RU2176057C2

RU2176057C2 - Device for thawing-through of holes in ice

Info

Publication number: RU2176057C2
Application number: RU99103973A
Authority: RU
Inventors: А.М. Адам; А.А. Громов; А.П. Ильин; А.А. Решетов
Original assignee: Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском политехническом университете
Priority date: 1999-02-24
Filing date: 1999-02-24
Publication date: 2001-11-20

Abstract

FIELD: hole drilling in ice, production of ice bars of various shapes and sizes and for making sculptures. SUBSTANCE: device has heat-conducting body with internal cavity filled with combustible material. Limiting device is installed on body for longitudinal displacement. Body working end is pointed. Combustible material is used in the form of mixture of aluminum dust or aluminum powder with aluminum oxide. Aluminum dust particles are 10-15 mcm in diameter, and aluminum powder particles with 100-250 mcm in diameter at wt.pts ratio of dust or aluminum powder to aluminum oxide from 19: 1 to 6: 1. EFFECT: simplified design, reduced cost of fuel, observed ecology due to absence of toxic substances in fuel combustion. 1 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области рыболовного хозяйства для бурения отверстий во льду водоемов, а также может быть использовано для получения брусков льда различной формы и размеров для холодильного хозяйства, изготовления ледяных скульптур. The invention relates to the field of fisheries for drilling holes in the ice of water bodies, and can also be used to produce bars of ice of various shapes and sizes for refrigeration, the manufacture of ice sculptures.

Известно устройство для заготовки блоков льда (см.а.с. СССР N 1781518, МПК5 F 25 C 5/10, опубл. 27.07.90 г.). Устройство включает режущее приспособление с отверстиями в нижней части и шланг для подвода пара, подсоединенный к приспособлению сверху. Режущее приспособление выполнено в виде трубчатого каркаса, последний имеет форму призмы, отверстия выполнены по периметру основания каркаса и снабжены соплами, а шланг подсоединен к внутренним полостям труб, образующих ребра каркаса. A device is known for the preparation of ice blocks (see ASA USSR N 1781518, IPC5 F 25 C 5/10, publ. 07.27.90). The device includes a cutting device with holes in the lower part and a steam hose connected to the device from above. The cutting device is made in the form of a tubular frame, the latter has the shape of a prism, the holes are made around the perimeter of the base of the frame and are equipped with nozzles, and the hose is connected to the internal cavities of the pipes forming the edges of the frame.

Недостатками этой установки является сложность конструкции и опасность в эксплуатации (пар под давлением), а также необходимость в дополнительном оборудовании (парогенераторе). The disadvantages of this installation are the design complexity and the danger of operation (steam under pressure), as well as the need for additional equipment (steam generator).

Известно также выбранное за прототип устройство для изготовления отверстий в ледяной поверхности (см. патент РФ N 2000992, МПК5 F 25 C 5/16, опубл. 15.10.93 г. ), которое содержит рабочий орган с узлом поджига горючего материала и камеры с патрубками подвода топлива и окислителя и отвода продуктов сгорания, при этом нижняя часть камеры изготовлена из материала с высоким коэффициентом теплопроводности, а боковая и верхняя части с низким коэффициентом теплопроводности. Also known is a device selected for the prototype for making holes in an ice surface (see RF patent N 2000992, IPC5 F 25 C 5/16, publ. 15.10.93), which contains a working body with an ignition unit for combustible material and a chamber with nozzles supply of fuel and oxidizer and removal of combustion products, while the lower part of the chamber is made of a material with a high coefficient of thermal conductivity, and the side and upper parts with a low coefficient of thermal conductivity.

Недостатком этого устройства является высокая стоимость устройства, сложность конструкции, соединение меди с керамикой, сильно отличающихся по величинам коэффициента термического расширения, опасность эксплуатации, связанная с образованием способных к взрыву топливно-воздушных смесей, а также загрязнение окружающей среды токсичными продуктами горения топлива (монооксид углерода, альдегиды, сажа, оксиды азота и ароматические углеводороды). The disadvantage of this device is the high cost of the device, the complexity of the design, the connection of copper with ceramics, very different in terms of the coefficient of thermal expansion, the danger of operation associated with the formation of explosive fuel-air mixtures, as well as environmental pollution with toxic products of fuel combustion (carbon monoxide , aldehydes, carbon black, nitrogen oxides and aromatic hydrocarbons).

Основной технической задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции за счет исключения обособленной камеры сгорания, смесеобразующего узла. С точки зрения экологии предложенное устройство не образует газообразных продуктов горения; все продукты сгорания твердые. The main technical task of the invention is to simplify the design by eliminating a separate combustion chamber, a mixture-forming unit. From an environmental point of view, the proposed device does not form gaseous products of combustion; all combustion products are solid.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в устройстве для проплавления отверстий во льду, содержащем теплопроводящий корпус с внутренней полостью, рабочий торец которого выполнен заостренным, согласно предложенному решению на корпусе с возможностью продольного перемещения установлено ограничительное устройство, а внутренняя полость корпуса заполнена горючим материалом, в качестве которого размещена смесь порошка или пудры алюминия с оксидом алюминия, причем частицы порошка алюминия имеют диаметр 10-150 мкм, частицы пудры алюминия 100-500 мкм при соотношении весовых частей порошка или пудры алюминия к оксиду алюминия от 19:1 до 6:1. The stated technical problem is achieved in that a device for penetrating holes in ice containing a heat-conducting body with an internal cavity, the working end of which is pointed, according to the proposed solution, a restrictive device is installed on the body with the possibility of longitudinal movement, and the internal cavity of the body is filled with combustible material, the quality of which is placed a mixture of a powder or a powder of aluminum with aluminum oxide, the particles of aluminum powder having a diameter of 10-150 microns, particles of powder Luminos 100-500 microns at a ratio by weight of the powder or powder aluminum to aluminum oxide of 19: 1 to 6: 1.

На чертеже приведена конструкция устройства для проплавления отверстий во льду. Устройство состоит из корпуса 1, выполненного из теплопроводящего материала (например, тугоплавкого металла) произвольного сечения (круглого, некруглого, с креном и без него), причем форма сечения внутренней стенки может не совпадать с формой сечения внешней, ограничительного устройства 2, выполненного в виде продольно перемещающегося хомута с радиально приваренными ограничителями, заостренного рабочего торца 3 полукруглой (клинообразной, заостренной) формы, горючего материала 4. The drawing shows the design of a device for penetrating holes in ice. The device consists of a housing 1 made of heat-conducting material (for example, refractory metal) of arbitrary cross-section (round, non-circular, with and without roll), and the cross-sectional shape of the inner wall may not coincide with the cross-sectional shape of the external, restrictive device 2, made in the form a longitudinally moving clamp with radially welded stops, a pointed working end 3 of a semicircular (wedge-shaped, pointed) shape, combustible material 4.

Устройство работает следующим образом: корпус 1 устанавливается рабочим торцом 3 на предварительно очищенный от снега (если он имеется) ледяной покров реки или озера, ограничительное устройство 2 устанавливается на требуемую высоту, выбираемую в зависимости от предполагаемой толщины ледяного покрова и таким образом, чтобы вода не попала в горючий материал, хомут затягивается, в корпус 1 помещается горючий материал и поджигается. Горючий материал при горении нагревает корпус, который, расплавляя лед, опускается под действием собственной тяжести. После проплавления ледяного слоя корпус 1 вынимается из толщи льда, нетоксичные твердые продукты горения горючего материала в виде Al₂O₃ извлекаются из корпуса.The device operates as follows: the housing 1 is installed by the working end 3 on the ice cover of the river or lake previously cleared of snow (if any), the restriction device 2 is installed at the required height, selected depending on the assumed thickness of the ice cover and so that the water does not hit the combustible material, the clamp is tightened, combustible material is placed in the housing 1 and ignited. Combustible material during combustion heats the case, which, melting ice, falls under the action of its own gravity. After the melting of the ice layer, the casing 1 is removed from the ice, non-toxic solid combustion products of combustible material in the form of Al ₂ O ₃ are removed from the casing.

Была испытана конструкция, в которой корпус представлял собой две толстостенные железные трубы: внешняя диаметром 0,35 м, внутренняя - 0,33 м. Трубы были скреплены в нижней части заостренным рабочим торцом 3. Высота корпуса - 1,0 м, что позволяло проплавлять лед толщиной 1,05-1,10 м. A design was tested in which the casing consisted of two thick-walled iron pipes: the outer one with a diameter of 0.35 m, the inner one with 0.33 m. The pipes were fastened at the bottom with a pointed working end 3. The height of the casing was 1.0 m, which allowed melt ice 1.05-1.10 m thick.

Горючий материал (весом 8 кг при полной загрузке доверху), загружаемый в корпус, состоял из механически перемешанных порошкообразных Al и Al₂O₃. Инициатором горения служила нихромовая спираль длиной 0,01-0,05 м, диаметром 0,1-0,4 мм, через которую пропускался постоянный ток напряжения 10 - 12 В (например, от автомобильного аккумулятора) в течение 1-5 сек.Combustible material (weighing 8 kg when fully loaded to the top), loaded into the housing, consisted of mechanically mixed powdered Al and Al ₂ O ₃ . The initiator of combustion was a nichrome spiral with a length of 0.01-0.05 m, a diameter of 0.1-0.4 mm, through which a constant voltage current of 10-12 V (for example, from a car battery) was passed for 1-5 seconds.

Результаты исследований по определению размера частиц порошка алюминия, а также пудры алюминия представлены в табл. 1. The results of studies to determine the particle size of aluminum powder, as well as aluminum powder are presented in table. 1.

В связи с тем, что размер частиц Al₂O₃ принципиального значения не имеет, в исследованиях использовался оксид алюминия с размером частиц от 10 до 500 мкм.Due to the fact that the particle size of Al ₂ O ₃ is not of fundamental importance, alumina with a particle size of 10 to 500 μm was used in the studies.

Из табл. 1 следует, что оптимальным для порошка алюминия является диаметр частиц 10-150 мкм, так как при размерах частиц менее 10 мкм увеличивается себестоимость компонентов на несколько порядков, при размере частиц более 150 мкм горение порошков не инициируется. При использовании пудры алюминия диаметр частиц должен находится в пределах 100-500 мкм, так как при значениях менее 100 мкм смесь самовоспламеняется, а при значениях более 500 мкм горение порошков не инициируется. From the table. 1 it follows that the particle diameter of 10-150 μm is optimal for aluminum powder, since when the particle size is less than 10 μm, the cost of the components increases by several orders of magnitude, when the particle size is more than 150 μm, the combustion of the powders is not initiated. When using aluminum powder, the particle diameter should be in the range of 100-500 microns, since at values less than 100 microns, the mixture ignites spontaneously, and at values greater than 500 microns, the combustion of powders is not initiated.

В табл. 2 приведены результаты по определению оптимального соотношения весовых частей порошка или пудры алюминия к оксиду алюминия. In the table. 2 shows the results of determining the optimal ratio of the weight parts of powder or aluminum powder to aluminum oxide.

Из табл. 2 видно, что при недостатке горючего материала (соотношение Al: Al₂O₃ менее 6:1 горение смеси инициируется легко, но быстро затухает, а при соотношении Al:Al₂O₃ более 19:1 процесс горения горючего материала не инициируется.From the table. Figure 2 shows that when there is a shortage of combustible material (Al: Al ₂ O ₃ ratio of less than 6: 1, the combustion of the mixture is easy to initiate, but quickly attenuates, and if the Al: Al ₂ O ₃ ratio of more than 19: 1, the combustion process of the combustible material is not initiated.

Claims

A device for penetrating holes in ice, comprising a heat-conducting body with an internal cavity, the working end of which is pointed, characterized in that a restrictive device is installed on the body with the possibility of longitudinal movement, and the internal cavity of the body is filled with combustible material, in which a mixture of powder or powder is placed aluminum with aluminum oxide, and the particles of aluminum powder have a diameter of 10-150 microns, particles of aluminum powder 100-500 microns, with the ratio of the weight parts of the powder or powders aluminum to aluminum oxide of 19: 1 to 6: 1.