Способ производства быстрого льда - RU2274810C1
Код документа: RU2274810C1
Описание
Изобретение относится к созданию искусственного льда и может быть использовано в спорте и строительстве при создании искусственных катков и конькобежных дорожек.
Известен способ создания ледяного поля катка путем послойного намораживания воды, в котором перед намораживанием второго слоя льда вносят красящую добавку, а в качестве добавки используют смесь извести и синего пигмента, при этом смесь растворяют в воде в соотношении 2÷3 кг извести и 3×10-3÷ 5×10-3 кг сухого пигмента на 10 л воды, а расход полученного раствора составляет 0,5÷0.75 л на 1 м2 поверхности льда (1).
Недостатком данного способа создания ледяного поля катка является то, что любые примеси (механические и химические) в течение длительного времени диффундируют на поверхность и снижают тем самым скоростные свойства льда, т.е. ухудшаются условия скольжения.
Известен способ получения льда путем замораживания воды, в котором с целью улучшения условий скольжения по его поверхности перед замораживанием в воду вводят высокомолекулярный линейный полимер в количестве от 10-6 до 10-2 вес.%, а в качестве полимера используют окись полиэтилена(2).
Недостатком данного способа получения льда является то, что введение любой инородной примеси в массив льда вносит ориентационные дефекты в кристаллическую решетку льда и, таким образом, снижает его прочность и твердость.
Известен способ получения искусственного льда, принятый за прототип, который включает приготовление водного раствора полимера - поливинилового спирта и его замораживание, причем раствор содержит поливиниловый спирт в концентрации 0,5÷ 7,0 мас.%, а замораживание раствора осуществляют при температуре от -10°С до -60°С, а полученный лед выдерживают при температуре от -2,5°С до - 6,5°С в течение 5÷7 суток (3).
К недостаткам данного способа получения искусственного льда можно отнести следующие моменты:
1) любые примеси, вводимые в массив льда, уменьшают его твердость, а по мере вытеснения их на поверхность снижают его скоростные свойства;
2) выдерживание полученного льда при температуре от -2, 5° до -6,5° С не позволяет устранить микротрещины и другие локальные нарушения целостности льда, которые могут возникнуть при намораживании льда на больших площадях.
Задачей заявляемого изобретения является разработка и создание технологии получения льда, характеризуемого минимальной силой сопротивления скольжению конька по льду, т.е. такого льда, который обладал бы одновременно повышенной твердостью и низким коэффициентом трения (высокими скоростными свойствами), т.е. улучшенными условиями скольжения по его поверхности.
Технический результат заключается в получении двухслойного льда, один слой которого (нижний) обладает повышенной твердостью и по структуре близкий к монокристаллическому льду для предотвращения глубокого проникновения лезвия конька в лед, а другой (верхний) слой толщиной не более 0,5 мм - мягкий (дефектный) лед со специальными ингредиентами для улучшения условий скольжения.
Технический результат достигается тем, что заявленный способ, использующий намораживание льда и выдерживание его при определенной температуре в течение определенного времени, отличается тем, что:
1) осуществляют предварительную обработку бетонной технологической плиты перед намораживанием льда с применением специальных моющих средств (с целью повышения прочности и морозостойкости бетонной технологической плиты);
2) с целью предотвращения разрушения конструкции бетонной технологической плиты производят охлаждение ее в диапазоне температур от 0°С до -3°С со снижением скорости, не превышающей 0,5°С в час.
3) осуществляют намораживание нижнего слоя, для чего вначале выполняют ручную многослойную заливку бетонной технологической плиты с использованием шлангов (без распыления) через специальные, например металлические, насадки. При этом температура используемой воды постепенно повышается от +10°С до +50° С, причем расстояние насадки до поверхности бетонной технологической плиты во избежание дополнительной аэрации воды должно быть предельно минимизировано, находясь в интервале от 0 до 5 см.
Применяемая для данной заливки вода проходит систему очистки путем пропускания ее через массовый фильтр и активированный уголь, а также проходит глубокую деаэрацию.
Выполняют периодически не реже одного раза в 1 час замеры температуры поверхности льда, которая должна поддерживаться в интервале от -4°С до -5°С.
Перед следующим этапом намораживания для снятия температурных напряжений в намороженном слое льда выполняют последовательно следующие операции:
- заливку теплой водой с использованием шлангов, очищенной вышеописанным способом, температурой от +45°С до +55°С толщиной каждого слоя 2,0÷2,5 мм;
- глубокое машинное строгание льда на глубину 1,0÷ 2,0 мм.
Последующее нанесение воды осуществляют вручную, заливкой льда водой шлангами температурой от +45°С до +55°С, прошедшей систему очистки путем пропускания ее через массовый фильтр и активированный уголь, а также глубокую деаэрацию с включением системы обратного осмоса. При этом достигнутая толщина льда лежит в пределах 22÷26 мм.
Для достижения требуемой конечной толщины льда (превышающей достигнутую) наносят шланговой заливкой льда несколько дополнительных слоев, например 3-6, толщиной каждого слоя 2,0÷2, 5 мм с последующим машинным строганием на глубину 1,0÷2,0 мм.
4) производят «отжиг» полученного массива льда, для чего осуществляют следующие действия:
- выключение холодильных машин без отключения циркуляционных насосов на время достижения ледовой поверхностью температуры (0÷+ 0,5)°С;
- выдерживание ледовой поверхности при данной температуре от 8 часов до 24 часов.
В случае увеличения температуры льда необходимо включать холодильные машины с целью термостатирования льда в диапазоне температур (0÷+0,5)°С.
5) выполняют операции уплотнения льда, осуществляя следующие действия:
- после 6÷8 часов выдерживания льда при температуре «отжига» параллельно производят механическое воздействие с целью уплотнения льда.
При этом в качестве средства уплотнения льда применяют ручной каток, либо механическое транспортное средство с широким и гладким протектором шин, либо приспособление, например металлическое, с гладкой плоской чистой поверхностью. При этом удельная нагрузка на лед должна находиться в интервале от 15 до 20 ата или от 1,5 до 2,0 МПа. Эта нагрузка идентична локальному воздействию на лед конька спортсмена (конькобежца) различного веса.
Процессы «отжига» и уплотнения льда позволяют произвести его искусственное «старение», т.е. придать его структуре большую твердость, снять накопленные в процессе заливки ориентационные дефекты кристаллической решетки и «выдавить» на поверхность образовавшиеся в нем газовые включения.
6) подготавливают лед для нанесения верхнего слоя для чего необходимо:
- выполнить плавное понижение температуры хладоносителя со скоростью не выше 0,5°С в час, доведя температуру поверхности льда до - 5°С;
- выполнить машинное строгание ледовой поверхности на глубину 1, 0÷2,0 мм (после операций «отжига» и уплотнения льда).
Выполнить тонкослойную машинную заливку ледовой поверхности, доведя ее толщину до требуемой величины, например до 35÷37 мм, для проведения соревнований по конькобежному спорту международного уровня. Температура воды заливки от +45°С до +55°С.
Применяемая для данной заливки вода проходит систему очистки путем пропускания ее через массовый фильтр и активированный уголь, а также проходит глубокую деаэрацию с включением системы обратного осмоса.
7) наносят верхний слой льда.
Непосредственно перед использованием льда выполняют понижение его температуры до -6°С, а затем осуществляют тонкослойную подрезку и заливку мягкого (дефектного) слоя льда с помощью льдоуборочных машин. Толщина срезаемого и вновь наращиваемого слоя лежит в пределах 0,2÷0,5 мм. Температура заливаемой в льдоуборочную машину воды в пределах от +45°С до +55°С.
Пример реализации заявленного способа.
В качестве примера приведем технологическую карту поэтапного намораживания искусственного ледового покрытия с проведением промежуточных мероприятий по физическим и химическим воздействиям на лед с целью увеличения его твердости и получения заданной кристаллической структуры.
Технологическая карта намораживания искусственного ледового покрытия на охлаждаемую бетонную поверхность конькобежной дорожки рассчитана на выполнение технологического процесса за 100 часов непрерывной работы при условии подготовленности к выполнению процесса со стороны всех инженерных и технологических служб крытого конькобежного центра в Крылатском (ККЦ) при подготовке его к чемпионату мира 2005 г.
I этап. Обработка бетонной технологической плиты.
Процессу намораживания искусственного ледового покрытия предшествует тщательная обработка бетонной технологической плиты.
Обработка бетонной поверхности выполняется с помощью специальных моющих средств, таких как, например, моющего средства «Феррит" - очищающего раствора на основе эмульсии ОДА (0,1 мг/л), позволяющих убрать с поверхности не только механические посторонние частицы, но и выделяющиеся в первый год эксплуатации из бетонного монолита химические присадки, вводимые в бетонную смесь в процессе ее приготовления и позволяющие увеличить прочность и морозостойкость бетонной охлаждаемой технологической плиты.
II этап. Охлаждение бетонной технологической плиты
Охлаждение бетонной технологической плиты осуществляют от начальной температуры хладоносителя и бетонной поверхности охлаждаемой технологической плиты +18°С до достижения температуры бетона в центре охлаждаемой технологической плиты значения +5° С.
При достижении температуры охлаждаемой технологической плиты значения +5°С дальнейшее понижение температуры хладоносителя выполнять до достижения температуры бетона в центре охлаждаемой технологической плиты значения 0°С.
При достижении температуры охлаждаемой технологической плиты значения минус 3°С выполнить укладку с примораживанием кромочных канатов.
На всех вышеуказанных этапах понижение температуры хладоносителя выполнять со скоростью не более 0,5°С в час.
III этап. Намораживание нижнего слоя.
Вначале выполняют ручную многослойную заливку бетонной технологической плиты с использованием шлангов (без распыления) через металлические насадки. При этом температура используемой воды постепенно повышается от +10°С до +50°С, причем расстояние насадки до поверхности бетонной технологической плиты во избежание дополнительной аэрации воды выбрано равным 3 см.
При этом применяемая для данной заливки вода проходит систему очистки путем пропускания ее через массовый фильтр и активированный уголь, а также проходит глубокую деаэрацию.
Выполняют периодически не реже одного раза в 1 час замеры температуры поверхности льда, которая должна находиться в интервале от -4°С до -5°С.
Перед следующим этапом намораживания для снятия температурных напряжений в намороженном слое льда выполняют последовательно следующие операции:
- шланговую заливку вручную теплой водой температурой +50°С толщиной каждого слоя 2,0 мм;
- первое глубокое машинное строгание льда на глубину 1,0 мм.
Последующее нанесение воды осуществляется вручную, шланговой заливкой льда водой, проходящей систему очистки путем пропускания ее через массовый фильтр и активированный уголь, и одновременно глубокую деаэрацию с включением системы обратного осмоса. При этом достигнутая толщина льда составляет 25 мм.
Выполняют заливку льда с использованием шлангов в 4 слоя толщиной каждого слоя 2,0 мм с последующим машинным строганием на глубину 1,0 мм.
IV этап. «Отжиг» и уплотнение льда.
Для выполнения операции «отжига» осуществить следующие действия:
- выключение холодильных машин без отключения циркуляционных насосов до времени достижения ледовой поверхности температуры (0÷+0,5)°С;
- выдерживание ледовой поверхности при данной температуре до 24 часов.
В случае увеличения температуры льда необходимо включать холодильные машины с целью термостатирования льда в диапазоне температур (0÷+0,5)°С.
Для выполнения операции уплотнения льда осуществить следующие действия:
- по прошествии 8 часов выдерживания льда при температуре «отжига» начинают процесс механического воздействия с целью уплотнения льда. Причем в качестве средства уплотнения льда применяют ручной каток, либо механическое транспортное средство с широким и гладким протектором шин, либо металлическое приспособление с гладкой чистой поверхностью. При этом удельная нагрузка на лед задана равной 18 ата или 1,8 МПа. Эта нагрузка идентична локальному воздействию на лед конька спортсмена (конькобежца) среднестатистического веса.
V этап. Подготовка льда для нанесения верхнего слоя.
Выполнить плавное понижение температуры хладоносителя со скоростью не выше 0,5°С в час и довести температуру поверхности льда до -5°С.
Выполнить машинное строгание ледовой поверхности на глубину 1,0 мм.
Выполнить тонкослойную машинную заливку ледовой поверхности, доведя ее толщину до 37 мм. При этом температура заливаемой воды равна +50°С.
Применяемая для данной заливки вода проходит систему очистки путем пропускания ее через массовый фильтр и активированный уголь, а также проходит глубокую деаэрацию, с включением системы обратного осмоса.
VI этап. Нанесение верхнего слоя льда.
Непосредственно перед использованием льда выполнять понижение его температуры до -6°С, после чего осуществить тонкослойную подрезку и заливку мягкого (дефектного) верхнего слоя льда с помощью льдоуборочных машин. Толщина срезаемого и вновь наращиваемого слоя равна 0,35 мм. Температура заливаемой в бак льдоуборочной машины воды равна +50°С.
Реферат
Способ производства льда, включающий намораживание льда и выдерживание его при определенной температуре в течение заданного времени, перед намораживанием льда на бетонную плиту осуществляют ее предварительную обработку с применением моющих и очищающих средств, затем производят охлаждение бетонной плиты в диапазоне температур от 0°С до минус 3°С со скоростью не выше 0,5°С в час, а намораживание льда осуществляют в два слоя, причем вначале намораживают нижний слой, а затем - верхний, при этом при намораживании нижнего слоя вначале выполняют ручную многослойную заливку без распыления с постепенным повышением температуры используемой воды от +10°С до +50°С, а применяемую для заливки воду подвергают предварительной очистке и глубокой деаэрации, а затем выполняют многослойную заливку водой шлангами с температурой от +45°С до +55°С, после чего выполняют глубокое машинное строгание на глубину 1,0-2,0 мм, затем намораживание льда осуществляют заливкой льда водой шлангами, прошедшей систему очистки, глубокую деаэрацию и систему обратного осмоса, после чего осущестляют выключение холодильных машин без отключения циркуляционных насосов на время достижения ледовой поверхностью температуры (0÷+0,5)°С и выдерживают ледовую поверхность при данной температуре от 8 до 24 часов, а при отклонении температуры льда от температуры (0÷+0,5)°С осуществляют термостатирование льда в диапазоне (0÷+0,5)°С, затем параллельно производят уплотнение льда, после выдерживания его определенное время при температуре (0÷+0,5)°С с помощью средств уплотнения, после чего перед нанесением верхнего слоя льда производят его подготовку путем плавного понижения температуры хладоносителя со скоростью не выше 0,5°С в час, доводя ее до величины минус 5°С и выполняя машинное строгание ледовой поверхности на глубину 1,0-2,0 мм, затем производят машинную заливку поверхности льда водой с температурой от +45°С до +55°С, доводя толщину льда до требуемой величины, после чего наносят верхний слой льда непосредственно перед его использованием, вначале понижая его температуру до минус 6°С, а затем осуществляют тонкослойную подрезку и заливку мягкого слоя льда с помощью льдоуборочных машин. Использование заявленного способа позволяет получить лед, имеющий минимальную силу сопротивления скольжению конька по льду, который обладает повышенной твердостью и низким коэффициентом трения. 10 з.п. ф-лы.
