная противообледенительная система требует, чтобы процесс обогрева происходил внутри специально построенного ангара. Эта система вызвала ограниченный интерес операторов аэропортов из-за требований к помещению и материально-техническому обеспечению ангара. В Соединенных Штатах этот тип инфракрасной противообледенительной системы использовался в ограниченных масштабах в двух крупные узловые аэропорты и один небольшой коммерческий аэропорт.[2]:80–81 [5]

В другой инфракрасной системе используются мобильные обогреватели, устанавливаемые на грузовиках, для которых не требуются ангары.[6] Производитель заявляет, что система может использоваться как для самолетов с неподвижным крылом, так и для вертолетов, хотя не приводит примеров ее использования на коммерческих самолетах.[7]

Тротуар аэропорта

Противообледенительные работы для покрытия аэропорта (взлетно-посадочные полосы, рулежные дорожки, фартуки, РД мосты ) может включать несколько типов жидких и твердых химических продуктов, в том числе пропиленгликоль, этиленгликоль и другие органические соединения. Соединения на основе хлоридов (например, соль ) не используются в аэропортах из-за их коррозионного воздействия на воздушные суда и другое оборудование.[2]:34–35

Мочевина смеси также использовались для борьбы с обледенением дорожного покрытия из-за их низкой стоимости. Однако мочевина является значительным загрязнителем водных путей и дикой природы, поскольку разлагается до аммиак после применения, и в аэропортах США он в значительной степени был прекращен. В 2012 г. Агентство по охране окружающей среды США (EPA) запретило использование антиобледенителей на основе карбамида в большинстве коммерческих аэропортов.[8]

Дороги

В 2013 году для борьбы с обледенением дорог в Северной Америке было использовано около 14 миллионов тонн соли.[9]

Защита от обледенения дороги традиционно делается с солью, намазанной снегоочистители или же самосвалы предназначен для его распространения, часто смешивается с песок и гравий, на гладких дорогах. Натрия хлорид (каменная соль) обычно используется, так как она недорогой и легко доступны в больших количествах. Однако, поскольку соленая вода все еще замерзает при -18 ° C (0 ° F), это бесполезно, когда температура опускается ниже этой точки. Он также имеет сильную тенденцию вызывать коррозия, ржавчина то стали используется в большинстве автомобилей и арматура в бетонных мостах. В зависимости от концентрации он может быть токсичным для некоторых растений и животных, в результате чего некоторые городские районы покинули его. Более поздние снеготаяние используют другие соли, такие как хлорид кальция и хлорид магния, которые не только понижают точку замерзания воды до гораздо более низкой температуры, но и производят экзотермическая реакция. Они несколько безопаснее для тротуары, но лишнее все же следует удалить.

Совсем недавно были разработаны органические соединения, которые уменьшают экологические проблемы, связанные с солями, и обладают более длительным остаточным действием при распространении по дорогам, обычно в сочетании с солевыми растворами или твердыми веществами. Эти соединения часто образуются как побочные продукты сельскохозяйственных работ, таких как сахарная свекла уточнение или дистилляция процесс, который производит этиловый спирт.[10][11] Другие органические соединения: древесная зола и противогололедная соль, называемая ацетат кальция и магния из придорожной травы или даже кухонных отходов.[12] Кроме того, смешивание каменной соли с некоторыми органическими соединениями и хлоридом магния приводит к намазываемым материалам, которые эффективны как при гораздо более низких температурах (-34 ° C или -29 ° F), так и при более низких общих скоростях укрытия на единицу площади. .[13]

Солнечные дорожные системы использовались для поддержания поверхности дорог выше точки замерзания воды. Массив труб, встроенных в поверхность дороги, используется для сбора солнечной энергии летом, передачи тепла тепловым берегам и возврата тепла дороге зимой для поддержания температуры поверхности выше 0 ° C (32 ° F).[14] Эта автоматизированная форма сбора, хранения и доставки возобновляемой энергии позволяет избежать экологических проблем, связанных с использованием химических загрязнителей.

В 2012 году было предложено супергидрофобный поверхности, способные отталкивать воду, также можно использовать для предотвращения накопления льда, ведущего к ледофобия. Однако не всякая супергидрофобная поверхность является ледофобной.[15] и метод все еще находится в стадии разработки.[16]

Химические антиобледенители

Все химические антиобледенители имеют общий рабочий механизм: они химически предотвращают связывание молекул воды при температуре выше определенной, которая зависит от концентрации. Эта температура ниже 0 ° C, точки замерзания чистой воды. Иногда бывает экзотермический растворение реакция, которая обеспечивает еще более высокую мощность плавления. В следующих списках представлены наиболее часто используемые химикаты для удаления льда и их типичные химическая формула.

Неорганический соли
Органические соединения
Спирты, диолы и полиолы

(это антифриз агентов и почти не используются на дорогах)

Типы жидкости

Обледенение самолета Копенгаген аэропорт с жидкостью оранжевого цвета
Обледенение самолета Бирмингем аэропорт с жидкостью против обледенения оранжевого цвета

Есть несколько типов самолетов антиобледенительная жидкость, попадая в две основные категории:

  1. Жидкости для защиты от обледенения: Подогретый гликоль, разбавленный водой для удаления льда и снега / инея, также обозначаемый как Ньютоновские жидкости (из-за их вязкого течения, похожего на воду)
  2. Жидкости против обледенения: ненагретые, неразбавленные жидкости на основе пропиленгликоля, которые были загущены (представьте, что желатин наполовину затвердел), также называемые неньютоновские жидкости (из-за их характерной вязкой текучести), применяемые для замедления образования льда в будущем или для предотвращения накопления падающего снега или мокрого снега. Жидкости для защиты от обледенения обеспечивают временную защиту от образования льда, когда самолет неподвижен на земле. Однако под действием силы сдвига, такой как поток воздуха над поверхностью жидкости, когда самолет ускоряется для взлета, вся жидкость реология изменяется, и оно становится значительно тоньше, стекая, оставляя крылу чистую и гладкую аэродинамическую поверхность.

В некоторых случаях на самолет наносят жидкости обоих типов, сначала нагретую смесь гликоля и воды для удаления загрязнений, а затем ненагретую загущенную жидкость для предотвращения образования льда перед взлетом самолета. Это называется «двухэтапной процедурой».[нужна цитата ]

Жидкость для удаления льда на основе метанола использовалась в течение многих лет для удаления льда с малых крыльев и хвостовых поверхностей малых и средних размеров. авиация общего назначения самолетом и обычно применяется с помощью небольшого ручного опрыскивателя. Метанол может удалить только иней и легкий грунтовый лед перед полетом.

Моноэтилен, диэтилен и пропиленгликоль являются негорючими нефтепродуктами, и подобные продукты чаще всего встречаются в автомобильных системах охлаждения. Гликоль обладает очень хорошими противообледенительными свойствами, и его авиационный сорт обозначается как SAE / ISO / AEA Type I (AMS 1424 или ISO 11075). его обычно наносят на загрязненные поверхности, разбавленные водой с температурой 95 градусов по Фаренгейту (35 ° C) с помощью сборщика вишен на грузовике, вмещающем от 1500 до 2000 человек.Галлон США (5 680–7 570L; От 1250 до 1670чертенок ) для применения в точках входа на ВПП или вылета. Окрашенная в цвет жидкость является предпочтительной, поскольку визуальным наблюдением можно легко подтвердить, что самолет получил применение для удаления льда. Сток жидкости типа I, кажется, превращает слякоть в розовый оттенок, отсюда и термин «розовый снег». В остальном все жидкости типа I оранжевые.

В 1992 г. Работы на Мертвом море начали продавать антиобледенитель на основе солей и минералов из Мертвое море.[17]

Борьба с обледенением самолетов

Основная статья: Система защиты от льда

Пневматические системы

Боинг Б-17 Летающая Крепость. Черные полосы на передних кромках оперения, стабилизаторов и крыла. антиобледенительные сапоги из резины.

В полете наросты льда чаще всего возникают на передних кромках крыльев, хвостовой части и двигателей (включая винты или лопасти вентилятора). Самолеты с низкой скоростью часто используют пневматические антиобледенительные сапоги на передних кромках крыльев и оперении для борьбы с обледенением в полете. Резиновые покрытия периодически надуваются, в результате чего лед трескается и отслаивается. Как только система активируется пилотом, цикл надувания / спуска регулируется автоматически. В прошлом считалось, что такие системы можно победить, если их преждевременно надуть; если пилот не позволил сформироваться довольно толстому слою льда перед накачиванием ботинок, ботинки просто образовали бы зазор между передней кромкой и образовавшимся льдом. Недавние исследования показывают, что в современных ботинках «перемычки» не происходит.[18]

Электрические системы

В некоторых самолетах также может использоваться электрический обогрев. резистивный элементы, встроенные в резиновый лист, приклеенный к передним кромкам крыльев и оперению, пропеллер передние кромки и вертолет передние кромки лопастей ротора. Эта противообледенительная система была разработана United States Rubber Company в 1943 году.[19] Такие системы обычно работают непрерывно. При обнаружении льда они сначала работают как противообледенительные системы, а затем как антиобледенение системы для продолжения полета в условиях обледенения. В некоторых самолетах используются химические противообледенительные системы, которые прокачивают антифриз, такой как спирт или пропиленгликоль, через небольшие отверстия в поверхности крыла и в основании лопастей винта, таяя лед и делая поверхность непригодной для образования льда. Четвертая система, разработанная НАСА, обнаруживает лед на поверхности, регистрируя изменение резонансной частоты. После того, как электронный модуль управления определил, что лед образовался, в преобразователи закачивается большой всплеск тока, чтобы вызвать резкий механический удар, растрескивая слой льда и заставляя его отслаиваться от потока.

Системы удаления воздуха

Многие современные гражданские транспортные самолеты с неподвижным крылом используют противообледенительные системы на передней кромке крыльев, воздухозаборниках двигателей и датчиках данных о воздухе, использующих теплый воздух. Он удаляется из двигателей и направляется в полость под поверхностью для защиты от обледенения. Теплый воздух нагревает поверхность до температуры на несколько градусов выше 0 ° C (32 ° F), предотвращая образование льда. Система может работать автономно, включаться и выключаться при входе и выходе самолета в условия обледенения.

Воздействие на окружающую среду и смягчение его последствий

Антигололедные соли, такие как хлорид натрия или же хлорид кальция выщелачиваются в природные воды, сильно влияя на их соленость.[9]

Этиленгликоль и пропиленгликоль, как известно, обладают высокими уровнями биохимическая потребность в кислороде (БПК) во время разложения в поверхностных водах. Этот процесс может отрицательно повлиять на водную жизнь, потребляя кислород, необходимый водным организмам для выживания. Большое количество растворенный кислород (DO) в столб воды потребляются, когда популяции микробов разлагают пропиленгликоль.[3]:2–23

Достаточный уровень растворенного кислорода в поверхностных водах имеет решающее значение для выживания рыб. макробеспозвоночные, и другие водные организмы. Если концентрация кислорода падает ниже минимального уровня, организмы эмигрируют, если это возможно и возможно, в районы с более высоким уровнем кислорода или в конечном итоге умирают. Этот эффект может резко сократить количество пригодной для использования водной среды обитания. Снижение уровня DO может уменьшить или устранить нижний питатель популяций, создают условия, способствующие изменению видового профиля сообщества, или изменяют критические пищевой сети взаимодействия.[3]:2–30

В одном случае значительный снег в Атланта в начале января 2002 г. вызвал переполнение такой системы, ненадолго загрязняющий то Flint River ниже по течению Атланта: аэропорт.

Некоторые аэропорты перерабатывают использованную жидкость для удаления льда, отделяя воду и твердые загрязнители, что позволяет повторно использовать жидкость в других приложениях. В других аэропортах есть очистные сооружения на территории, и / или собранные жидкости отправляются в муниципальные учреждения. очистка сточных вод завод или коммерческое предприятие по очистке сточных вод.[2]:68–80 [20]

Токсичность жидкостей для защиты от обледенения - еще одна проблема для окружающей среды, и в настоящее время ведутся исследования по поиску менее токсичных (то есть не на основе гликоля) альтернатив.[21][22]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Осенне-зимний сезон 2012 г. (Брифинг для водителей). Лондон, Великобритания: First Capital Connect. Сентябрь 2012 г.
  2. ^ а б c d е Документ о технической разработке окончательных руководящих указаний по ограничению сбросов и стандартов эффективности новых источников для категории защиты от обледенения в аэропортах (Отчет). Вашингтон, округ Колумбия: Агентство по охране окружающей среды США (EPA). Апрель 2012 г. EPA-821-R-12-005.
  3. ^ а б c Оценка воздействия на окружающую среду и выгод для окончательных руководящих принципов и стандартов по ограничению сточных вод для категории защиты от обледенения в аэропортах (Отчет). EPA. Апрель 2012 г. EPA-821-R-12-003.
  4. ^ Stefl, Barbara A .; Джордж, Кэтлин Ф. (2014), «Антифризы и жидкости для устранения обледенения», Энциклопедия химической технологии Кирка-Отмера, Нью-Йорк: Джон Вили, Дои:10.1002 / 0471238961.0114200919200506.a01.pub2, ISBN  9780471238966
  5. ^ Розенлоф, Ким (2013-10-02). «Инфракрасное противообледенительное средство ускоряет процесс и снижает затраты». Авиационные международные новости онлайн. Мидленд-Парк, штат Нью-Джерси.
  6. ^ APS Aviation, Inc. (декабрь 1998 г.). Удаление льда с помощью мобильной инфракрасной системы (Отчет). Монреаль, Квебек. Отчет подготовлен для Транспорт Канады.
  7. ^ "Система противообледенения самолета Ice Cat". Боннер Спрингс, Канзас: Trimac Industries. 2004. Архивировано с оригинал на 2016-06-20. Получено 2016-05-29.
  8. ^ «Рекомендации по борьбе с обледенением сточных вод в аэропортах». EPA. 2016-04-21.
  9. ^ а б Мигель Каньедо-Аргуэльес, Бен Дж. Кеффорд, Кристоф Пискарт, Нарсис Прата, Ральф Б. Шеферд, Клаус-Юрген Шульце (2013). «Засоление рек: актуальная экологическая проблема». Загрязнение окружающей среды. 173: 157–67. Дои:10.1016 / j.envpol.2012.10.011. PMID  23202646.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  10. ^ Аманда Рабинович (25 февраля 2008 г.). «Свекла - часть нового рецепта для обработки ледяных дорог». Национальное общественное радио.
  11. ^ Ричард Дж. Бреннан (21 января 2012 г.). «Свекольный сок растапливает лед с зимних дорог». Торонто Стар.
  12. ^ Альтернативы соли для борьбы со льдом: сыр, свекла и зола
  13. ^ «О волшебной соли». 2007. Архивировано с оригинал на 2009-06-05.
  14. ^ «Накопление тепловой энергии в термобанках для обогрева взлетно-посадочной полосы». ICAX Ltd, Лондон. Получено 2011-11-24.
  15. ^ Носоновский, М .; Хиджази, В. (2012). «Почему супергидрофобные поверхности не всегда ледофобны». САУ Нано. 6 (10): 8488–8913. Дои:10.1021 / nn302138r. PMID  23009385.
  16. ^ Hejazi, V .; Соболев, К .; Носоновский М.И. (2013). «От супергидрофобности к ледофобии: анализ сил и взаимодействия». Научные отчеты. 3: 2194. Bibcode:2013НатСР ... 3E2194H. Дои:10.1038 / srep02194. ЧВК  3709168. PMID  23846773.
  17. ^ Продукт Мертвого моря тает снег. (Компаунд для таяния снега на рынках Dead Sea Works)
  18. ^ aopa.org файл pdf В архиве 2 февраля 2007 г. Wayback Machine
  19. ^ «De-Icer для воздушного винта изготовлен из электрической резины» Популярная механика, Декабрь 1943 г.
  20. ^ Том Гибсон (сентябрь 2002 г.). "Пусть ошибки сделают работу". Прогрессивный инженер. Архивировано из оригинал 8 февраля 2011 г.. Получено 21 февраля 2011.
  21. ^ Федеральное управление гражданской авиации США. Программа совместных исследований аэропортов (апрель 2010 г.). «Альтернативные антиобледенительные составы для самолетов и тротуаров и противообледенительные составы с улучшенными экологическими характеристиками». Дайджест результатов исследования 9.
  22. ^ SAE International (2011). "Проблемы и испытания жидкостей для борьбы с обледенением самолетов, не содержащих гликоля". В архиве 2013-02-02 в Wayback Machine Дои:10.4271/2011-38-0058