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].
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]
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.
Рис. 3. Материалы, поглощающие влагу
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.