УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОПОР СТАЦИОНАРНЫХ МОРСКИХ ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ ОТ ВНЕШНЕГО ЛЕДОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
DEVICE TO PROTECT SUPPORTS OF STATIONARY MARINE ENGINEERING STRUCTURES AGAINST EXTERNAL ICE IMPACT

Изобретение относится к области добычи полезных ископаемых континентального шельфа замерзающих морей и предназначено для защиты опор стационарных морских инженерных сооружений от внешнего ледового воздействия.
Известны различные устройства бандажного типа для защиты опор стационарных морских инженерных сооружений от переменных нагрузок внешнего ледового воздействия (П.П. Кульмач. Морские сооружения для освоения полярного шельфа. Санкт-Петербург - Москва, 26 ЦНИИ МО РФ, 1999).
Известным является также устройство защиты опор морских инженерных сооружений от переменных нагрузок внешнего ледового воздействия (патент РФ, №2288320, «Устройство для защиты опор морских инженерных сооружений от переменных нагрузок внешнего ледового воздействия», 2006) - прототип. В этом устройстве защитный блок в виде бандажной конструкции, охватывающей опору морского инженерного сооружения, установлен и закреплен на грунте водоема, а по отношению к опоре морского инженерного сооружения расположен с зазором к стенке (Фиг.1).
Опора 1 морского инженерного сооружения охвачена защитным блоком 2, который установлен на грунте водоема 3 и прикреплен к нему (схема крепления не показана). Вода, находящаяся в пространстве зазора 4, изолирована от внешней среды гибким ограждением 5. Ледорезная часть защитного блока 6 представляет собой зону непосредственного контакта защитной конструкции со льдом 7.
Величина зазора определяется по формуле, представленной в патенте. Также предусмотрена возможность подогрева морской воды, которая находится в пространстве зазора между опорой морского инженерного сооружения и стенкой защитного блока, путем сообщения указанного пространства с источником тепла или размещения в нем обогревателя, что позволяет исключать ее замерзание.
Основным недостатком данного изобретения является то, что при глубине в несколько сотен метров строительство такой защитной конструкции является технологически сложным и существенно экономически затратным.
Задачей представляемого изобретения является защита опор стационарных морских инженерных сооружений от внешнего ледового воздействия путем снижение глобальной ледовой нагрузки на опоры.
Технически результат защиты опоры обеспечивается расположением на контактной поверхности защитного бандажа специальных пирамидальных выступов в определенной последовательности. За счет давления льда на выступы образовываются локальные концентраторы разрушений в ледовом поле и лед выкрашивается. Таким образом, глобальная ледовая нагрузка на опору значительно уменьшается.
Сущность изобретения поясняется рисунком (Фиг.2).
Опора морского инженерного сооружения 8 опоясана защитным бандажом 9, расположенным на уровне ледового пояса. Верхняя часть бандажной конструкции должна располагаться выше верхней кромки льда, а нижняя часть конструкции - ниже. Защитная конструкция выполнена из упругого износостойкого материала.
Бандажная конструкция в ледорезной части имеет форму усеченного конуса для того, чтобы лед ломался изгибом вниз. Угол конуса составляет 10÷20° относительно опоры морского сооружения. На контактной поверхности конструкции расположены пирамидальные выступы 10. Размеры и характер расположения выступов зависят от ожидаемой категории ледовых нагрузок. Высота пирамидальных выступов h выбирается в 30 раз больше характерного размера микроструктурного элемента льда для данного региона.
Расстояние между выступами выбирается в 20 раз больше характерного размера микроструктурных элементов льда (кристаллов, трещин). Углы вершин основания пирамидальных выступов α и β (Фиг.2) варьируются в диапазонах: угол α от 20° до 30°, угол β от 10° до 20°. При таком выборе угол у верхних выступов α всегда больше, чем углы нижних выступов β. Эта геометрическая особенность устройства наряду с формой усеченного конуса всей бандажной конструкции способствует вытеснению продуктов разрушения льда вниз под ледовое поле.
При начале дрейфа ледяного поля 11 создается давление льда на защитный бандаж. В зоне контакта льда с пирамидальными выступами образуются локальные концентраторы разрушений в ледовом поле. За счет формы усеченного конуса и непрерывного воздействия ледяного поля лед начинает выкрашиваться между выступами. При этом образуется мелкая дисперсная среда, выполняющая роль демпфирующего слоя. Продукты разрушения льда экструзируют в щели между выступами и вытесняются под ледовое поле, уменьшая тем самым глобальное воздействие ледяного поля на опору морского инженерного сооружения.
Предлагаемое устройство для защиты опор стационарных морских инженерных сооружений располагается на опоре морского сооружения только на уровне ледового пояса. За счет формы усеченного конуса и специального расположения пирамидальных выступов устройство способствует вытеснению продуктов разрушения льда под ледовое поле, что выгодно отличает его от прототипа.