СПОСОБ И УСТРОЙСТВО РАСКАЛЫВАНИЯ ОВАЛЬНО-СФЕРИЧЕСКИХ ГРАНУЛ ЛЬДА
METHOD AND DEVICE FOR SPLITTING OVAL-SPHERICAL GRANULES OF ICE

Способ и устройство раскалывания овально-сферических гранул льда относятся к области получения гранулированного льда в кипящем слое и могут быть применены в различных отраслях промышленности и торговли, но преимущественно в зимнем строительстве ледовых сооружений: переправы, набережные, хранилища и т.п.
Широко известны способы выемки, разрушения и раскалывания льда:
а) ручной с использованием ручных механических инструментов (топор, лом, кайло, кувалда), с помощью которых дробят целиковый или кусочный лед в холодное время года, а также
б) механизированный - здесь применяют различного рода дробилки и мельницы, а также раскалыватели льда (патенты полезных моделей №№146747, 149200 и 153381), из которых первый взят за прототип.
Известен патент на полезную модель «Раскалыватель гранул льда» (№146747 от 26.05.2014, кл. F25C МПК: 2006.01). Изобретение относится к области получения в кипящем циркуляционном слое гранулированного овально-сферического льда, который используют для строительства крупных ледовых объектов: переправ, складов, глыб льда большого объема для охлаждения оборотных вод, катков и т.п. Задачей изобретения является воспроизводство количества затравочных кристаллов в объеме кипящего циркуляционного слоя при непрерывном намораживании льда на гранулах. Раскалыватель гранул льда содержит движущийся возвратно-поступательно стол с прорезью и выемкой, в которой удерживаются гранулы льда. Над выемкой центрично расположен боек с ножами и ударником. После раскалывания стол движется внутрь стенки аппарата и сбрасывает в поток гранул фрагменты, а через прорезь мелочь и ледяную пыль.
Представленный раскалыватель гранул льда относится к группе устройств, в которых реализован механический способ раскалывания льда любой формы гранул, но преимущественно овально-сферических, при помощи пластинчатых ножей.
Способ содержит следующие операции:
а) первоначальная заготовка льда естественным замораживанием в коробках, ваннах, бочках и т.п.;
б) дробление и отсев фракции затравочных кристаллов;
в) загрузка в аппарат и создание условий псевдоожижения кристаллов воздухом с температурой ниже нулевой, в циркуляционном слое с одновременным орошением движущегося потока кристаллов водой;
г) откатывание и дробление части готовых гранул до размеров фракции затравочных кристаллов, с одновременной выгрузкой оставшейся массы гранул из аппарата;
д) ввод затравочных кристаллов в циркуляционный поток.
Но использование механических инструментов дробления в указанном способе, в частности ножей, приводит к разрушению поверхностного слоя льда гранулы в начале раскалывания, а в последующем к развалу основного объема ледового фрагмента: куска, пластины, гранулы и т.д. В результате образуется большое количество мелких затравочных кристаллов в широком диапазоне размеров, включая, как было сказано выше, ледяную мелочь и пыль.
Избыточное дробление является недостатком механического способа и устройств раскалывания гранул льда, в первую очередь вследствие энергетических потерь, возникающих из-за бесполезного повторения сверхнормативного дробления частиц льда с последующим, и опять-таки в большей части неэффективным, намораживанием избыточного льда.
Недостатком следует считать также трудности удаления или утилизации и использования ледяной мелочи и пыли в самом процессе.
Целью предлагаемого способа является устранение избыточного дробления гранул и ликвидация образования ледяной мелочи и пыли в процессе получения овально-сферических гранул льда.
Поставленную цель достигают тем, что лед дробят до размеров затравочных кристаллов и загружают последние в циркуляционный слой с подачей воздуха при температуре ниже нуля градусов Цельсия, орошают водой с температурой 0,1-5°С, а часть готовых овально-сферических гранул дробят сначала пополам, а потом на 3-4 фрагмента нагретыми до температуры 120-250°С электрическим током ножами, погружая последние в гранулу на 0,12-0,37 диаметра.
Предлагаемые способ и устройство раскрыты на чертежах, где:
на фиг. 1 - поперечный разрез устройства;
на фиг. 2 - вид А (на фиг. 1);
на фиг. 3 - разрез Д-Д (на фиг. 2, повернуто);
на фиг. 4 - разрез Б-Б (на фиг. 1);
на фиг. 5 - сечение В-В (на фиг. 1);
на фиг. 6 - вид Г (на фиг. 4).
Устройство раскалывания овально-сферических гранул льда содержит корпус 1 (фиг. 1) со штуцерами: подачи холодного воздуха 2 и форсунки 3 для орошения водой, а также выгрузки готовых гранул 4. На стенке корпуса 1 закреплены седла 5 с выемками, центральное из которых (фиг. 2) снабжено направляющими 6. Над седлами 5 установлены ножи 7 (фиг. 1), с возможностью вертикально возвратно-поступательного перемещения, рычагом 8 с приводом 9, причем центральное седло 5 (фиг. 2 и 4) соединено с крайними седлами наклонными желобами 10.
Ножи 7 нагревают от источника 11 (фиг. 1 и 4) электропитанием переменного тока напряжением 12-220 в. В корпусе 1 (фиг. 1-3) устройства выполнены перегородки 12, образующие со скошенными днищами 13 (фиг. 2 и 3) крайние секции охлаждения и выгрузки готовых гранул через окно 14 (фиг. 3) и штуцер выгрузки готовых гранул 4.
В крайние секции преимущественно попадают крупные гранулы и кристаллы. Первые скатывают к штуцеру выгрузки готовых гранул 4 через окно 14, а кристаллы под перегородкой 12 возвращают в циркуляционный поток (толстые стрелки на фиг. 1) в зону орошения между седлом 5 и форсункой для орошения водой 3 (фиг. 1 и 2).
Для осуществления способа загружают затравочные кристаллы в устройство (область загрузки очерчена справа налево тонкой волнистой линией), подают воздух через штуцер подачи холодной воды 2 (вертикальные волнистые тонкие стрелки) с температурой ниже нуля градусов Цельсия и создают циркуляционное движение кристаллов по замкнутому контуру (показано круговыми толстыми гладкими стрелками). Орошают кристаллы водой из форсунок для орошения водой 3 с температурой 0,1-5°С и намораживают частицы потока кристаллов до гранул размером, превышающим величину просвета «b» (фиг. 5) между направляющими 6, а кристаллы меньшего размера проваливаются и продолжают движение в циркуляционном контуре.
Попавшие в направляющие, угол наклона которых больше угла трения лед-металл, гранулы откатывают вниз и устанавливают в центральное седло 5, раскалывают пополам и скатывают по наклонным желобам 10 (фиг. 2 и 4) в крайние седла 5, где раскалывают половинки на восьмушки, которые через хвостовики крайних седел (фиг. 6) опускают вниз в циркуляционный контур движущейся массы кристаллов.
Ножи 7 (фиг. 1 и 4) нагревают источником электропитания 11 до температуры 120-250°С электрическим током, подают к грануле и кристаллам льда с постоянной скоростью и погружают в гранулу на глубину 0,12-0,37 размера (диаметра гранулы или радиуса половинки). Ножи охлаждаются и при дальнейшем движении происходит раскол гранулы механическим путем, но при низких скоростях перемещения, исключающих ударное разрушение структуры льда.
При этом температуру центрального однолопастного и крайних четырехлопастных ножей регулируют независимо друг от друга (узел регулировки нагрева условно не показан). По форме полученных кристаллов предпочтение следует отдать восьмушкам как имеющим из возможных вариантов (половинки, четвертинки, шестерушки, восьмушки) наиболее близкое приближение соотношения габаритов со сферой.
Непосредственно процесс раскалывания гранул и кристаллов льда (половинок) проходит медленнее, чем механический процесс раскалывания без нагрева ножей и бойков. Это связано с движением ножей, течением процесса плавления льда по месту реза и т.п. Однако фракционный состав полученных кристаллов льда («восьмушек») равномерно однороден при исключительно низком присутствии ледовой мелочи и пыли. Более того, восьмушки по своей геометрической форме ближе к форме сферы, чем половинки и четвертинки, и при намораживании льда в циркуляционном слое на поверхности образовавшихся гранул из них отсутствуют шишки и бугры. Образно говоря, гранулы, полученные из восьмушек, ближе по своей окончательной форме к идеальным сферам, чем гранулы из половинок и четвертинок.
Таким образом, качество полученного грансостава методом нагрева ножей превосходит аналогичное качество при механическом раскалывании. Процесс гранулирования льда с подогревом ножей более производителен, т.к. намораживание льда на более крупных кристаллах после термораскалывания идет быстрее, чем на мелких после механического, вследствие большего запаса холода и большей величины поверхности.
Повышение производительности является также следствием исключения избыточной частоты разрушения кристаллов при раскалывании механическим способом как на стадии образования половинок, так и на окончательной стадии раскалывания на восьмушки.