RU2776198C2

RU2776198C2 - Method for breaking ice

Info

Publication number: RU2776198C2
Application number: RU2020138916A
Authority: RU
Inventors: Иван Федорович Дьяконов; Юрий Васильевич Моисеев
Filing date: 2020-11-25
Publication date: 2022-07-14

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to removing ice from surfaces, in particular, breaking ice on roads and sidewalks. The ice is subjected to the impact of pulse laser emission with a wavelength corresponding to the maximum of the absorption spectrum of ice 3.1 to 3.2 mcm, with a pulse repetition rate of 22 kHz.

EFFECT: efficiency of breaking ice is increased.

1 cl, 1 dwg

Description

Предлагаемый способ может быть использован для очистки поверхностей от льда и, в частности, для раскалывания льда на дорогах и тротуарах.The proposed method can be used for cleaning surfaces from ice and, in particular, for breaking ice on roads and sidewalks.

Известен способ удаления льда [1], заключающийся в том, что на лед воздействуют лазерным излучением с длиной волны в диапазоне 10-11 мкм, соответствующем области поглощения излучения льдом, и происходит скалывание льда.There is a method of removing ice [1], which consists in the fact that the ice is exposed to laser radiation with a wavelength in the range of 10-11 μm, corresponding to the region of absorption of radiation by ice, and the ice is chipped.

Недостатком является использование на самолетных поверхностях и локальное действие на тонкие слои, что не позволяет проводить разрушение льда на больших массивах. Кроме того, длина волны 10-11 мкм не является эффективной с точки зрения максимума поглощения лазерного излучения льдом.The disadvantage is the use on aircraft surfaces and local action on thin layers, which does not allow for the destruction of ice on large arrays. In addition, the wavelength of 10-11 μm is not effective in terms of the maximum absorption of laser radiation by ice.

Известен также способ раскалывания льда ультразвуком (УЗ) частотой 22 кГц [2].There is also a method of cracking ice with ultrasound (US) with a frequency of 22 kHz [2].

Недостатком этого способа является то, что он пригоден только для раскалывания чистого льда и не может быть использован для раскалывания льда на дорожных покрытиях, так там имеется снег вместе со льдом, а это приведет к затуханию У3-колебаний в снегу.The disadvantage of this method is that it is only suitable for breaking pure ice and cannot be used for breaking ice on road surfaces, since there is snow along with ice, and this will lead to damping of the Y3 oscillations in the snow.

Предлагаемый способ лишен указанных недостатков за счет того, что используется импульсное лазерное излучение с длиной волны 3.1-3.2 мкм (фиг.1 [3]), с ультразвуковой частотой следования 22 кГц.The proposed method is devoid of these disadvantages due to the fact that pulsed laser radiation with a wavelength of 3.1-3.2 μm is used (figure 1 [3]), with an ultrasonic repetition rate of 22 kHz.

Из спектра поглощения льдом лазерного излучения видно, что наиболее эффективное поглощение этого излучения льдом приходится на длину волны 3.1-3.2 мкм (фиг.1) по сравнению с длиной волны 10-11 мкм, приведенных в прототипе [1]. Это является преимуществом, так как требуется меньшая мощность лазерного излучения для достижения того же эффекта.From the absorption spectrum of laser radiation by ice, it can be seen that the most effective absorption of this radiation by ice falls at a wavelength of 3.1-3.2 μm (figure 1) compared with a wavelength of 10-11 μm, given in the prototype [1]. This is an advantage as less laser power is required to achieve the same effect.

Технический результат заявляемого способа заключается в повышении эффективности раскалывания льда.The technical result of the proposed method is to increase the efficiency of ice breaking.

Указанный технический результат достигается за счет использования для раскалывания льда импульсного лазерного излучения с длиной волны 3.1-3.2 мкм и частотой следования импульсов 22 кГц.The specified technical result is achieved through the use of pulsed laser radiation with a wavelength of 3.1-3.2 μm and a pulse repetition rate of 22 kHz for cracking ice.

Способ реализуется следующим образом. На лед воздействуют импульсным лазерным излучением с длиной волны 3.1 - 3.2 мкм и частотой следования импульсов 22 кГц. Лазерный луч проникает сквозь снег, не теряя своей интенсивности и воздействует на ледяное покрытие с частотой 22 кГц.The method is implemented as follows. The ice is exposed to pulsed laser radiation with a wavelength of 3.1 - 3.2 μm and a pulse repetition rate of 22 kHz. The laser beam penetrates the snow without losing its intensity and affects the ice cover with a frequency of 22 kHz.

Воздействие на лед лазерного излучения с длиной волны 3.1-3.2 мкм приводит к резонансному поглощению льдом этого излучения. Длина волны 3.1-3.2 мкм является оптимальной с точки зрения эффективности поглощения льдом этого излучения. А это, в свою очередь, приводит к локальному точечному нагреву внутри льда и к его разрушению.Exposure of ice to laser radiation with a wavelength of 3.1-3.2 μm leads to resonant absorption of this radiation by ice. A wavelength of 3.1-3.2 µm is optimal from the point of view of the efficiency of ice absorption of this radiation. And this, in turn, leads to local point heating inside the ice and to its destruction.

Кроме того, за счет воздействия на лед импульсного лазерного излучения частотой 22 кГц, во льду возникают ультразвуковые колебания, которые, в свою очередь, воздействуют на кристаллическую решетку льда, которая не в состоянии «успеть» за сокращением и расширением, вызванными этой частотой, что приводит к дополнительному разрушению льда.In addition, due to the impact on the ice of pulsed laser radiation with a frequency of 22 kHz, ultrasonic vibrations arise in the ice, which, in turn, affect the crystal lattice of ice, which is unable to “keep up” with the contraction and expansion caused by this frequency, which leads to additional destruction of ice.

Одновременное воздействие на лед лазерного и ультразвукового излучений приводит к усилению эффекта его разрушения.Simultaneous exposure of ice to laser and ultrasonic radiation leads to an increase in the effect of its destruction.

Далее, расколотый лед можно удалять известными способами, например вручную или грейдером.Further, the broken ice can be removed by known methods, for example manually or with a grader.

ЛитератураLiterature

1. Патенты США №6206325, НКИ 244/134Е, 2001 г., Канады №2222881, МКИ H02G 7/16, 1998 г. 1. US patents No. 6206325, NKI 244/134E, 2001, Canada No. 2222881, MKI H02G 7/16, 1998

2. https://www.equipnet.ru/org-biz/uslugi/uslugi_55.html2. https://www.equipnet.ru/org-biz/uslugi/uslugi_55.html

3. ftp://ftp.cgd.ucar.edu/archive/cam-tutorial/CAM-Tutorial-PDFs/Radiation_tutorial.pdf3. ftp://ftp.cgd.ucar.edu/archive/cam-tutorial/CAM-Tutorial-PDFs/Radiation_tutorial.pdf

Claims

A method for cracking ice by irradiating it with laser radiation, characterized in that the ice is exposed to pulsed laser radiation with a wavelength corresponding to the maximum of the ice absorption spectrum of 3.1-3.2 μm, with a pulse repetition rate of 22 kHz.