КОНСТРУКЦИЯ УСИЛЕНИЯ ЕСТЕСТВЕННОГО ЛЕДОВОГО ПОКРОВА Российский патент 1994 года по МПК E01D15/14 F25C1/00 

Изобретение относится к эксплуатации ледовых сооружений и предназначено для усиления ледового естественного покрова.

Изобретение может быть использовано для исследовательской полярной станции, для оборудования взлетно-посадочной полосы, для образования ледовой переправы тяжелой техники.

Известно устройство усиления естественного ледового покрова путем образования по периметру площадки валика из снега и заполнения полученной площадки водой до ее ледообразования.

Недостатками описанного устройства является следующее:
при отсутствии снега нельзя образовать валик;
при интенсивном заполнении нельзя обеспечить целостность валика из снега, т. к. он просто смоется;
велика трудоемкость образования такого снежного валика при значительной величине площадки, допустим 1 см² (взлетно-посадочная полоса, полярная станция и т. д.);
высота снежного валика ограничена и, следовательно, ограничено усиление ледового покрова (трудно представить снежный вал для толщины ледового усиления ≈ 2 м.

Известно устройство образования ледового покрова, которое имеет дно и боковые стенки, охватывающие площадку эксплуатации и заполненные льдом. Лед образован путем заполнения емкости водой и ее охлаждения.

Путем наращивания боковых стенок можно увеличить толщину льда до контакта дна устройства с дном водоема.

К недостаткам описанного устройства следует отнести следующие:
необходимость вырезания естественного ледового покрова для размещения емкости, которая своими боковыми стенками ограничивает эксплуатационную площадку;
необходимость использования большого числа разнообразного оборудования со значительным энергопотреблением (для вырезания естественного покрова, монтажа металлической емкости с дном и боковыми стенками, холодильное оборудование, грузоподъемное устройство) и, следовательно, сравнительно большое время организации эксплуатационной площадки.

Целью изобретения является усилие ледового покрова без его нарушения и снижение энергоемкости и времени образования эксплуатационной площадки.

Цель достигается тем, что боковые стенки выполнены в виде заполняемых ледовой массой и размещенных на естественном ледовом покрове трубчатых гибких элементов, а противолежащие трубчатые гибкие элементы объединены между собой расположенными внутри намороженного льда дополнительными тягами.

На фиг. 1 представлена площадка для дрейфующей станции без заполнения рабочей площадки водой; на фиг. 2 - переправа через водную преграду; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4, 5, 6, 7 - вариант выполнения конструкции усиления естественного ледового покрова, обеспечивающий отсутствие силового контакта между ледовым покровом и усилением при возможности его перемещения; на фиг. 8, 9 - то же, с устройствами для облегчения перемещения усиления с помощью воздушной подушки.

Устройство содержит трубчатые гибкие элементы (баллоны) 1, имеющие клапаны для заполнения и выхода воздуха (на чертежах не показаны), тяги 2 с петлями 3. Стенки могут быть образованы из составных баллонов 1.

Стыки между концами баллонов 1 могут быть закрыты любым способом, например путем образования ледового буртика, установки вертикальной пластины, подклеивания к стыкуемым баллонам пленки.

Тяги 2 могут быть образованы капроновой веревкой, которая может деформироваться и обладает значительной нагрузочной способностью (до ≈ 2000 кг/см²). Соединение противоположных сторон баллонов тягами 2 осуществлено петлями 3 на баллонах.

Баллоны 1 фактически не несут никакой нагрузки и служат для ограничения рабочей площадки от растекания воды при ее заполнении.

Тяги 2 нагрузку передают на ледовую массу внутри баллона.

На фиг. 4, 5, 6, 7 представлен вариант выполнения, когда баллоны 1 уложены на полиэтиленовую пленку 5.

Пленка 5 позволяет устранить передачу усилия от основного ледового покрытия на площадку усиления, т. к. полиэтиленовая пленка нарушает целостность ледовой массы и резко снижает коэффициент трения между нижней поверхностью усиления и естественным ледовым покрытием. Благодаря пленке 5 площадка может быть образована путем перемещения блоков и их стыковки, как показано на фиг. 7. Крепление между такими блоками осуществляется с помощью арматуры 6 (ледовый крюк) и тяги 7. Стык заливается водой до образования ледовой вставки 8.

На фиг. 8, 9 вышеописанный вариант дополнен соплами 9 с раструбами 10 с сеткой 11 и пленкой 12.

Все сопла имеют общую магистраль 13 с манометром 14, редуктором 15, ресивером 16 и компрессором 17.

По краям баллона 1 размещены шторки 18 из гибкого при низкой температуре материала, например из морозостойкой резины.

Крепление баллонов 1 может быть осуществлено с помощью стоек 4 при организации переправы, в данном примере часть баллонов отсутствует у береговой кромки. Это эквивалентное техническое решение, т. к. в качестве части баллонов используется береговая кромка.

Фиксация баллонов 1 относительно ледовой поверхности может быть осуществлена следующими эквивалентными техническими решениями:
1. Фиксация за счет собственного веса, в особенности если естественная ледовая поверхность покрыта снегом. В этом случае баллон 1 по мере его заполнения водой продавливает снег, а при заполнении площадки водой снег под баллоном либо потеряет прочность и баллон ляжет на поверхность основного ледового покрытия, либо из слоя снега сразу же будет образовываться лед.

2. Фиксация за счет специальных элементов, например стоек 4.

3. Фиксация за счет тяг 2, если присутствует полиэтиленовая пленка 5, т. к. последняя может способствовать смещению баллона 1 со льдом, потому что коэффициент трения между полиэтиленом и поверхностью баллона мал (менее 0,05) и баллоны при интенсивном заполнении площадки водой "поплывут".

4. Фиксация стойками 4 непосредственно к ледовому естественному покрову (на чертежах не показан, но соответствует выполнению согласно фиг. 6). Этот вариант наиболее надежен. После организации усиления стойки могут быть удалены для дальнейшего использования.

Осуществление усилия естественного ледового покрова производят в следующем порядке.

На поверхность естественного ледового покрова из рулона сматывают трубчатый гибкий рукав (баллон 1) необходимой длины.

Площадка, покрытая снегом любой толщины, не требует очистки. Если имеются ледовые выступы (торосы), то возводимый бурт из баллонов 1 должен быть выше этих торосов либо часть их необходимо срезать.

Если используется полиэтиленовая пленка 5, то естественный ледовый покров нуждается в предварительной очистке от снега.

Если организуется переправа, как показано на фиг. 5, то рукав укладывают без ограничения площадки у берегов, т. к. там имеется естественное ограничение самой береговой кромкой.

На баллон 1 надевают петли 3 и соединяют противоположные баллоны тягами 2, которые также могут являться в определенных условиях эквивалентным техническим решением крепления баллонов к естественному ледовому покрову. Последний случай возможен только при гладкой и ровной поверхности ледового покрова, т. к. только при этом можно обеспечить примерно одинаковые отрезки тяг 2. Если же имеются ледовые выступы или снежные заносы отрезки тяг 2 будут иметь различную длину и баллоны 1 могут потерять прямолинейность при заполнении водой площадки, ограниченной ими.

На поверхность ледового покрытия устанавливаются сопла 9 (при использовании варианта, который представлен на фиг. 8, 9).

С внешней стороны баллонов 1 к естественному покрытию крепится арматура 6, которая не позволит сдвинуться баллону при любых условиях. Для вариантов, которые представлены на фиг. 4-9, арматура 6 после изготовления площадки должна быть удалена. Вне контура площадки бурится отверстие в естественном ледовом покрове до водной среды и устанавливается насос. В качестве такого насоса может быть рекомендован насос ЭЦН, который используют для добычи нефти. Указанный насос требует отверстие не более 120 мм, давление до 200 атм., а его производительность до 1250 м³/сут. В зависимости от величины площадки насосов может быть установлено несколько. Баллоны 1 заполняют водой индивидуально или через общий коллектор. Для этого с обоих концов баллона устанавливают штуцера и обжимают хомутом снаружи гибкого рукава, из которого изготовлен баллон. К одному штуцеру подсоединяется насос, а другой штуцер приподнимается выше диаметра баллона 1 или к штуцеру присоединяется трубка, конец которой приподнимается, он служит для стравливания воздуха.

Затем баллон 1 заполняется водой до ее появления из штуцера для стравливания воздуха, насос отсоединяют и осуществляют подобные операции со всеми баллонами по краям площадки. После замерзания воды в баллоне 1 штуцера и хомуты снимаются для дальнейшего использования. Стыки баллонов либо соединяются клейкой пленкой, либо какой-либо заслонкой для того, чтобы вода при заполнении площадки не уходила за нее.

Количество баллонов 1 для образования боковых стенок определяется необходимой высотой усиления ледового покрова. Если высоты одного баллона 1 недостаточно, то таких баллонов может быть любое нужное количество до получения необходимой высоты. Образование последующих по высоте слоев осуществляется аналогично описанному.

Далее производят заполнение водой всей площадки, которая ограничена баллонами 1, до их высоты. При замерзании воды будет получена идеальная поверхность, которая пригодна для любого транспорта, самолета или исследовательской станции.

Площадка не будет заполняться снегом, т. к. выступает над окружающим полем естественного ледового покрытия. Однако, если такое произойдет, то для чистки можно использовать обычную городскую технику, например автогрейдер, т. к. ледовый покров усилен.

Степень усиления (толщина) зависит только от толщины естественного ледового покрова и его несущей способности. Однако это ограничение малозначительно, т. к. если начальная толщина льда, например 100 мм, то на него можно наморозить не менее 1 м льда. Это будет соответствовать повышению нагрузки на естественное ледовое покрытие около 0,1 кг/см², причем усиление преобразует большие локальные нагрузки в равномерно распределенную нагрузку по всей площадке.

Если использована полиэтиленовая пленка 5, то при образовании трещин в основном ледовом покрытии ледовый слой усиления не будет испытывать передачи усилий, т. к. возможно перемещение слоев относительно друг друга по пленке. Даже при отсутствии пленки 5 местная толщина усиления будет больше толщины окружающего ледового поля и трещины будут огибать место усиления.

Как указывалось ранее, внешние упоры из арматуры 6, которые осуществляют крепление баллонов 1 к естественному ледовому покрытию, снимаются для дальнейшего использования.

Площадка готова к эксплуатации либо в качестве исследовательской станции, либо в качестве переправы, либо в качестве взлетно-посадочной полосы для любого класса летательных аппаратов.

В процессе эксплуатации тяги 2 служат для сохранения целостности площадки даже при ее сдвиге и образовании трещины, которая не разойдется благодаря тяге и может быть устранена заливкой воды и ее ледообразованием.

Если использован вариант, который представлен на фиг. 4, 5, 6, 7, то, благодаря пленке 5 возможно смещение всей площадки любым средством, которое можно использовать на данном естественном ледовом покрытии, начиная от трактора и до тали.

Для снижения усиления передвижения может быть использован вариант, который представлен на фиг. 8, 9. Тогда сжатый воздух подается от компрессора 17 через ресивер 16, редуктор 15 в сопла 9, пленка 12 выгибается под действием давления и приподнимает всю площадку. Если пленка 12 разрушится при передвижении, то образуется воздушная подушка, т. к. шторка 18 препятствует снижению давления сжатого воздуха под площадкой.

Пленка 12 одновременно и главным образом служит для того, чтобы при заполнении площадки водой она не попала в сопла 9 и не перекрыла их льдом.

Варианты, которые представлены на фиг. 4-9, позволяют изготовить площадку составной или сдвинуть ее при образовании под ней трещины.

Таким образом, изобретение позволяет практически устранить ручной труд, при этом возможно усиление любой необходимой величины площадки и любой ее формы. Снижается вероятность разрушения площадки, но даже если такое произойдет, то легко осуществляется восстановление. Резко снижается энергоемкость образования площадки, появляется возможность практически любой степени усиления ледового покрова для любого класса техники. Площадка проста в обслуживании, т. к. не подвержена заносам и легко очищается обычными средствами. Площадка имеет идеальную геометрическую поверхность, что возможно получить путем выравнивания механическими средствами.

Конструкция усиления естественного ледового покрова включает площадку, ограниченную по периметру боковыми стенками, которые выполнены в виде заполняемых ледовой массой и размещенных на естественном ледовом покрове трубчатых гибких элементов. Противолежащие трубчатые гибкие элементы объединены между собой расположенными внутри намороженного льда тягами. 9 ил.

КОНСТРУКЦИЯ УСИЛЕНИЯ ЕСТЕСТВЕННОГО ЛЕДОВОГО ПОКРОВА, включающая площадку, ограниченную по периметру боковыми стенками, и намороженный внутри площадки на высоту ее боковых стенок лед, отличающаяся тем, что с целью повышения эффективности усиления естественного ледового покрова при одновременном сокращении времени и энергоемкости на возведение конструкции, боковые стенки выполнены в виде заполняемых ледовой массой и размещенных на естественном ледовом покрове трубчатых гибких элементов, причем противолежащие трубчатые гибкие элементы объединены между собой расположенными внутри намороженного льда тягами.