КОМБИНИРОВАННОЕ ИСКУССТВЕННОЕ ЛЕДОВОЕ ПОКРЫТИЕ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2008 года по МПК F25C3/02 E01C13/10 

Изобретение относится к созданию искусственного льда и может быть использовано в спорте и строительстве при создании искусственных катков и их разновидностей - конькобежных дорожек, хоккейных площадок и пр.

Известно получение комбинированного (с несколькими слоями) искусственного ледового покрытия катка (Гончарова Г.Ю. и др. Тайны ледового дворца. // Холодильная техника. - №5 - 2005. - с.10-13), один слой которого (нижний) обладает повышенной твердостью для предотвращения глубокого проникновения лезвия конька в лед, а в другой (верхний) слой - мягкий вводились примеси. В качестве примесей использовались пленкообразующие амины, композиты на растительной основе, водоспиртовые растворы.

Однако лед, полученный указанным способом, обладает недостаточно низким сопротивлением скольжению конька и, соответственно, недостаточно высокими скоростными свойствами.

Наиболее близкими к заявленным комбинированному искусственному ледовому покрытию катка и способу его получения являются многослойное ледовое покрытие катка и способ его получения, описанные в опубликованной 27.05.2006 заявке RU 2005140521/12 A, F25С 3/02. Кузнецов Б.А., Гончарова Г.Ю., Загайнов М.В. Из данной публикации известно, что нижний слой ледового покрытия предельно твердый и хрупкий, а верхний слой глубиной не более 1 мм получают намораживанием путем заливки водой, содержащей добавки аммиака в количестве от 1 до 100 ppm и низкомолекулярного полимера в количестве от 0,1 до 10 ppm для улучшения скользящих свойств.

К недостаткам данного способа получения такого искусственного льда можно отнести следующее. Высокая твердость нижнего слоя и незначительная толщина (не более 1 мм) верхнего слоя не позволяют коньку глубоко погружаться в лед, снижая тем самым сопротивление при скольжении. Это условие, являясь положительным фактором для прямолинейного участка, негативно влияет на прохождение спортсменом криволинейного участка ледового покрытия - виража. При прохождении виража незначительное заглубление конька может вызвать падение спортсмена в результате либо скола льда, либо соскальзывания конька с ледового покрытия. Чтобы снизить риск падения, спортсмен вынужден уменьшать скорость при входе в вираж, тем самым показывая не самый лучший результат.

Задачей настоящего изобретения является разработка и создание комбинированного искусственного ледового покрытия катка с различными физико-механическими свойствами на прямолинейных участках конькобежных и шорт-трековых дорожек и виражах, а также для искусственных хоккейных площадок и других ледовых видов спорта, позволяющего достичь более высоких скоростных и тактических результатов.

Технический результат изобретения заключается:

- в создании предельно высоких условий скольжения по всей поверхности льда;

- в улучшении условий прохождения спортсменом поворота (повышение устойчивости при прохождении), позволяющих спортсмену входить в вираж на более высоких скоростях.

Впервые поставленная задача оригинально решена авторами изобретения с помощью сочетания не только специально подобранных добавок, но и различной толщины на разных участках ледового покрытия - прямолинейных и виражах.

Заявленный технический результат достигается тем, что комбинированное искусственное ледовое покрытие катка, состоящее из, по меньшей мере, одного нижнего слоя и намороженного верхнего слоя, содержащего добавки низкомолекулярного полимера в количестве от 0,1 ppm до 10 ppm и аммиака в количестве от 1 ppm до 100 ppm, характеризуется также тем, что верхний слой ледового покрытия имеет толщину не более 1 мм на прямолинейных участках катка, а на криволинейных участках катка - виражах - толщина верхнего слоя ледового покрытия больше, чем на прямолинейных участках, но не более чем на 2 мм при этом температура поверхности ледового покрытия на виражах выше, чем на прямолинейных участках катка на 1-2°С.

Заявленный технический результат достигается также при использовании способа получения комбинированного искусственного ледового покрытия катка, включающего получение, по меньшей мере, одного нижнего слоя и последующее намораживание верхнего слоя путем заливки водой, содержащей добавки аммиака в количестве от 1 ppm до 100 ppm и полимера в количестве от 0,1 ppm до 10 ppm, который характеризуется тем, что верхний слой ледового покрытия намораживают толщиной не более 1 мм на прямолинейных участках катка, а на криволинейных участках катка - виражах - верхний слой намораживают с толщиной большей, чем на прямолинейных участках, но не более чем на 2 мм.

При этом в воду для намораживания верхнего слоя комбинированного искусственного ледового покрытия катка дополнительно вводят добавку водной суспензии политетрафторэтилена и/или сополимера тетрафторэтилена с гексафторпропиленом и/или перфтордекалина в количестве не более 10 ppm.

Кроме того, в этом способе для намораживания верхнего слоя комбинированного искусственного ледового покрытия на виражах используют воду, в которой концентрация добавок превышает не менее чем в 2 раза концентрацию добавок в воде, используемой для намораживания верхнего слоя комбинированного искусственного ледового покрытия на прямолинейных участках катка.

Кроме того, в этом способе температуру поверхности ледового покрытия на виражах создают и поддерживают выше, чем на прямолинейных участках катка на 1-2°С путем поддержания различных температур хладоносителя при независимых системах охлаждения прямолинейных участков катка и виражей и/или путем увеличения термического сопротивления льда на вираже за счет вмораживания в эти участки материалов с низким коэффициентом теплопроводности.

Кроме того, намораживание верхнего слоя льда осуществляют с помощью льдоуборочных машин, а также применяемую для получения льда воду подвергают предварительной очистке и глубокой деаэрации и для намораживания верхнего слоя используют воду температурой не менее 60°С.

Авторами настоящего изобретения впервые в ледовой технологии поставленная задача решена сочетанием специально подобранных добавок и различной толщины на разных участках ледового покрытия - прямолинейных и виражах.

Все признаки заявленного изобретения, изложенные в независимых пунктах формулы, представляют собой неразрывную совокупность признаков, каждый из которых дает свой вклад в данное техническое решение.

Следует подчеркнуть, что каждая из приведенных в формуле изобретения величин подтверждена теоретической базой и проведенными авторами изобретения исследованиями.

Так, в частности, выбор толщины мягкого верхнего слоя на прямолинейных участках не более 1 мм обусловлен тем, что при указанном составе добавок и при большей толщине слоя при движении конька происходит его заглубление в этот слой льда, что приводит к увеличению силы сопротивления скольжению. В то же время на криволинейных участках - виражах - необходимо большее заглубление и создание иных условий скольжения (меньшая твердость, большая пластичность льда), что обеспечивается соблюдением предложенной величины толщины льда на этих участках, а также дополнительно может улучшаться при создании и поддержании разной температуры на 1-2°С на виражах и прямолинейных участках, если для определенных видов соревнований потребуются именно такие условия.

Дополнительное улучшение свойств ледового покрытия может быть обеспечено дополнительными кроме аммиака и полимера добавками. Так выбор в качестве дополнительных добавок водной суспензии политетрафторэтилена и/или сополимера тетрафторэтилена с гексафторпропиленом и/или перфтордекалин в количестве не более 10 ppm, а также - низкомолекулярного полимера в количестве не более 10 ppm обусловлен следующим.

Авторами изобретения в процессе исследований обнаружено, что при введении только одной добавки - низко- или высокомолекулярного полимера - в верхний слой льда скользящие свойства ледовой поверхности увеличиваются, но при этом на поверхности льда могут образоваться локальные неровности, рябь, волнистость.

Добавка политетрафторэтилена приводит к незначительному увеличению скользящих свойств ледовой поверхности. Но при сочетании низкомолекулярного полимера с водной суспензией политетрафторэтилена и/или сополимера тетрафторэтилена с гексафторпропиленом и/или перфтордекалина в количестве не более 10 ppm при увеличении скользящих свойств ледовая поверхность становится, кроме того, однородной и гладкой, что является необходимым условием для проведения спортивных соревнований по ледовым видам спорта - скоростному бегу на коньках, шорт-треку, фигурному катанию, хоккею на льду.

В отношении добавки полимеров следует отметить, что преимущество имеют низкомолекулярные полимеры за счет возможности более оперативного введения в бак заливочной машины за счет лучшей растворимости в воде, подготавливаемой для заливки верхнего мягкого слоя льда, и дешевизной.

Авторами настоящего изобретения определено, что использование добавок в количестве более 10 ppm каждой ухудшает возможность последующей обработки полученного льда льдозаливочными комбайнами, не дает надежного эффекта устранения поверхностных дефектов - ряби и др., а также приводит к большему размягчению и проникновению в нижние слои, вследствие чего утрачивается твердость.

Авторами изобретения в процессе исследований обнаружено, что добавка аммиака в заявленном количестве в верхний слой льда обеспечивает дополнительное весьма стабильное увеличение скользящих свойств ледовой поверхности. Так что введение такой добавки (в сочетании с другими заявленными добавками) создает условия для получения льда с лучшими физико-механическими свойствами для проведения спортивных соревнований по ледовым видам спорта - шорт-треку, фигурному катанию, хоккею на льду, скоростному бегу на коньках и др.

При этом использование аммиака в количестве более 100 ppm приводит к большему, чем требуется, размягчению льда и проникновению аммиака в нижний твердый слой, вследствие чего нижний слой утрачивает свою твердость.

Следует отметить, что использование добавки фторсодержащих суспензий в заявленных количествах, обеспечивая положительное влияние на качества льда, тем не менее, находится в очень низких концентрациях - микроконцентрациях, которые не только не ощутимы органолептикой человека, но и не влияют на его здоровье, что подтверждается соответствием заявленных количеств добавок санитарным требованиям к спортивным сооружениям.

Выбор толщины мягкого верхнего слоя не более 1 мм обусловлен тем, что при большей толщине слоя при движении конька происходит его заглубление в этот слой льда, что приводит к увеличению силы сопротивления скольжению.

Предварительная очистка и глубокая деаэрация воды являются дополнительным условием получения ровного, бездефектного, без включения пузырьков воздуха льда.

Еще одним условием является соблюдение температурного режима для воды при намораживании верхнего слоя: при заливке в бак льдоуборочной (заливочной) машины используют воду температурой не менее 60°С, что является важным для снижения скорости кристаллизации льда.

Пример 1 реализации заявленного способа.

Намораживают нижний слоя льда водой, которая прошла систему очистки при пропускании ее через массовый фильтр и активированный уголь, а также прошла глубокую деаэрацию.

В намороженном нижнем слое льда обеспечили снятие температурных напряжений путем послойного намораживания, проведением «отжига» и последующего уплотнения льда.

Верхний мягкий слой толщиной 0,7 мм на прямолинейных участках получали при кристаллизации слоя воды, наносимого на соструганную поверхность нижнего основного массива жесткого льда при прохождении льдоуборочной (заливочной) машины. Предварительная обработка воды включала следующие основные стадии:

- очистку от механических примесей (фильтрование);

- осветление и удаление активного хлора с помощью активированного угля;

- умягчение (удаление солей жесткости на ионообменнике);

- обессоливание до 98-99% (обратный осмос);

- удаление растворенных газов путем вакуумной и термической деаэрации;

- Уф-обеззараживание.

После очистки перед введением добавок низкомолекулярного полимера (полиэтиленгликоля 4000) в количестве 0,1 ppm и аммиака в количестве 20 ppm (можно в виде нашатырного спирта) вода имела значение удельной электропроводности 5-7 мкСм/см^-1, рН до 7,8, содержание растворенного кислорода - до 1 мг/л.

При заливке в бак льдоуборочной (заливочной) машины использовали воду температурой 60°С.

Верхний мягкий слой наморозили толщиной 0,7 мм на прямолинейных участках катка, а на криволинейных участках катка - виражах - толщиной больше, чем на прямолинейных участках, в данном примере - 1,9 мм.

Поверхность льда, полученного согласно данному примеру, - гладкая, без видимых неровностей, ряби и волнистости. Длина пробега на прямолинейных участках скользиметра - прибора, измеряющего скользкость льда (описан в статье Гончаровой Г.Ю., Нефедкина С.И. «Тайны ледового дворца или хроники первых побед на льду Крылатского», ж. "Холодильная техника", 2005 г., №6, с.6-8), составила 30 м.

При этом достигается и заявленный технический результат - созданы условия предельно высокого скольжения по всей поверхности льда и на виражах за счет улучшения условий прохождения спортсменом поворота (повышения устойчивости при прохождении при заглублении конька на более чем на 1 мм), что позволяет спортсмену входить в вираж на более высоких скоростях и предотвращает сколы в области виражей. Так, при экспериментах по определению прочности льда отсутствие сколов было отмечено (при соблюдении заявленных условий получения ледового покрытия) при ударе конька с усилием, соответствующим весу спортсмена и высоте 1,8 м от поверхности льда.

Пример 2 реализации заявленного способа.

Намораживают нижний слоя льда водой, которая прошла систему очистки при пропускании ее через массовый фильтр и активированный уголь, а также прошла глубокую деаэрацию.

В намороженном нижнем слое льда обеспечили снятие температурных напряжений путем послойного намораживания, проведением «отжига» и последующего уплотнения льда.

Верхний мягкий слой толщиной 0,98 мм на прямолинейных участках получали при кристаллизации слоя воды, наносимого на соструганную поверхность нижнего основного массива жесткого льда при прохождении льдоуборочной (заливочной) машины. Предварительная обработка воды включала следующие основные стадии:

- очистку от механических примесей (фильтрование);

- осветление и удаление активного хлора с помощью активированного угля;

- умягчение (удаление солей жесткости на ионообменнике);

- обессоливание до 98-99% (обратный осмос);

- удаление растворенных газов путем вакуумной и термической деаэрации;

- Уф-обеззараживание.

После очистки перед введением добавок низкомолекулярного полимера в количестве 9,5 ppm и аммиака в количестве 2 ppm вода имела значение удельной электропроводности 5-7 мкСм/см^-1, рН до 7,8, содержание растворенного кислорода - до 1 мг/л. При заливке в бак льдоуборочной (заливочной) машины использовали воду температурой 60°С.

Верхний мягкий слой наморозили толщиной 0,98 мм на прямолинейных участках катка, а на криволинейных участках катка - виражах - толщиной больше, чем на прямолинейных участках, в данном примере - 1,1 мм.

Поверхность льда, полученного согласно примеру 2 - гладкая, без видимых неровностей, ряби и волнистости. Длина пробега на прямолинейных участках скользиметра составила 31 м. В примере 2 отсутствовали разрушения льда типа сколов при ударе конька с усилием, соответствующим весу спортсмена и высоте 2,0 м от поверхности льда.

Пример 3 реализации заявленного способа.

Все условия соответствовали примеру 2, но, кроме того, в комбинированном искусственном ледовом покрытии катка температура поверхности ледового покрытия на виражах выше, чем на прямолинейных участках катка на 1-2°С. Это условие получено путем поддержания различных температур хладоносителя при независимых системах хладоснабжения прямолинейных участков катка и виражей. Следует отметить, что создание такого температурного режима возможно также путем увеличения термического сопротивления льда на вираже за счет вмораживания в эти участки материалов с низким коэффициентом теплопроводности.

В соответствии с данным примером 3 получена поверхность льда гладкая, без видимых неровностей. Длина пробега на прямолинейных участках скользиметра составила 31 м. В примере 2 отсутствовали разрушения льда типа сколов при ударе конька с усилием, соответствующим весу спортсмена и высоте 2,3 м от поверхности льда.

Пример 4 реализации заявленного способа.

Все условия соответствовали примеру 2, но, кроме того, в комбинированном искусственном ледовом покрытии катка температура поверхности ледового покрытия на виражах выше, чем на прямолинейных участках катка на 1-2°С. Это условие получено путем поддержания различных температур хладоносителя при независимых системах охлаждения прямолинейных участков катка и виражей. Следует отметить, что создание такого температурного режима возможно также путем увеличения термического сопротивления льда на вираже за счет вмораживания в эти участки материалов с низким коэффициентом теплопроводности.

Кроме того, в отличие от примера 2 для намораживания верхнего мягкого слоя в воду была введена добавка водной суспензии политетрафторэтилена (также добавляли в дополнительных экспериментах сополимер тетрафторэтилена с гексафторпропиленом и/или перфтордекалин или их сочетания в количествах, соответствующих заявленному интервалу - все эти сочетания добавок устойчиво давали дополнительный положительный результат по «скользкости» льда) в количестве 10 ppm. А в бак льдоуборочной (заливочной) машины заливали воду температурой 65°С.

В соответствии с данным примером 3 получена поверхность льда гладкая, без видимых неровностей. Длина пробега на прямолинейных участках скользиметра составила 33 м. В примере 4 отсутствовали разрушения льда типа сколов при ударе конька с усилием, соответствующим весу спортсмена и высоте 2,5 м от поверхности льда.

Пример 5 (сравнительный по прототипу).

Намораживают нижний слой льда водой, которая прошла систему очистки при пропускании ее через массовый фильтр и активированный уголь, а также прошла глубокую деаэрацию.

В намороженном нижнем слое льда обеспечили снятие температурных напряжений путем послойного намораживания, проведением «отжига» и последующего уплотнения льда.

Верхний мягкий слой толщиной 0,98 мм на прямолинейных участках получали при кристаллизации слоя воды, наносимого на соструганную поверхность нижнего основного массива жесткого льда при прохождении льдоуборочной (заливочной) машины. Предварительная обработка воды включала следующие основные стадии:

- очистку от механических примесей (фильтрование);

- осветление и удаление активного хлора с помощью активированного угля;

- умягчение (удаление солей жесткости на ионообменнике);

- обессоливание до 98 - 99% (обратный осмос);

- удаление растворенных газов путем вакуумной и термической деаэрации;

- Уф-обеззараживание.

После очистки перед введением добавок низкомолекулярного полимера в количестве 9,5 ppm и аммиака в количестве 2 ppm вода имела значение удельной электропроводности 5-7 мкСм/см^-1, рН до 7,8, содержание растворенного кислорода - до 1 мг/л. При заливке в бак льдоуборочной (заливочной) машины использовали воду температурой 60°С.

Толщина верхнего слоя на прямолинейных участках катка и на криволинейных участках катка - виражах - одинаковая.

Поверхность льда, полученного согласно примеру 2, - гладкая, без видимых неровностей, ряби и волнистости. Длина пробега на прямолинейных участках скользиметра составила 29 м. Но отсутствовали разрушения льда типа сколов при ударе конька с усилием, соответствующим весу спортсмена и высоте только 1 м от поверхности льда, при ударе конька с высоты более 1 м лед разрушался. Разрушения носили характер сколов, после возникновения таких дефектов ледовое покрытие для проведения дальнейших соревнований нуждается в восстановлении.

Как очевидно следует из пяти приведенных примеров реализации заявленного изобретения, предложенное комбинированное искусственное ледовое покрытие катка и способ его получения обеспечивают достижение указанного технического результата.

Комбинированное искусственное ледовое покрытие катка, состоит из, по меньшей мере, одного нижнего слоя и намороженного верхнего слоя, который содержит добавки низкомолекулярного полимера в количестве от 0,1 ppm до 10 ppm и аммиака в количестве от 1 ppm до 100 ppm, верхний слой ледового покрытия имеет толщину не более 1 мм на прямолинейных участках катка, а на криволинейных участках катка - виражах - толщина верхнего слоя ледового покрытия больше, чем на прямолинейных участках, но не более чем на 2 мм, при этом температура поверхности ледового покрытия на виражах выше, чем на прямолинейных участках катка на 1-2°С. Использование данной группы изобретений позволяет улучшить условия прохождения спортсменом поворота, а именно, возможность совершения виража на более высоких скоростях. 2 н. и 6 з.п. ф-лы.

1. Комбинированное искусственное ледовое покрытие катка, состоящее из, по меньшей мере, одного нижнего слоя и намороженного верхнего слоя, содержащего добавки низкомолекулярного полимера в количестве от 0,1 до 10 ppm и аммиака в количестве от 1 до 100 ppm, отличающееся тем, что верхний слой ледового покрытия имеет толщину не более 1 мм на прямолинейных участках катка, а на криволинейных участках катка - виражах - толщина верхнего слоя ледового покрытия больше, чем на прямолинейных участках, но не более чем на 2 мм, при этом температура поверхности ледового покрытия на виражах выше, чем на прямолинейных участках катка на 1-2°С.2. Способ получения комбинированного искусственного ледового покрытия катка, включающий получение, по меньшей мере, одного нижнего слоя и последующее намораживание верхнего слоя путем заливки водой, содержащей добавки аммиака в количестве от 1 до 100 ppm и полимера в количестве от 0,1 до 10 ppm, отличающийся тем, что верхний слой ледового покрытия намораживают толщиной не более 1 мм на прямолинейных участках катка, а на криволинейных участках катка - виражах - верхний слой намораживают с толщиной большей, чем на прямолинейных участках, но не более чем на 2 мм.3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в воду для намораживания верхнего слоя комбинированного искусственного ледового покрытия катка дополнительно вводят добавку водной суспензии политетрафторэтилена и/или сополимера тетрафторэтилена с гексафторпропиленом и/или перфтордекалина в количестве не более 10 ppm.4. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что для намораживания верхнего слоя комбинированного искусственного ледового покрытия на виражах используют воду, в которой концентрация добавок превышает не менее чем в 2 раза концентрацию добавок в воде, используемой для намораживания верхнего слоя комбинированного искусственного ледового покрытия на прямолинейных участках катка.5. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что температуру поверхности ледового покрытия на виражах создают и поддерживают выше, чем на прямолинейных участках катка на 1-2°С путем поддержания различных температур хладоносителя при независимых системах охлаждения прямолинейных участков катка и виражей и/или путем увеличения термического сопротивления льда на вираже за счет вмораживания в эти участки материалов с низким коэффициентом теплопроводности.6. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что намораживание верхнего слоя льда осуществляют с помощью льдоуборочных машин.7. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что применяемую для получения льда воду подвергают предварительной очистке и глубокой деаэрации.8. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что для намораживания с верхнего слоя используют воду температурой не менее 60°С.