ледорез электрический

Формула изобретения

1. Ледорез электрический, содержащий корпус с нагревательным элементом, при этом нижняя часть корпуса - рабочий орган - выполнена волнистой и имеет канавки, нагревательный элемент повторяет форму рабочего органа, причем ледорез снабжен водоприемником, заборным и сбрасывающим водопроводами, насосом.

2. Ледорез по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен разборным.

3. Ледорез по п.1, отличающийся тем, что снабжен теплоизолятором и теплоотражателем.

Описание изобретения к патенту

Устройство относится к области разработки льда и может быть использовано преимущественно для выплавления брусов льда из ледников или айсбергов.

Известно устройство для проходки шахт в толще льда путем его проплавления с использованием направленного вниз пламени, образующегося при сжигании жидкого топлива в форсунках или газов в газовых горелках. Образовавшаяся вода отбирается насосом и выбрасывается за пределы зоны плавления (SU 153727, 1963, E 21 D 3/00).

Недостатком известного устройства является невысокая эффективность проплавления льда вследствие низкого коэффициента использования тепловой энергии из-за летучести горючих газов и невозможность его практического использования для заготовки брусов льда размерами, превышающими несколько метров по ребру.

Известно устройство для разработки льда, а именно для бурения скважин во льду с образованием керна электротермическим способом, включающее кольцевой полый корпус, в полости которого соосно с ним смонтирован ряд мелких колец с расположенным между ними нагревательным элементом. Корпус выполнен в виде конуса (SU 350945, 13.09.72, F 25 C 5/10). Однако это устройство предназначено только для работы в сухой скважине, а извлекаемый из скважины блок льда может иметь только цилиндрическую форму, определяемую размерами внутреннего диаметра корпуса.

Известно устройство для разработки льда, содержащее подключаемый к источнику электрического тока нагревательный элемент, осуществляющий протаивание льда, который помещен в герметичную оболочку из эластично-упругого и термически непрочного материала, соединенную с источником сжатого газа и вводимую в контакт с поверхностью льда при подаче в нее газа (SU 448290 A, 30.10.74, F 25 C 5/00).

Однако этим устройством возможно осуществлять только проходку скважин во льду. Выплавить брус льда из ледников или айсбергов этим устройством невозможно.

Кроме того, к недостаткам известных аналогов относится непроизводительный нагрев воды, образующейся в рабочей зоне, систематическое прерывание контакта рабочей части со льдом из-за постоянно образующейся прослойки воды в поверхности соприкосновения. Необходимо отметить, что одним из важнейших факторов, отрицательно влияющих на производительность, при всех других равных условиях, является образующаяся между рабочим органом и льдом прослойка воды, которая, прерывая контакт между ними и используя тепловую энергию, предназначенную для растапливания льда на свой нагрев, резко снижает эффективность плавления льда.

Данное изобретение направлено на решение технической задачи, заключающейся в том, чтобы сделать возможным и эффективным вырезание (выплавление) брусов льда требуемой формы и размеров из массива айсберга или ледника.

Для достижения технического результата, заключающегося в повышении эффективности плавления льда, данный ледорез электрический содержит корпус с нагревательным элементом, при этом нижняя часть корпуса - рабочий орган - выполнена волнистой и имеет канавки, нагревательный элемент повторяет форму рабочего органа, причем ледорез снабжен водоприемником, заборным и сбрасывающим трубопроводами, насосом.

Корпус может быть выполнен разборным, ледорез может быть снабжен теплоизолятором и теплоотражателем...

Изобретение представлено на чертежах, где на фиг. 1 - схема работы ледореза (вертикальная проходка), на фиг. 2 - проекции ледореза электрического, на фиг. 3 - разрез по А-А на фиг. 2, на фиг. 4 - разрез по Б-Б на фиг. 2.

Ледорез электрический содержит корпус 1, нагревательный элемент 2, токосъемники 3, теплоизолятор 4, теплоотражатель 5, транзитный водоприемник 6, заборный и сбрасывающий водопроводы 7, 8, насос 9, штанги 10, электропровод 11 и источник 12 электрического тока. Транзитный водоприемник 6 сообщается с насосом 9 через заборный водопровод 7.

Корпус 1 выполнен разборным из двух частей: верхней части 13 - вспомогательной и нижней части - рабочего органа 14. Верхняя часть 13 представляет собой половину продольно разрезанной цилиндрической трубы, а нижняя - рабочий орган 14 - ее другую половину и выполнена волнистой, предпочтительно по синусоиде, где минимум амплитуды 15 лежат на поверхности трубы, а максимум амплитуды 16 обеспечивается толщиной стенки трубы и задаваемыми параметрами. Нижняя часть корпуса 1 - рабочий орган 14 имеет канавки 17 (тоже синусоидальной формы), нанесенные по винту, начинающиеся в нижней части линии соприкосновения рабочего органа 14 со льдом, охватывающие 3/5 окружности и распространяющиеся по всей длине трубы под острым углом к фронту движения ледореза при работе.

Нагревательный элемент 2 имеет изолятор 18 и повторяет форму рабочего органа 14 по всей его длине, то есть имеет минимум и максимум амплитуды соответственно 19, 20.

По периметру выхода канавок 17 расположен транзитный водоприемник 6, образованный Г-образными пластинками, прикрепленными к корпусу 1, и герметично покрывающий их от линии выхода из рабочей зоны до линии их завершения, и имеющий выводы, соединяющиеся с заборным трубопроводом 7. Герметизация по периметру в этой части ледореза от внешней среды позволяет применить насос 9 для отсасывания образующейся жидкости и оптимизировать этот процесс, так как производительность насоса 9 можно регулировать.

Теплоизолятор 4 покрывает около 2/5 внутренней поверхности верхней, нерабочей части корпуса, заполняет до 1/4 объема корпуса и имеет форму серпа (в поперечном разрезе). Теплоотражатель 5 покрывает внутреннюю сферическую поверхность теплоизолятора 4. Радиус внутренней сферической поверхности обеспечивает оптимальную направленность отраженной тепловой энергии к рабочему органу 14.

Штанги 10 выполнены разборными.

Работу с ледорезом осуществляют следующим образом.

На айсберге или леднике выбирается место для разработки и производится разметка будущих брусов льда. Затем устанавливается различное вспомогательное оборудование, расставляются по разметке ледореза и штанги 10 (можно применить тросы, канаты), включается источник 12 электрического тока. При этом элемент 2 нагревается. Теплоизолятор 4 обеспечивает снижение потерь теплоэнергии, излучаемой нагревательным элементом в верхнюю часть 13 корпуса 1. Нагревание элемента 2 приводит к нагреванию рабочего органа 14 и погружению ледореза в ледовый массив на глубину, определяемую длиной штанги 10. Поскольку канавки 17 выполнены под углом к плоскости движения рабочего органа 14, то обеспечивается эффективный отвод образовавшейся воды из рабочей зоны к водоприемнику 6. С помощью насоса 9 водопроводы 7, 8 осуществляют забор и сброс воды, полученной в результате расплавления льда.

Данное изобретение обеспечивает эффективное плавление льда за счет уменьшения внутренних и внешних непроизводительных потерь тепловой энергии, увеличения площади теплового излучения рабочего органа 14 и удельного давления его на поверхность льда, ускорения вывода образующейся воды из рабочей зоны. Этому способствует использование теплоизолятора и теплоотражателя внутри корпуса, использование волнообразной (синусоидальной) формы рабочего органа с повторяющим его конфигурацию по всей длине трубы нагревательным элементом, нанесение на поверхность рабочего органа канавок 17.

Выполнение поверхности рабочего органа 14 волнистой (синусоидальной) формы значительно увеличивает его площадь при той же длине ледореза, а значит предоставляет возможность наращивания мощности нагревательного элемента и производительности.

Нагревательный элемент 2, повторяя волнистую форму рабочего органа 14, соответственно увеличивает свои размеры, а значит свою мощность при постоянной длине ледореза, обеспечивает равномерный нагрев всех его участков, а значит равномерное растапливание льда в рабочей зоне.

Каждой конкретной модели ледореза с его заданной мощностью, скоростью проходки, размерами будут соответствовать свои собственные расчетные размеры и конфигурации канавок 17, которые обеспечат расплавление попадающего в них льда и ускорят отвод образующейся воды, а их количество и угол наклона к фронту движения сделают эти процессы одновременными и равномерным по всей рабочей зоне, снизят потери энергии на непроизводительный нагрев воды в рабочей зоне, увеличат удельное рабочее давление органа на лед и улучшает его контакт с ним, что в итоге даст повышение эффективности плавления льда.

Подрезка бруса льда снизу осуществляется ледорезом другой конструкции (ледорез донный).

Таким образом, транзитный в герметичном исполнении водоприемник, позволяющий ускорить отвод воды из рабочей зоны, волнообразная форма рабочего органа, увеличивающая контактную поверхность со льдом, внутренняя теплоизоляция и теплоотражение, позволяющие снизить непроизводительные потери тепловой энергии, использование нагревательного элемента, повторяющего форму рабочего органа, канавки, ускоряющие отвод воды из рабочей зоны и соответственно уменьшающие потери тепловой энергии на ее нагрев, увеличивающие удельное давление рабочего органа на лед и, как следствие всего этого, улучшающийся контакт рабочего органа со льдом, позволяют существенно повысить производительность.