СПОСОБ РАЗУПРОЧНЕНИЯ ЛЕДЯНОГО ПОКРОВА
ICE COVER SOFTENING METHOD

Изобретение относится к проведению предупредительных работ для предотвращения образования заторов на участке реки и может быть использовано для разупрочнения ледяного покрова в местах подводных коммуникаций, в частности над подводными переходами магистральных газопроводов и нефтепроводов, а также на акваториях с морскими объектами хозяйственной деятельности.
Известен способ разупрочнения льда (http://www.ysia.ru/print/53924 [1]), в котором с целью быстрого разрушения ледяного покрова с наступлением теплых дней пропиливают 2/3 толщины льда. Недостатком данного технического решения является большая трудоемкость проводимых работ, а в случае заливания водой пропиленных участков ледяной покров при низких температурах вновь превращается в монолитное ледяное поле.
Известен также метод, основанный на усилении поглощающей способности льда солнечной энергии, при нанесении на поверхности ледяного покрова зачерняющих материалов (Богородский В.В. и др. "Разрушение льда, методы, технические средства". Термическое разрушение льда, 2.1 Зачерняющие средства, с. 136-138, Издательство "ГИДРОМЕТЕОИЗДАТ", Л., 1983 [2], патент RU №2301863 C2, 27.06.2007 [3], патент JP 0058000487 А, 05.01.1983 [4]). Недостатком указанного метода является низкая скорость проникновения в лед зачерняющих частиц. Известно, что солнечная энергия, проникая внутрь льда, разрушает его, растапливая лед в межкристаллических прослойках. Под действием солнечной радиации таяние зачерненного льда может происходить при отрицательных температурах воздуха в дневное время суток (патент RU №2533025 С1, 20.11.2014 [5]).
Данное положение положено в основу известного технического решения [5], техническим результатом которого является эффективное использование солнечной энергии для разупрочнения льда с помощью объемных ледяных линз различной конфигурации, путем ускорения разупрочнения льда за счет усиления солнечной радиации.
Преимуществом известного способа [5] является использование бесплатной солнечной энергии и усиление ее без использования искусственных источников энергии. Способ особенно будет эффективным в условиях большой продолжительности времени солнцестояния в течение суток, например в Арктике и на Крайнем Севере, где весной температура наружного воздуха долго держится отрицательной, из-за чего на реках, текущих с юга на север, наблюдаются разрушительные затопления населенных пунктов и объектов хозяйственной деятельности.
Сущность известного способа [5] заключается в том, что на поверхности очищенного от снега и зачерненного ледяного покрова размещаются ледяные объемные линзы (далее линзы). Солнечные лучи, проходя через линзы, фокусируются и передают концентрированную солнечную энергию на зачерняющие вещества, из-за чего последние более быстро внедряются внутрь льда, растапливая лед в межкристаллических прослойках. При подъеме солнца над горизонтом и его перемещении также будет перемещаться собранный линзой луч, растапливая новые участки по поверхности льда. Линзы изготавливаются замораживанием воды в специальных формах в виде линз, усеченных конусов, цилиндров или полуцилиндров и т.д., фокусирующих солнечные лучи. С наступлением теплого времени года разупрочненный таким способом лед быстрее распадется и растает или при подходе паводковой воды разрушится. Для увеличения воздушной прослойки между линзой и льдом в последнем делают цилиндрическое углубление, например лунку рыбацким буром диаметром, меньшим, чем диаметр линзы, а лунку накрывают линзой. Такой способ в случае занесения снегом поверхности льда предохранит лунку от попадания снега и обеспечит эффективное разрушение льда. Для упрощения работы на поверхности льда можно сделать канавы, ширина которых меньше, чем основание линз, которыми накрывают эти канавы. Таким образом, за счет усиления солнечной радиации путем фокусирования солнечных лучей с помощью ледяных объемных линз можно ускорить разупрочнение льда без распиловки и использования искусственных источников энергии.
Отличия известного способа [5] от аналогов, включающих зачернение зачищенного от снега поверхности льда, заключаются в том, что на поверхности зачерненного льда размещаются ледяные объемные линзы, фокусирующие солнечные лучи, которые располагаются над углублениями во льду, имеющими меньший размер, чем основание ледяной объемной линзы.
Существенным недостатком известного способа разупрочнения ледяного покрова [5] является ограничение по его применению. Известный способ разупрочнения ледяного покрова [5] может быть использован только на ограниченных локальных участках из-за его трудоемкости, которая обусловлена процессами очистки заснеженной поверхности льда, нанесением зачерняющих веществ, изготовлением линз путем замораживания воды в специальных формах и последующим их размещением над цилиндрическими углублениями, полученными механическим путем.
Кроме того, при эксплуатации линз, изготовленных путем замораживания воды в специальных формах, в виде усеченных конусов, цилиндров или полуцилиндров и т.д., фокусирующих солнечные лучи, из-за изменения геометрических размеров линз под воздействием внешних условий (солнечные лучи, ветер, водяные брызги, снежные заносы или проседание снега) положительный эффект способа может быть существенно снижен или полностью исключен.
Задачей предлагаемого технического решения является расширение функциональных возможностей.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе разупрочнения ледяного покрова, заключающемся в зачернении зачищенного от снега поверхности льда, размещении на поверхности зачерненного льда объемных линз, фокусирующих солнечные лучи, в котором объемные линзы, фокусирующие солнечные лучи, располагаются над углублениями во льду, в отличие от прототипа, объемные линзы, фокусирующие солнечные лучи, изготовлены из макролона в виде линз Френеля и установлены на лед посредством беспилотного летательного аппарата, а зачернение поверхности льда выполняется путем распыления зачерняющего вещества непосредственно с беспилотного летательного аппарата, посредством которого также осуществляется очистка льда от снега.
Отличительные признаки предлагаемого технического решения, заключающиеся в том, что объемные линзы, фокусирующие солнечные лучи, изготовлены из макролона в виде линз Френеля и установлены на лед посредством беспилотного летательного аппарата, а зачернение поверхности льда выполняется путем распыления зачерняющего вещества непосредственно с беспилотного летательного аппарата, посредством которого также осуществляется очистка льда от снега, позволяют расширить функциональные возможности способа разупрочнения ледяного покрова за счет увеличения площади разупрочнения ледяного покрова, с одновременным повышением производительности выполняемых при этом операций. Предлагаемый способ разупрочнения ледяного покрова осуществляется следующим образом.
По данным мониторинга о ледовой обстановке в устье северных рек или на акваториях нахождения объектов хозяйственной деятельности, выполненного посредством соответствующей аппаратуры, установленной на космических или авиационных летательных аппаратах или непосредственно на морском объекте хозяйственной деятельности, или в береговых условиях, выявляют проблемные ледовые участки и наличие на них углублений и стамух.
Посредством беспилотного летательного аппарата (БЛА), имеющего режимы вертикальной посадки и взлета в ледовых условиях, а также режим зависания надо льдом и оснащенного распылительным устройством, телескопическим механизмом постановки объемных линз производят зачистку от снега поверхности льда при необходимости, посредством воздушных сопел, нанесение соответствующего вещества для зачернения поверхности льда вдоль углублений и вокруг стамух и посредством телескопического механизма постановки объемных линз устанавливают объемные линзы, фокусирующие солнечные лучи. Объемные линзы, фокусирующие солнечные лучи, изготовлены из макролона в виде линз Френеля с геометрическими и оптическими параметрами, удовлетворяющими условиям формирования лучей под действием солнечной радиации.
Как и в прототипе, солнечные лучи, проходя через линзы, фокусируются и передают концентрированную солнечную энергию на зачерняющие вещества, из-за чего последние более быстро внедряются внутрь льда, растапливая лед в межкристаллических прослойках. При подъеме солнца над горизонтом и его перемещении также будет перемещаться собранный линзой луч, растапливая новые участки по поверхности льда.
Объемные линзы, фокусирующие солнечные лучи, изготовленные из макролона в виде линз Френеля, имеют многоразовое применение и в любое время могут быть установлены на другой проблемный ледовый участок посредством БЛА. Для зачернения поверхности ледовых образований могут применяться порошки темного цвета, с плотностью больше единицы: угольная и шлаковая пыль, фосфоритная мука (минеральное удобрение), формовочная земля (отходы литейной промышленности), черный песок, а также песок в смеси со шлаковой или угольной пылью из расчета 50% песка и 50% шлака или угля [2].
В предлагаемом способе разупрочнения ледяного покрова, в качестве зачерняющего компонента используется смесь песка с порошком сапропелевого ила, что снижает негативное влияние на экологические процессы.
Практическая реализация предлагаемого способа разупрочнения ледяного покрова технической трудности не представляет, так как предлагаемый способ разупрочнения ледяного покрова реализуется посредством устройств (БЛА, линзы Френеля и т.п.), имеющих промышленную применимость.
Источники информации
1.·http://www.ysia.ru/print/53924.
2. Богородский В.В. и др. "Разрушение льда, методы, технические средства", 2. Термическое разрушение льда, 2.1. Зачерняющие средства, с. 136-138, Издательство "ГИДРОМЕТЕОИЗДАТ", Л., 1983.
3. Патент RU №2301863 C2, 27.06.2007.
4. Патент JP 0058000487 A, 05.01.1983.
5. Патент RU №2533025 С1.