УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗРУШЕНИЯ ЛЕДЯНОГО ПОКРОВА

Полезная модель 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.
Известно устройство разрушения ледяного покрова (В.В.Богородский, В.П.Гаврило, О.А.Недошивин. Разрушение льда. Методы, технические средства. Л.: Гидрометеоиздат, 1983, С.141-142), включающее магистраль для подачи сжатого воздуха и соединенные с магистралью перфорированные трубопроводы, устанавливаемые в нижних слоях воды акватории. Через магистраль в перфорированные трубопроводы непрерывно подается сжатый воздух для его барботажа в акватории. 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.
Недостатками этого устройства являются низкая производительность по подъему увлекаемой барботажем воды и неэффективность при малых запасах тепла в воде акватории.
Наиболее близким по технической сущности является устройство разрушения ледяного покрова (В.В.Богородский, В.П.Гаврило, О.А.Недошивин. Разрушение льда. Методы, технические средства. Л.: Гидрометеоиздат, 1983, С.145), состоящее из магистрали для подачи сжатого воздуха и соединенного с магистралью накопителя, накапливающего воздух
до определенного объема и периодически выпускающего его в нижние слои воды акватории порциями. В этом устройстве обеспечивается выпуск воздуха в воду в виде пузырей большего объема по сравнению с объемом пузырей, образующихся при непрерывной подаче воздуха. С увеличением объема пузыря увеличивается скорость его подъема. Повышенная скорость подъема пузырей приводит к увеличению расхода воды вовлекаемой барботажем, что в свою очередь повышает производительность способа по сравнению со способом при непрерывной подаче сжатого воздуха.
Недостатком прототипа является неэффективность разрушения ледяного покрова при малых запасах тепла в воде акватории.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является повышение эффективности разрушения ледяного покрова при малых запасах тепла в воде акватории.
Для достижения названного технического результата в устройстве для разрушения ледяного покрова, включающем магистраль для подачи газа, соединенный с ней накопитель, установленный в нижних слоях воды акватории, дополнительно устройство содержит искровой разрядный механизм с выводами, расположенными в накопителе.
Отличительным признаком предлагаемого устройства является искровой разрядный механизм с выводами, расположенными в накопителе, с помощью которого осуществляют выпуск в воду накопленной в накопителе смеси взрывчатых газов путем подрыва искрой, вырабатываемой искровым разрядным механизмом.
Общий вид предлагаемого устройства для разрушения ледяного покрова показан на чертеже.
Устройство для разрушения ледяного покрова содержит источники 1, 2 подачи смеси взрывчатых газов, искровой разрядный механизм 3, например, высоковольтная катушка индуктивности, накопитель 4 (при больших площадях разрушения ледяного покрова возможно использование нескольких накопителей), соединенный магистралями 5, 6 с источниками 1, 2
подачи смеси взрывчатых газов, выводы 7, соединенные с искровым разрядным механизмом 3 посредством проводов 8 и располагаемые внутри накопителя 4, 9 - элемент гидротехнического сооружения, 10 - ледяной покров на поверхности воды 11 и 12 - майны (зоны разрушения ледяного покрова).
Устройство работает следующим образом. В установленный в нижнем слое воды акватории накопитель 4 объемом 0,001 куб. м от источников 1 и 2 подачи смеси взрывчатых газов по магистралям 5 и 6 подают смесь взрывчатых газов. В качестве смеси взрывчатых газов возможно использование гремучего газа или смесей иных взрывчатых газов: углеводородных соединений с окислителем: метана, пропана, ацетилена, мелкодиспергированных нефтепродуктов и др. вместе с кислородом или газом его содержащим: воздух и др.
После накопления смеси взрывчатых газов в накопителе 4, осуществляют ее выпуск в воду путем подрыва, осуществляемого посредством инициирования высоковольтной искры между выводами 7 искровым разрядным механизмом 3. Процессы накопления и выпуска газа путем подрыва повторяют с периодом 5-30 с. При периодическом подрыве смеси в нижнем слое воды акватории образуется множество стремящихся вверх барботирующих пузырьков, наполненных нагретым от взрыва газом. Таким образом, в акватории создаются циркуляционные течения - вертикально восходящие аэрированные потоки теплой воды, которые на поверхности акватории препятствует образованию ледяного покрова 10 на поверхности воды 11 либо образует майны 12. В случае использования в качестве смеси взрывчатых газов гремучего газа его получение возможно непосредственно из воды путем электролиза. Для уменьшения давления льда накопитель 4 располагают у защищаемого гидротехнического сооружения 9.
Высокая эффективность устройства разрушения ледяного покрова при малых запасах тепла в воде акватории обусловлена тем, что при периодическом выпуске смеси взрывчатых газов в нижние слои воды
акватории путем ее подрыва образуются множество быстродвижущихся пузырьков. Образованные пузырьки имеют не только значительно больший суммарный объем, чем объем исходной смеси, но и высокие скорости движения в воде за счет импульса взрыва. 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 10. Образование в воде множества (с большой площадью поверхности теплопередачи) быстродвижущихся (с высокими коэффициентами теплопередачи) пузырьков способствует быстрому их охлаждению и передачи тепла газов пузырьков к окружающему их циркуляционному течению, что в свою очередь повышает эффективность разрушения ледяного покрова 10.
Безопасность применения предложенного устройства обеспечивается использованием периодического выпуска порциями газов в воду нижних слоев акватории путем периодического подрыва очень небольших количеств смеси взрывчатых веществ. По расчетам для формирования устойчивого восходящего течения в акватории достаточно выпуска в воду путем подрыва гремучего газа объемом 0,0005 куб м с периодичностью 10 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. Известно, что при этом избыточном давлении ударная волна неощутима и не представляет опасности для окружающей среды.
Использование предлагаемого устройства позволяет повысить эффективность разрушения ледяного покрова при малых запасах тепла в воде акватории.