Способ намораживания ледовых покрытий

Способ намораживания ледовых покрытий

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Способ относится к области создания искусственного льда с применением в различных отраслях промышленности (пищевая, химическая, строительная и т.д.), а также для использования в строительстве ледяных покрытий площадок, катков, конькобежных дорожек, ледовых камер и складов (типа склада Крылова), ледовых переправ и зимников, плотин и т.п.

Широко известен способ замораживания слоя воды, налитой по поверхности льда или площадки при минусовой температуре воздуха. Воздействие отрицательной температуры, особенно в ночное время, приводит к замораживанию слоя льда, на который наливают следующую порцию воды и вновь замораживают. Принято называть такой лед искусственным, в противоположность льду на реках и озерах, замерзающему в естественных условиях.

Недостаток способа заключается в длительном времени замораживания слоя воды, особенно при небольшой отрицательной температуре воздуха (от 0°C до -15°C). Слой воды толщиной 50 мм требует многих часов выдержки (как правило, в ночное время) для своего замерзания в указанном интервале температур. Кроме того, образуются воздушные полости, такие же, какие мы видим осенью под тонкой корочкой льда при первых заморозках.

Известен патент США №4.440.520 от 8 августа 1980 г., в котором описаны способ и устройство для построения структуры льда дорог, при температуре ниже -45°F (по Фаренгейту, или по Цельсию -7,2°C). Изначально лед добывают, дробят и затем отсеивают всю «мелочь», т.е. частицы льда меньше чем 0,1 дюйма (2,5 мм). Оставшийся ледяной щебень распределяют по рабочей поверхности. Верхний слой щебня связывают путем распыления с подогревом воды во время одного или нескольких проходов.

Недостатки такого способа очевидны:

а) несмотря на то что замерзание такого слоя аналогичной толщины 50 мм происходит многократно быстрее (по нашим лабораторным данным - всего два часа против более чем десяти), поскольку в слое уже содержится 60-80% льда и вода замерзает в пространствах между кусочками льда, приходится затрачивать время и энергию на отсев мелочи, которая мешает проходу воды между гранулами при ее распылении;

б) другим серьезным недостатком данного способа является понижение прочности получаемого слоя по сравнению с монолитным слоем льда, замороженного из воды. При дроблении кусочки льда имеют в основном плоские либо слабокриволинейные грани, между которыми (при заливке гранул водой) удерживаются воздушные пузыри и прослойки. И чем выше скорость заливки, тем больше и большего размера воздушные каверны;

в) к недостаткам способа следует отнести и то обстоятельство, что при подаче воды в слой гранулы льда всплывают и образовавшаяся водяная прослойка существенно увеличивает время замерзания всей массы, поскольку процесс замерзании сплошного слоя воды проходит наиболее медленно. Поэтому приходится делать несколько проходов для связки щебня;

г) затраты энергии на подогрев воды для лучшего проникновения жидкости, поскольку теплая вода имеет меньшую вязкость и лучше проходит в зазорах между гранулами;

д) увеличение времени замерзания полотна в связи с подогревом всей массы лед-вода.

Подобный способ используется также при ремонтных работах в России: трещины в ледовых покрытиях стадионов шириной до 15 см заполняют колотым льдом [1, с.17], до 4-5 см - ледяной крошкой [2, п.3.51] и заливают водой. В таком случае замерзание проходит еще быстрее за счет холода стенок трещины.

Также известен патент США №4.544.304 от 03 октября 1983 г. Описан метод и аппарат для создания ледяного дорожного покрытия, в которых отличительной особенностью является циркуляция отработанной воды после орошения слоя щебеночного льда.

Недостатки такого способа аналогичны предыдущему патенту, кроме того, добавляется затрата энергии на перекачку циркулирующей воды.

Задачей данного изобретения является:

- устранение всплывания гранулированной массы;

- значительное сокращение времени замерзания слоя;

- устранение образования и задержки воздушных каверн.

Поставленная задача решается в следующей последовательности:

- насыпают слой овально-сферических гранул льда;

- образуют из этого слоя жесткий каркас путем полива гранул струйками воды, расстояние между которыми устанавливают меньше двух средних диаметров гранул, с температурой около 0°C и в количестве, достаточном для образования ледяных перемычек между гранулами и примерзания нижнего слоя гранул к подложке (лед водоема, реки, озера, поверхность площадки) за счет холода самих гранул и подложки;

- после выдержки 1-3 сек заливают в одностороннем направлении межгранульное пространство слоя водой со скоростью, не превышающей скорость всплывания пузырьков воздуха в воде;

- оставляют слой на холоде для достижения прочности, достаточной, чтобы выдержать вес пешехода.

Предлагаемый способ проиллюстрирован рисунками и фотографиями.

На фиг.1 показана для наглядности имитация движения струек подкрашенной воды, порциями которой поливали плоскую поверхность ледяных пластин. След струйки замерзал за счет холода ледяной пластины в течение 1-3 секунд, а сами капли, охлаждаясь при движении до нулевой температуры, не успевали скатиться до низа пластины и замерзали с остаточным объемом воды, который виден в виде темных точек в конце следа. Воду подавали с температурой ниже +1°C, и чем ближе была температура воды к нулю градусов Цельсия, тем быстрее вода замерзала и тем короче был след капли, что видно по крайней правой дорожке.

На фиг.2 показан столбик овально-сферических гранул, соответствующий высоте реального слоя намораживаемого льда, который смочен подкрашенной черным цветом водой в струйном режиме. Гранулы помещены в проволочный кондуктор, установленный на ледяной пластине. На правом столбике отчетливо видны в местах контакта гранул перемычки сцепления - диски жидкости, образованные капиллярными силами зазора. Они замерзают в течение 1-3 секунд и скрепляют гранулы в жесткий каркас. Между нижней гранулой и подложкой видна растекшаяся жидкость, которая при замерзании удерживает весь скелет от всплывания при заливке каркаса. По данным этих опытов определен удельный расход орошения жидкости при связывании скелета.

На фиг.3 показан вертикально расположенный слой гранул, примороженных между собой и к подложке подкрашенной жидкостью, поданной в одностороннем направлении. Видно, что межгранульное пространство слоя полностью заполнено жидкостью, а сами гранулы приморожены к подложке.

На фиг.4 показана схема заполнения водой межгранульного просранства насыпанного слоя гранул шириной b и толщиной s: 1 - вода реки, 2 - лед реки, 3 - снежный бурт, 4 - слой гранул (каркас), 5 - шланг автоцистерны или мотопомпы, 6 - направление движения воды, 7 - выход воздуха, 8 - подача струек воды для примораживания гранул между собой и к подложке.

Реализацию способа проводят в следующей последовательности.

Насыпают слой овально-сферических гранул и ограничивают его по краям буртами снега. Орошают слой водой с температурой 0…0,5°C и плотностью орошения от 0,1 до 5 дм³ на 1 см высоты слоя площадью 1 м². Гранулы образуют в течение 1-3 сек жесткий каркас.

Он не всплывает при последующей заливке водой межгранульного пространства и всего слоя целиком. Заливку ведут речной (или озерной) водой с температурой +0,1…5°C. Скорость подачи воды зависит от диаметра гранул. Диаметр образующихся пузырей газа для гранул 15 мм в диаметре равен максимально 6 мм. Скорость их подъема в воде в каркасе меньше 0,4 м/сек. Отсюда рассчитывают скорость подъема уровня воды.

После заливки дают выдержку на морозе при температуре -5°C и ниже, продолжительностью до 2-х часов, в течение которых межгранульная вода замерзает и каркас набирает прочность, способную выдержать вес оборудования.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Инструкция по проектированию, строительству и эксплуатации ледовых переправ (взамен ВСН 40-68). - М.: 1998. - 49 с.

2. Инструктивные указания по безопасной организации переправ на реках и водоемах, (второе издание) РД 34.03.221. Разработаны отделом техники безопасности Куйбышевского филиала института "Оргэнергострой". Составители В.З. Баум и Г.А. Евневич. Утверждены Отделом техники безопасности Министерства энергетики и электрификации СССР 18 октября 1967 г.; Президиумом ЦК профсоюза рабочих электростанций и электропромышленности, протокол №14 от 30 ноября 1967 г.

Способ замораживания ледовых покрытий, включающий орошение водой слоя гранулированного льда для смерзания каркаса, отличающийся тем, что гранулы слоя имеют овально-сферическую форму, после смерзания каркаса заполняют водой межгранульное пространство слоя, при этом вода для орошения имеет температуру 0…0,5°С в количестве 0,1…5 дм³ на 1 см высоты слоя площадью 1 м², а вода для заполнения каркаса имеет температуру 0,1…5°С и скорость подъема уровня меньше 0,4 м/с.