КОМПЛЕКС ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ЛЁДООБРАЗОВАНИЯ
COMPLEX FOR PREVENTION OF ICE FORMATION

Изобретение относится к оборудованию гидротехнических сооружений, а именно к устройствам очистки ото льда поверхностей открытых водоемов, и может быть использовано для снижения интенсивности ледообразования в водной акватории и создания необходимых условий беспрепятственной швартовки судов для круглогодичной доставки грузов.
В зимнее время частое прохождение судов приводит к ускоренному образованию ледяной каши. Если не предпринимать никаких действий, масса ледяной каши не позволит должным образом производить причаливание транспортов и вызовет серьезные нарушения в графике поставки грузов.
Образование ледяной каши при интенсивном трафике судов, причаливающих к швартовой стенке, или длительной стоянке судна у пирса возможно примерзание корпуса судна к швартовой стенке, длительное неиспользование швартовой стенки и намерзание на нее льда, не позволяющего швартовку судна в штатном порядке.
Известен способ разрушения ледяного покрова для всплытия подводной лодки (патент RU №2085432 С1, 27.07.1997). Сущность изобретения заключается в том, что разрушения льда при всплытии подводной лодки (ПЛ) включает подачу струи нагретой жидкости к поверхности льда. Процесс разрушения льда происходит при всплытии ПЛ на перископную глубину и корректировке ее положения. С помощью штанг с насадками, с обеспечением минимального зазора между ними и нижней поверхностью льда подают теплую воду и таким образом протапливают лед по всему периметру ПЛ, образуя прорези. Затем подводят ПЛ под участок протопленных в толще льда прорезей, создают положительную плавучесть, взламывают корпусом ослабленный прорезями лед и всплывают в надводное положение. В качестве нагретой жидкости используется вода из циркуляционной трассы, выбрасываемая на штатных режимах за борт, что исключает необходимость размещения на ПЛ громоздкого оборудования (теплообменных аппаратов, насосов и т.п.) и дополнительные расходы энергии на нагрев и перекачку воды.
Известна система разрушения ледового покрова, включающая способ и приставку к судну для осуществления способа (патент RU №2213675 С2, 10.10.2003).
Разрушение ледового покрова с надрезкой ограниченного участка ледового покрова осуществляют струями воды, пароводяной смеси или пара, нагреваемыми в теплогенераторе. Струи направляют под углом к поверхности воды, чтобы при надрезании образовывались куски льда с гранями под углом к поверхности воды, а струям придают вращательное движение. Под ледовый покров подается сжатый воздух, предназначенный для предварительного напряжения ледового покрова перед разрушением. После надрезки ледового покрова через лед по щели надрезки пропускают электрический ток в воду. Ледокольная приставка к судну содержит клинообразный каркас, обшивка которого образует вогнутые скулы в виде двухстороннего плуга с верхним ледоразводящим гребнем. Она снабжена одним соединенным через теплогенератор коллектором с соплами. Одно из сопел имеет завихритель, предназначенный для придания потоку рабочего тела вращательного движения. Приставка к судну снабжена включенным в электрическую цепь скользящим контактом под коллектором с соплами, предназначенным для разрушения ледового покрова воздействием электрического тока через ледяной покров и воду. Приставка к судну снабжена механическим или гидравлическим приводом, предназначенным для ее подъема и опускания. Достигается снижение затрат мощности, энергоресурсов и денежных средств для доставки грузов водным путем в условиях ледового покрова водной поверхности.
Из уровня техники известен комплекс предотвращения ледообразования, содержащий насосный модуль, заборное устройство, распределительный водяной коллектор и соединительные трубопроводы (см. патент RU 2453656, кл. Е02В 15/02, опубл. 20.06.2012). В известном устройстве насосный модуль перегоняет к поверхности воду со дна водоема, теплоты которой недостаточно для расплавления льда в случае сильных морозов.
Технической проблемой является обеспечение оптимальной толщины ледового покрова, в т.ч. битого льда (ледяной каши), и создание устройства, обеспечивающего возможность предотвращения ледообразования при любых погодных условиях.
Технический результат заключается в повышении эффективности работы комплекса. Поставленная проблема решается, а технический результат достигается тем, что комплекс предотвращения ледообразования, содержащий насосный модуль, заборное устройство, распределительный водяной коллектор и соединительные трубопроводы, снабжен нагревательным модулем, соединенным с насосным модулем и обеспечивающим возможность подогрева воды, проходящей от заборного патрубка к водяному коллектору, до 5-40°С, и компрессорным модулем, подключенным к распределительному воздушному коллектору. Пузырьки воздуха из воздушного коллектора утягивают за собой теплые слои воды к ледяному покрову.
Распределительный воздушный коллектор расположен ниже водяного коллектора, но выше заборного устройства, что связано с предотвращением попадания пузырьков воздуха на лапотки насоса, для предотвращения кавитации. Соединительные трубопроводы, идущие от заборного устройства к водяному коллектору и к воздушному коллектору, предпочтительно размещены в едином защитном кожухе (ледозащитной обечайке). Заборное устройство предпочтительно снабжено фильтром.
На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого комплекса; на фиг. 2 - размещение соединительных трубопроводов в защитном кожухе.
Предлагаемый комплекс предотвращения ледообразования состоит из насосного модуля 1, соединенного с ним трубопроводами, например в виде резиновых шлангов нагревательного модуля 2 (котельной),обеспечивающего возможность подогрева воды до 5-40°С, и компрессорного модуля 3. Трубопроводы оснащены кабелями нагрева, в частном случае резиновые шланги снабжены быстроразъемными соединениями и совместно с кабелем электрообогрева размещены в термочулке для предотвращения замерзания воды. Подогрев трубопроводов предотвращает замерзание среды в них, в случаях остановки циркуляции, когда система предотвращения ледообразования не работает.
Вход насосного модуля 2 через трубопровод 4 соединен с заборным патрубком 5, расположенным на глубине 12,5 м (здесь и далее приведены примерные параметры для глубины акватории 13 м) и снабженным фильтром 6, а выход - через трубопровод 7 с распределительным водяным коллектором 8, расположенным на глубине порядка 6 м. Компрессорный модуль 3 через трубопровод 9 соединен с распределительным воздушным коллектором 10, расположенным на глубине порядка 12 м. Коллекторы 8 и 10 выполнены из труб медно-никелевого сплава с изоляцией из вспененного полиуретана и покрыты эмалированной стальной трубой для защиты наружной поверхности от коррозии. Коллекторы 8 и 10 снабжены рядами выпускных сопел, соответственно, 11 и 12 с шагом 1 м. Соединительные трубопроводы 4, 7 и 9 размещены в едином защитном кожухе 13, предотвращающим их повреждение ледовыми массами. Комплекс может быть снабжен дополнительным каналом 14 подачи воздуха для продувки фильтра 6.
Комплекс работает следующим образом.
3
При включении комплекса через заборное устройство 5 по трубопроводу 4 насосным модулем 1 вода подается в нагревательный модуль 2, где нагревается до температуры +5 - +40°С (в зависимости от погодной обстановки). Затем по трубопроводу 7 нагретая вода поступает в коллектор 8 и через сопла 11 (с расходом от 1 до 5 м/ч на 1 погонный метр причала) распределяется в акваторию. В то же время компрессорный модуль 3 нагнетает атмосферный воздух через трубопровод 9 в воздушный коллектор 10 и через сопла 12 распределяет его в акваторию.
За счет того, что воздушный коллектор 10 расположен ниже водяного коллектора 8, поднимающиеся пузырьки воздуха увлекают за собой теплые слои морской воды, что приводит к более интенсивному растапливанию льда. Для осуществления необходимого барботажа давление воздуха должно составлять от +1 до +5 атм к давлению, на котором расположен распределительный воздушный коллектор. Благодаря расположению коллектора 10 выше заборного патрубка 5, засасывание воздуха в систему распределения воды исключено.
Водяная и воздушная части комплекса, в зависимости от объема образованного льда на поверхности морской воды, могут работать совместно друг с другом или независимо.
На конкретном объекте мощность и производительность комплекса рассчитывается исходя из:
- климатических условий (температура воды и воздуха);
- типа акватории (пресная, морская);
- длины швартовочной стенки;
- глубин в районе швартовки;
- трафика швартовки судов.