> Техника, страница 57 > Лед
Лед
Лед, твердая кристаллич. форма воды. Темп-pa плавления чистого льда при атмосферном давлении принимается, как известно, за нуль t° в термометре Цельсия. Уд. в Л. при 0° равен 0,9168 относительно воды при 4°; в связи с этим при превращении воды в Л. при 0° происходит увеличение объёма приблизительно на 9%. Кристаллы Л. принадлежат к гексагональной системе. В сплошных массах Л. отдельные кристаллы далеко не всегда видны, но часто и в природных условиях и в лаборатории можно видеть достаточно хорошо выраженные кристаллы. Естественные кристаллы Л. обладают весьма разнообразной формой в зависимости от условий их образования. В небольших кусках лед бесцветен, в больших однородных массах (ледниковый Л.) имеет голубой цвет.
Рентгенографии, исследование структуры Л. обнаруживает расположение атомов, соответствующее гексагональной симметрии кристаллов; при этом атомы располагаются т. о., что между ними оказываются довольно значительные пустоты, чем и объясняется большая легкость Л. по сравнению с водой. Темп-pa плавления Л. при повышении давления понижается. Поэтому, если подвергать Л. достаточному давлению, можно вызвать плавление Л. при t° ниже 0°. Этим объясняется между прочим скользкость Л., т. к. происходящее при надавливании на Л. частичное .плавление образует как бы смазку, уменьшающую трение. Явление пластичности Л., обнаруживающееся между прочим в медленном течении ледников, объяснялось прежде также частичным плавлением Л. В настоящее время выясняется однако, что пластичность Л. есть свойство, обнаруживающееся у многих кристаллических тел и стоящее вне связи с плавлением. Пластичность, или текучесть, кристаллов заключается в большей или меньшей способности атомных слоев кристалла скользить друг по другу; в результате этого скольжения частей кристалла, к-рое связано отчасти с их вращением, в массе кристалла возникают остаточные пластические деформации, превращающие его в агрегат более мелких кристаллов. Такого рода изменения структуры в кристаллической массе Л. происходят с особенной легкостью.
Исследования воды при высоких давлениях показали, что твердых форм воды существует несколько. Обычный Л., или Л. I, при давлениях выше 2 000 atm превращается в Л. II или Л. III, смотря по t°: при 1° более низких (ниже -30°) образуется Л. II, при более высоких—Л. III. Оказалось, что Л. IIIпредставляет собою менее устойчивую форму Л., стремящуюся при тех же ί° и давлениях превратиться в более устойчивую форму Л. III, обладающую более высокой i°nx. при том же давлении. У Л. I есть также свои менее устойчивые формы—Л. I, Л. I", Л. I", Л. IV, имеющие приблизительно то же отношение к Л. I, как Л. III к Л. III. При еще более высоких давлениях (выше 3 700 atm) Л. II и Л. III превращаются в Л. V, который при еще ббльншх давлениях (6 300 aim) переходит в Л. VI. Давления, при которых происходят превращения Л. из одной формы в другую, зависят от темп-ры. Формы
Л. II, ΙΙΙ,νиУ1обладаютб0льшимуд.вес., чем вода. Если Л. II или Л. III охладить жидким воздухом, то вследствие медленности превращения при низкой 1°можно иметь эти формы Л. в неустойчивом состоянии и при атмосферном давлении; они превращаются в Л. 1 с увеличением объёма, причем первоначальныйкристалл рассыпается в тонкий порошок кристаллич. осколков Л. I. Число различных форм льда,существующих при высоких давлениях, нельзя считать установленным, т. к. возможны и другие формы Л. помимо известных до наст, времени.
Jlvm.: Б par г У. Г., О природе вещей, перевод с англ., М., 1926; В е и н б е р г Б. П., Снег, иней, град, лед и ледники, Одесса, 1909; Tammani О., Lehrbuch d. heterogenen Gleiehgewiehte, Braunschweig, 1924. А. Млодзеевский.
Заготовка натурального Л. должна производиться в наиболее холодный и сухой период зимы, причем употребительны следующие способы: а) выколка или вырезка из водоемов; б) намораживание воды; в) накапливание ледяных сосулек. Заготовленный натуральный Л. сохраняется в особых льдохранилищах, которые обслуживают жел.-дор. транспорт скоропортящихся продуктов или предназначаются для целей ледосоляного охлаждения. Кроме того льдохранилища являются частью специальных сооружений — ледников.
Заготовка Л. из в о д о е м о в—рек, озер и прудов—у нас обычно производится самым примитивным способом—вы-колкою глыб неправильной формы, кабанов, ломами-пешнями и вытаскиванием льдин посредством багров с большой затратой рабочей силы.
Для получения таким способом Л. требуется на 10 тонн ок. 0,6 раб.-суток.
В зависимости от толщины Л. на сани кладется от 2 до 10 кабанов, причем вес их достигает в некоторых случаях до 0,5 тонн На подвозку 10 тонн льда в льдохранилище при расстоянии 3 км требуется от 2 до 3 лош.-суток. Недопустимо брать Л. из заболоченных водоемов с тиной и другими загрязнениями, что делает применение его опасным из сани-тарно-гигиенич. соображений (например в маслоделии); необходимо обращать внимание на чистоту воды водоема.
При заготовке Л. в США в больших размерах предварительно намечают необходимую площадь ледяного поля, подлежащего разработке, в зависимости от количества требующегося льда и определившейся толщины его. Площадь поля для получения 1 тонна Л. при различной толщине его составляет:
Толщина в миллиметров. 300 400 500 600 700
Требующаяся площадь в мг 4,0 3,0 2,4 2,0 1,7
Поверхность намеченного участка очищают от снега и на нем посредством ручного плуга делают борозды (глубиною в 2,5 см), к-рыми поле делится на прямоугольники размерами обычно ок. 55 х 80 см. Прорезывание Л. производится конной или электрич. тягой при помощи плугов с зубьями различной высоты. Так. обр. Л. надрезывается в двух направлениях на равные прямоугольники, которые остаются скрепленными в нижней своей части сплошным непрорезанным слоем Л. около 10 сантиметров для возможности безопасной работы на Л. Для отделения плотов таких надрезанных льдин применяют маховые или дисковые пилы. Для транспорта Л. к льдохранилищу пилами пропиливают канал. Плоты из нарезанных льдин гонят по открытому каналу, разделяют затем на полосы и наконец на отдельные куски. Для этой цели служат ломы в виде вилки с широкими зубьями клинообразной формы для облегчения работы по откалыванию отдельных льдин. Подъем льдин в льдохранилище производится бесконечной цепью; при этом льдохранилище наполняется правильно укладываемыми кабанами с полу до потолка. На фигуре 1 даны инструменты и машины, применяемые для этой заготовки Л.: а—скребок, б—бурав, в—ручной плуг, з—плуг-разметчик, д—· ледяной конный плуг.
Заготовка Л. намораживанием воды является одним из лучших способов, так как получается сплошной ледяной массив без всяких швов и не требуется подвозки Л. и большого расхода рабочей силы; Л. получается достаточно крепкий, но мутный и слоистый. Такой способ однако применим только при соответствующих климатических условиях—при суровой и достаточно продолжительной зиме. Сначала подготовляют нужных размеров площадку с планировкой, изоляцией шлаком и настилом шпал или досок. Затем ее покрывают ровным слоем снега в 40—60 миллиметров, снег утрамбовывают, поливают водой и промораживают. Вокруг образовавшейся ледяной площадки устанавливают борты общей высотой в 500 миллиметров, которые сшиваются из трех обрезных досок-дюймовок. Во избежание утечки воды все щели должен быть заделаны снегом. Около места заготовки Л. должен иметься водопровод с ответвлениями по 1 крану на каждые 300 м2 ледяного поля. К выходному отверстью водопровода присоединяется вый рукав, другой конец которого кладется на площадке, причем под него для уменьшения размыва площадки струей воды подкладывается лист железа. Конец рукава по временам перемещают. 11а-
Фигура 1.
мораживание производят при <° не выше —10°, наливая на ледяное поле слой воды в 20 миллиметров. При ветре и более низкой 1° слой воды допускается до 30 миллиметров. Продолжительность намораживания слоя воды составляет около 3—5 ч. При намораживании в сутки 3—4 слоев для площадки на 100 м2 выход Л.— ок. 10.w3s8,4m. Когда Л. наморожен на высоту первого борта, устанавливают второй борт с отступом внутрь массива на высоту борта, чтобы получить отступы, .отвечающие уклону 1:1. После того как наморожен Л. во втором борту, борт снимают и готовят для третьего ряда и т. д. (фигура 2). Высота ледяного массива зависит от климатическ. условий идляцентральнойчастиСССР составляет около 2—3 м, увеличиваясь на восток и достигая в Сибири 4— 5 метров Кроме намораживания воды в горизонтальной плоскости иногда применяется устройство вышек для обливания их водой сверху, причем вследствие лучших условий теплоотдачи ускоряется процесс образования Л.
Заготовка Л. накапливанием сосулек является единственным возможным способом для местностей с мягкими зимами, когда ί° не опускается ниже -2° и держится непродолжительное время. Такой способ заготовки Л. требует устройства специальной деревянной эстакады, состоящей из стоек и горизонтальных рам-обвязок, соединенных на шипах и для большей жесткости железными скобами. Вся эта конструкция образует как бы три яруса, расположенные друг над другом по высоте на расстоянии 2—2,5 метров На рамы кладут через 0,3 метров жерди диам. около 100—150 миллиметров, причем жерди одного яруса располагают перпендикулярно к жердям следующего яруса. К верхнему ярусу эстакады подводится водопроводная труба в Н/4 дм. с ответвлениями в 3/4 дм. через 2—4 м, расположенными в шном порядке. Отростки возвышаются над уровнем верхнего яруса на 0,5 метров и снабжаются сетчатыми насадками-разбрызгивателями. Для предупреждения излишнего разбрызгивания воды верхний -ярус обшивают досками на высоту 0,6 метров с уклоном внутрь эстакады. Вода выходит из насадок кверху мелкими струйками, к-рые, разбрызгиваясь, замерзают по пути к нижнему ярусу и по мере накопления образуют своего рода ледяные сталактиты. Распыление воды и быстрое ее охлаждение и замерзание можно производить также при помощи продырявленных многочисленными отверстиями труб, располагая их по длине эстакады. Во избежание замерзания воды в трубопроводах и разрыва их они должен быть с уклоном к выходному отверстию, причем регулирующий кран должен быть расположен в теплом помещении. Накапливание ледяных сосулек и смерзание их между собой происходит в 2—3 суток, так что объём льда, получаемого с такой эстакады, составляет приблизительно 50% полного объёма ее. Лед затем скалывают или спиливают и отвозят в льдохранилище. Очистка эстакады размерами 12x4 ж при высоте в 6 л занимает 1 день при· 6 раб.
Изготовление искусственного Л. достигается применением ледоделательной машины, которая представляет холодильную машину (смотрите), снабженную Несколько видоизмененным испарителем-ледогенератором. Искусственный лед по своему внешнему виду допускает следующие подразделения: опаловый Л.—мутный, непрозрачный, молочно-белого цвета из-за присутствия в нем воздуха; прозрачный Л. с небольшой резко мутной сердцевиной; кристаллический Л.—совершенно прозрачный. По своей форме искусственный лед разделяется на лед в блоках, имеющий наибольшее распространение, и Л. в плитах. Блоки, или чушки, обыкновенно весом в 12,5 и 25 килограмм, получаются в форме усеченной пирамиды с прямоугольным основанием; плиты—куски Л. больших размеров и веса для последующей их разрезки. На фигуре 3 схематически изображена ледоделательная машина, где: 1—компрессор, 2—конденсатор, 3—регулирующий вентиль, 4—ледогенератор, 5—ледяные формы и 6—наполнительный прибор, 7—мостовой кран, 8—отта-ивательный сосуд, 9—ледоскат и мешалка-пропеллер. Ледогенератор должен иметь такое расположение испарительных змеевиков, чтобы можно было между ними или над ними поместить ледяные формы. Мешалка-пропеллер заставляет охлажденный рассол циркулировать между формами, которые в больших лрдоделательных устройствах соединяют в ряды для выемки их посредством подъемного механизма. Ледяные формы изготовляются из тонкой стали в 1—1,5 миллиметров с совершенно гладкой
предохранения от ржавчины формы оцинковывают или лудят. Размеры и вес форм при общей высоте 1115 миллиметров следующие:
| Внутренние раз- | Вес формы | ||
| Вес блока льда | меры в | мм | в кг |
| в кг | вверху | внизу | |
| 12,5. | 190X110 | 160X 80 | 8 |
| 140x140 | 120x120 | ||
| 25. | ) 245x150 | 217 X137 | 10 |
| 190x190 | 160x160 | ||
Расход холода на производство искусственного льда составляет в среднем ~ 130 Са1/кг. Продолжительность замораживания воды зависит от t° рассола, ί° воды и размеров формы, колеблясь от 7 до 9 ч. для блоков в 12,5 килограмм и от 12 до 15 ч.—для 25 килограмм. Для производства прозрачного Л. применяется продувание воздуха в замораживаемую воду посредством тонких трубочек, опущенных в каждую форму, что вызывает перемешива-
Фигура 2.
ние воды и удаление из нее воздуха. Изготовленный Л. поступает в камеру хранения с t° —3° и нагрузкой до 1 тонна на 1 м%. Ледо-делательный завод (фигура 4) объединяет машинное отделение, помещение ледогенератора и льдохранилище. В зависимо
сти от суточной производительности завода внешний объём здания его и холодопроиз-водительногть машин составляют:
Суточная произв. Л. в га 5 10 15 20
Объем здания в м3. ·. · 600 900 1 200 1 500
Машина в Cal/час. .30 000 50 000 80 000 100 000
Лит.: Денисов П. И., Заготовка льда, хранение его во временных льдохранилищах и забор из них, Петроград, 1921; Комаров Н. С., Холод, Москва. 1929. Н. Комаров.