Устройство для защиты гидротехнических сооружений от воздействия льда

Полезная модель относится к гидротехническому строительству и может быть использована для защиты морских платформ по добыче нефти и газа в шельфовой зоне от воздействия льда.
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).
В качестве ближайшего аналога принято устройство для защиты гидротехнических сооружений от воздействия льда, содержащее бандаж, охватывающий опорный элемент гидротехнического сооружения с возможностью его вертикального перемещения, причем бандаж выполнен полым, с возможностью изменения его плавучести и снабжен боковыми наклонными поверхностями (см. Тарасов В.П., Иушин П.С. Примеры активной ледовой защиты морских нефтегазовых сооружений и новые разработки и новые разработки с использованием мягких надувных оболочек для разрушения льда. – Научные труды Дальрыбвтуза, 2013 – с. 56-57, рис. 1).
В качестве недостатков аналогов можно указать следующее:
1. для разрушения льда под действием силы гравитации подвижные бандажи должны иметь соответствующую значительную массу;
2. для подъема и опускания бандажей нужны мощные грузоподъемные устройства (тросы, лебедки, ролики и.т.п.).
Наличие массивных бандажей играет двоякую роль. С одной стороны они увеличивают массу гидротехнического сооружения, что повышает его устойчивость на грунте. Однако, в силу того, что в нерабочем положении бандажи подняты над поверхностью воды к верхнему строению платформы, они повышают положение центра тяжести гидротехнического сооружения, что оказывает отрицательное влияние в рассматриваемом аспекте.
Задачей заявляемой полезной модели является разработка защитного устройства, отличающегося удобством эксплуатации и меньшей трудоемкостью изготовления при небольшой массе.
Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в минимизации энергетических затрат, необходимых для вертикального перемещения бандажа и разрушения льда при уменьшении массы устройства.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для защиты гидротехнических сооружений от воздействия льда, содержащем бандаж, охватывающий опорный элемент гидротехнического сооружения с возможностью его вертикального перемещения, причем бандаж выполнен полым, с возможностью изменения его плавучести и снабжен боковыми наклонными поверхностями, для изменения плавучести бандаж снабжен клапанами, размещенными в его верхней части, кроме того, устройство содержит штуцеры, выполненные с возможностью подачи воздуха из источника воздуха в полость бандажа.
Кроме того, бандаж снабжен ребрами жесткости, размещенными в его полости.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
При этом отличительные признаки формулы полезной модели обеспечивают вертикальное перемещение бандажа и разрушение льда только за счет изменения плавучести бандажа при уменьшении массы устройства.
Таким образом, не требуется использование мощных грузоподъемных устройств и бандаж при перемещении не оказывает существенное влияние на изменение центра тяжести опорного элемента.
На фиг.1 изображен общий вид устройства.
На фиг.2 изображены фазы работы устройства во время одного цикла разрушения льда вокруг опорного элемента гидротехнического сооружения.
На чертежах показаны бандаж 1, опорный элемент 2 гидротехнического сооружения (на чертежах не показано), полость 3, боковые наклонные поверхности 4 и клапаны 5 бандажа 1, штуцеры 6, выполненные с возможностью подачи воздуха из источника воздуха 7 через трубопровод 8 и клапан 9 в полость 3 бандажа 1, лед 10, ребра жесткости 11 бандажа 1.
При этом все элементы заявляемого устройства находятся в функционально-конструктивном единстве и взаимосвязи друг с другом и направлены на достижение одного технического результата, а именно минимизацию энергетических затрат, необходимых для вертикального перемещения бандажа и разрушения льда при уменьшении массы устройства.
Бандаж 1 охватывает опорный элемент 2 гидротехнического сооружения с возможностью его вертикального перемещения.
Кроме того, бандаж 1 снабжен боковыми наклонными поверхностями 4 и выполнен с возможностью изменения его плавучести, для чего снабжен полостью 3 и клапанами 5, размещенными в его верхней части.
Бандаж 1 может быть выполнен в форме сопряженных усеченного конуса и цилиндра или многогранной усеченной пирамиды, сопряженной с соответствующей по количеству граней призмой.
Возможно выполнение корпуса бандажа 1 из внешней оболочки, снабженной боковыми наклонными поверхностями 4 и клапанами 5, и внутренней оболочки, охватывающей опорный элемент 2 гидротехнического сооружения.
Кроме того, бандаж 1 снабжен ребрами жесткости 11, размещенными в его полости 3.
Толщина корпуса бандажа 1 и размеры ребер жесткости 11 достаточны для восприятия ледовых нагрузок, возникающих при разрушении ледового покрова.
Также устройство содержит штуцеры 6, которые подают воздух от источника воздуха 7 в полость 3 бандажа 1 через трубопровод 8 и клапан 9.
В качестве источника воздуха 7 используют компрессор или баллон со сжатым воздухом, которые можно устанавливать внутри опорного элемента 2.
Штуцеры 6 соединены с источником воздуха 7 посредством трубопровода 8 и клапана 9 и закреплены на внешней поверхности опорного элемента 2 ниже бандажа 1.
Опорный элемент 2 может быть снабжен упорами, определяющими самое низкое положение бандажа 1.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
В исходном положении (фиг. 2, фаза I) бандаж 1 находится под водой, на минимальной глубине, исключающей контакт с льдом 10, клапаны 5 открыты, поэтому полость 3 заполнена водой.
При необходимости разрушения льда 10 закрывают клапаны 5 и через штуцеры 6 подают воздух из источника воздуха 7 через трубопровод 8 и клапан 9 в полость 3 бандажа 1. Воздух заполняет полость 3 бандажа 1, вытесняя воду и обеспечивая водоизмещающий объем.
Когда весовое водоизмещение становится больше веса бандажа 1, он начинает всплывать и упирается своими боковыми наклонными поверхностями 4 в ледовый покров (фиг. 2, фаза II).
При дальнейшем заполнении полости 3 бандажа 1 воздухом появляется избыточная плавучесть. Когда сила, с которой бандаж 1 давит на лед 10, равная разности увеличивающегося водоизмещения и веса бандажа 1, достигает величины, достаточной для взламывания льда 10, начинается процесс разрушения ледового покрова (фиг. 2, фаза III).
Этот процесс продолжается до тех пор, пока в ледовый покров не войдет самая широкая часть корпуса бандажа 1 (фиг. 2, фаза IV). После образования вокруг опорного элемента 2 полыньи размером, равным максимальной ширине бандажа 1, процесс подачи воздуха от источника воздуха 7 через штуцеры 6 прекращается, открывают клапаны 5, в результате чего полость 3 бандажа 1 самотеком заполняется водой, вытесняя выходящий через клапаны 5 воздух, и бандаж 1 погружается в исходное подводное положение (фиг. 2, фаза V). При необходимости весь процесс повторяется.