FI67444C - Foerfarande foer framstaellning av modellis - Google Patents

Description

67444

MALLIJÄÄN VALMISTUSMENETELMÄ - FÖRFARANDE FÖR FRAMSTÄLLNING AV MODELLIS

Keksintö kohdistuu menetelmään mallikokeisiin soveltuvan jääkerroksen muodostamiseksi veden pinnalle käyttäen ruiskutusta .

Tavallinen luonnonjää ei sovellu pienoismallikokeisiin, koska sen lujuus on aivan liian suuri. Tämä on jäämalli-kokeissa aiheuttanut suuria ongelmia ja on eri tavoin yritetty modifioida jään ominaisuuksia siten, että jää mallikokeissa paremmin vastaisi haluttuja, mallilakien asettamia vaatimuksia. Mallikokeisiin hyvin sopiva jää on rakenteeltaan ja ominaisuuksiltaan varsin kaukana tavallisesta luonnon jäästä. Ominaisuuksiltaan mallijää muistuttaa lähinnä pehmeää puoleksi sulanutta sohjojäätä. Mallijää on siis huokoista ja ainakin osittain vettä läpäisevää. Koealtaassa muodostettavan mallikokeisiin soveltuvan jään ominaisuuksia on yritetty parantaa käyttämällä suolaista vettä jääkerroksen muodostamiseen tai lisäämällä muita liuottimia jäädytettävään veteen. Toinen, tästä parannettu menetelmä perustuu ohuen pintakerroksen muodostamiseen ruiskuttamalla ja lujuudeltaan heikomman lisäkasvukerroksen muodostamiseen pintakerroksen alle veden luonnollisen jäätymisen avulla. On myös käytetty erilaisia jään lämpökäsittelymenetelmiä, ns. temperoimista, mikä lisää kustannuksia ja jään valmistus-aikaa huomattavasti. Mallijäänä on myös käytetty aivan muita aineita, esimerkiksi vahaa. Mikään menetelmä ei ole osoittautunut tyydyttäväksi, koska haluttuja materiaaliominaisuuksia ei ole saavutettu. Yleensä menetelmät ovat myös kalliita, energiaa kuluttavia tai hitaita.

Keksinnön tarkoituksena on esittää menetelmä, jonka avulla saadaan verraten pienillä kustannuksilla ja suhteellisen lyhye ssä ajassa jäämallikokeisiin hyvin soveltuvaa jäätä. Keksintö on tunnettu siitä, että oleellisesti koko jääkerros muodostetaan ruiskuttamalla ilmassa jäätyviä vesipisaroita, jotka putoavat tai ruiskutetaan veden pinnalle tai siihen jo 2 67444 muodostuneelle ruiskuttamalla aikaansaadulle jääkerrokselle. Tätä prosessia jatketaan keksinnön mukaan kunnes muodostettu jääkerros on halutun paksuinen, koska on oleellista, että jäätä ei oleellisesti muodostu veden luonnollisen jäätymisen johdosta. Käsite "veden pinta" tarkoittaa tässä yhteydessä joko vapaata nestemäistä vedenpintaa, tai osittain ja jopa kokonaan hyvin ohuen jääkerroksen peittämää vedenpintaa. On nimittäin osoittautunut, että keksinnön mukaista mallijään muodostamisprosessia voidaan nopeuttaa antamalla ensin veden jäätyä luonnollisella tavalla siten, että muodostuu erittäin ohut jääkerros, jonka paksuuden pitäisi olla mahdollisimman pieni, mieluimmin noin 0,5...1,0 mm. Paksumpi alkujääkerros vaikuttaa epäedullisesti muodostetun mallijään ominaisuuksiin. Epäedullista on myös, jos ruiskuttamalla muodostetun jään alle syntyy lisäjääkerros alla olevan veden luonnollisen jäätymisen johdosta.

Keksinnön mukaista menetelmää sovellettaessa vesipisarat ovat jo muuttuneet jää- tai lumihiukkasiksi, kun ne kohtaavat vedenpinnan tai siinä olevan ruiskuttamalla aikaansaadun lumisohjokerroksen. Jään paksuuden kasvattaminen tapahtuu vain ruiskuttamalla eikä tähän näin ollen tarvita -lisää energiaa. Kasvava jääkerros uppoaa vähitellen alla olevaan veteen, sitä mukaan kuin uutta jäätä muodostuu vanhan kerroksen päälle. Ruiskuttamalla aikaansaadut rakeet sulautuvat osittain toisiinsa ja allaolevaan jääkerrokseen, joten muodostuu homogeeninen, mutta varsin huokoinen ja pehmeä jää, jonka ominaisuudet ovat juuri mallikokeisiin sopivat. Menetelmä on suhteellisen nopea ja haluttu jääkerros voidaan aikaansaada muutamassa tunnissa. Ominaisuuksiltaan muodostettu jää on ainakin yhtä hyvää kuin parhaimmat tunnetuilla huomattavasti kalliimmilla menetelmillä aikaansaadut malli-jäämateriaalit. Mm. jään kimmokerroin, taivutuslujuus, hauraus, tasalaatuisuus ja leikkauslujuus ovat mallikokeisiin huomattavasti paremmin sopivia kuin yleisesti käytettyjen mallijäämateriaalien vastaavat ominaisuudet.

3 ' 67444

Keksinnön mukaisessa jäänmuodostamisprosessissa voidaan edullisesti käyttää tunnettuja ns. lumitykkejä tai vastaavia laitteita. Lumitykki toimii yleensä siten, että ruiskutetaan veden ja paineilman seosta, jolloin jäätyminen tapahtuu ainakin osittain sen johdosta, että käytetyn paineilman nopea laajeneminen aiheuttaa sen lämpötilan laskua. On osoittautunut mahdolliseksi ruiskuttaa ilmassa jäätyviä vesipisaroita myös käyttämällä ruiskutuslaitteissa vain vettä ilman paineilmaa edellyttäen, että ympäristön lämpötila on riittävän alhainen. Ruiskutusradan pitää olla riittävän pitkä, jotta vesipisarat ehtisivät varmasti jäätyä ennen kuin ne kohtaavat vedenpinnan. Ruiskutusradan minimi-pituus on tietenkin riippuvainen ilman lämpötilasta ja pisa-rakoosta. Suositellaan vähintään 1 m pituista ruiskutusrataa ja noin 0,1...1,0 mm pisarakokoa, mieluimmin 0,2...0,4 mm pisarakokoa.

Ruiskutukseen voidaan käyttää makeaa tai suolapitoista vettä. Parhaat tulokset saadaan yleensä, jos jäänmuodostamisprosessissa käytetään vettä, joka on jonkin verran suolaista. Sopiva veden suolapitoisuus on 0,5...3 %· Vedessä voidaan käyttää myös muita lisäaineita haluttujen mallijää-ominaisuuksien saavuttamiseksi, esimerkiksi karbamidia, alkoholia tai sokeria. Ympäristön lämpötila voi edullisesti olla -5°...-15°C. Ympäristön lämpötila voi tietenkin myös olla tätä alhaisempi, mutta se ei oleellisesti vaikuta keksinnön mukaisen menetelmän soveltamiseen. Alhaisissa lämpötiloissa pystytään ruiskutettavaa vettä jäädyttämään enemmän, jolloin ruiskujen jäädyttämiskapasiteetti nousee ja ruiskutusaika saadaan pienemmäksi.

Tärkeää jään ominaisuuksien kannalta on lisäksi ylläpitää jään rakenne mahdollisimman puhtaana ruiskutuksen muodostamana lumisohjojäänä. Lumisohjojään lopullisen kovettumisen aikana tapahtuva jään lisäkasvu alaspäin on syytä estää esimerkiksi allaolevaa vettä virtauttamalla. Ruiskuttamalla muodostetun lumisohjojään lopullinen kovettuminen saadaan it 67444 aikaan ylläpitämällä riittävän alhaista ympäristön lämpötilaa, millä lähinnä tarkoitetaan jään yläpuolella olevan ilman lämpötilaa, jota pidetään tasolla -5°C tai alhaisemmalla alueella ainakin tunnin ajan, mieluimmin huomattavasti kauemmin.

Esimerkkinä keksinnön mukaisen menetelmän soveltamisesta voidaan mainita, että mallikoelaboratoriossa, jossa lämpö-tila oli -12°C, muodostettiin täysmittaisen, noin 1M0 nr suuruisen mallikoealtaan koko pinnalle 30 mm paksuinen jää-kerros kolmessa tunnissa käyttäen keksinnön mukaista menetelmää. Ruiskuttamiseen voidaan käyttää poikittaisesti yli mallikoealtaan ulottuvaa ruiskutussuutinriviä tai rivejä, joita liikutetaan edestakaisin altaan pituussuunnassa, esimerkiksi käyttäen laitoksessa olevia mallikokeisiin tarvittavia altaan pituussuunnassa liikkuvia laitteita. Ruiskuttamista jatketaan, kunnes haluttu kerrospaksuus ainakin pääasiallisesti on saavutettu. Nopeampi jään muodostuminen saadaan lisäämällä ruiskutussuuttimien määrää. Voidaan myös käyttää koealtaan pituussuuntaisia ruiskutusputkia, joissa on edestakaisin kääntyviä tai pyöriviä ruiskutussuuttimia.

Esimerkkinä keksinnön mukaisella menetelmällä aikaansaadun mallijään ominaisuuksista voidaan mainita, että 30 mm paksun lumisohjojään kimmokerroin on 15...20 MPa ja taivutuslujuus on 20...30 kPa. Puristuslujuus mallijään paksuuden suunnassa on noin 35 kPa ja jään vaakasuunnassa noin 30 kPa. Vastaavat leikkauslujuuden arvot ovat noin 25 kPa ja 20 kPa. Jään ominaisuuksiin voidaan myös vaikuttaa varioimalla lisäaineen laatua ja pitoisuuksia sekä jäädytyslämpötilaa tai kovet-tumisaikaa ruiskutuksen jälkeen.

Keksintö kohdistuu myös esitettyä menetelmää käyttäen aikaansaatuun mallijäähän ja sen käyttämiseen mallikokeisiin. Murtuessaan keksinnön mukainen mallijää muodostaa pienempiä jääpaloja kuin useimmat muut mallijäämateriaalit. Monessa muussakin suhteessa keksinnön mukaisella mallijäällä

Claims (10)

1. Menetelmä mallikokeisiin soveltuvan jääkerroksen muodostamiseksi veden pinnalle käyttäen ruiskutusta, tunnettu siitä, että oleellisesti koko jääkerros muodostetaan ruiskuttamalla ilmassa jäätyviä vesipisaroita, jotka putoavat tai ruiskutetaan veden pinnalle tai siihen jo muodostuneelle ruiskuttamalla aikaansaadulle jääkerrokselle.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jäätyvien vesipisaroiden ruiskuttamiseen käytetään laitetta, jossa sinänsä tunnetulla tavalla laitteeseen tuodun paineilman laajenemisen johdosta aikaansaadaan riittävä lämpötilaa alentava vaikutus ruiskutettujen vesipisaroiden jäädyttämiseksi.

3- Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vesipisaroita ruiskutetaan niin kylmässä ympäristössä, että ympäristön alhainen lämpötila aikaansaa vesipisaroiden jäätymisen.

4. Jonkin yllä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ennen ruiskutuksen aloittamista annetaan luonnollisen jäätymisen johdosta muodostua erittäin ohut jääkerros vedenpinnalle, jonka jääkerroksen päälle kasvatetaan lumisohjojäätä ruiskuttamalla. 6 67444

5. Jonkin yllä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ruiskutuksessa käytetään ainakin 1 m pituista ruiskutusrataa vesipisaroiden jäätymisen varmentamiseksi.

5 67444 on erittäin edullisia ominaisuuksia. Esimerkiksi jääkentän taipuminen on jään suuremman kimmokertoimen ansiosta pienempää kuin tavallisesta suolaisesta vedestä jäädyttämällä aikaansaadun jääkentän taipuminen. Keksintö ei rajoitu esitettyihin sovellutusesimerkkeihin, vaan useita keksinnön muunnelmia on ajateltavissa oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

6. Jonkin yllä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen mene telmä, tunnettu siitä, että ruiskutusprosessissa käytetään suolaista vettä,

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että veden suolapitoisuus on 0,5...3 %·

8. Jonkin yllä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen mene telmä, tunnettu siitä, että ruiskuttamalla aikaansaatua jää- tai lumisohjokerrosta kovetetaan pitämällä jään yläpuolella olevan ilman lämpötilaa tasolla -5°C tai alhaisemmalla alueella ainakin tunnin ajan, mieluimmin huomattavasti kauemmin.

9. Jonkin yllä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen mene telmä, tunnettu siitä, että ruiskuttamalla aikansaadun lumisohjojään lisäkasvu sen lopullisen kovettumisen aikana estetään virtauttamalla sen alla olevaa vettä.

10. Mallijääkokeisiin soveltuva jääkerros, tunnettu siitä, että se on muodostettu ruiskuttamalla ilmassa jäätyviä vesipisaroita veden pinnalle ja jatkamalla tätä prosessia kunnes koko tai ainakin pääasiallisesti koko haluttu jääkerrospak-suus on saavutettu.