ЛЕДОРЕЗ ДОННЫЙ Российский патент 2000 года по МПК F25C5/00 

Устройство относится к области разработки льда за счет нагревания тел, находящихся в контакте с ним.

Известно устройство для проходки шахт в толще льда путем его плавления с использованием направленного вниз пламени, образующегося при сжигании жидкого топлива в форсунках или газов в газовых горелках. Образовавшаяся вода отбирается насосом и выбрасывается за пределы зоны плавления (SU 153727, 1963, E 21 D 3/00). Недостатком этого устройства является невысокая эффективность плавления льда вследствие низкого коэффициента использования тепловой энергии из-за летучести горячих газов и невозможность его практического использования для заготовки брусов льда размерами, превышающими несколько метров по ребру, и тем более для подрезки по дну.

Известен ледорез, содержащий подключаемый к источнику электрического тока нагревательный элемент, осуществляющий протаивание льда, который помещен в герметичную оболочку, соединенную с источником сжатого газа и вводимую в контакт с поверхностью льда при подаче в нее газа (SU 448290, 30.10.74, F 25 C 5/00). К недостаткам этого ледореза относится сложность при выплавлении горизонтальных проходок, непроизводительный нагрев воды, образующейся в рабочей зоне до ее выхода наверх, систематическое прерывание контакта рабочей части ледореза со льдом из-за постоянно образующийся прослойки воды у поверхности соприкосновения.

Заявленное изобретение направлено на решение технической задачи, заключающейся в том, чтобы сделать возможным и эффективным вырезание (выплавление) брусов льда по всему контуру и дну бруса в особенности.

Для достижения этого технического результата описываемый ледорез донный содержит корпус с нагревательным элементом, при этом корпус состоит из нерабочей части и рабочего органа, причем последний представляет собой четверть цилиндрической трубы, кривая поверхность которой вытянута по синусоиде по направлению резания и имеет канавки, причем ледорез снабжен системой подачи антифриза в зону резки льда, а нагревательный элемент повторяет форму рабочего органа. Ледорез может быть снабжен теплоизолятором и теплоотражателем. Он также может состоять из малых функционально самостоятельных ледорезов.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема работы ледореза донного (горизонтальная проходка), на фиг. 2 - проекция ледореза донного, на фиг. 3 - разрез по А-А на фиг. 2.

Ледорез донный содержит корпус, состоящий из нерабочей части 1 и рабочего органа 2. Последний представляет собой четверть цилиндрической трубы, кривая поверхность которой вытянута по синусоиде по направлению резания (на фиг. 2, 3 минимум - 3, максимум - 4). На эту поверхность нанесены канавки 5.

Ледорез содержит нагревательный элемент, который повторяет форму рабочего органа 2 (минимум 6 и максимум 7) и имеет держатель 8, который целесообразно выполнять из теплоизоляционного материала, теплоизолятор 9, теплоотражатель 10, штанги 11, систему подачи антифриза в зону резки льда, включающую трубопровод 12 с выпускным отверстием 13 и рабочий агент в виде антифриза 14, электропровода 15, источник энергии 16.

Нерабочая часть 1 ледореза несет функцию теплоизолятора - теплоотражателя и служит для упрочнения конструкции.

Сам "большой" ледорез может составляться из "малых" функционально самостоятельных ледорезов. Штанги 11 разборные и, скрепляясь между собой и с верхней частью корпуса, обеспечивают равномерное и горизонтальное движение ледореза во льду.

Такая конструкция рабочего органа 2 выбрана по следующим соображениям. Резание, а точнее подрезка бруса, отличается от резания по вертикали тем, что здесь появляется фактор силы тяжести. Брус может обломиться со всеми вытекающими из этого последствиями. Это обстоятельство вносит свои требования в конструкцию ледореза. Она должна обеспечить такие результаты проходки, которые позволяют осуществить беспрепятственный спуск бруса в воду, что будет возможным, если он не будет заново смерзаться с массивом льда.

На этом последнем перед сбрасыванием бруса в воду этапе проходки откачивать воду нецелесообразно, так как она играет в этом случае роль "полушки" для подрезания части бруса. И для того, чтобы она опять не замерзла, ледорез исполнен таким образом, что в обратной к направлению его движения (тыльной стороне) части по всей длине расположен трубопровод 12, через который поступает рабочий агент (антифриз 14) и, смешиваясь с водой, делает ее незамерзающей, а рабочий орган 2 ледореза как бы "боронует" нижнюю плоскость его разреза, превращая ее поверхность в V-образную синусоиду. Теперь, даже если брус осядет, он не будет смерзаться с массивом, так как этому будет препятствовать смесь воды с антифризом в бороздках и во много раз уменьшенная площадь контакта дна бруса с V-образной поверхностью массива. А это облегчит спуск бруса в воду, который начинается сразу же после завершения горизонтальной проходки и является важнейшей задачей, для решения которой предложена данная конструкция ледореза. Устройство - ледорез работает следующим образом. На айсберге или леднике выбирается место для разработки и производится разметка и оконтуривание будущих брусов льда. Затем устанавливается различное вспомогательное оборудование, расставляются по разметке ледорезы и штанги 11 (можно применить троса, канаты), включается источник энергии 16 (генератор электрического тока). Нагревание элемента приводит к нагреванию рабочего органа 2, а горизонтальное перемещение тележек на поверхности льдины приведет к движению в горизонтальном направлении прикрепленного к ним через шланги ледореза и погружению его в ледовый массив.

Повышение эффективности плавления льда достигается за счет уменьшения внутренних и внешних непроизводительных потерь тепловой энергии, увеличения площади рабочего органа и удельного давления его на поверхности льда. Технически задача решается: применением теплоизолятора и теплоотражателя внутри корпуса, использованием волнообразной (синусоидальной) формы рабочего органа 2 с повторяющим его конфигурацию по всей длине трубы нагревательным элементом; нанесением по спирали V-образных канавок (тоже синусоидальной формы), начинающихся в линии соприкосновения рабочего органа со льдом. Использование волнообразной (синусоидальной) формы поверхности рабочего органа значительно увеличивает его площадь при той же длине ледореза, позволяет нанести на поверхность массива бороздки, уменьшающие контакт дна бруса с массивом и аккумулирующие антифризную смесь.

Нагревательный элемент, повторяя синусоидальную форму рабочего органа, соответственно увеличивает свои размеры, а значит, свою мощность при постоянной длине ледореза, обеспечивает равномерный нагрев всех его участков, а следовательно, равномерное растапливание льда в рабочей зоне. Каждой конкретной модели ледореза с его заданной мощностью, скоростью проходки, размерами будут соответствовать свои собственные расчетные размеры синусоиды рабочего органа и конфигурации канавок, которые обеспечат плавление попадающего в них льда и ускорят отвод образующейся воды, а их количество и угол наклона к фронту движения сделает эти процессы одновременными и равномерными по всей рабочей зоне, снизят потери энергии на непроизводительный нагрев воды в рабочей зоне, увеличат удельное давление рабочего органа на лед и улучшат его контакт с ним, что в итоге даст повышение эффективности плавления льда.

Таким образом, синусоидальная форма рабочего органа 2, увеличивающая контактную поверхность со льдом в толще резания, и наносимые V-образные бороздки на поверхности массива, внутренняя теплоизоляция и теплоотражение, позволяющие снизить непроизводительные потери тепловой энергии, использование нагревательного элемента, повторяющего синусоидальную форму рабочего органа 2, канавки, ускоряющие отвод воды из рабочей зоны и соответственно уменьшающие потери тепловой энергии на ее нагрев, увеличивающие удельное давление рабочего органа на лед, и, как следствие всего этого, улучшающийся контакт рабочего органа со льдом, трубопровод 12 в тыльной части рабочего органа 2 с отверстиями 13, выводящими антифриз в зону разреза льда, тем самым способствующими предотвращению смерзания бруса с массивом, позволяют существенно повысить производительность.

Изобретение предназначено для выплавления брусов льда из ледовых массивов по всему контуру и по дну. Ледорез содержит корпус с рабочим органом. Последний представляет собой четверть цилиндрической трубы, кривая поверхность которой вытянута по синусоиде по направлению резания и имеет канавки. Поверхность рабочего органа покрыта сетью канавок. В корпусе размещен нагревательный элемент. Его конфигурация повторяет форму рабочего органа. К нерабочей тыльной стороне корпуса прикреплен трубопровод с отверстиями для подачи антифриза в зону резки льда. Горизонтальная и вертикальная стенки нерабочей части корпуса изнутри покрыты теплоизолятором и теплоограничителем. Ледорез может состоять из малых функционально самостоятельных ледорезов. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Ледорез донный, содержащий корпус с нагревательным элементом, при этом корпус состоит из нерабочей части и рабочего органа, причем последний представляет собой четверть цилиндрической трубы, кривая поверхность которой вытянута по синусоиде по направлению резания и имеет канавки, причем ледорез снабжен системой подачи антифриза в зону резки льда, а нагревательный элемент повторяет форму рабочего органа. 2. Ледорез донный по п.1, отличающийся тем, что снабжен теплоизолятором и теплоотражателем. 3. Ледорез донный по п.1, отличающийся тем, что состоит из малых функционально самостоятельных ледорезов.