СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ ЛЬДА
METHOD OF BREAKING ICE

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 (В.В. Богородский, В.П. Гаврило, О.А. Недошивин. Разрушение льда. Методы, технические средства. Л.: Гидрометеоиздат, 1983, с. 141-142 [1]).
К недостаткам этого способа относятся низкая производительность по подъему увлекаемой барботажем воды и неэффективность при малых запасах тепла в воде акватории.
Известен также способ импульсной подачи сжатого воздуха в воду для разрушения ледяного покрова, заключающийся в периодическом выпуске воздуха в нижние слои воды акватории порциями (В.В. Богородский, В.П. Гаврило, О.А. Недошивин. Разрушение льда. Методы, технические средства. Л.: Гидрометеоиздат, 1983, с. 145 [2]), в котором 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 известного способа [2] заключается в неэффективности разрушения ледяного покрова при малых запасах тепла в воде акватории. Аналогичным недостатком обладают и известные технические решения, приведенные в описаниях к авторским свидетельствам и патентам: SU №1242582 A1, 07.07.1986 [3], SU №1086063 A1, 15.04.1984 [4], RU №2304757 C2, 20.08.2007 [5], RU №2210657 C2, 20.08.2003 [6], US №4279537 A, 21.07.1981 [7].
Техническим результатом, на достижение которого направлено также известное техническое решение (патент RU №2373331, 20.11.2009 [8]), является повышение эффективности разрушения льда.
Для достижения названного технического результата в известном способе [8], 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 известное техническое решение [8] 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 известного способа [8] 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, что позволяет повысить эффективность разрушения льда по сравнению с аналогами [1-7].
Однако ввиду того, что нижняя часть ледового образования представляет собой множество килей, особенно в морских условиях, которые представляет собой неоднородную рельефную поверхность, то периодический выпуск смеси газов порциями в нижние слои воды акватории, путем их подрыва, может оказаться неэффективным и может привести к необходимости выполнения нескольких этапов выпуска смеси газов и, соответственно, их подрыва, что может существенно повысить трудоемкость процесса разрушения льда.
Выявленный недостаток известного технического решения [8] существенно сужает область его применения, т.е. его применение ограниченно локальными и небольшими по площади водоемами.
Задачей заявляемого технического решения является расширение функциональных возможностей способа разрушения льда.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе разрушения льда, включающем периодический выпуск смеси газов порциями в нижние слои воды акватории, в качестве смеси газов используют углеводородные соединения с окислителем, например метан, пропан, ацетилен, мелкодиспергированные нефтепродукты, вместе с кислородом или газом его содержащим, например воздухом, в отличие от прототипа [8], смесь газов в нижние слои воды акватории выпускают через эластичные оболочки, выполненные из полиэтилена высокого давления, которые выводятся в нижние слои воды акватории через специально проделанные лунки диаметром 0,5-1 м и размещаются в продольной и поперечной плоскостях в нижних слоях воды акватории посредством глайдера, управляемого по гидроакустическому каналу связи.
Способ осуществляют следующим образом.
В установленную в нижнем слое воды акватории эластичную оболочку, выполненную из полиэтилена высокого давления и снабженную электрическим взрывателем, посредством глайдера, управляемого по гидроакустическому каналу связи, соответствующего объема подают порциями смесь газов, например гремучего газа или смеси водорода и кислорода (пропан, бутан, метан). 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 эластичной оболочке производят ее выпуск в воду путем подрыва, осуществляемого посредством высоковольтной искры от электрического взрывателя или добавлением в смесь инициирующего взрыв вещества.
При установке нескольких оболочек в продольной и поперечной плоскостях в нижних слоях воды акватории выполняют синхронный подрыв, что существенно увеличивает площадь разрушения ледового образования.
Эластичные оболочки, выполненные из полиэтилена высокого давления выводятся в нижние слои воды акватории через специально проделанные лунки диаметром 0,5-1 м и размещаются в продольной и поперечной плоскостях в нижних слоях воды акватории посредством глайдера (ru.wiktionary.org/wiki/glider), управляемого по гидроакустическому каналу связи.
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. Вертикально восходящий аэрированный поток теплой воды на поверхности преобразуется в поверхностное течение, 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, путем размещения эластичных оболочек, выполненных из полиэтилена высокого давления и которые выводятся в нижние слои воды акватории через специально проделанные лунки диаметром 0,5-1 м, и размещаются в продольной и поперечной плоскостях в нижних слоях воды акватории посредством глайдера, управляемого по гидроакустическому каналу связи.
Источники информации
1. В.В. Богородский, В.П. Гаврило, О.А. Недошивин. Разрушение льда. Методы, технические средства. Л.: Гидрометеоиздат, 1983, С. 141-142.
2. В.В. Богородский, В.П. Гаврило, О.А. Недошивин. Разрушение льда. Методы, технические средства. Л.: Гидрометеоиздат, 1983, с. 145.
3. Авторское свидетельство SU №1242582 A1, 07.07.1986.
4. Авторское свидетельство SU №1086063 A1, 15.04.1984.
5. Патент RU №2304757 С2, 20.08.2007.
6. Патент RU №2210657 С2, 20.08.2003.
7. Патент US №4279537 А, 21.07.1981.
8. Патент RU №2373331, 20.11.2009.