Способ гидродинамического удаления льда из докового комплекса и устройство для его осуществления
METHOD FOR HYDRODYNAMIC ICE REMOVAL FROM DOCK COMPLEX AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области водного транспорта и может быть использовано для улучшения навигационных условий в зимний период навигации.
Известен «Способ отгона льда от причальных сооружений» (пат. RU №2453656, опубл. 20.06.2012, кл. МПК: Е02В 15/02). Способ включает установку на причале насоса и создание струйных потоков, направленных от сооружения в сторону акватории. Для этого на причальной стенке ниже минимального уровня воды монтируют коллектор с патрубками, в который подают насосом воду. Всасывающий трубопровод насоса опускают в приямок, выполненный на дне акватории.
Недостатком данного способа является отсутствие возможности изменять расстояние между уровнем воды и струенаправляющими патрубками при изменении уровня воды у причального сооружения, что ухудшает эффективность ледоотгона.
Известен также способ защиты плавучих доков от битого льда с помощью струй, создаваемых штатными насосными средствами плавучего дока, принимаемый за прототип (см. Иванов Л.В. Зимняя эксплуатация объектов водного транспорта / Л.В. Иванов. - М.: Транспорт, 1978. - стр. 110). На различной высоте монтируют сопла потокообразователей, соединяют их с подводящей системой трубопроводов. При погружении плавучего дока вода от балластного насоса поочередно поступает сначала в нижние, а затем в верхние сопла потокообразователей. Ледоотгонные струи, образованные соплами потокообразователей, задерживают и отгоняют битый лед от входного торца плавучего дока.
Недостатком способа является то, что установка сопел потокообразователей на торцах башен плавучего дока не создает интенсивного направленного течения внутри плавучего дока, а также то, что вода выбрасывается горизонтальными струями, то есть отсутствует вертикальная компонента скорости жидкости в струйном потоке, это, в свою очередь, ухудшает эффективность ледоотгона.
Известно «Устройство для защиты корпуса плавучего дока от битого дрейфующего льда» (пат. SU №1397370 А1) с установленными в междубашенном пространстве струенаправляющими соплами для отгона битого льда во время выполнения доковых операций. При этом устройство содержит трубопроводы подачи воды и воздуха для создания восходящих водовоздушных потоков.
Недостатки данного устройства связаны со сложностью системы ледоотгона, которая содержит как трубопровод для подачи воды, так и трубопровод для подачи воздуха, а также с отсутствием возможности изменять расстояние между струенаправляющими соплами и уровнем воды при изменении осадки плавучего дока, что ухудшает эффективность системы ледоотгона.
Известно также устройство для гидродинамического удаления льда из докового комплекса, включающее сопла потокообразователей, смонтированные на разной высоте, присоединенные к балластным насосам плавучего дока подводящей системой трубопроводов с выводами к торцам башен плавучего дока, принимаемое за прототип (см. Танхельсон Г.В., Загорская Е.П., Билянский М.Х. Железобетонные плавучие доки / Г.В. Танхельсон. - Л.: Судпромгиз, 1960. - стр. 125-127).
Недостатком устройства является то, что размещение сопел потокообразователей на торцах башен дока не создает интенсивного направленного течения внутри плавучего дока, а также то, что вода выбрасывается горизонтальными струями, то есть отсутствует вертикальная компонента скорости жидкости в струйном потоке, это, в свою очередь, ухудшает эффективность ледоотгона.
Задачей изобретения является повышение эффективности ледоотгона за счет большей влекущей силы потока по сравнению с прототипом, путем обеспечения интенсивного направленного течения внутри плавучего дока, а также создания вертикальной компоненты скорости жидкости в струйном потоке.
Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности ледоотгона за счет создания интенсивного направленного течения внутри плавучего дока и вертикальной компоненты скорости жидкости в струйном потоке.
Сущность изобретения заключается в том, что плавучий док защищают от битого льда с помощью ледоотгонных струй, создаваемых балластными насосами плавучего дока. На различной высоте монтируют сопла потокообразователей, соединяют их подводящей системой трубопроводов. При погружении плавучего дока вода от балластных насосов поочередно поступает сначала в нижние, а затем в верхние сопла потокообразователей. Ледоотгонные струи, образованные соплами потокообразователей, задерживают и отгоняют битый лед от входного торца плавучего дока. При этом сопла потокообразователей располагают на разных горизонтах, соответствующих разным осадкам плавучего дока. Осуществляют подачу воды в сопла потокообразователей, при этом в процессе ледоотгона используют сопла потокообразователей расположенные на горизонте ниже ватерлинии. Тем самым создают интенсивное направленное течение во внутреннем пространстве плавучего дока, задерживают и удаляют битый лед из внутреннего пространства плавучего дока. Устройство для гидродинамического удаления льда из докового комплекса, включает сопла потокообразователей, смонтированные на разной высоте, присоединенные к балластным насосам плавучего дока подводящей системой трубопроводов. При этом сопла потокообразователей расположены на внутренних бортах башен плавучего дока, на равном расстоянии друг от друга и на разных горизонтах, соответствующих разным осадкам плавучего дока, причем площадь сечения сопел потокообразователей выбрана исходя из наибольшей влекущей силы и дальнобойности струи со скоростью истечения 2,5-3 м/с. При этом все сопла потокообразователей повернуты к входному торцу плавучего дока для создания интенсивного направленного течения внутри плавучего дока, а оси сопел потокообразователей расположены под углом 30 градусов к внутренним бортам башен плавучего дока и под углом 30 градусов относительно основной плоскости плавучего дока вверх для создания вертикальной компоненты скорости в ледоотгонных струях и повышения эффективности ледоотгона.
Сущность способа гидродинамического удаления льда из докового комплекса и устройства для его осуществления поясняется чертежами, где
на фиг. 1 - схема, отражающая расположение сопел потокообразователей на разных горизонтах на внутренних бортах башен плавучего дока;
на фиг. 2 - схема, отражающая вид ледоотгонных струй от действия потокообразователей;
на фиг. 3 - схема, отражающая расположение осей сопел потокообразователей при виде сверху;
на фиг. 4 - схема, отражающая расположение осей сопел потокообразователей при повороте осей сопел потокообразователей на 30 градусов относительно основной плоскости при виде сбоку на внутренний борт плавучего дока;
на фиг. 5 - схема, отражающая расположение осей сопел потокообразователей при повороте осей на 0 градусов относительно основной плоскости при виде сбоку на внутренний борт плавучего дока;
на фиг. 6 - схема, отражающая график распределения касательных напряжений на ледовое поле от действия потокообразователей при повороте осей сопел потокообразователей на 30 градусов относительно основной плоскости и расстоянии ото льда до сопел потокообразователей 1 м;
на фиг. 7 - схема, отражающая график распределения касательных напряжений на ледовое поле от действия потокообразователей при повороте осей сопел потокообразователей на 0 градусов относительно основной плоскости и расстоянии ото льда до сопел потокообразователей 1 м;
на фиг. 8 - схема, отражающая график распределения касательных напряжений на ледовое поле от действия потокообразователей при повороте осей сопел потокообразователей на 30 градусов относительно основной плоскости и расстоянии ото льда до сопел потокообразователей 7,5 м;
на фиг. 9 - схема, отражающая график распределения касательных напряжений на ледовое поле от действия потокообразователей при повороте осей сопел потокообразователей на 0 градусов относительно основной плоскости и расстоянии ото льда до сопел потокообразователей 7,5 м.
Способ может быть осуществлен посредством устройства, которое состоит из плавучего дока 1, сопел потокообразователей 2, расположенных на горизонтах 3, 4, 5, балластных насосов 6,7, подводящей системы трубопроводов 8, 9, нижних 10 и верхних 11 сопел потокообразователей относительно ватерлинии, ледоотгонных струй 12, входного торца 13, осей 14 сопел потокообразователей, основной плоскости 15.
Работа устройства и реализация способа происходит следующим образом. Для создания интенсивного течения, выталкивающего битый лед на внутренних бортах башен плавучего дока 1 на равном расстоянии друг от друга устанавливают сопла потокообразователей 2 на различных горизонтах 3, 4, 5, соответствующих разным осадкам плавучего дока 1. При ледоотгоне используют сопла потокообразователей 2, расположенные на горизонте 4 ниже ватерлинии. При погружении плавучего дока 1, вода от балластных насосов 6,7 по подводящей системе трубопроводов 8, 9 поочередно поступает сначала в нижнее 10, а затем в верхние 11 сопла потокообразователей 2. Ледоотгонные струи 12, образованные соплами потокообразователей 2, задерживают и отгоняют битый лед. Площадь сечения сопел потокообразователей 2 выбирают исходя из того, что наибольшей влекущей силой и дальнобойностью обладает струя со скоростью истечения 2,5 - 3 м/с. При этом все сопла потокообразователей 2 повернуты к входному торцу 13 плавучего дока 1. Тем самым достигается создание интенсивного направленного течения внутри плавучего дока 1. Оси 14 сопел потокообразователей 2 расположены под углом 30 градусов к внутренним бортам башен плавучего дока 1 и под углом 30 градусов относительно основной плоскости 15 плавучего дока 1 вверх, что обеспечивает создание вертикальной компоненты скорости в ледоотгонных струях 12. Для подтверждения эффективности ледоотгона за счет создания вертикальной компоненты скорости приведены результаты расчета силового воздействия на ледовое поле в виде касательных напряжений при повороте струй на 30 градусов относительно основной плоскости 15 плавучего дока 1 вверх и без этого поворота, когда оси 14 сопел потокообразователей 2 расположены под углом 0 градусов относительно основной плоскости 15 плавучего дока 1. Видно существенное увеличение силового воздействия на ледовое поле при повороте струй на 30 градусов относительно основной плоскости 15 плавучего дока 1 вверх как при малом расстоянии ото льда до сопел потокообразователей 2 (1 м), так и при большом расстоянии ото льда до сопел потокообразователей 2 (7,5 м). Приведенные результаты подтверждают эффективность предложенного способа ледоотгона.
Таким образом, технический результат изобретения заключается в повышении эффективности ледоотгона за счет создания интенсивного направленного течения внутри плавучего дока и вертикальной компоненты скорости жидкости в струйном потоке при повороте ледоотгонных струй потокообразователей на 30 градусов относительно основной плоскости плавучего дока вверх.