Крытый каток спортивного комплекса «Крылатское» г. Москвы запроектирован и построен как универсальный для проведения тренировок и соревнований по шести видам спорта на льду. Однако его строительство обосновывалось, в первую очередь, необходимостью создать в России каток для реализации тренировочных и соревновательных процессов для конькобежцев, не уступающий по скоростным показателям льда, ведущим равнинным Европейским каткам.

В период пуска катка СК «Крылатское», а также при подготовке к ответственным соревнованиям техническая служба не имела помощи высококвалифицированных специалистов лучших мировых крытых катков и зарубежных фирм. А такая практика за рубежом и на некоторых объектах России имеет место быть. Например, на катке Oval Lingotto в Турине (Италия), для заливки и обслуживания льда в периоды проведения этапа Кубка Мира и Зимних Олимпийских игр 2005 – 2006 гг. пригласили комплексную бригаду специалистов лучших мировых катков Канады, Голландии, Германии. Для заливки и обслуживания льда в период сдачи и освоения крытого катка в Коломне пригласили специалистов из Голландии.

Техническая служба катка СК «Крылатское» на начальной стадии пуска имела только теоретические знания, полученные от финских специалистов по заливке исключительно хоккейных площадок, однако это не помешало в кратчайшее время освоить специфику заливки бегового спортивного льда. Более того, службой разработаны технологии заливки массива спортивного льда и модификации поверхностных слоёв массива для повышения скоростных свойств льда. Указанные технологии прошли апробации во второй половине 2005 – январе и феврале 2006 годов. На этом льду реализована подготовка к Зимней Олимпиаде команды России, спортсмены которой завоевали золотую, серебряную и бронзовую медали. Отзывы участников Олимпийских игр и их тренеров о качестве льда катка СК «Крылатское» — положительные. Сравнивая результаты выступлений российских участников Олимпийских игр на катке «Oval Lingotto » в Турине и в декабре 2005 года на льду катка СК «Крылатское» можно видеть, что для дистанций 1500 м, 3000 м и 5000 м время, показанное спортсменами в Москве существенно лучше для подавляющего числа участников, чем в Турине. Это подтверждает вывод о том, что скоростные качества спортивного льда катка СК «Крылатское» выше аналогичного показателя катка «Oval Lingotto » в Турине.

Следует отметить, что техническая служба СК «Крылатское» в сравнении с аналогичными закрытыми катками находится в более сложном положении. Каток СК «Крылатское» практически одновременно (в течение одного дня) обеспечивает тренировочные процессы конькобежцам, хоккеистам с мячом и фигуристам. В выходные дни и вечернее время проводятся сеансы массового катания. Такая нагрузка вынуждает заливать универсальный лёд, способный выдержать повышенные нагрузки от хоккеистов и посетителей сеансов массовых катаний и позволяющий при строгании убирать глубокие порезы и травмы поверхности массива, возникающие из-за большей нагрузки на лёд от хоккеистов или посетителей сеансы массовых катаний. Этот лёд имеет толщину 35 — 45 мм, что несколько превышает рекомендованную толщину массива льда для конькобежцев.

Изменение качества льда от повышенной нагрузки при проведении тренировок и соревнований по хоккею с мячом и массовых катаний можно иллюстрировать по фотографиям проб льда. На фото Рис. 1 приведен образец льда, взятый на вираже, т.е. там, где лёд используется исключительно конькобежцами.

Как можно видеть лёд – монолит с отсутствием газонаполненных областей.

В ходе использования льда хоккеистами, фигуристами и посетителями сеансов массовых катаний лёд травмируется. Причём эти травмы не удаётся устранить только обслуживанием (строганием и дозаливкой). Лёд приобретает газонаполненную структуру, его скоростные качества ухудшаются. О качестве такого льда можно судить по фотографии травмированных образцов Рис. 2 (газонаполненный) или с накоплением травм в верхней зоне массива Рис. 3.

Как видно из приведенного выше материала, очень важно вести мониторинг состояния льда и не допускать существенного падения его скоростных качеств. Техническая служба СК «Крылатское» для этой цели (кроме взятия проб льда) имеет пакет методов и приборов. Первый метод оценки скоростных свойств массива льда основан на определении величины условного коэффициента скольжения по дальности пробега скользиметра, в метрах, моделирующего конькобежца. Метод используется технической службой СК «Крылатское». Метод впервые применён ООО «ГП Холодильно-инженерный центр» и подробно описан в специальной литературе.

Для исследования различных свойств ледового покрытия спортивного комплекса «Крылатское» фирмой «Научно-технический центр ОЗОН» был разработан измерительный комплекс ОЗОН-002Л (см. Фото 1, поз. 1). При участии специалистов СК «Крылатское» отдельные узлы и программное обеспечение этого комплекса были доработаны, что позволило на этой основе разработать методики исследования спортивного льда.

Фото 1. Общий вид измерительного комплекса ОЗОН-002Л (поз. 1) и входящих в его состав приборов:

• для измерения скользкости льда – скользиметра (поз. 2) и
• для измерения твердости льда – твердомера (поз. 3).

Измерительный комплекс ОЗОН дает возможность определять и изучать следующие свойства ледовых покрытий: коэффициент скольжения, твердость, модуль упругости. Кроме того, путем подсоединения к комплексу различных датчиков могут быть определены и записаны различные физические параметра катка (температура льда и воздуха, толщина льда, скорость и влажность воздуха, освещенность).

Описание скользиметра

Прибор для измерения коэффициента трения – параметра, определяющего скользкость льда, именуемый для простоты скользиметром, представляет собой пластмассовую коробку, в которой установлен блок электронного обеспечения (БЭО), включающий датчик ускорения и аккумулятор для автономной работы (см. Фото 1, поз. 2). БЭО закрепляется на металлической платформе, которая движется по льду на полозьях, имитирующих лезвия коньков (см. Фото 2).

Вычисление коэффициента трения производится по анализу ускорения скользиметра, которое фиксирует датчик ускорения.

Фото 2. Общий вид прибора для определения скользкости льда – скользиметра, включающего:

• блок электронного обеспечения (БЭО) (поз. 1) и
• металлическую платформу с полозьями (поз. 2).

Описание методики определения скользкости льда

Методика измерений с использованием скользиметра включает ряд последовательных операций (после зарядки аккумулятора БЭО и охлаждения металлической платформы с полозьями на льду):

• толкание металлической платформы с установленным на ней БЭО вручную на исследуемых участках ледовой площадки (толканием должно обеспечивать прямолинейное скольжение скользиметра на расстояние в диапазоне 4-10 м), при этом соблюдается определенный алгоритм включения и выключения тумблеров на скользиметре, при котором производится запись информации об изменении ускорения в виде файлов;
• набор данных в БЭО на исследуемом участке льда в количестве 10-15 файлов, что обусловлено, с одной стороны, необходимостью получения достаточного массива данных для вычисления среднего значения величины коэффициента трения и, с другой стороны, максимальной величиной информации, воспринимаемой БЭО;
• подсоединение БЭО скользиметра к измерительному комплексу и передача полученной информации для последующей обработки ее компьютером, причем передача информации означает также удаление ее из памяти автономного БЭО. После этого скользиметр готов к проведению следующего эксперимента.

Многочисленные эксперименты с применением скользиметра позволили выявить целый ряд характерных величин коэффициента трения (μ) спортивного льда в разном его состоянии. Они приведены в таблице.

Таблица. Коэффициенты трения льда при разном его технологическом состоянии.

Из данных таблицы видно, что свежезалитый лед имеет низкий коэффициент трения, то есть создает небольшое сопротивление скольжению. Прибор также фиксирует, что технологические добавки в заливочную воду, призванные максимально способствовать увеличению скоростных показателей конькобежцев, заметно снижают коэффициент трения.

При увеличении времени от начала заливки коэффициент трения имеет явную тенденцию к росту. Так, спустя 14 часов после заливки коэффициент трения увеличивается на 15 %. Это объясняется тем, что при старении льда происходит увеличение его шероховатости — в основном за счет конденсации на нем влаги из воздуха.

Применение скользиметра показывает также, что проструганный лед, и тем более лед необработанный (после тренировки спортсменов), создает максимальное сопротивление скольжению, что подтверждают полученные значения коэффициента трения.

Описание твердомера

Прибор для определения твердости льда (твердомер) (см. Фото. 3) представляет собой массивный металлический корпус-катушку из нержавеющей стали (поз. 1). Внутри катушки имеется осевое отверстие, в которое вставлен шток. В нижний конец штока вкручивается один из сменных инденторов из закаленной стали с разными радиусами наконечника.

На верхнем конце штока устанавливается металлический диск, на котором крепится тензометрический датчик нагрузки (поз. 2). На верхней части корпуса находится шток с кронштейном, в котором установлен датчик линейного перемещения (поз. 3). Датчики нагрузки и перемещения непосредственно подсоединяются к измерительному комплексу «ОЗОН», обеспечивающему прием поступающей информации, обработку ее и выдачу конечных результатов. На верхнюю плоскость датчика нагрузки крепится еще один металлический диск, на который можно непосредственно класть гири (или набор гирь) разной массы (поз. 4).

Фото 3. Общий вид прибора для определения твердости льда – твердомера, включающего:

• металлический корпус (поз. 1),
• датчик нагрузки (поз. 2),
• датчик линейного перемещения (поз. 3),
• гиря (поз. 4).

Описание методики определения твердости льда

Измерение твердости льда предполагает внедрение индентора с определенным радиусом наконечника в толщу льда под определенной нагрузкой.

Подбором радиуса индентора, нагрузки и времени ее воздействия можно добиться получения данных по прочности льда при внедрении на определенную глубину массива льда. Необходимым требованием в данном случае является вдавливание индентора в массив льда с образованием по окончании измерения лунки с ровными краями. Разрушающее воздействие на лед, вызывающее его крошение в месте внедрения, нежелательно, так как может давать искаженную информацию о состоянии льда.

При отработке методики были определены диапазоны параметров работы прибора, позволяющие характеризовать конькобежный лед в различном его состоянии. Так, для характеристики поверхностного слоя массива льда можно рекомендовать следующие параметры определения: нагружаемая масса – 10 кг, радиус наконечника индентора – 3 мм, время внедрения – 5 мин. Для получения достоверных результатов необходимо на исследуемой поверхности произвести не менее 8-10 измерений, из которых затем выводится среднее значение.

Выбор вышеуказанных параметров обусловлен тем, что метод измерения твердости не должен быть чересчур продолжительным (этого требует достаточно жесткий график использования льда для тренировок и соревнований спортсменов) и должен характеризовать свойства того поверхностного слоя массива льда, в который непосредственно внедряется конек спортсмена (в данном случае – конькобежца).

Проведение различных технологических мероприятий на льду, таких например, как восстановление его структуры способом «отжига» (повышение температуры льда до частичного подплавления), и использование льда для проведения соревнований по другим видам спорта (хоккея, фигурного катания, шорт-трека, керлинга) потребуют, по-видимому, исследования разных толщин поверхностного слоя льда и, следовательно, подбора других параметров определения твердости.

Характеристиками льда при использовании твердомера служат: ход кривой внедрения индентора, конечная глубина внедрения и выдаваемые измерительным комплексом величины твердости по Бринеллю и модуля Юнга (в единицах кгс/мм?).

Например, для изучения прочностных характеристик льда в конькобежном центре «Крылатское» были выбраны два различных участка: 1) участок площадки, где проводят тренировки хоккеисты и проходят сеансы массового катания и лед имеет следы глубинного нарушения структуры и, вследствие этого, непрозрачен («мутный лед»); 2) участок на вираже конькобежных дорожек, где лед не имеет вышеуказанных повреждений и поэтому прозрачен («прозрачный лед»).

Исследования, проведенные с использованием твердомера, показали, что лед, испытывающий большие нагрузки и разрушение структуры, имеет пониженные прочностные показатели и хуже выдерживает первоначальную нагрузку (см. Рис. 4).

На Рис. 5 показан ход внедрения индентора с радиусом наконечника 1 мм в более глубокие слои массива льда. При этом происходит крошение льда вокруг лунок, что, строго говоря, не позволяет считать прочностные показатели (твердость по Бринеллю и модуль Юнга) достоверными. Но сам ход кривых и конечные показатели глубины внедрения могут вполне служить критериями разного состояния льда. В данном случае лед на конькобежной дорожке заметно лучше выдерживает создаваемую нагрузку от индентора, чем лед, подвергающийся более интенсивной эксплуатации, что свидетельствует о более упорядоченной и целостной его кристаллической структуре.

На рис. 6 приведены данные по внедрению разных инденторов, из которых видно, что внедрение инденторов с радиусами 6 и 12 мм спустя 3 мин от начала измерения практически прекращается и происходит лишь в самые поверхностные слои льда (до 0,25 мм). Поэтому их применение может представлять лишь ограниченный интерес, например, при заливке нового льда — для получения более полной информации о его формировании.

Для улучшения скольжения коньков по поверхности льда применяются различные добавки в воду для заливки. Замеры прочностных показателей льда, полученного как с применением чистой воды, так и воды, в которую внесены такие специальные добавки, показали, что эти добавки повышают прочность льда, играя, по-видимому, роль армирующего компонента (см. Рис. 7).

Технической службой СК «Крылатское» разработана технология лечения травмированного массива льда после длительного использования для реализации тренировок и соревнований хоккеистов, фигуристов, массовых катаний. На наш взгляд наиболее оптимальная технология лечения заключается в термической обработке массива льда по специальной технологии. Один из вариантов такой технологии разработан технической службой СК «Крылатское» и неоднократно применён для целей лечения льда. О действенности такой технологии можно судить по фотографии образца льда (Рис. 8), взятого в той же зоне поля, что и образцы (Рис. 2, 3), но после проведения лечения термической обработкой.

В заключении данной статьи следует отметить, что заливка высококачественного массива – основы спортивного льда, монолитной без газонаполненных областей – это ещё не комплексное решение вопроса получения скоростного спортивного льда. Мы использовали термин основы спортивного льда, так как высококачественный спортивный лёд без применения химических добавок не обеспечивает соответствующие скоростные свойства для конькобежца. Хорошая основа – это по экспертной оценке только 20 – 30 % успеха. Остальные 70 – 80 % зависят от поддержания оптимальной температуры поверхности и качества строгания поверхности, а главное, от подбора оптимальной рецептуры композита модифицирующего поверхностный слой массива льда. Рецептуры такого композита разработаны технической службой СК «Крылатское» по результатам собственной исследовательской работы и апробированы. В итоге появились два варианта рецептурных решений композита. Данные исследований, выполненных службой эксплуатации СК «Крылатское», приведены на Рис. 9 (первый вариант рецептуры) и 10 (второй вариант рецептуры).

Ось Y – дальность пробега скользиметра, м

Ось Х: 1 – базовая вода, используемая для заливки, прошедшая все стадии очистки;

2 – 4 варианты рецептуры и технологии введения композита в базовую воду.

Ось Y – дальность пробега скользиметра, м

Ось Х: 1 – базовая вода, используемая для заливки, прошедшая все стадии очистки;

2 – 3 варианты рецептуры и технологии введения композита в базовую воду.

Технология модификации поверхности массива льда позволила повысить дину пробега экспериментального скользиметра на 20 – 45 %. Это, в основном, сделало лёд СК «Крылатское» с высокими скоростными свойствами, соответствующими трём лучшим мировым каткам по данному показателю.

Придавая большое значение повышению качества отечественной тренировочной базы конькобежного спорта, техническая служба СК «Крылатское» готова оказать посильную техническую помощь в повышении параметров спортивного льда крытых конькобежных центров. Одновременно предлагаем сотрудничество научным и творческим коллективам параллельно с нами работающим над совершенствованием технологии спортивного конькобежного льда.