СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БЫСТРОГО ЛЬДА Российский патент 2006 года по МПК F25C1/02 F25C3/00 C09K3/24 

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.

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.

1. Способ производства льда, включающий намораживание льда и выдерживание его при определенной температуре в течение заданного времени, отличающийся тем, что 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 до -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 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 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 осуществляют 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 ч, 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 до 55°С, доводя толщину льда до требуемой величины, после чего наносят верхний слой льда непосредственно перед его использованием, вначале понижая его температуру до -6°С, а затем осуществляют тонкослойную подрезку и заливку мягкого слоя льда с помощью льдоуборочных машин.2.Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве моющих и очищающих средств используют, например, моющее средство «Ферри» и очищающий раствор на основе эмульсии ОДА (0,1 мг/л).3. Способ по п.1, отличающийся тем, что ручную многослойную заливку осуществляют без распыления, применяя шланги с насадками, например, металлические, причем расстояние насадок до поверхности бетонной технологической плиты выбирают минимальным в интервале от 0 до 5 см.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что предварительную очистку воды, применяемой на этапе намораживания слоя льда, осуществляют путем пропускания ее, например, через массовый фильтр и активированный уголь.5. Способ по п.1, отличающийся тем, что на этапе намораживания нижнего слоя льда в зависимости от требуемой конечной толщины льда заливку шлангами выполняют в несколько, например, в 3-6, слоев с толщиной каждого слоя 2,0-2,5 мм и последующим машинным строганием на глубину 1,0-2,0 мм.6. Способ по п.1, отличающийся тем, что температура заливаемой в бак льдоуборочных машин воды на стадии создания верхнего слоя лежит в пределах от 45 до 55°С.7. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс уплотнения льда начинают после 6-8 ч выдерживания его при температуре 0÷0,5)°С.8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве средства уплотнения применяют ручной каток либо механическое транспортное средство с широким и гладким протектором шин, либо приспособление, например, металлическое, с гладкой плоской чистой поверхностью.9. Способ по п.1, отличающийся тем, что удельная нагрузка на лед в процессе его уплотнения должна находиться в интервале от 15 до 20 ата или от 1,5 до 2,0 МПа.10. Способ по п.1, отличающийся тем, что после первого этапа строгания полученного льда очистку воды, применяемой на этапе намораживания нижнего слоя льда, осуществляют путем пропускания ее, например, через массовый фильтр и активированный уголь, одновременно подвергая ее глубокой деаэрации и пропуская через систему обратного осмоса.11. Способ по п.1, отличающийся тем, что на этапе намораживания нижнего слоя льда не реже 1 раза в час выполняют контроль температуры поверхности льда, которая должна поддерживаться в диапазоне от -4 до -5°С.