Д.т.н. Полтавцев В.И., инж. Мирошников П.В., инж. Храпов А.А.

Кемеровский государственный сельскохозяйственный институт, Россия

Ледовые трассы и переправы на основе овально-сферических гранул льда

Январь – месяц запуска ледовых трасс и переправ в крупнейших странах Северного полушария: Россия, Канада, США. Канада держит рекорд по длине трассы – сотни км по льду озёр в провинции «Северно-Западные территории» (рис.1), а Россия – по их количеству: порядка 1000 ледовых переправ в Якутии, Алтайском крае, Иркутской, Новосибирской, Кемеровской и других областях и районах.

Рис.1. Ледовая трасса в Канаде. Январь 2014 г.

Исторически в этих странах сформировались следующие способы создания ледовых переправ и трасс: 1. Полив поверхности ледяного покрова

2. Дождевание

3. Засыпка колотым льдом

Процесс замораживания слоя воды на поверхности льда является самым медленным – слой 50 мм требует многочасовой выдержки при температуре минус 10-15°С. Соответственно скорость замораживания увеличивается при более низких температурах, но характер процесса остается тем же, что составляет основной его недостаток. Процесс дождевания родился из наблюдений поведения струи воды при заливке льда. Капли воды, оторвавшиеся от струи, частично замерзали при полёте в воздухе (рис.2). Образовавшиеся в лобовой части капель ледяные корочки – скорлупки – дополнительно аккумулировали холод воздуха, ускоряя процесс.

Рис.2. Процесс дождевания.

Недостаток способа проявляется в образовании пористой структуры намороженного слоя льда, а это требует дополнительных усилий по поливу созданного слоя ледяного покрытия.

Наиболее быстро замерзает слой колотого льда, залитого водой. Адиабатический запас холода в гранулах льда в первые секунды контакта с водой расходуется на образование жесткого скелета слоя путём смерзания гранул в точках контакта. Поскольку теплопроводность льда выше, чем у воды, то остывание слоя проходит через этот скелет. Кроме того количество воды составляет примерно 20% от объёма слоя, что в сочетании с хорошей теплопроводностью скелета определяет высокую скорость намораживания слоя. К недостаткам способа относится захват пузырьков воздуха при поливе водой гранулированной массы, приводящее к понижению прочности слоя, а также высокие трудозатраты по приготовлению колотого льда из ледяных глыб.

Новым материалом для ледовых дорог является овально-сферический гранулят, впервые полученный в фонтанирующем кипящем

Рис.3. Овально-сфери-ческие гранулы льда с интенсивной циркуляцией при замораживании.

слое [1,2] и использованный как термостатик для рыбы. Производительность процесса составляла примерно 1 т/ч с 1-го куб.м объёма слоя.

Прогресс процесса (рис.3) достигнут нами путем увеличения степени циркуляции гранул в кипящем слое. Улучшение сферичности формы гранул достигнуто путём усиления вращательного движения частиц [3]. В результате при моно составе затравочных кристаллов получен гранулированный лёд с небольшим разбросом размеров в диаметре.

Укладка полотна

Рис.4. Заполнение водой межгранульного пространства: 1-вода реки, 2- лед реки, 3- снежный бурт, 4- слой гранул (каркас), 5- шланг автоцистерны или мотопомпы, 6- направление движения воды, 7- выход воздуха, 8 – вода для примораживания гранул между собой и к подложке.

(рис.4) начинается со стабилизации слоя путём орошения гранул 8, а заполнение межгранульного пространства ведут последовательно при подаче воды 5 со скоростью подъёма её уровня, не превышающей скорость подъёма пузырей газа в жидкости. Время замораживания 100 мм слоя в пределах 1,5 часов. Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Роткин В.М. Исследование теплообмена при образовании гранулированного льда в фонтанирующем слое. // Сб. материалов конф. и совещ. по гидротехнике, Технологический инст., с.162-166, Л-д, 1979.

2. Роткин В.М. Анализ устойчивости режимов грануляции в аппаратах с псевдоожиженным слоем. ТОХТ, 1982, т.16, 2, с.277-279. 4.

3. Храпов А.А. Гранулирование льда в кипящем слое / С.В. Губерт, А.А. Храпов, В.И. Полтавцев // Изв. вузов. Прикладная химия и биотехнология: науч. журн. Вып. №2(3). г.Иркутск, 2012г. 193с. – С.144-146.