RU2543250C2

RU2543250C2 - Device to remove icicles from building roof

Info

Publication number: RU2543250C2
Application number: RU2013131883/03A
Authority: RU
Inventors: Давид Михайлович Белый
Priority date: 2013-07-09
Filing date: 2013-07-09
Publication date: 2015-02-27
Also published as: RU2013131883A

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: device to remove icicles comprises an elastic insulated steel wire fixed at the edge of the inclined canopy and connected at the ends by terminals for connection of a source of an electric signal. The wire has periodical sections bent at certain pitch distance to form narrow loops hanging vertically downwards along the building wall. In gaps between sections the wire is wound in the form of its coaxial cylindrical coils. Each coil is equipped with ferromagnetic cores introduced into it at both sides, inner ends of which are placed in the middle part of the coil to form an axial gap, and outer ones protrude beyond the limits of the coil and are stiffly connected with ends of bent wire sections adjacent to the coil.

EFFECT: increased operational reliability of a roof.

1 dwg

Description

Изобретение относится к обслуживанию жилищно-коммунального хозяйства, а конкретно к очистке крыш зданий от снега и льда.The invention relates to the maintenance of housing and communal services, and in particular to the cleaning of roofs of buildings from snow and ice.

Известно устройство для удаления сосулек по периметру крыши здания, включающее черенок с ручками и наконечником и нож, при этом наконечник снабжен подкосом и якорем, прикрепленным оттяжками к парапетному ограждению, нож выполнен с консолью, закрепленной на наконечнике, а якорь представляет собой изогнутую полосу из водостойкого материала, расположенную на кровле, причем наконечник, подкос и консоль соединены между собой с возможностью изменения положения ножа (см. патент РФ на изобретение №2194137, кл. E04D 13/076, 2001 [1]).A device for removing icicles along the perimeter of the roof of the building, including a handle with handles and a tip and a knife, the tip is equipped with a brace and an anchor attached by braces to the parapet guard, the knife is made with a console mounted on the tip, and the anchor is a curved strip made of waterproof material located on the roof, and the tip, strut and console are interconnected with the possibility of changing the position of the knife (see RF patent for the invention No. 2194137, CL E04D 13/076, 2001 [1]).

Недостатками известного устройства являются предельная сложность конструкции и процесс ее эксплуатации, обусловленные необходимостью работы человека непосредственно на крыше здания, низкая эффективность, ограниченные определенными типами зданий и крыш области применения.The disadvantages of the known device are the extreme complexity of the design and the process of its operation, due to the need for a person to work directly on the roof of the building, low efficiency, limited to certain types of buildings and roofs.

Известно также антиобледенительное устройство для крыш, содержащее прикрепленный к козырьку крыши вдоль его кромки на участке с повышенной опасностью образования сосулек нагревательный элемент с вытяжными отверстиями, соединенными с транспортными воздуховодами, воздухозаборные концы которых размещены в вентиляционных каналах здания ниже вытяжных отверстий (см. патент РФ на изобретение №2340746, кл. E04D 13/076, 2006 [2]).Also known is an anti-icing device for roofs, comprising a heating element attached to a roof visor along its edge at a site with an increased risk of icicle formation, with exhaust openings connected to transport ducts whose air inlet ends are located in the building’s ventilation ducts below the exhaust openings (see RF patent for invention No. 2340746, class E04D 13/076, 2006 [2]).

Недостатками данного устройства являются значительные энергозатраты на нагрев, объясняемые нагревом участка крыши, труб и т.п., серьезное усложнение конструкции крыши, сравнительно низкая эффективность, узкие возможности применения, ограниченные специальной архитектурой зданий и крыш.The disadvantages of this device are significant energy costs for heating, due to heating of the roof section, pipes, etc., a serious complication of the roof structure, relatively low efficiency, narrow application possibilities limited by the special architecture of buildings and roofs.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является устройство для удаления сосулек с крыши здания, содержащее подключенный по концам к источнику электрического сигнала упругий изолированный стальной провод, закрепленный непосредственно по кромке крыши и согнутый через определенное шаговое расстояние с образованием вертикально свисающих вниз узких петель, при этом горизонтальные участки провода между петлями частично удалены и заменены пластинками с эффектом термомеханической памяти формы при порогах срабатывания, лежащих в диапазоне температур наиболее активного сосулькообразования (см. патент РФ на изобретение №2470125, кл. E04D 13/076, 2010 [3]), и принятое за прототип.The closest device of the same purpose to the claimed invention in terms of essential features is a device for removing icicles from the roof of a building, containing an elastic insulated steel wire connected at the ends to an electric signal source, fixed directly along the edge of the roof and bent through a certain walking distance with the formation of vertically hanging down narrow loops, while the horizontal sections of wire between the loops are partially removed and replaced by plates with the effect of t thermomechanical shape memory at thresholds of operation lying in the temperature range of the most active icicle formation (see RF patent for invention No. 2470125, class E04D 13/076, 2010 [3]), and adopted as a prototype.

Недостатками устройства-прототипа являются сравнительные сложность и дороговизна конструкции вследствие применения элементов с особыми физическими свойствами, а также ограниченная производительность процесса удаления сосулек вследствие как низкой частоты релейных срабатываний пластинок с термомеханической памятью формы, происходящих только при нагреве пластинки до очередного температурного порога срабатывания, так и отсутствия воздействия дополнительно к изгибающим и разрывающим сосульки усилиям на петли ударных возмущений.The disadvantages of the prototype device are the comparative complexity and high cost of the design due to the use of elements with special physical properties, as well as the limited performance of the icicle removal process due to both the low frequency of relay triggering of the plates with thermomechanical shape memory, which occur only when the plate is heated to the next temperature threshold of operation, and the absence of impact in addition to bending and tearing icicles forces on the shock perturbation loops.

Сущность изобретения заключается в создании предельно простого устройства, обеспечивающего воздействие на петли провода с сосульками одновременно с нагревом интенсивных растягивающих и ударных возмущений, вызывающих эффективный разрыв и удаление сосулек.The essence of the invention is to create an extremely simple device that provides impact on the loop of the wire with icicles simultaneously with the heating of intense tensile and shock disturbances, which cause effective rupture and removal of icicles.

Технический результат - повышение производительности процесса удаления сосулек, упрощение и удешевление устройства.EFFECT: increased productivity of the process of removing icicles, simplification and cheapening of the device.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве для удаления сосулек с крыши здания, содержащем подключенный по концам к источнику электрического сигнала упругий изолированный стальной провод, закрепленный непосредственно на кромке крыши и имеющий участки, изогнутые через определенное шаговое расстояние с образованием вертикально свисающих вниз узких петель, особенность заключается в том, что в периодически выполненных промежутках между вышеуказанными изогнутыми участками провод намотан в форме соосных ему цилиндрических катушек, каждая из которых снабжена свободно введенными в нее с двух сторон ферромагнитными сердечниками, при этом внутренние торцы сердечников размещены в средней части катушки с образованием между собой осевого зазора, обеспечивающего ударное взаимодействие сердечников при подаче в катушку электрического сигнала, а наружные торцы выступают за пределы катушки и жестко соединены с концами примыкающих к катушке изогнутых петлевых участков провода.The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that in the known device for removing icicles from the roof of the building, containing an elastic insulated steel wire connected at the ends to the source of the electric signal, fixed directly to the edge of the roof and having sections curved after a certain walking distance to form vertically narrow loops hanging down, the peculiarity is that in periodically performed gaps between the above curved sections the wire is wound in the form of cylindrical coils coaxial to it, each of which is equipped with ferromagnetic cores freely inserted into it from two sides, while the inner ends of the cores are placed in the middle of the coil with the formation of an axial gap between them, which provides impact interaction of the cores when an electrical signal is supplied to the coil and the outer ends protrude beyond the coil and are rigidly connected to the ends of the curved loop sections of the wire adjacent to the coil.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематично показано предлагаемое устройство на виде на здание спереди.The invention is illustrated in the drawing, which schematically shows the proposed device in a view of the building from the front.

Устройство для удаления сосулек 1 с крыши 2 здания 3 содержит прикрепленный вдоль края крыши 2 по ее кромке или к кромке наклонного козырька 4 на участке крыши 2 или по ее периметру с образованием замкнутого контура упругий изолированный стальной провод 5, соединенный по концам с клеммами для подключения источника электрического сигнала (на чертеже клеммы и источник не показаны). При этом провод 5 имеет периодические участки 6, изогнутые через определенное шаговое расстояние с образованием вертикально свисающих вниз вдоль стены здания 3 узких петель 7. В промежутках между вышеуказанными изогнутыми участками 6 провода 5 намотан в форме соосных ему цилиндрических катушек 8, также прикрепленных по кромке крыши 2. Каждая из катушек 8 снабжена свободно введенными в нее с обеих сторон ферромагнитными сердечниками 9, внутренние концы которых размещены в средней части катушки 8 с образованием между собой осевого зазора 10, величина которого выбирается из условия обеспечения ударных взаимодействий сердечников 9 при подаче в катушку 8 периодически выключаемого электрического сигнала. Наружные концы сердечников 9 выступают за пределы катушки 8 и жестко соединены с соответствующими концами примыкающих к катушке 8 изогнутых петлевых участков 6 провода 5 путем образования зон 11 точечной сварки. Концы провода 5 спущены вниз по стене здания 3 и соединены с клеммами для подключения источника электрического сигнала, при этом во избежание вандализма и несанкционированного использования клеммы с концами провода 5 запираются специальной крышкой (на чертеже не показана). В качестве источника электрического сигнала наиболее просто использовать источник сетевого переменного напряжения, снабженный тумблером периодического включения-выключения. В особых случаях при запущенном процессе сосулькообразования дополнительно может быть использован генератор постоянного тока, резко ускоряющий процесс нагрева провода 5. При этом генератор сначала включается на некоторый промежуток времени для предварительного нагрева провода 5, а далее в периодическом (импульсном) режиме для создания релейных растягивающих воздействий на петли 7, разрывающие образованные на них сосульки 1, и обеспечения одновременных соударений сердечников 9,. обеспечивающих стряхивание треснувших сосулек 1 с петель 7. Источник электрического сигнала может быть размещен на специальном транспортном средстве, что позволит последовательно и мобильно обслужить многие здания. Петли провода 5 являются направляющими для стекания по ним с крыши 2 воды при таянии снега и льда и одновременно арматурой для образования на них сосулек 1 раздельно друг от друга на каждой петле 7. Выбор оптимального соотношения размеров между шаговым расстоянием между петлями 7, а также длиной и шириной последних обеспечивает, с одной стороны, надежное удержание сосулек 1 на петлях 7 в исходном состоянии до подачи электрического сигнала, а с другой стороны - как раздельное образование сосулек 1 на петлях 7 без объединения сосулек 1 в единое тело, что затрудняет процесс их удаления, так и максимально эффективные режимы для разрушения сосулек 1 при релейном растяжении петель 7, их одновременном нагреве и воздействии ударных возмущений контактирующих сердечников 9 при пропускании по проводу 5 периодически включаемого-выключаемого электрического сигнала. Из вышеуказанных соображений были определены оптимальная ширина петли 7 порядка 1-2 см, длина петель и шаговое расстояние между ними порядка 10-20 см.A device for removing icicles 1 from a roof 2 of a building 3 comprises an elastic insulated steel wire 5 connected at its ends to terminals to be attached along the edge of the roof 2 along its edge or to the edge of the inclined visor 4 on the roof portion 2 or along its perimeter to form a closed loop; electrical signal source (terminals and source are not shown in the drawing). In this case, the wire 5 has periodic sections 6, curved after a certain walking distance with the formation of narrow loops 7 vertically hanging downward along the wall of the building 3. In the intervals between the above curved sections 6, wires 5 are wound in the form of cylindrical coils 8 coaxial to it, also attached along the edge of the roof 2. Each of the coils 8 is equipped with ferromagnetic cores 9 freely inserted into it from both sides, the inner ends of which are placed in the middle of the coil 8 with the formation of an axial clearance 10 between them, the cause of which is selected from the condition of providing shock interactions of the cores 9 when a periodically turned off electrical signal is supplied to the coil 8. The outer ends of the cores 9 extend beyond the coil 8 and are rigidly connected to the corresponding ends of the curved loop sections 6 of the wire 5 adjacent to the coil 8 by forming spot welding zones 11. The ends of the wire 5 are lowered down the wall of the building 3 and are connected to the terminals for connecting an electric signal source, while in order to avoid vandalism and unauthorized use, the terminals with the ends of the wire 5 are locked with a special cover (not shown). As the source of the electric signal, it is most simple to use a source of AC alternating voltage equipped with a toggle-switch for periodic on-off. In special cases, when the process of icicle formation is started, a DC generator can be additionally used to sharply accelerate the process of heating the wire 5. In this case, the generator is first turned on for a certain period of time to preheat the wire 5, and then in a periodic (pulse) mode to create relay tensile effects on loops 7, breaking the icicles 1 formed on them, and ensuring simultaneous collisions of the cores 9 ,. providing shaking off the cracked icicles 1 from the hinges 7. The source of the electrical signal can be placed on a special vehicle, which will allow sequentially and mobile servicing of many buildings. The loops of wire 5 are guides for draining water from the roof 2 upon melting snow and ice, and at the same time as fittings for the formation of icicles 1 on them separately from each loop 7. Choosing the optimal size ratio between the step distance between the loops 7 and the length and the width of the latter ensures, on the one hand, reliable retention of icicles 1 on loops 7 in the initial state until an electrical signal is applied, and on the other hand, as separate formation of icicles 1 on loops 7 without combining icicles 1 into a single about, which complicates the process of their removal, as well as the most effective modes for destroying the icicles 1 during relay stretching of the loops 7, their simultaneous heating and the action of shock disturbances of the contacting cores 9 when a periodically switched on-off electric signal is passed through the wire 5. From the above considerations, the optimal loop width 7 was determined to be of the order of 1-2 cm, the length of the loops and the step distance between them of the order of 10-20 cm.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.The work of the proposed device is as follows.

Предварительная базовая регулировка устройства предполагает подачу на его клеммы переменного электрического сигнала от сети с промышленной частотой и стандартной амплитудой. Именно использование такого сигнала, подаваемого в режиме периодического включения-выключения, позволяет предельно упростить и удешевить реализацию устройства. В соответствии с характеристиками данного электрического сигнала основные электромеханические параметры устройства: сопротивление проводов, развиваемая мощность, тяговое усилие в электромагнитах, состоящих из катушек 8 с сердечниками 9, жесткость петель 7 провода 5 на изгибное растяжение, величина осевого зазора 10 между внутренними торцами сердечников 9 и т.п. - подбираются таким образом, чтобы одновременно обеспечить необходимый нагрев провода 5, заданную величину растяжения (относительно увеличения ширины) петель 7 провода 5, периодические соударения внутренних торцов сердечников 9 с заданной интенсивность. Одновременное воз действие всех вышеуказанных эффектов (факторов) обеспечивает эффективный разрыв сосулек 1 на петлях 7, их раскрошивание на мелкие части и сброс вниз на землю с петель 7 провода 5. При использовании генератора постоянного тока в периодическом импульсном режимах параметры электрического сигнала должны корректироваться экспериментально без изменения конструктивных электромеханических параметров устройства.Preliminary basic adjustment of the device involves the supply to its terminals of an alternating electrical signal from the network with an industrial frequency and standard amplitude. It is the use of such a signal supplied in the periodic on-off mode that makes it possible to extremely simplify and cheapen the implementation of the device. In accordance with the characteristics of this electrical signal, the main electromechanical parameters of the device: wire resistance, developed power, traction in electromagnets consisting of coils 8 with cores 9, stiffness of loops 7 of wire 5 for bending tension, axial clearance 10 between the inner ends of the cores 9 and etc. - are selected in such a way as to ensure the necessary heating of the wire 5, the specified tensile value (relative to the increase in width) of the loops 7 of the wire 5, periodic collisions of the inner ends of the cores 9 with a given intensity. The simultaneous effect of all of the above effects (factors) ensures the effective rupture of icicles 1 on loops 7, their crushing into small parts and dropping down to ground from loops 7 of wire 5. When using a DC generator in periodic pulsed modes, the parameters of the electrical signal should be adjusted experimentally without changes in the design of the electromechanical parameters of the device.

Устройство характеризуется предельной простотой, надежностью, полностью исключает применение специальных элементов и узлов. По сравнению с устройством-прототипом частота и амплитуда воздействующих импульсов здесь может варьироваться в широких пределах и не зависит соответственно от времени нагрева элементов с термомеханической памятью формы до температурных порогов их срабатывания, физических характеристик этих элементов и величины их относительных деформации при переходе их в новое устойчивое состояние в результате релейного срабатывания. Наложение ударных импульсов при соударениях сердечников на температурное воздействие и разрывающие воздействия петель провода обеспечивают резкое повышение производительности процесса разрушения и сброса сосулек.The device is characterized by extreme simplicity, reliability, completely eliminates the use of special elements and assemblies. Compared with the prototype device, the frequency and amplitude of the acting pulses here can vary widely and does not depend on the time of heating of the elements with thermomechanical shape memory to the temperature thresholds of their operation, the physical characteristics of these elements and the magnitude of their relative deformations when they transition to a new stable status as a result of relay operation. The application of shock pulses during the collisions of the cores on the temperature effect and the tearing effects of the wire loops provide a sharp increase in the productivity of the process of destruction and discharge of icicles.

Claims

A device for removing icicles from the roof of a building, containing an elastic insulated steel wire connected at the ends to an electric signal source, fixed directly along the edge of the roof and having sections curved after a certain walking distance with the formation of narrow loops vertically hanging downwards, characterized in that in periodically executed the gaps between the above curved sections of the wire is wound in the form of coaxial cylindrical coils, each of which is equipped with freely entered into it is on both sides by ferromagnetic cores, while the inner ends of the cores are placed in the middle part of the coil with the formation of an axial gap between them, which ensures the impact interaction of the cores when an electrical signal is supplied to the coil, and the outer ends protrude beyond the coil and are rigidly connected to the ends adjacent to the coil curved loop sections of wire.