Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,674

SILICA GEL AS A WAY DETECTION OF HUMIDITY SNOWPACK

Madyarov T.M. 1 Kostyrchenko V.A. 1 Slezov M.A. 1 Vasilev A.P. 1
1 Federal State Budget Higher Professional Educational Institution «Tyumen State Oil and Gas University»
Modernity and the relevance of this work lies in the fact that currently there is no direct method for determining moisture content of the snow mass. During the construction of winter roads with snow moisturizing technology, the humidity of the snow mass is one of the main controlled parameters. That moisture greatly influences the strength of the snow mass. The lack of methods for determining the amount of water to moisten the snowpack in winter road construction technology requires finding solutions to the issue. As a result of the analysis was developed an experimental model to determine the moisture content of snow. In the process, analyzed the technology of construction of temporary winter roads. We consider their classification, as well as describes the technology of construction. An overview of patent devices for the determination of moisture, and analysis of materials, absorb moisture. It was an experimental setup, and conducted two experiments to confirm a working hypothesis. As a result of this experiment shows the relationship through which may make recommendations for the construction of temporary winter roads. The working hypothesis was confirmed by calculations, experimental and clearly reflected in the graph of.
snow mass
thawing
absorption
silica gel
air flow
humidity
volume fraction
1. GOST 3956-76. Silikagel tehnicheskij. Tehnicheskie uslovija (s Izmenenijami N 1, 2, 3). Vved. 1976.01.26. Moskva: Standartinform, 2008. 13 р.
2. Karnauhov N.N., Merdanov Sh.M., Kostyrchenko V.A., Madjarov T.M. Uplotnjajushhaja mashina s dopolnitelnym rabochim organom // Fundamentalnye issledovanija. 2015. no. 9–2. рр. 236–239.
3. Kolunina V.A., Kostyrchenko V.A., Madjarov T.M. Prioritety razvitija nazemnyh transportno-tehnologicheskih kompleksov v osvoenii kontinentalnogo shelfa // Nazemnye transportno-tehnologicheskie kompleksy i sredstva: materialy Mezhdunarodnoj nauchno-tehnicheskoj konferencii. Tjumen, 2015. рр. 147–149.
4. Kolunina V.A., Kostyrchenko V.A., Madjarov T.M. Proektirovanie mashiny dlja soderzhanija i remonta vremennyh zimnih dorog na baze snegobolotohoda «Strannik». Nazemnye transportno-tehnologicheskie kompleksy i sredstva. Materialy Mezhdunarodnoj nauchno-tehnicheskoj konferencii. Tjumen, 2015. рр. 150–153.
5. Kostyrchenko V.A., Merdanov Sh.M., Obuhov A.G., Madjarov T.M. Povyshenie jeffektivnosti rotornogo rabochego organa pri razrabotke merzlyh gruntov // Fundamentalnye issledovanija. 2015. no. 9–2. рр. 252–256.
6. Madjarov T.M., Merdanov Sh.M., Kostyrchenko V.A. Ustrojstvo dlja remonta avtozimnikov. Interstrojmeh 2014. Materialy Mezhdunarodnoj nauchno-tehnicheskoj konferencii. Samara, 2014. рр. 229–232.
7. Madjarov T.M., Kostyrchenko V.A., Sharuha A.V., Spirichev M.Ju. Vlijanie zimnih dorog na zhiznedejatelnost rastenij krajnego severa Neft i gaz Zapadnoj Sibiri Materialy Mezhdunarodnoj nauchno-tehnicheskoj konferencii, posvjashhennoj 50-letiju Tjumenskogo industrialnogo instituta. Otvetstvennyj redaktor O.A.Novoselov. 2013. рр. 53–59.
8. Madjarov T.M., Kostyrchenko V.A., Serebrennikov A.A., Merdanov Sh.M. Mnogofunkcionalnyj termoagregat dlja uvlazhnenija snezhnoj massy // Fundamentalnye issledovanija. 2015. no. 9–2. рр. 278–281.
9. Merdanov Sh.M. Mehanizirovannye kompleksy dlja stroitelstva vremennyh zimnih dorog (Monografija) Tjumen: TjumGNGU, 2013. рр. 18–23.
10. Merdanov Sh.M., Obuhov A.G., Kostyrchenko V.A., Madjarov T.M. Adaptacija snegobolotohoda «strannik» dlja soderzhanija i remonta vremennyh zimnih dorog // Fundamentalnye issledovanija. 2015. no. 9–2. рр. 286–289.
11. Obuhov A.G., Merdanov Sh.M., Kostyrchenko V.A., Madjarov T.M. Mobilnyj zavod po proizvodstvu stroitelnogo materiala dlja vremennyh zimnih dorog // Fundamentalnye issledovanija. 2015. no. 9–2. рр. 290–293.
12. Patentnaja baza [Jelektronnyj resurs] / Federalnoe gosudarstvennoe bjudzhetnoe uchrezhdenie «Federalnyj institut promyshlennoj sobstvennosti» Rezhim dostupa: http://www1.fips.ru.
13. Serebrennikov A.A., Merdanov Sh.M., Madjarov T.M., Kostyrchenko V.A. Pricepnoj agregat dlja uplotnenija dorozhnyh nasypej // Fundamentalnye issledovanija. 2015. no. 9–2. рр. 304–308.
14. Sysoev Ju.G., Merdanov Sh.M., Kostyrchenko V.A., Madjarov T.M. «Mashina dlja remonta vremennyh zimnih dorog», Jelektronnyj nauchnyj zhurnal «Inzhenernyj vestnik Dona», 2014, no. 2. Rezhim dostupa: http:// www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2014/2412 (dostup svobodnyj) Zagl. s jekrana. Jaz. rus.

Российская Федерация ведет курс на освоение и развитие новых месторождений по разработке полезных ископаемых, добыче нефти и газа. Однако транспортный вопрос, а точнее развитие транспортной инфраструктуры в районах Крайнего Севера и Сибири, до сих пор находится на стадии поиска лучшего решения. Особого внимания требует освоение континентального шельфа Российской Федерации, так как шельф Сибири в Северном Ледовитом океане является самым крупным (и наименее изученным) из шельфов.

Тяжелые погодные условия и особенности местности (вечная мерзлота, заболоченность) являются причиной нецелесообразности и экономически невыгодного строительства капитальных автомобильных дорог. На сегодняшний день возможное решение данной проблемы было найдено в строительстве временных зимних дорог [1].

Строительство автозимников имеет свои достоинства и недостатки. Технология строительства требует изучения, исследования, разработки и развития. Ключевыми технологическими операциями этого процесса являются: наброска снега на полотно дороги, увлажнение и уплотнение снега. Особое внимание уделяется операции увлажнения снежной массы [2].

При строительстве временных зимних дорог с использованием технологии увлажнения снега влажность снежной массы является одним из основных контролируемых параметров. Именно влажность в значительной степени влияет на прочность снежной массы.

Процесс определения влажности снежной массы во время увлажнения, используемого при строительстве временных зимних дорог, является сейчас наиболее актуальным. Отсутствие методики определения количества воды для увлажнения снежной массы в технологии строительства автозимников требует поиска решений данного вопроса.

Рассмотрение методик определения влажности и патентный обзор приборов показали, что отсутствует метод прямого определения влажности. По итогам анализа был разработан экспериментальный образец для определения влажности снега [3, 10, 11].

pic_59.tif

Рис. 1. Сушильный шкаф «ШСУ-М»

Для проведения эксперимента необходимо подготовить сорбционный материал. Эффективность и надежность работы адсорберов в значительной степени определяются качеством адсорбента и режимом его регенерации. Необходимо добиться максимальной активности материала.

Чтобы добиться максимальной активности адсорбента, высушим силикагель согласно инструкции по сушке. Используем для этого сушильный шкаф «ШСУ-М»

Экспериментальная установка представляет собой металлический каркас, внутри которого вертикально установлена алюминиевая труба диаметром 180 мм, с коленом на 90° на нижней части трубы. Внутри трубы последовательно закреплены две пластиковые секции для снега и впитывающего материала. Дно каждой секции имеет множество отверстий для прохождения воздуха через материал. У нижнего выхода трубы установлен вентилятор (мощностью 3 кВт). В электрическом вентиляторе нагнетание воздуха производится мощным вентилятором. В рабочей части установки находится термодатчик от метеостанции для отслеживания температуры воздуха внутри и снаружи установки (рис. 2). [5, 8, 14]

pic_60.tif

Рис. 2. Экспериментальная установка для определения влажности снежной массы

 

В ходе анализа материалов, поглощающих влагу изучения ГОСТов по приему влаги, пришли к выводу, что для данного эксперимента больше всего подходит силикагель (рис. 3).

Силикагель представляет собой высушенный гель кремниевой кислоты пористого строения с сильно развитой внутренней поверхностью. Технический силикагель применяют в качестве адсорбента для осушки и очистки воздуха и других газов или паров, а также для сушки и осветления некоторых жидкостей [4, 6, 7].

На экспериментальной установке проведено исследование зависимости «силикагель-поглощение влаги» в процессе нагнетания воздушного потока через снежную массу.

В рамках подготовки к эксперименту, помещаем опытную установку в морозильную камеру для проведения лабораторных исследований. Температура в камере около 18 градусов по Цельсию ниже нуля. Проверяем работоспособность дополнительного оборудования, используемого в работе.

В начале проведения эксперимента наполнили секции опытной установки материалом. Предварительно узнали массу опытного материала, используя точные весы. Снегом заполняется нижняя секция, а впитывающим материалом, в данном случае – силикагелем, заполняется верхняя секция. Далее включаем электрический вентилятор для нагнетания воздуха в трубе. Вентилятор установлен герметично к нижнему концу трубы во избежание лишнего расхода воздуха. Затем влага от снежной массы вместе с нагнетаемым воздухом поднимается вверх и проходит через секцию с силикагелем. Силикагель проявляет адсорбционные свойства и впитывает часть влаги. После окончания опыта итоговое взвешивание силикагеля укажет процентное содержание влаги в экспериментальном образце.

Результаты эксперимента представлены в таблице.

pic_61.tif

Рис. 3. Материалы, поглощающие влагу

pic_62.tif pic_63.tif

Рис. 4. Экспериментальная установка

Изменение показателей материала

Опыт № 1

Время, с

Температура, °С

Масса, г

14:58

–4

100

15:08

–7,4

101

Опыт №2

15:00

–14,8

100

15:30

–12,1

102

16:00

–12,4

103

Данный эксперимент подтвердил рабочую гипотезу поставленную в ходе исследования зависимости «силикагель-поглощение влаги», что позволяет в дальнейшем разработать прибор для определения влажности снега.

Результаты эксперимента помогут разработать рекомендации по строительству временных зимних дорог при операции увлажнения.

Рецензенты:

Захаров Н.С., д.т.н., профессор, действительный член Российской академии транспорта, г. Тюмень;

Торопов С.Ю., д.т.н., профессор кафедры «Транспорт углеводородных ресурсов», ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный нефтегазовый университет», г. Тюмень.