СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ ЛЬДА
METHOD FOR ICE BREAKING

Изобретение относится к средствам защиты гидротехнических сооружений от давления льда для поддержания майн, свободных ото льда, удаления ледяного покрова в акваториях у конструкций различных гидротехнических объектов: водопропускных ворот гидроузлов, плотин, дамб, платформ и сооружений, несущих оборудование для добычи углеводородов на шельфах, причалов и портов, и предназначено для борьбы с ледовыми заторами.
Известен способ разрушения ледяного покрова, заключающийся в непрерывной подаче сжатого воздуха в нижние слои воды акваторий с помощью пневматической (барботажной) установки через перфорированные трубопроводы или отдельные сопла, образованные в воде при барботаже пузырьки воздуха, обладая подъемной силой, движутся к поверхности и увлекают за собой массы более теплой придонной воды, которая, отдавая свое тепло, препятствует ледообразованию или способствует растоплению льда (см. В.В.Богородский, В.П.Гаврило, О.А.Недошивин. Разрушение льда. Методы, технические средства. Л.: Гидрометеоиздат, 1983, С.141-142).
К недостаткам этого способа относятся низкая производительность по подъему увлекаемой барботажем воды и неэффективность при малых запасах тепла в воде акватории.
Наиболее близким по технической сущности является способ импульсной подачи сжатого воздуха в воду для разрушения ледяного покрова, заключающийся в периодическом выпуске воздуха в нижние слои воды акватории порциями (см. В.В.Богородский, В.П.Гаврило, О.А.Недошивин. Разрушение льда. Методы, технические средства. Л.: Гидрометеоиздат, 1983, с.145). В этом способе воздух подается и накапливается в накопителе, из которого по достижении некоторого объема периодически выпускается в нижние слои воды акваторий порциями, обеспечивая подачу воздуха в виде пузырей большего объема. С увеличением объема пузыря увеличивается скорость его подъема. Повышенная скорость подъема пузырей приводит к увеличению расхода воды, вовлекаемой барботажем, к ледяному покрову, что в свою очередь повышает производительность способа по сравнению со способом при непрерывной подаче сжатого воздуха.
Недостаток прототипа заключается в неэффективности разрушения ледяного покрова при малых запасах тепла в воде акватории.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении эффективности разрушения льда.
Для достижения названного технического результата в предлагаемом способе, включающем периодический выпуск смеси газов порциями в нижние слои воды акватории, согласно изобретению выпуск смеси газов производят путем их подрыва, а в качестве смеси газов используют водород и кислород при следующем соотношении компонентов, мас.%:
водород
6,0-95,0
кислород
остальное
Кроме этого, заявленное техническое решение имеет факультативный признак, характеризующий его частный случай, а именно:
в качестве смеси газов используют углеводородные соединения с окислителем: метан, пропан, ацетилен, мелкодиспергированные нефтепродукты и др. вместе с кислородом или газом его содержащим - воздухом и др.
Отличительным признаком предложенного способа является выпуск смеси газов в нижние слои воды акватории путем ее подрыва с образованием множества быстродвижущихся пузырьков, которые имеют не только значительно больший суммарный объем, чем исходная смесь, но и высокие скорости движения в воде.
Предлагаемый способ поясняется чертежом.
Позициями на чертеже обозначены: 1 - место выпуска пузырьков газа, образующихся путем подрыва подаваемой (в накопитель) смеси газов, 2-4 - возникающие в акватории циркуляционные течения: 2 - вертикально восходящий аэрированный поток теплой воды, возникающий при подъеме (барботаже) пузырьков от накопителя; 3 - поверхностные течения, разрушающие ледяной покров или препятствующие его образованию; 4 - течения в нижнем слое акватории.
Способ осуществляют следующим образом.
В установленный в нижнем слое воды акватории накопитель объемом менее 0,01 куб.м подают порциями смесь газов, например гремучего газа или смеси водорода и кислорода. В этом случае целесообразно получать гремучий газ непосредственно из воды путем электролиза. Вместо гремучего газа возможно использование смесей иных взрывчатых газов: углеводородных соединений с окислителем: метана, пропана, ацетилена, мелкодиспергированных нефтепродуктов и др. вместе с кислородом или газом его содержащим - воздухом и др.
После накопления смеси газов в накопителе производят ее выпуск в воду путем подрыва, осуществляемого посредством высоковольтной искры или добавлением в смесь инициирующего взрыв вещества. В случае использования смеси ацетилена и кислорода в качестве инициирующего вещества применяют окись фтора. Процессы накопления и выпуска газа путем подрыва повторяют с периодом от 1 с до 30 с. При периодическом подрыве смеси газа в нижнем слое воды акватории образуется множество стремящихся вверх барботирующих пузырьков, наполненных нагретым от взрыва газом. Таким образом, в акватории создаются циркуляционные течения (2-4). Вертикально восходящий аэрированный поток теплой воды (2) на поверхности преобразуется в поверхностное течение (3), которое препятствует образованию ледяного покрова либо разрушает уже образованный. Для уменьшения давления льда накопитель располагают у защищаемого сооружения.
Увеличение суммарного (барботажного) объема и скорости движения пузырьков способствует большему расходу увлекаемой барботажем воды, т.е. приводит к увеличению циркуляционного течения от дна к поверхности акватории. Повышение расхода циркуляционного течения в акватории обуславливает более эффективное разрушение ледяного покрова. Образование в воде множества (с большой площадью поверхности теплопередачи) быстродвижущихся (с высокими коэффициентами теплопередачи) пузырьков способствует быстрому их охлаждению и передаче тепла газов пузырьков к окружающему их циркуляционному течению, что в свою очередь повышает эффективность разрушения ледяного покрова.
Безопасность предложенного способа обеспечивается использованием периодического выпуска смеси газов порциями в воду нижних слоев акватории путем периодического подрыва небольших количеств смеси взрывчатых веществ. По расчетам для формирования устойчивого восходящего течения в акватории достаточно выпуска в воду путем подрыва порций смеси газов, например гремучего (смеси водорода и кислорода) газа объемом 0,0005 куб. м с периодичностью 2-5 с, таким образом, мощность единичного взрыва составит менее 30 кДж, что соответствует избыточному давлению волны сжатия на расстоянии всего лишь 0,5 м от места взрыва менее 0,02 МПа. При этом избыточном давлении ударная волна неощутима и не представляет опасности для окружающей среды.
Использование предлагаемого способа позволит повысить эффективность разрушения льда при малых запасах тепла в воде акватории.