УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ МЕСТА ПРОВЕДЕНИЯ ПОДВОДНЫХ РАБОТ ОТ ДЕЙСТВИЯ ПОТОКА ВОДЫ

Полезная модель относится к гидротехнике, а именно к средствам защиты мест проведения подводных работ от действия потока воды, и может быть использована при ликвидации аварий и ремонте подводных трубопроводов и других объектов, бурении подводных буровых скважин, водолазных роботах, подводном строительстве, защите подводных сооружений и подводных частей надводных сооружений и т.п. Кроме этого, полезная модель может быть использована для предотвращения распространения в водоеме агрессивных или вредных веществ, которые вытекают при аварии из поврежденного трубопровода или судна.
Наиболее близким аналогом заявляемого устройства, выбранным в качестве прототипа, является устройство для защиты места проведения подводных работ от действия потока воды, содержащее установленный поперек потока защитный экран, устойчивый против течения и не мешающий проведению работ. Конструкция экрана и материал, из которого он изготовлен, могут быть разными. Например, это может быть установленный на козловых опорах и несколько углубленный в дно жесткий металлический экран (Забела К.А. Ликвидация аварий и ремонт подводных трубопроводов. - М.: Недра, 1986. - С.79).
При работе известного устройства поток воды сталкивается с защитным экраном, который поглощает часть кинетической энергии потока воды, скорость которого после этого значительно уменьшается, и он медленно протекает по поверхности экрана, обходя место проведения работ. Недостатком известного устройства является его сложность, связанная с необходимостью обеспечения жесткости и устойчивости защитного экрана, достаточных для выдерживания давления потока воды, и сложностью его установки и закрепления на дне водоема. Кроме этого, в известном устройстве защита ограничивается высотой экрана, а установка только с одной стороны, в направлении против течения воды, одного защитного экрана не обеспечивает эффективной защиты места проведения работ со всех сторон.
В основу полезной модели поставлена задача усовершенствования устройства для защиты места проведения подводных работ от действия потока воды, в котором путем изменения средства гашения кинетической энергии воды и места его установки обеспечивается уменьшение скорости и давления потока воды на всю глубину и со всех сторон на место проведения работ без применения сложных и громоздких средств и без выполнения сложных подводных работ по их установке. Кроме того, обеспечивается возможность локализации агрессивных или вредных веществ, которые вытекают при аварии из поврежденного трубопровода или судна. В результате повышается эффективность защиты места проведения подводных работ от действия потока воды, упрощается устройство и снижается его стоимость.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для защиты места проведения подводных работ от действия потока воды, содержащем по меньшей мере одно средство гашения кинетической энергии воды, выполненное с возможностью установки под водой вблизи места проведения подводных работ на минимально возможном расстоянии, которое позволяет не мешать проведению работ, новым является то, что в качестве средства гашения кинетической энергии воды использован аэратор водной среды в виде соединенного с источником газа повышенного давления, предпочтительно воздуха, перфорированного трубопровода, выполненного с возможностью установки вокруг места проведения работ и образования водогазовой, предпочтительно водовоздушной, пузырьковой завесы, в которой степень объемного дисперсного газосодержания установлена в зависимости от скорости течения и давления воды, глубины проведения подводных работ, но не менее 20%.
Новым также является то, что аэратор водной среды выполнен с возможностью изменения степени объемного дисперсного газосодержания завесы путем регулирования давления и/или объема подаваемого газа, расчета размеров и количества отверстий или щелей в трубопроводе, а также количества трубопроводов.
Новым также является то, что трубопровод в плане имеет обтекаемую форму.
Новым также является то, что трубопровод в плане имеет форму, имеющую по меньшей мере один острый угол, направленный в сторону потока воды.
Новым также является то, что трубопровод пригружен или оснащен дополнительным, заполненным сыпучим материалом трубопроводом, который спускают с плавсредства или надводного сооружения.
Новым также является то, что трубопровод выполнен с возможностью учета рельефа дна.
Новым также является то, что трубопровод выполнен с возможностью установки на уровне нулевой плавучести.
Между совокупностью существенных признаков заявляемой полезной модели, и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь.
Изменение средства гашения кинетической энергии воды и места его установки, а именно:
- использование в качестве средства гашения кинетической энергии воды аэратора водной среды в виде соединенного с источником газа повышенного давления, предпочтительно воздуха, перфорированного трубопровода;
- выполнение трубопровода с возможностью установки вокруг места проведения работ и образования водогазовой, предпочтительно водовоздушной, пузырьковой завесы;
- установление в завесе степени объемного дисперсного газосодержания в зависимости от скорости течения и давления воды, глубины проведения подводных работ, но не менее 20%;
в совокупности с известными признаками заявляемой полезной модели обеспечивает образование пузырьковой завесы с таким газосодержанием и с таким расположением, которые позволяют, за счет расходования кинетической энергии потока воды на захлопывание пузырьков, значительно снизить скорость потока воды и его давление на всю глубину и со всех сторон на место проведения работ, что обеспечивает повышение эффективности защиты места проведения подводных работ от действия потока воды, упрощает его за счет использования несложного оборудования и его несложной установки в сравнении с прототипом, и снижает стоимость защиты. Кроме того, вследствие образования пузырьковой завесы на всю глубину от места проведения работ до поверхности воды, обеспечивается возможность локализации агрессивных или вредных веществ, вытекающих при аварии из поврежденного трубопровода или судна, и ограничение распространения течением по водоему этих веществ, что облегчает их сбор и обезвреживание.
Выполнение аэратора водной среды с возможностью изменения степени объемного дисперсного газосодержания завесы путем регулирования давления и/или объема подаваемого газа, расчета размеров и количества отверстий или щелей в трубопроводе, а также количества трубопроводов, практически обеспечивает учет конкретных условий, касающихся скорости и давления потока воды в месте проведения работ, что также повышает эффективность защиты этого места.
Выполнение трубопровода, имеющим в плане обтекаемую форму, позволяет использовать его в случае относительно равномерного давления потока со всех сторон, а в форме, имеющей по меньшей мере один острый угол, направленный в сторону потока воды, - в случае, когда наибольшее давление в одном направлении, что также способствует повышению эффективности защиты.
Пригружение трубопровода или оснащение его дополнительным, заполненным сыпучим материалом трубопроводом, который спускают с плавсредства или надводного сооружения, значительно упрощает установку трубопровода на дне водоема и, соответственно, защиту в целом.
Выполнение трубопровода с возможностью учета рельефа дна, например путем оснащения трубопровода в местах углубления дна опорами, которые обеспечивают его устойчивость, способствует повышению надежности установки трубопровода и эффективности защиты.
Выполнение трубопровода с возможностью установки на уровне нулевой плавучести позволяет расширить возможности защиты места проведения работ для очень неровного рельефа дна или для выполнения работ на определенной необходимой глубине, не достигая дна.
Устройство для защиты места проведения подводных работ от действия потока воды в наилучшем варианте своего исполнения, который, однако, не является единственно возможным, содержит по меньшей мере одно средство гашения кинетической энергии воды, в качестве которого использован аэратор водной среды в виде перфорированного трубопровода, соединенного с источником газа, предпочтительно воздуха, повышенного давления. Трубопровод установлен под водой вокруг места проведения подводных работ на минимально возможном расстоянии, которое позволяет не мешать проведению работ. Трубопровод выполнен с возможностью образования водогазовой, предпочтительно водовоздушной, пузырьковой завесы, в которой степень объемного дисперсного газосодержания установлена в зависимости от скорости течения и давления воды, глубины проведения подводных работ, но не менее 20%.
Аэратор водной среды может быть выполнен с возможностью изменения степени объемного дисперсного газосодержания завесы путем регулирования давления и/или объема подаваемого газа, расчета размеров и количества отверстий или щелей в трубопроводе, а также количества трубопроводов.
Трубопровод в плане может иметь обтекаемую форму, не имеющую углов, или форму, имеющую по меньшей мере один острый угол, направленный в сторону потока воды.
Трубопровод может быть пригружен или оснащен дополнительным, заполненным сыпучим материалом трубопроводом, который спускают с плавсредства или надводного сооружения.
Трубопровод может быть выполнен с возможностью учета рельефа дна, а также с возможностью установки на уровне нулевой плавучести.
Заявленное устройство работает следующим образом.
С плавсредства или надводного сооружения определяют место на дне водоема или на каком-либо подводном сооружении, где должны проводиться аварийные, строительные или другие подводные работы. Предварительно определяют глубину места проведения работ, направление течения воды, скорость потока и его давление. Рассчитывают размеры и количество отверстий или щелей на трубопроводе, а также давление и объем газа, например воздуха, который будут пропускать через трубопровод, чтобы обеспечить необходимую степень объемного дисперсного воздухосодержания, создаваемого водовоздушной пузырьковой завесой. Рассчитывают также количество трубопроводов и определяют их форму в плане. В случае, когда давление потока воды относительно равномерно со всех сторон вокруг места проведения работ, то используют трубопровод обтекаемой в плане формы, например круглой или овальной. В случае, когда давление потока воды имеет одно преобладающее направление с какой-то одной стороны к месту проведения работ, то используют трубопровод ромбической в плане формы, острый угол которого направлен в сторону потока воды, что позволяет сосредоточить в этом месте наибольшее количество водовоздушных пузырьков.
Трубопровод соединяют с источником воздуха повышенного давления, которое оснащено регулятором расхода подачи воздуха.
Трубопровод пригружают путем закрепления на нем какого-либо груза или дополнительного, заполненного сыпучим материалом, например песком, трубопровода и спускают на дно водоема таким образом, чтобы он расположился вокруг места проведения работ на минимально возможном расстоянии, которое позволяет не мешать проведению работ. Если рельеф дна неровный, то трубопровод оснащают нижними опорами в местах углублений дна, что обеспечивает его горизонтальное положение и, соответственно, устойчивость. Возможен еще один вариант, когда трубопровод необходимо установить не на дне, а на определенной глубине, или когда дно имеет очень неровный рельеф. Тогда для трубопровода на необходимой глубине достигают уровня нулевой плавучести, регулируя массу груза или объем воздуха в поплавках, закрепленных на трубопроводе или соединенных с ним и плавающих на поверхности воды. Для достижения уровня нулевой плавучести трубопровод может быть соединен с установленными на поверхности воды буями или из него могут быть спущены на дно один или более якорей.
В перфорированный трубопровод подают воздух необходимого давления, который сквозь отверстия или щели попадает в воду и образовывает с ней водовоздушные пузырьки. Эти пузырьки легче воды, поэтому поднимаются вверх, создавая над трубопроводом, т.е. вокруг места проведения работ, на всю глубину водоема пузырьковую завесу, степень объемного дисперсного воздухосодержания которой не менее 20%. Поток воды, сталкиваясь с пузырьками, захлопывает их, тратя на этот процесс свою кинетическую энергию. Скорость потока при этом замедляется, давление уменьшается, что обеспечивает эффективную защиту места проведения подводных работ от действия потока воды. А в случае вытекания агрессивных или вредных веществ (при аварии) из поврежденного трубопровода или судна, эти вещества локализуются и не распространяются по водоему.