Способ формирования поверхностного слоя массива льда (варианты)

Способ формирования поверхностного слоя массива льда (варианты)

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к технологиям создания поверхностного слоя массива льда на спортивных площадках в закрытых помещениях для тренировочно-соревновательного процесса по нескольким видам зимнего спорта: конькобежному, фигурному катанию, хоккею с мячом и с шайбой, керлингу и других.

Уровень техники

Каждый вид спорта предъявляет разные требования к физико-механическим параметрам льда и климатическим параметрам арены, оказывает разную нагрузку на ледовый массив и требует, соответственно, разных подходов к технологии создания массива льда и климата на арене, а также поддержания оптимальных физических свойств поверхности льда.

В настоящее время известны способы формирования или создания поверхностного слоя массива льда: SU 794343 (опубл. 07.01.1981), SU 1796650 (опубл. 23.02.1993). В данных способах предлагается использовать различные добавки и примеси в поверхностном слое массива льда. При кристаллизации воды, содержащей примеси, происходит постепенное вытеснение примесей из кристаллической решетки льда на его поверхность, а при дальнейшем понижении температуры льда пленка выделившихся примесей отвердевает и создает своего рода абразивный эффект, что увеличивает коэффициент трения конька по льду.

Также известно множество способов формирования поверхностного слоя массива льда, в которых предлагается использовать различные полимеры, обеспечивая тем самым улучшенные характеристики по скольжению на данном льду: SU 1242505 (опубл. 07.07.1986), SU 1483210 (опубл. 30.05.1989), SU 1649218 (опубл. 15.05.1991), RU 2293933 (опубл. 20.02.2007), RU 2310142 (опубл. 10.11.2007), RU 2335707 (опубл. 10.10.2008), RU 2364807 (опубл. 20.08.2009) и другие. Однако на практике помимо упомянутых в данных патентах веществ в поверхностный слой массива льда попадают также различные вещества (например, органические), являющиеся побочным продуктом при формировании упомянутого поверхностного слоя массива льда. Так, например, при формировании поверхностного слоя массива льда при помощи льдоуборочного комбайна, который имеет двигатель внутреннего сгорания, появляются выхлопные газы, содержащие множество веществ, которые также оседают на формируемый поверхностный слой массива льда. Вследствие чего на ледовой поверхности происходит появление различных неровностей и дефектов в виде продольных наплывов (муара) или регулярного разветвленного рельефа.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является исключение недостатков указанных выше аналогов и для выравнивания (для исправления визуальных и качественных показателей льда) поверхности льда при попадании на поверхность льда органических соединений и корректировки влияния модифицируемых добавок с одновременным обеспечением необходимых для конкретных видов спорта свойств льда.

Эта задача с достижением указанного технического результата решается способом формирования поверхностного слоя массива льда по настоящему изобретению. Способ заключается в том, что при формировании поверхностного слоя массива льда используют воду, умягченную в ионообменном фильтре, при этом после намораживания упомянутого поверхностного слоя массива льда температура поверхности массива льда находится в пределах от -3 до -7°С.

Дополнительная особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что используют воду, умягченную в ионообменном фильтре, с температурой, выбранной из интервала: от +10 до +70°.

Эта задача с достижением указанного технического результата также решается способом формирования поверхностного слоя массива льда по настоящему изобретению. Способ заключается в том, что при формировании поверхностного слоя массива льда используют смесь воды, состоящей из воды, умягченной в ионообменном фильтре, и воды, деионизированной в мембранном фильтре обратного осмоса, при этом доля упомянутой воды, умягченной в ионообменном фильтре, составляет не менее 25% от всего объема упомянутой смеси воды, а температура поверхности массива льда после намораживания упомянутого поверхностного слоя массива льда находится в пределах от -3 до -7°С.

Еще одна дополнительная особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что используют воду, умягченную в ионообменном фильтре, и воду, деионизированную в мембранном фильтре обратного осмоса, с температурой, выбранной из интервала: от +10 до +70°.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления

Плита, на которую заливают и намораживают массив льда (или бетонная плита, служащая подложкой для ледяного массива), - сложное инженерное сооружение. Она имеет общую площадь намораживания порядка 10500 м² и состоит из двух основных зон - конькобежной дорожки (5800 м²) и центральной части (4700 м²). В свою очередь зона конькобежной дорожки делится на 4 подзоны (2 виража и 2 прямые), центральная зона делится на 6 подзон (площадка для хоккея с шайбой, керлинг, трехзонная детская беговая, вираж для конькобежцев). При этом плита должна иметь режимы холодоснабжения всех основных зон и подзон с регулированием температурных режимов, что позволит одновременно проводить тренировки и другие мероприятия по различным видам спорта.

В процессе эксплуатации плита может испытывать значительные разнонаправленные физические нагрузки. Например, при заливке массива происходит охлаждение плиты фактически более чем на 30 градусов (например, с +20°С до -14°С). При этом линейные размеры плиты могут уменьшаться на 5-8 сантиметров. Во избежание разрушения плиты под ней предусмотрен скользящий слой, плита не является монолитной, а имеет зоны компенсации и температурные швы. При каждом цикле намораживания льда, даже при соблюдении всех технологических параметров, возникают объективные причины для неконтролируемого растрескивания льда из-за накопления локальных и региональных напряжений в создаваемом ледяном массиве, обусловленных большой разницей коэффициентов линейного расширения бетона и льда (для бетона 10·10^-6град^-1, для льда 50·10^-6град^-1).

Кроме того, поверхность данной бетонной плиты имеет свои геодезические особенности, а именно наличие рельефа поверхности, т.е. отклонений от нулевой отметки горизонта, что обуславливает латеральную неоднородность поля напряжения в ледовом массиве. Имеющийся рельеф поверхности плиты приводит к формированию массива льда с меняющейся по площади толщиной и температурой на поверхности льда.

Подбором температурных показателей плиты, льда и воды для заливки, химического состава воды, выдерживанием определенных временных параметров удается максимально предотвратить процесс растрескивания льда.

Массив спортивного льда - это замороженная вода высокой степени очистки объемом приблизительно 400 м³. Для подготовки такой воды необходимо оборудование многоступенчатой очистки, включающей механическую фильтрацию (4 стадии), очистку в угольном фильтре, умягчение (ионный обмен), полное обессоливание (деионизация) в мембранном фильтре обратного осмоса, биологическую стерилизацию и термическую обработку (нагрев и охлаждение).

При этом применяют воду той или иной степени очистки для заливки льда под разные виды спорта. При кристаллизации воды, содержащей примеси, происходит постепенное вытеснение примесей из кристаллической решетки льда на его поверхность. При дальнейшем понижении температуры льда пленка выделившихся солей отвердевает и создает своего рода абразивный эффект, что увеличивает коэффициент трения конька по льду. Так, при заливке льда водой», прошедшей обратноосмотическую очистку, коэффициент трения льда находится в диапазоне 0,017-0,020, а при применении необессоленной воды коэффициент трения возрастает до 0,020-0,025.

Характеристики воды различной степени очистки, применяемой для заливки льда, приведены в табл.1.

Таблица 1
Характеристики воды	Исходная вода	Умягченная вода	Деионизированная вода
Электропроводность, мкС/см	380-420	360-400	2-5
Жесткость, мг-экв/л (dH)	3,8-5,4 (10,7-15,0)	0,1-0,3 (0,3-0,8)	0,05-0,08 (0,15-0,25)
Железо общее, мг/л	0,03-0,10	0,02-0,03	0,01-0,02
Железо 2-валентное, мг/л	0,02-0,05	0-0,02	0-0,01
Хлор общий, мг/л	0,3-0,9	0,01-0,03	0-0,02
Хлор свободный, мг/л	0,03-0,40	0-0,04	0-0,01
Сульфаты, мг/л	30-50	20-50	0
Сульфиды, мг/л	5-8	3-5	0
Азот аммонийный, мг/л	0,10-0,15	0,10-0,15	0
Фториды, мг/л	0,2-0,3	0-0,1	0

Помимо основных физических параметров арены на показатели льда и его качество влияет множество других факторов:

- частота заливок льда (в соревновательный период через 30-40 минут);

- толщина массива льда;

- температура воды для заливки льда;

- степень освещенности ледовой арены;

- количество спортсменов, находящихся на льду, и интенсивность их движений, влияющая на циркуляцию воздуха надо льдом;

- скорость льдоуборочного комбайна и глубина подрезки льда (от 0,1 до 0,6 мм);

- особенности управления комбайном разными водителями;

- чистота полотенца и качество заточки и регулировки ножа льдоуборочного комбайна;

- наличие утечек нефтепродуктов из двигателей и гидроузлов льдоуборочных комбайнов и другие органические загрязнения (например, выхлопные газы).

Поэтому получение льда требуемого качества очень сложная техническая задача, требующая всестороннего учета всех вышеуказанных факторов, оптимального и рационального управления инженерными системами и координированного взаимодействия всех подразделений комплекса, связанных с технологическим процессом.

Способ формирования поверхностного слоя массива льда для обеспечения выравнивания поверхности льда при попадании на поверхность льда органических соединений и корректировки влияния модифицируемых добавок, а также исправления визуальных и качественных показателей льда заключается в следующем. На массиве льда формируют поверхностный слой, используя воду, умягченную в ионообменном фильтре. Формирование поверхностного слоя обычно осуществляется льдоуборочным комбайном, но также возможна и ручная заливка из шланга.

Упомянутая вода, подаваемая на заливку, имеет температуру в интервале: для шланговой заливки - от +10°С до +45°С, для машинной подливки -от +40°С до +70°С. Интервал для шланговой заливки (или ручной заливки из шланга) выбран, исходя из того, что при температуре выше, чем +45°С, шланг сложно удерживать в руках (он становится горячим) и при этом шланг, лежащий уже на сформированном льду, начинает его протапливать, а при температуре ниже +10°С не происходит протапливания инея (конденсата) и микротрещин, образовавшихся на поверхности массива льда, что в дальнейшем приводит к появлению завоздушенности массива льда и увеличению в нем дефектов.

Интервал для машинной подливки (или заливки) объясняется с одной стороны возможностью перекрытия интервала, когда уже нельзя использовать шланговую заливку (будет протапливаться лед лежащими на нем шлангами), а с другой стороны - конструктивными особенностями самого льдоуборочного комбайна (помпа, подающая воду, не рассчитана на температуры, превышающие +70°С).

Обеспечение исправления визуальных и качественных показателей льда проявляется при поддержании температуры поверхности массива льда в пределах от -3 до -7°С. Для достижения упомянутого интервала температур необходимо, чтобы плита, на которой сформирован упомянутый массив льда, имела температуру, выбранную из интервала от -8 до -12°С, соответственно. При этом температуру хладоносителя, циркулирующего в упомянутой плите, выбирают из интервала от -10 до -14°С.

Также для обеспечения выравнивания поверхности льда при попадании на поверхность льда органических соединений и корректировки влияния модифицируемых добавок, а также исправления визуальных и качественных показателей льда используют смесь воды, состоящей из воды, умягченной в ионообменном фильтре, и воды, деионизированной в мембранном фильтре обратного осмоса, при этом доля упомянутой воды, умягченной в ионообменном фильтре, составляет не менее 25% от всего объема упомянутой смеси воды.

Применение воды, умягченной в ионообменном фильтре, устраняет негативное влияние малого количества органических веществ на поверхность льда. Соли, содержащиеся в воде, умягченной в ионообменном фильтре, при застывании слоя льда выступают на поверхность в виде тонкого слоя концентрированного раствора, типа рассола, точка замерзания которого находится значительно ниже точки замерзания обессоленной (воды, умягченной в ионообменном фильтре) чистой воды. При застывании упомянутого рассола не происходит образования неровностей, характерных при наличии малого количества органических веществ. Этот тонкий поверхностный слой рассола вбирает в себя остатки органических веществ, которые также вытесняются к поверхности, и полностью устраняет их негативное влияние.

Описанный выше эффект выравнивания поверхности льда при попадании на поверхность льда органических соединений, когда доля упомянутой воды, умягченной в ионообменном фильтре, составляет не менее 25% от всего объема упомянутой смеси воды, не наблюдается.

Хотя в данном описании указаны конкретные значения отдельных параметров, все они являются лишь иллюстративными, а не ограничивающими объем настоящего изобретения, который определяется только прилагаемой формулой изобретения.

1. Способ формирования поверхностного слоя массива льда, заключающийся в том, что при формировании поверхностного слоя массива льда используют воду, умягченную в ионообменном фильтре, при этом после намораживания упомянутого поверхностного слоя массива льда температура поверхности массива льда находится в пределах от -3 до -7°С.

2. Способ по п.1, в котором используют воду, умягченную в ионообменном фильтре, с температурой, выбранной из интервала от 10 до 70°С.

3. Способ формирования поверхностного слоя массива льда, заключающийся в том, что при формировании поверхностного слоя массива льда используют смесь воды, состоящей из воды, умягченной в ионообменном фильтре, и воды, деионизированной в мембранном фильтре обратного осмоса, при этом доля упомянутой воды, умягченной в ионообменном фильтре, составляет не менее 25% от всего объема упомянутой смеси воды, а температура поверхности массива льда после намораживания упомянутого поверхностного слоя массива льда находится в пределах от -3 до -7°С.

4. Способ по п.3, в котором используют воду, умягченную в ионообменном фильтре, и воду, деионизированную в мембранном фильтре обратного осмоса, с температурой, выбранной из интервала от 10 до 70°С.