Способ разрушения ледяного покрова

 

Изобретение относится к ледокольным работам. Сущность изобретения: в ледяном покрове (1) выполняют сквозное отверстие, на его верхней поверхности закрепляют по периметру (4) ткань (3), затем под ткань (3) через ветвь (5) питающего шланга (6) и через отверстие в ледяном покрове через ветвь (7) питающего шланга (6) при помощи компрессора (8) подают сжатый воздух. В результате над ледяным покровом формируется воздушная подушка (9), а под ним - воздушная полость (10). При помощи дросселирующих клапанов (11) можно периодически повышать, а затем периодически уменьшать давление в подушке (9) и полости (10). Изобретение направлено на увеличение разрушающей нагрузки на ледяной покров от его собственного веса. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области судоходства в условиях сплошного ледового покрова, к выполнению ледокольных работ с использованием пневматических устройств.

Известно техническое решение, в котором ледяной покров разрушают посредством образования подо льдом воздушной полости при помощи вентиляторного комплекса судна на воздушной подушке (СВП). Для возможности его осуществления в ледяном покрове должно быть либо сквозное отверстие, либо у ледяного покрова должна быть свободная кромка. В этих условиях воздух, нагнетаемый вентиляторным комплексом под днище судна, при расположении СВП над отверстием в первом случае и надвижении на кромку льда во втором оттесняет воду, образуя под ледяным покровом воздушную полость. Одновременно под днищем судна существует воздушная подушка, давление в которой равно давлению в воздушной полости, т.к. воздух в них поступает из одного вентиляторного комплекса судна. В результате вода перестает поддерживать ледяной покров, равновесие которого достигается за счет сил тяжести и сил упругости льда. При определенных размерах СВП в плане и воздушной полости, зависящих от физико-механических свойств льда и его толщины, ледяной покров начинает самопроизвольно разрушаться под действием его сил тяжести, как консоль (Зуев В.А., Козин В. М. "Использование судов на воздушной подушке для разрушения ледяного покрова", Владивосток, ДВГУ, 1988).

Недостатком данного решения является необходимость использования дорогостоящего транспортного средства, каким является СВП, при разрушении льда на ограниченных по площади участках акватории, например, в портах, бухтах, на акваториях судостроительных заводов во время зимнего спуска судов и т.д. Кроме этого, ледоразрушающая способность СВП ограничена из-за невозможности увеличения размеров его воздушной подушки, а известно, что толщина разрушаемого льда напрямую зависит от габаритов и давления в воздушной подушке.

Изобретение направлено на уменьшение затрат на разрушение ледяного покрова и увеличение толщины разрушаемого льда.

Технический результат достигается путем образования над ледяным покровом воздушной подушки и воздушной полости под ледяным покровом. Воздушные подушку и полость создают при помощи воздухонепроницаемой ткани, герметично и прочно закрепленной на верхней поверхности ледяного покрова, и компрессора, нагнетающего под ледяной покров и под ткань сжатый воздух через раздельные шланги с избыточным давлением, величина которого, выраженная в сантиметрах водяного столба, должна быть больше толщины ледяного покрова. Давление в воздушной подушке периодически увеличивают по сравнению с давлением в воздушной полости, а затем периодически уменьшают с частотой, равной частоте резонансных изгибно-гравитационных волн, сохраняя давление не ниже толщины ледяного покрова. Прочность крепления ткани к ледяному покрову должна быть достаточной, чтобы выдержать давление от нагнетаемого под нее воздуха.

Периодическое приложение к ледяному покрову нагрузки с частотой, равной частоте резонансных изгибно-гравитационных волн во льду, приводит к резкому увеличению деформаций, а следовательно, и изгибных напряжений в ледяном покрове по сравнению с ее статическим приложением (Д.Е.Хейсин. "Динамика ледяного покрова", Л. , Гидрометеоиздат, 1967). Таким образом, если ко льду приложить нагрузку периодически с резонансной частотой, то можно существенно увеличить амплитуду колеблющейся системы "лед-вода", т.е. увеличить толщину разрушаемого льда.

Способ осуществляется следующим образом.

Для ледяного покрова заданной толщины и физико-механическими свойствами определяют минимальные размеры (диаметр) воздушной полости, при которых он может разрушиться от собственного веса. Затем область ледяного покрова, на площади которого предполагается произвести ледоразрушающие работы, накрывают, а затем герметично и прочно прикрепляют ко льду (например, путем вмораживания ее кромок) воздухонепроницаемую ткань. При этом прочность крепления должна выдерживать избыточное давление от нагнетаемого под нее от компрессора сжатого воздуха, выраженное в сантиметрах водяного столба, больше толщины ледяного покрова, также измеренной в сантиметрах. Размеры в плане (длина и ширина, либо диаметр) ткани не должны быть меньше диаметра воздушной полости, при котором начинается самопроизвольное разрушение льда при наличии надо льдом воздушной подушки с давлением, равным давлению в воздушной полости. После этого к ткани крепится одна ветвь от общего питающего шланга, а под лед к центру закрепленной на льду ткани подводится вторая ветвь шланга, соединенные с предварительно установленным компрессором, подающим сжатый воздух в обе ветви через общий питающий шланг. Затем включают компрессор. В результате надо льдом сформируется воздушная подушка, а подо льдом - воздушная полость, причем давления в этих областях будут одинаковыми, т. к. к ним подается сжатый воздух через один питающий шланг от одного компрессора.

Если после проведенных операций разрушения ледяного покрова не произойдет (это может возникнуть из-за ошибок в расчетах, оценках физико-механических свойств льда, размеров ткани, ледовых условий (наличия ледового растяжения, снежного покрова и пр.)), то при помощи предварительно установленных в первой и во второй ветвях шлангов, соединенных с общим питающим шлангом, дросселирующих клапанов давление в воздушной подушке периодически увеличивают по сравнению с давлением в воздушной полости, а затем периодически уменьшают, сохраняя в последней давление не ниже толщины льда, при этом частота, с которой периодически увеличивают, а затем уменьшают давление в воздушной подушке, и наоборот в воздушной полости должна быть равна частоте резонансных изгибно-гравитационных волн в ледяном покрове. В результате во льду возникнут резонансные изгибно-гравитационные волны (ИГВ), что резко увеличит деформации и изгибные напряжения по сравнению со статическим приложением силы давления. В итоге к собственным силам тяжести льда добавится нагрузка от сил инерции, возникающих при вертикальных колебаниях ледяного покрова, т.е. суммарная нагрузка на лед возрастет. В результате по сравнению с известным способом уменьшатся энергозатраты и увеличится толщина разрушаемого ледяного покрова.

Реализация изобретения поясняется чертежом.

Для ледяного покрова 1 определяют минимальный диаметр воздушной полости D, при которой он может разрушаться от собственного веса. Затем область ледяного покрова 2, на площади которого предполагается произвести ледоразрушающие работы, накрывают воздухонепроницаемой тканью 3, а затем по ее периметру 4 крепят ко льду 1. После этого к ткани 3 крепится одна ветвь 5 от общего питающего шланга 6, а под лед 1 к центру закрепленной на льду ткани 3 подводится вторая ветвь шланга 7, соединенные с предварительно установленным компрессором 8, подающим сжатый воздух в обе ветви 5 и 7 через общий питающий шланг 6. Затем включают компрессор 8. В результате надо льдом сформируется воздушная подушка 9, а подо льдом - воздушная полость 10 с равными в них давлениями.

Если разрушения льда 1 не произойдет, то при помощи дросселирующих клапанов 11 периодически повышают, а затем периодически уменьшают давление в воздушной подушке 9 по сравнению с давлением в воздушной полости 10 с частотой, равной частоте резонансных ИГВ. В результате во льду 1 возникнут ИГВ 12, что увеличит нагрузку на лед и толщину разрушаемого ледяного покрова.

Формула изобретения

1. Способ разрушения ледяного покрова посредством образования над ледяным покровом воздушной подушки и воздушной полости под ледяным покровом, отличающийся тем, что воздушные подушку и полость создают при помощи воздухонепроницаемой ткани, герметично и прочно закрепленной на верхней поверхности ледяного покрова, и компрессора, нагнетающего под ледяной покров и под ткань сжатый воздух через раздельные шланги с избыточным давлением, величина которого, выраженная в сантиметрах водяного столба, должна быть больше толщины ледяного покрова, при этом давление в воздушной подушке периодически увеличивают по сравнению с давлением в воздушной полости, а затем периодически уменьшают с частотой, равной частоте резонансных изгибно-гравитационных волн, сохраняя давление не ниже толщины ледяного покрова.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что прочность крепления ткани к ледяному покрову должна быть достаточной, чтобы выдержать давление от нагнетаемого под нее воздуха.

РИСУНКИ

Рисунок 1