Способ разрушения льда и устройство для его осуществления
Группа изобретений относится к технологии разрушения ледяного покрова на водоемах. Способ разрушения льда включает выпуск из подводной пусковой установки через открытую сверху заполненную водой пусковую шахту пробойника с обеспечением достижения им поверхности льда. В качестве пробойника используют твердое полое тело, имеющее в нижней части отверстие, сообщенное с его полостью. Для выпуска пробойника осуществляют подачу взрывчатого газа в полость пробойника через полую закрытую сверху и снизу камеру, сообщенную с пробойником с помощью соединительной трубы, введенной в его полость, с обеспечением заполнения взрывчатым газом полости пробойника и полости камеры. После этого осуществляют инициирование взрыва находящегося в полости пробойника и в полости камеры взрывчатого газа, обуславливающего движение пробойника за счет выброса из его полости образующихся при взрыве продуктов, а также выпуск из шахты потока парогазовой смеси, образующейся при взаимодействии указанных продуктов с заполняющей шахту водой. Устройство для разрушения льда включает подводную пусковую установку, содержащую открытую сверху пусковую шахту, в которой расположен пробойник. Устройство содержит также закрытую сверху и снизу подводную полую камеру, сообщенную с пробойником с помощью соединительной трубы, введенной в его полость, а также расположенные в камере средство подвода взрывчатого газа и средство инициирования взрыва взрывчатого газа. Технический результат, обеспечиваемый группой изобретений, заключается в повышении эффективности разрушения льда за счет одновременного ударного и чрезвычайно эффективного теплового разрушающего воздействия на него. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к технологии разрушения ледяного покрова на водоемах.
Известны способ разрушения льда и устройство для его осуществления, описанные в [RU 2356777].
Рассматриваемые способ и устройство предусматривают создание области повышенного давления в замкнутом пространстве, образованном стаканами цилиндрической формы, вложенными один в другой и расположенными в воде с возможностью перемещения относительно друг друга в вертикальном направлении. Разрушение льда осуществляют динамическим действием дна верхнего стакана на внутреннюю поверхность ледяного покрова, вызванным взрывом газовой смеси, поданной в пространство между донными частями двух стаканов.
Однако в данном способе и устройстве не обеспечивается разгон ударяющего о поверхность льда верхнего стакана, вследствие чего ему не удается накопить большого запаса кинетической энергии, что снижает силу его удара о поверхность льда.
Известны способ разрушения льда и устройство для его осуществления [RU 2066657], которые выбраны в качестве ближайших аналогов заявляемых способа и устройства.
Рассматриваемый способ включает выпуск из подводной пусковой установки через открытую сверху заполненную водой пусковую шахту пробойника, в качестве которого используют полое тело обтекаемой формы, с обеспечением удара его головной частью поверхности льда. Перед выпуском пробойника ему придают положительную плавучесть путем замещения в его полости воды сжатым газом. При этом пробойник разгоняется до скорости, необходимой для накопления им запаса кинетической энергии, достаточной для разрушения льда при ударе о его поверхность.
Рассматриваемое устройство включает подводную пусковую установку, содержащую открытую сверху пусковую шахту, расположенный в указанной шахте пробойник, выполненный в виде твердого полого тела, имеющего в нижней части отверстие, сообщенное с его внутренней полостью, и головную часть, предназначенную для удара о поверхность льда. Устройство также содержит средство для подвода в его полость сжатого газа.
В данных способе и устройстве разрушение льда достигается за счет ударного воздействия пробойника на поверхность льда. Однако ударное воздействие не сопровождается разрушающим воздействием другой природы, таким как тепловое воздействие.
Задачей заявляемых способа и устройства является повышение эффективности разрушения льда за счет одновременного ударного и теплового разрушающего воздействия на него.
Заявляемый способ включает выпуск из подводной пусковой установки через открытую сверху заполненную водой пусковую шахту пробойника с обеспечением достижения им поверхности льда, при этом в качестве пробойника используют твердое полое тело, имеющее в нижней части отверстие, сообщенное с его полостью.
Новым в заявляемом способе является то, что для выпуска пробойника осуществляют подачу взрывчатого газа в полость пробойника через полую закрытую сверху и снизу камеру, сообщенную с пробойником с помощью соединительной трубы, введенной в его полость, с обеспечением заполнения взрывчатым газом полости пробойника и полости камеры, после чего осуществляют инициирование взрыва находящегося в полости пробойника и в полости камеры взрывчатого газа, обуславливающего движение и выпуск из шахты пробойника за счет выброса из его полости образующихся при взрыве продуктов, а также выпуск из шахты потока парогазовой смеси, образующейся при взаимодействии продуктов взрыва с заполняющей шахту водой.
В частном случае выполнения способа перед выпуском пробойника осуществляют подачу в пусковую шахту воздуха.
Заявляемое устройство включает подводную пусковую установку, содержащую открытую сверху пусковую шахту, расположенный в указанной шахте пробойник, выполненный в виде твердого полого тела, имеющего в нижней части отверстие, сообщенное с его внутренней полостью.
Новым в заявляемом устройстве является то, что оно содержит закрытую сверху и снизу подводную полую камеру, сообщенную с пробойником с помощью соединительной трубы, введенной в его полость, а также расположенные в камере средство подвода взрывчатого газа и средство инициирования взрыва взрывчатого газа.
В частном случае выполнения устройства пусковая шахта снабжена средством подвода в нее воздуха.
Принципиально важным в заявляемом способе является осуществление взрыва взрывчатого газа, которым заполняют полость пробойника, а также полость камеры, сообщенной с полостью пробойника через соединительную трубу. В результате взрыва пробойник осуществляет реактивное движение за счет выброса образующихся в его полости продуктов. При этом пробойник приобретает достаточно большой запас кинетической энергии, обуславливающий значительную силу удара пробойника о поверхность льда. Кроме того, взрыв относительно большого объема взрывчатого газа, находящегося в полостях камеры и пробойника, сопровождается возникновением высокого давления в пробойнике и выделением большого количества тепла, в результате чего происходит нагрев пробойника, который продвигается через толщу льда, вызывая его таяние до тех пор, пока давление газа и его температура оказываются достаточными для его продвижения. Описанный взрыв вызывает также формирование горячего парогазового потока, образующегося при взаимодействии продуктов взрыва и воды, находящейся внутри пусковой шахты и над ней в зоне перемещения пробойника.
Таким образом, техническим результатом, достигаемым при реализации способа, является повышение эффективности разрушения льда за счет одновременного ударного и чрезвычайно эффективного теплового разрушающего воздействия на него.
В случае когда осуществляют подачу в пусковую шахту воздуха, происходит аэрирование воды и, как следствие, снижение ее плотности, что способствует снижению сопротивления среды, в которой происходит движение пробойника и парогазового потока.
Принципиально важным в заявляемом устройстве является использование в нем полого пробойника и полой камеры, которые сообщены друг с другом с помощью соединительной трубы, а также наличие средств, обеспечивающих заполнение их полостей взрывчатым газом и инициирование взрыва находящегося в указанных полостях газа с образованием высокотемпературных газов высокого давления.
Выбранная конструкция устройства позволяет обеспечить реактивное движение пробойника за счет выброса струи высокотемпературного реактивного потока газов высокого давления, а также нагрев пробойника и окружающей среды и создание горячего парогазового потока, выпускаемого из пусковой шахты и достигающего поверхности льда. При этом пробойник приобретает запас кинетической энергии, обуславливающий значительную силу удара пробойника о лед, а указанные выше тепловые факторы обеспечивают эффективное продвижение пробойника сквозь толщу льда за счет его расплавления до тех пор, пока давление газа и его температура оказываются достаточными для этого - вплоть до образования сквозного канала во льду.
Таким образом, техническим результатом, достигаемым при реализации устройства, является повышение эффективности разрушения льда за счет одновременного ударного и чрезвычайно эффективного теплового разрушающего воздействия на него.
В случае когда пусковая шахта снабжена средством подвода в нее воздуха, обеспечивается аэрирование воды в ней, что способствует снижению сопротивления движения пробойника и парожидкостного потока.
На фигуре представлен общий вид заявляемого устройства.
Способ осуществляют следующим образом.
Пусковую установку, включающую горизонтально ориентированное основание, на котором смонтированы вертикально ориентированная открытая сверху пусковая шахта с размещенным в ней пробойником и вертикально ориентированная закрытая сверху и снизу камера, сообщенная с помощью трубы с полостью пробойника. Пусковую установку погружают в воду под лед. Высота пусковой шахты соизмерима с глубиной погружения и выбирается из расчета достижения пробойником льда. При этом для облегчения возврата пробойника в исходное положение длину пробойника следует выбирать больше толщины льда, тогда нижняя часть пробойника остается внутри пусковой шахты. Размер камеры выбирают из условия возможности размещения в ней значительного объема взрывчатого газа, при взрыве которого обеспечивается продвижение пробойника сквозь толщу льда и создание парогазового потока, обладающего значительной тепловой энергией.
Пусковая установка может быть установлена, в частности, на подводной платформе или на подводном судне. Пробойник размещают в пусковой шахте с зазором относительно ее стенок с возможностью его перемещения во внутреннем пространстве шахты в направлении снизу вверх. Перед выпуском пробойника пусковая шахта и полость пробойника заполнены водой.
Заполняют полость камеры и полость пробойника взрывчатым газом, в качестве которого может быть использована, например, смесь водорода с воздухом, смесь бензина и его паров с воздухом, а также смесь природного газа (метана) с воздухом. При этом по мере заполнения полости пробойника взрывчатым газом происходит вытеснение воды из его полости и, соответственно, из пусковой шахты.
Инициируют взрыв взрывчатого газа в полости камеры и в полости пробойника, в частности, с помощью средства электрического поджига. Образующиеся в результате взрыва высокотемпературные газообразные продукты, находящиеся под высоким давлением, вырываются из расположенного в нижней части пробойника отверстия, благодаря чему пробойник начинает реактивное движение вверх, достигая поверхности льда. Далее пробойник проходит сквозь лед, вызывая его плавление, до тех пор, пока давление газа и его температура оказываются достаточными для продвижения пробойника. Кроме того, при взаимодействии горячих продуктов взрыва с водой образуется горячий восходящий парогазовый поток, который движется в зазоре между стенками пусковой шахты и наружной поверхностью пробойника, поднимается вверх и достигает поверхности льда и проникает в него. Происходит интенсивное таяние льда.
Перед выпуском пробойника из пусковой шахты может быть осуществлена подача в ее внутреннее пространство воздуха с целью снижения сопротивления среды движению пробойника и парогазового потока.
При пробитии пробойником верхней кромки льда на границе с воздухом реактивное действие струи газов прекращается, и пробойник возвращается в исходное положение.
На платформе могут быть установлены несколько шахт с пробойниками.
Устройство включает подводную пусковую установку, содержащую открытую сверху и закрытую снизу пусковую шахту 1, в частности, смонтированную на подвижной подводной платформе 2. В пусковой шахте 1 расположен пробойник 3, выполненный в виде твердого полого тела, имеющего в нижней части отверстие 4, сообщенное с его внутренней полостью 5, и головную часть 6, предназначенную для удара о поверхность льда 7.
Устройство также содержит смонтированную на основании 2 закрытую сверху и снизу подводную полую камеру 8, сообщенную в нижней части с пробойником 3 с помощью соединительной трубы 9, один концевой участок которой введен в полость 5 пробойника 3, а другой установлен в полости камеры 8.
Кроме того, устройство содержит расположенное в камере 8 средство подвода взрывчатого газа, выполненное в виде трубки 10, обеспечивающей подвод водорода, и трубки 11, обеспечивающей подвод воздуха, которые подаются в количествах, обеспечивающих образование взрывчатой смеси указанных газов. В камере 8 смонтировано средство 12 инициирования взрыва взрывчатого газа, выполненное, в частности, в виде средства электрического поджига.
Пусковая шахта 1 снабжена средством подвода в нее воздуха, включающим трубопровод 13, концевой участок которого расположен в полости шахты 1.
Устройство может содержать также механическое средство (на чертеже не показано), обеспечивающее возврат пробойника 3 в пусковую шахту 1 после соударения со льдом 7.
Устройство работает следующим образом.
Пусковую установку погружают в водоем и устанавливают ее подо льдом 7.
Пробойник 3 размещают в пусковой шахте 1 с зазором относительно ее стенок для обеспечения возможности его перемещения во внутреннем пространстве шахты 1. Перед началом работы пусковая шахта 1 и полость 5 пробойника 3 заполнены водой.
Через трубку 10 подают в камеру 8 воздух, а через трубку 11 - водород в количествах, которые образуют взрывчатый газ, при этом взрывчатый газ поступает по трубе 9 в полость 5 пробойника 3, вытесняя из нее воду. Через трубку 13 подают воздух в пусковую шахту 1 для аэрирования воды. Инициируют взрыв взрывчатого газа с помощью средства 12 электрического поджига.
Из расположенного в донной части пробойника 3 отверстия 4 вырывается струя образующихся при взрыве высокотемпературных газов, вследствие чего осуществляется реактивное движение пробойника 3 вверх. При этом за счет энергии взрыва происходит нагрев пробойника 3 и окружающей среды. Нагретый пробойник 3 ударяет своей головной частью 6 поверхность льда 7. Кроме того, в условиях высоких давления и температуры при взаимодействии газообразных продуктов взрыва друг с другом и с водой происходит образование восходящего горячего парогазового потока, который поднимается вверх по шахте 1 между ее стенками и стенками пробойника, который достигает поверхности льда и пронизывает его.
За счет удара пробойником 3 льда 7 и указанных факторов теплового воздействия происходит разрушение и таяние льда при продвижении пробойника через толщу льда до тех пор, пока давление газа и его температура оказываются достаточными для продвижения пробойника.
1. Способ разрушения льда, включающий выпуск из подводной пусковой установки через открытую сверху заполненную водой пусковую шахту пробойника с обеспечением достижения им поверхности льда, при этом в качестве пробойника используют твердое полое тело, имеющее в нижней части отверстие, сообщенное с его полостью, отличающийся тем, что для выпуска пробойника осуществляют подачу взрывчатого газа в полость пробойника через полую закрытую сверху и снизу камеру, сообщенную с пробойником с помощью соединительной трубы, введенной в его полость, с обеспечением заполнения взрывчатым газом полости пробойника и полости камеры, после чего осуществляют инициирование взрыва находящегося в полости пробойника и в полости камеры взрывчатого газа, обуславливающего движение пробойника за счет выброса из его полости образующихся при взрыве продуктов, а также выпуск из шахты потока парогазовой смеси, образующейся при взаимодействии указанных продуктов с заполняющей шахту водой.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед выпуском пробойника осуществляют подачу в пусковую шахту воздуха.
3. Устройство для разрушения льда, включающее подводную пусковую установку, содержащую открытую сверху пусковую шахту, расположенный в указанной шахте пробойник, выполненный в виде твердого полого тела, имеющего в нижней части отверстие, сообщенное с его внутренней полостью, отличающееся тем, что устройство содержит закрытую сверху и снизу подводную полую камеру, сообщенную с пробойником с помощью соединительной трубы, введенной в его полость, а также расположенные в камере средство подвода взрывчатого газа и средство инициирования взрыва взрывчатого газа.
4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что пусковая шахта снабжена средством подвода в нее воздуха.
