СПОСОБ УВЕЛИЧЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ЛЕДЯНОГО ПОКРОВА
METHOD OF INCREASING CAPACITY OF ICE CAP

Изобретение относится к области ледотехники и может использоваться при создании ледяной переправы для транспортировки грузов.
Известно техническое решение (1. Козин В.М. Патент РФ №2135685 от 27.08.1999), в котором способ создания ледяной переправы заключается в размещении подо льдом стальных труб, опущенных вертикально на дно бассейна через сквозные отверстия, сформированные в ледяном покрове по обоим краям переправы по всей ее длине, причем придонный конец труб выполнен заваренным, а верхний ее конец выступает над ледяной поверхностью. Холодный воздух как более тяжелый поступает внутрь труб, вызывая намерзание льда по всей их наружной поверхности. По истечении времени, достаточного для надежного примерзания нижних и верхних частей труб соответственно к дну бассейна и ледяному покрову и намерзания на поверхностях труб слоя льда необходимой толщины, ледяная переправа готова к эксплуатации.
Недостатком способа является опасность его использования при значительных колебаниях уровня воды в водоеме, которые неизбежно возникают в течение всего зимнего периода. Так, при подъеме уровня может произойти отрыв от дна придонных концов труб, а при падении - разрушение самого ледяного покрова в местах его примерзания к верхним концам труб.
Задачей заявленного изобретения является создание ледяной переправы, несущая способность которой не зависела бы от колебаний уровня воды в водоеме.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в увеличении степени надежности эксплуатации ледяной переправы.
Существенные признаки, характеризующие изобретение
Ограничительные: несущую способность ледяного покрова увеличивают посредством стальных труб, опущенных вертикально на дно бассейна через сквозные отверстия, сформированные в ледяном покрове по обоим краям переправы по всей ее длине, причем придонный конец трубы выполнен заваренным, а верхний ее конец выступает над ледяной поверхностью.
Отличительные: трубы выполняют в виде телескопических опор, при этом в верхней части неподвижного элемента устанавливают коническую наделку, на верхнюю поверхность которой нанесено антиобледенительное покрытие.
Способ осуществляется следующим образом.
В ледяном покрове по обеим сторонам намеченного пути транспортировки грузов сверлятся ряды сквозных отверстий. Через них под лед вертикально опускают трубы в виде телескопических опор с одним подвижным и одним неподвижным элементами, оснащенными уплотнительными кольцами для обеспечения герметичности участка их соединения, с заваренными нижними торцами труб и упирают их в дно бассейна. Длина опор при этом должна быть достаточной для того, чтобы их верхний конец возвышался над поверхностью ледяного покрова. Для предотвращения возможного всплытия труб их временно закрепляют. Затем подготовленную таким образом ледяную переправу подвергают воздействию отрицательных температур. Холодный тяжелый воздух (t<0°C) поступает внутрь труб, вызывая намерзание льда по всей их наружной поверхности, т.е. образование под ледяным покровом своеобразных ледяных свай (ледяных опор), что, безусловно, повысит прочность ледяной переправы. По истечении времени, достаточного для намерзания на поверхностях труб слоя льда необходимой толщины, ледяная переправа готова к эксплуатации, но только для данного уровня воды в водоеме. Поскольку этот уровень, безусловно, будет колебаться в течение всего периода ледостава, то для устранения его нежелательных последствий в виде разрушения ледяного покрова вблизи опор на верхнюю часть подвижного элемента телескопической опоры, опирающейся на дно бассейна и имеющей больший, чем у подвижного элемента, диаметр, устанавливают коническую наделку, на верхнюю поверхность которой наносят антиобледенительное покрытие, уменьшающее адгезию (примерзание) поверхности по льду. Угол конусности наделки α должен обеспечивать такую вертикальную нагрузку на подвижный элемент телескопической опоры, при которой бы вначале разрушался слой намерзшего на опору льда, а не сам примерзший к ней ледяной покров (эти нагрузки можно определить экспериментально).
Таким образом, если в процессе эксплуатации переправы повышается уровень воды в водоеме, то вследствие слабых сил сцепления намерзшего на опору слоя льда с верхней поверхностью конической наделки ледяной покров всплывет, образуя при этом зазор между слоями намерзшего на опорах льда. По истечении времени, достаточного для замерзания воды на данном участке, переправа будет готова к последующей эксплуатации при повысившемся уровне воды.
При падении уровня воды конусная наделка начнет разрушать намерзший на подвижном элементе опоры слой льда за счет неизбежно возникающих при этом касательных напряжений (или «скола»). Их величина, очевидно, зависит от угла конусности α и качества антиобледенительного покрытия, т.е. его адгезионных свойств. Вышеупомянутые параметры должны обеспечивать начало разрушения намороженного слоя льда при внедрении в него конусной наделки при максимальном падении уровня воды и одновременном гарантированном сохранении целостности (неразрушенности) ледяного покрова в местах установки опор. В весенний период, когда эксплуатация переправы станет опасной, трубы вынимают.
Изобретение поясняется графически, где: на фиг. 1 показан общий вид на переправу; на фиг. 2 - сечение по А-А на фиг. 1 (фиг. 2«а» - при первоначальном уровне воды, фиг. 2«б» - при подъеме уровня, фиг. 2«в» - при понижении уровня).
В ледяном покрове 1 по обеим сторонам намеченного пути транспортировки грузов 2 сверлятся ряды сквозных отверстий 3. Через них под лед вертикально опускают трубы 4 с заваренными нижними концами и упирают в дно бассейна 5 (фиг. 1), причем трубы выполняют в виде телескопических опор с подвижным элементом 6 и неподвижным 7. (фиг. 2). На верхней части неподвижного элемента 7 устанавливают коническую наделку 8 (фиг. 1, 2) с антиобледенительным покрытием 9 (фиг. 2), угол установки которого α определяет разрушающую толщину намерзшего льда h (фиг. 1).
При повышении уровня воды ледяной покров всплывает, образуя вследствие слабости адгезионных свойств льда с покрытием наделок опоры области свободной ото льда воды 10 (фиг. 2«б»), которые затем за счет естественного холода замерзают. В результате сохраняется целостность ледовой переправы, и по истечении времени, достаточного для полного замерзания воды в области 10, она готова к дальнейшей эксплуатации (фиг. 2«б»).
При понижении воды конусная наделка 8 начнет разрушать намерзший на подвижном элементе опоры 6 слой льда 11 (фиг. 2), при этом обломки разрушенного намерзшего льда благодаря их силам плавучести (закону Архимеда) сконцентрируются в области 12 (фиг. 2«в») и после их смерзания с контактирующими с ними поверхностями (ледяным покровом 1 и намерзшим слоем льда 11) дополнительно увеличат несущую способность ледяного покрова в месте создания ледяной переправы. После прекращения значительных колебаний уровня воды в водоеме слой льда 11 вновь примерзнет в зависимости от угла α достаточно прочно к поверхности 9 (фиг. 2«в»), обеспечив дальнейшую безопасную эксплуатацию ледяной переправы. В рассмотренных случаях предложенное решение приведет к увеличению несущей способности ледяного покрова, т.е. к достижению заявленного технического результата.