СПОСОБ СОЗДАНИЯ ЛЕДЯНОЙ ПЕРЕПРАВЫ
METHOD FOR CREATION OF ICE CROSSING

Изобретение относится к ледотехнике и может быть использовано при создании ледяных переправ для транспортировки грузов.
Известен способ создания ледяной переправы, включающий подготовку ледяного покрова путем заблаговременной расчистки поверхности льда от снега вдоль намеченного пути переправы для ускорения прироста толщины льда [1].
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании данного способа, относится невозможность обеспечения надежности переправы при наличии интенсивного подледного течения.
Известен также способ создания ледяной переправы по естественному льду, включающий зачистку ледяного покрова от снега, искусственное уменьшение скорости течения воды вмороженными в лед наклонно установленными пластинами, расположенными перпендикулярно направлению подледного течения, создающими гидравлическое сопротивление под покровом льда в месте намеченной ледяной переправы [2], принят за прототип.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что в известном способе создание гидравлического сопротивления под ледяным покровом в районе переправы для интенсификации льдообразования связано:
- с повышенной трудоемкостью и опасностью монтажа и демонтажа пластин, поскольку работы приходится выполнять на льду, ослабленном сквозной прорезью, предназначенной для размещения пластин;
- с отсутствием контроля толщины льда в районе переправы вследствие перепада температуры по толщине ледяного покрова с 0°C на нижней кромке до температуры атмосферного воздуха на верхней кромке льда, от которой зависит его прочность;
- со сложностью подбора материала для изготовления пластин в связи с тем, что коэффициенты линейного расширения пластин и льда должны быть одинаковыми, в противном случае при колебаниях температуры атмосферного воздуха на контакте между пластинами и льдом будут появляться трещины, ослабляющие лед по всей трассе ледяной переправы.
Сущность изобретения заключается в использовании особенности гидравлических свойств потока жидкости, когда снижение скорости его движения при отрицательной температуре атмосферного воздуха способствует интенсивному росту толщины льда, для повышения надежности ледяной переправы за счет искусственного торможения подледного потока воды в месте намеченной переправы путем создания гидравлического сопротивления под покровом льда в виде ледяного барьера, ориентированного поперек потока, намороженного с помощью термобатареи.
В частности, вмораживание в лед с определенным шаговым расстоянием между спаями предварительно проградуированной термобатареи, вдоль намеченного пути ледяной переправы, наружные спаи которой размещают над ледяным покровом, где температура атмосферного воздуха ниже 0°C, а внутренние спаи под ледяным покровом, через просверленные во льду отверстия, где температура воды составляет 0°C, обеспечивает при пропускании по ней в соответствующем направлении однонаправленного электрического тока охлаждение внутренних спаев термобатареи ниже 0°C (реализуется эффект Пельтье), что сопровождается намораживанием на них плотных ледяных выступов (куполов), которые по длине термобатареи в подледном пространстве замыкаются в сплошной ледяной барьер, это приводит к затормаживанию потока воды перед и за ледяным барьером и создает в зоне переправы благоприятные условия для наращивания толщины льда.
Кроме того, наличие термобатареи позволяет использовать ее как высокоточный и малоинерционный термоэлектрический термометр для обнаружения разницы температур над верхней и под нижней кромками льда в районе ледяной переправы с целью контроля его толщины во время атмосферных колебаний температуры воздуха, так как с повышением его температуры толщина и прочность льда понижаются, а также своевременно реагировать на произошедшие изменения с помощью этой же термобатареи путем периодического намораживания ледяного барьера до прежних размеров.
Технический результат - снижение трудоемкости и повышение безопасности монтажа и демонтажа устройств, создающих гидравлическое сопротивление под ледяным покровом в районе переправы путем намораживания и размораживания ледяного барьера с помощью термобатареи, не требующей совместимых со льдом специальных материалов, а также упрощение контроля за толщиной льда на переправе при колебаниях температуры наружного воздуха за счет использования непрерывной информации о систематическом изменении разности температур под ледяным покровом и атмосферным воздухом полученной с помощью этой же термобатареи.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе создания ледяной переправы, включающем зачистку ледяного покрова от снега, размещение под ледяным покровом в месте намеченной ледяной переправы гидравлического сопротивления, ориентированного перпендикулярно направлению подледного течения, гидравлическое сопротивление создают путем намораживания ледяного барьера с помощью встроенной в лед термобатареи.
Снижение трудоемкости и повышение безопасности монтажа и демонтажа устройства, создающего гидравлическое сопротивление под ледяным покровом, происходит за счет применения предварительно проградуированной термобатареи, не требующей для своего размещения вдоль трассы ледяной переправы сквозной прорези во льду, поскольку ее установку осуществляют путем погружения охлаждаемых спаев термобатареи через определенное шаговое расстояние в просверленные сквозные отверстия во льду, что снижает трудоемкость создания гидравлического сопротивления из льда без использования специальных материалов и не создает угрозы безопасности при монтаже, а также демонтаже термобатареи, вмерзшую в лед часть которой высвобождают из ледяного покрова путем нагревания ее внутренних спаев изменением направления тока, пропускаемого через термобатарею.
Контроль толщины льда в районе ледяной переправы осуществляют с помощью этой же термобатареи, используемой уже как высокоточный термодинамический термометр, подключая ее к милливольтметру.
Предлагаемый способ поясняется чертежом.
На фиг. 1 и 2 представлена схема размещения гидравлического сопротивления под ледяным покровом в районе переправы, намороженного с помощью термобатареи.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата.
Способ осуществляется следующим образом.
Первоначально производят зачистку ледяного покрова 1 от снега. Далее в ледяном покрове 1 вдоль намеченного пути ледяной переправы поперек направления подледного течения (направление течения воды на фиг. 2 показано стрелкой) с определенным шаговым расстоянием сверлят сквозные отверстия 2 по всей длине переправы.
Затем в эти отверстия 2 монтируют предварительно проградуированную термобатарею 3, составленную из большого числа, например, полупроводниковых термопар, при этом внутренние спаи 4 опускают под кромку ледяного покрова 1, где температура воды составляет 0°С, а наружные спаи 5 оставляют над ледяным покровом 1, где температура атмосферного воздуха ниже 0°C.
После этого к клеммам 6 термобатареи 3 подключают источник однонаправленного электрического тока, причем ток пропускают через термобатарею 3 в том направлении, которое обеспечивает нагревание наружных спаев 5 и охлаждение внутренних спаев 4.
По мере охлаждения спаев 4 термобатареи 3 и вмерзания их в ледяной покров 1 вокруг каждого спая 4 намерзают ледяные выступы 7, которые в подледном пространстве смыкаются с ледяными выступами 7 от соседних спаев 4 термобатареи 3 в сплошной ледяной барьер, представляющий собой гидравлическое сопротивление 8, оно подтормаживает водный поток в районе переправы и способствует намерзанию дополнительного ледяного слоя 9 толщиной, достаточной для надежной транспортировки грузов по ледяной переправе.
При этом наружные спаи 5 в процессе функционирования термобатареи 3 остаются в нагретом состоянии не обмерзают и служат ориентиром направления движения для транспортных средств.
Для контроля за состоянием намороженного гидравлического барьера 8 используют термобатарею 3, как высокочувствительный термоэлектрический термометр, с целью измерения разницы температур над и под ледяным покровом 1, т.е. на спаях 4 и 5 термобатареи 3, так как с уменьшением разницы температуры на ее внешних 5 и внутренних 4 спаях снижается прочность и прирост ледяного покрова 1. При измерении разности температуры на спаях 4 и 5 термобатареи 3 ее отключают от источника постоянного тока и подключают посредством клемм 6 к милливольтметру, по показаниям которого определяют величину термоэлектродвижущей силы, полученной за счет разницы температур на спаях 4 и 5, и по ней с использованием градуировочного графика определяют величину и скорость изменения температуры под ледяным покровом на спаях 4 термобатареи 3.
При устойчивом росте температуры на спаях 4 термобатареи 3, сопровождающейся уменьшением размеров ледяных выступов 7 и дополнительного ледяного слоя 9, не дожидаясь достижения ее критических значений (~0°C), милливольтметр отключают от клемм 6 и подключают к ним источник однонаправленного электрического тока, причем ток пропускают через термобатарею 3 в том направлении, которое обеспечивает охлаждение внутренних спаев 4, расположенных под ледяным покровом 1 внутри ледяных выступов 7. В связи с этим происходит повторное намораживание ледяных выступов 7 до необходимых размеров и вместе с ними дополнительного ледяного слоя 9, в результате чего обеспечиваются надлежащий контроль и необходимая толщина льда на переправе.
После завершения работы ледяной переправы демонтаж термобатареи 3 осуществляют за счет нагрева ее внутренних спаев 4 путем изменения направления движения однонаправленного электрического тока в термобатарее 3, в этом случае вмороженные в лед спаи 4 легко извлекают из расплавленного льда в районе замерзших ранее отверстий 2 ледяного покрова 1.
Поддержание отрицательной температуры под ледяным покровом 1 в районе ледяных выступов 4 с целью создания гидравлического сопротивления 8 с помощью термобатареи 3, представляющей собой простую, надежную, многофункциональную, не громоздкую, не создающую угрозы опасности при монтаже и демотаже конструкцию, свидетельствует о повышенной эффективности данного способа при создании ледяных переправ.
Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения (способа) следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленный способ при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в ледотехнике и, в частности, создании ледяных переправ;
- для заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».
Источники информации
1. Песчанский И.С. Ледоведение и ледотехника. - Л.: Морской транспорт, 1963, с. 245.
2. Патент на изобретение РФ №2132899, H01D 15/00, 1999, прототип.