УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ОБРАЗЦОВ ЛЬДА В СКВАЖИНЕ ЛЕДЯНОГО ПОКРОВА Российский патент 1997 года по МПК F25C1/02 G01N3/02 

Изобретение предназначено для приготовления образцов льда при испытании на прочность в полевых и лабораторных условиях. Изобретение может быть использовано в ледотехнике и в гидрометеорологии.

Аналогом является изобретение по авт. свид.N 1310680, кл. G 01 N 3/10, 1987. Устройство состоит из цилиндрического металлического сосуда, разделенного стенкой с круглым отверстием на две емкости. В нижнюю емкость заливают воду, а верхняя служит для приема осколков льда. В стенке с круглым отверстием намораживают образец льда и разрушают его, создавая давление жидкости в сосуде. Недостатки аналога следующие:
намораживание образца льда в круглом отверстии емкости устройства осуществляют при температуре окружающего воздуха и ускорение намораживания путем охлаждения не предусматривается;
толщина образца льда определяется приближенно, по формуле;
стенка с круглым отверстием неподвижна, поэтому образец льда испытывают только в емкости;
Прототипом предлагаемого изобретения служит устройство по авт.свид. N 1464016, кл. Al, F 25 C 1/02, G 01 N 3/02, 1989. Это устройство предназначено для приготовления образцов льда в скважине ледяного покрова и испытания их на прочность.

Оно снабжено опорной частью с отверстием по центру для ввода, например, стержня со штампом при испытании образцов, и отверстиями для крепления трубки подачи воздуха под пластину льда в скважине ледяного покрова, а также отверстиями для двух вертикальных трубок подвода наружного воздуха к трубчатым кольцам и отвода его. Ускорение намораживания путем охлаждения воды в кольцах для образования образца льда, происходит по внутреннему периметру кольца. Такая система охлаждения воды в кольце препятствует равномерному намораживанию льда, так как вокруг кольца лед будет намораживаться быстрее, чем в центре.

Недостатком устройства является и то, что оно не имеет средств подъема колец с образцами для испытания их в лабораторных условиях.

Кроме того, устройство не имеет регулятора толщины слоя льда и эта величина носит случайный характер.

Целью предлагаемого изобретения является ускорение намораживания льда в кольце в скважине ледяного покрова. Указанная цель достигается тем, что устройство снабжено ветровым охладителем в виде закрепленной к опорной части перевернутой полой усеченной пирамиды, нижний срез которой обращен к поверхности образца льда, при этом опорная часть выполнена со скобами для подъема кольца с образцом льда из скважины.

Кроме того, к скошенной боковой наружной поверхности кольца закреплен сложенный вдвое слой полимерной пленки, изгиб которой находится в воде, а свободные концы на воздухе.

Кроме того, в наружной боковой части кольца выполнен паз, в котором размещен регулятор толщины образца льда в виде V-образной прозрачной трубки, короткая часть которой заполнена водой, а длинная незамерзающей жидкостью, на поверхности которой размещен поплавок с электрическим контактом и проводом, причем верх трубки закрыт металлической крышкой с проводом и отверстием для воздуха, снабженной металлическим винтом, имеющим в нижней части контакт, а провода от крышки и от поплавка подведены к сигнализатору.

Ветровой охладитель с металлическими направляющими, закрепленными по периметру наружной поверхности перевернутой полой усеченной пирамиды, способствует ускорению намораживания образца льда в скважине ледяного покрова. Для облегчения подъема кольца с образцом льда из скважины ледяного покрова и последующего испытания образца в лабораторных условиях, скошенная боковая поверхность кольца снабжена сложенный вдвое полимерной пленкой так, чтобы в полость между слоями пленки не попадала вода. С помощью регулятора толщины образца льда, размещенном в пазу кольца, устанавливается требуемая толщина намораживания слоя льда.

На фиг. 1 показан ветровой охладитель образца льда в кольце, поперечный разрез А-А на фиг. 2; на фиг.2 то же, вид сверху Б-Б и разрез В-В на фиг. 1; на фиг. 3 разрез регулятора толщины слоя льда.

Устройство для приготовления образцов льда в скважине ледяного покрова состоит из опорной части 1, на которой закреплен ветровой охладитель 2 (фиг. 1 и 2), в виде перевернутой полой усеченной пирамиды, к брусьям 3 четырьмя изогнутыми стержнями 4 одна часть которых является направляющими 5 и закреплена к ребрам усеченной пирамиды, а другая 6 с резьбой на конце к брусьям 3 опорной части 1, имеющей скобы 7. На гранях усеченной пирамиды закреплены четыре направляющих стержня 8. Поперек брусьев 3 свободно уложены две металлические пластины 9 с болтами 10, к концам которых закреплено кольцо 11 с образцом льда 12. Кольцо 11 имеет скошенную боковую наружную поверхность 13, к которой закреплена сложенная вдвое полимерная пленка 14, и паз 15 для размещения в нем регулятора 16 (фиг. 3) толщины образца льда 12, выполненного из V-образно изогнутой прозрачной трубки, в короткую часть 17 которой заливают воду, а в длинную часть 18 незамерзающую жидкость, например, керосин. На поверхности помещен поплавок 19 с электрическим контактом 20 и проводом 21. Верх длинной трубки 18 закрыт металлической крышкой 22 с отверстием для воздуха (на фиг. 3 не показано). Крышка 22 имеет металлический винт 23 с электрическим контактом 24 и проводом 25. Провода 21 и 25 подведены к сигнализатору 26, например, звуковому. Длинная часть 18 регулятора 16 имеет шкалу 27 для установки винта 23, крышки 22, на требуемую величину намораживания образца льда.

Приготовление образца льда для испытания его на прочность осуществляют следующим образом.

В ледяном покрове бурят скважину на поверхность воды в скважине опускают плавающее (например, из дерева) кольцо 11, с боковой сложенной вдвое полимерной пленкой 14. В паз 15 помещают регулятор 16, провода 21 и 25 закрепляют на поверхности ледяного покрова так, чтобы кольцо 11 находилось на воде в середине скважины. Сверху над скважиной на поверхность ледяного покрова укладывают опорную часть 1 с ветровым охладителем 2, изменяющим направление ветра под углом, вдоль направляющих стержней 5 и 8, на кольцо 11.

Эффект охлаждения будет зависеть от скорости ветра над ледовым покровом и от величины отрицательных температур воздуха. Например, если скорость ветра будет равна 11,0 м/с, а температура воздуха по термометру (-6,7^oC), то охлаждающая (эквивалентная) температура ветра будет равна (-26,1^oC,) благодаря этому образец льда 12, например, толщиной 1,0 см, будет наморожен в кольце 11 за 0,5 часа, вместо 2,0 часов при температуре (-6,7^oC<) без ветра. (См. Долин П. А. Справочник по технике безопасности. М. Энергоиздат, 1980. табл. 354, c. 765).

Время намораживания образца льда в кольце предварительно оценивают по формуле
τ = 790•h/t,
где h толщина льда, см; t температура, ^oC (см. аналог по авт.свид. N 1310680 A1).

Затем с помощью винта 23 устанавливают на шкале 27 регулятора 16 необходимую величину толщины намораживания образца льда в кольце.

После образования льда в кольце 11 к нему крепят болты 10, поэтому пластины 9 свободно уложены на брусья 3 опорной части 1. При срабатывании сигнализатора 26 опорную часть 1 за скобы 7 поднимают с кольцом 11 и образцом льда 12. Развернутую полимерную пленку 14 образуют, освобождая кольцо 11. Образец льда в кольце испытывают на прочность в лабораторных условиях. При необходимости образец льда может быть испытан на месте, то есть в скважине ледяного покрова без его подъема с кольцом.

Использование: в ледотехнике и в гидрометеорологии для приготовления образцов льда при испытании на прочность в полевых и лабораторных условиях. Устройство содержит опорную часть 6, на которой закреплен ветровой охладитель в виде перевернутой полой усеченной пирамиды к брусьям четырьмя изогнутыми стержнями, одна часть которых является направляющими и закреплена к ребрам усеченной пирамиды, а другая с резьбой - к брусьям опорной части, имеющей скобы для подъема кольца с образцом льда из скважины. К скошенной боковой наружной поверхности кольца закреплен сложный вдвое слой полимерной пленки, изгиб которой находится в воде, а свободные концы на воздухе. В пазу кольца размещен регулятор, с помощью которого регулируется толщина намораживания слоя льда. Регулятор выполнен в виде V-образной прозрачной трубки, в короткую часть заливают воду, а в длинную - незамерзающую жидкость, например, керосин, на поверхности которой помещен поплавок с электрическим контактом и проводом. Крышка, закрывающая длинную трубку, снабжена винтом с электрическим контактом и проводом, провода подведены к сигнализатору, например, звуковому. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для приготовления образцов льда в скважине ледяного покрова, содержащее опорную часть и кольцо, отличающееся тем, что устройство снабжено ветровым охладителем в виде закрепленной к опорной части перевернутой полой усеченной пирамиды, нижний срез которой обращен к поверхности образца льда, при этом опорная часть выполнена со скобами для подъема кольца с образцом льда из скважины. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что к скошенной боковой наружной поверхности кольца закреплен сложенный вдвое слой полимерной пленки, изгиб которой находится в воде, а свободные концы на воздухе. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что в наружной боковой части кольца выполнен паз, в котором размещен регулятор толщины образца льда в виде V-образной прозрачной трубки, короткая часть которой заполнена водой, а длинная незамерзающей жидкостью, на поверхности которой размещен поплавок с электрическим контактом и проводом, причем верх трубки закрыт металлической крышкой с проводом и отверстиями для воздуха, снабженной металлическим винтом, имеющим в нижней части контакт, а провода от крышки и от поплавка подведены к сигнализатору.