СПОСОБ ДОБЫЧИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ БРУСОВ ЛЬДА ИЗ МАССИВОВ ЛЕДНИКОВ И АЙСБЕРГОВ Российский патент 2000 года по МПК F25C5/00 

Изобретение относится к области разработки льда за счет нагревания тел, находящихся в контакте с ним.

Известен способ разработки льда путем проходки шахт в толще массива, отличающийся тем, что проходку начинают с образования скважины по оси будущей шахты; лед плавят по всему сечению шахты непосредственным действием направленного вниз пламени, образующегося при сжигании жидкого топлива в форсунках или газов в газовых горелок. Образовавшаяся вода отбирается насосом и выбрасывается за пределы зоны плавления (SU 153727, 1963, E 21 D 3/00). Недостатком этого способа является невысокая эффективность плавления льда вследствие низкого коэффициента использования тепловой энергии из-за летучести горячих газов и невозможность его практического использования для заготовки брусов льда размерами, превышающими несколько метров по ребру.

Известен способ заготовки блоков (брусов) льда, предусматривающий выплавление их из массива устройством, выполненным в виде трубчатого каркаса с соплами в нижней части для выхода теплоносителя (вода, пар, нагретый газ), обеспечивающего плавление льда. Каркас под действием собственного веса погружается в лед по мере его плавления и вырезает блок (SU 1781518, 15.12.92, F 25 C 5/10).

Однако этот способ применим только для заготовки блоков льда из ледовых массивов небольшой толщины, чтобы каркас мог проплавить лед до нижней поверхности, поскольку не предусмотрено горизонтальное отделение блока от остального массива. Кроме того, размеры блока определены размерами каркаса, а выполнение его большим нецелесообразно, в частности, из-за трудности при транспортировке.

Данный способ направлен на решение технической задачи, заключающейся в обеспечении возможности добычи крупногабаритных брусов льда из массива ледников и айсбергов.

Поскольку брусу льда предстоит для транспортировки разместиться в трюме судна, то его форма и размеры должны соответствовать размерам и типичной U-образной форме трюма. Поэтому способ получения льда должен это учитывать. Специфика льда, его уникальные физические характеристики (температура плавления, плавучесть, коэффициент расширения, теплоемкость и так далее) и высокоширотное расположение мест его разработки (минусовые температуры) также накладывают свои особенности на способ его добычи.

Для решения указанной технической задачи способ добычи крупногабаритных брусов льда из массивов ледников и айсбергов предусматривает выплавление брусов льда по контуру с применением тепла, при этом проходку контуров начинают с плавления льда ледорезом, нагреваемым внешним источником энергии, первоначально в вертикальном направлении с одновременным откачиванием образовавшейся воды, продолжают проходку в горизонтальном направлении с одновременным закачиванием антифриза в зону проходки, вытягивают брус из массива льда судном и спускают на воду по поверхности скольжения для транспортировки. В общем приближении картина добычи выглядит следующим образом. На выбранный айсберг определенных размеров с плоской поверхностью на приемлемой высоте от поверхности моря, исследованного на предмет устойчивости и плавучести, высаживается бригада ледодобытчиков с необходимым оборудованием и запасом топлива. Поскольку брусы будут спускаться в воду, разметка их заготовок начинается недалеко от края льдины и может продолжаться далеко в глубь поверхности, образуя как бы желоб. Это оправдает необходимость предварительной подготовки пути, по которому проследуют брусы льда в море. Длина пути и наклон поверхности скольжения к морю должны быть рассчитаны так, чтобы исключить возможность его размывания при спуске на воду.

На поверхности льдины по контуру бруса устанавливается соответствующее оборудование (тележки, тяги, лебедки, насосы, кондуктора) для вертикальной и горизонтальной проходки, подачи энергии, отвода воды. Для проходки льда используются ледорезы, нагреваемые внешним источником энергии, например, электрическим или тепловым.

Разновидности возможно используемых ледорезов и их действие представлены на следующих чертежах.

На фиг. 1 - схема работы ледореза электрического (вертикальная проходка);
фиг. 2 - продольный разрез ледореза электрического;
фиг. 3 - схема работы ледореза теплового (вертикальная проходка);
фиг. 4 - поперечный разрез ледореза теплового;
фиг. 5 - схема работы ледореза горизонтального (донного);
фиг. 6 - поперечный разрез ледореза горизонтального (донного).

Ледорез в общем приближении представляет собой трубу, или часть трубы, составленную из 2 частей. Нерабочая часть 1 выполнена с возможностью использования ее для размещения теплоизоляционных и теплоотражающих материалов 2, 3, а другая часть служит в качестве рабочего органа 4, на поверхность которого нанесены по спирали V-образные канавки 5 для отвода образующейся воды и последующего откачивания наверх. Нагревательный элемент 6 нагревает рабочий орган, который растапливает лед. Применяется несколько разновидностей ледореза для проходки по вертикальным и горизонтальным плоскостям с нагревательным элементом 6 или теплоносителем 7. Возможно использование ледорезов других конструкций.

Способ добычи крупногабаритных блоков льда после проведения подготовительных операций осуществляют следующим образом. Производят выплавление брусов льда по контуру с применением тепла.

Проходку контуров начинают с плавления льда ледорезом, нагреваемым внешним источником энергии, первоначально в вертикальном направлении.

Ледорез на штангах (тросах, канатах) опускается по мере растапливания льда в массив по длине окончания вертикальной части стенки трюма и затем его извлекают из толщи льда. Такая же операция повторяется на противоположной стенке бруса. Следующей осуществляется вертикальная проходка по торцам до достижения нижней точки выплавляемого бруса льда.

Эти первые проходки могут идти одновременно при наличии мощностей, но должны сопровождаться и одновременной и синхронизированной откачкой образующейся воды, так как вода может замерзнуть и опять превратиться в лед. Завершение этапа вертикальных проходок открывает фронт работы для следующего завершающего этапа - осуществляют проходку ледорезом в горизонтальном направлении для вырезки нижней округлой части бруса. Для этой операции применяется ледорез с соответствующей дугообразной формой и требуемыми размерами (например, фиг. 5, 6).

На этом последнем перед сбрасыванием бруса в воду этапе проходки откачивать воду нецелесообразно, так как она играет в этом случае роль "подушки" для подрезанной части бруса. А для того чтобы она опять не замерзла, ледорез для проходки дна бруса исполнен таким образом, что в обратной к направлению его движения части (тыльная сторона) по всей длине расположена труба. Через нее одновременно с плавлением льда рабочим органом 4 закачивают антифриз в зону проходки. Он, смешиваясь с водой, делает ее незамерзающей, а рабочий орган 4 ледореза как бы "боронует" нижнюю плоскость разреза, превращая ее поверхность в V-образную синусоиду. Теперь, даже если брус осядет, он не будет смерзаться с массивом, так как площадь его контакта с ним уменьшится во много раз, V-образные канавки будут заполнены незамерзающей водой. Это облегчит сбрасывание бруса в воду, которое начинается сразу же после горизонтальной проходки. В торце бруса с выходом в расчетные места на горизонтальной поверхности сделаны отверстия, через которые протянуты тросы (канаты). Предварительно для бруса подготавливается путь следования в воду по траектории нисходящей дуги. Судном вытягивают брус из массива льда (ледника или айсберга) и спускают на воду по нисходящей поверхности скольжения и буксируется к судну - перевозчику для транспортировки.

Способ обеспечивает возможность добывать из массива ледников и айсбергов крупногабаритные блоки льда заданной конфигурации, удобной для транспортировки, например, в трюме судна.

Изобретение предназначено для разработки и добычи брусов льда. Способ предусматривает выплавление их по заранее определенному контуру ледорезами, нагреваемыми внешним источником энергии. Первоначально осуществляют плавление льда одним или несколькими ледорезами в вертикальном направлении. Образующуюся воду откачивают. По достижении заданной глубины производят проходку в горизонтальном направлении. Одновременно в зону проходки закачивают антифриз. Отделенный от массива льда брус вытягивают судном и спускают на воду для транспортировки. Способ обеспечивает возможность добывать из массивов ледников и айсбергов крупногабаритные блоки льда удобной для транспортировки конфигурации. 6 ил.

Способ добычи крупногабаритных брусков льда из массивов ледников и айсбергов, предусматривающий выплавление брусков льда по контуру с применением тепла, при этом проходку контуров начинают с плавления льда ледорезом, нагреваемым внешним источником энергии, первоначально в вертикальном направлении с одновременным откачиванием образовавшейся воды, продолжают проходку в горизонтальном направлении с одновременным закачиванием антифриза в зону проходки, вытягивают брус из массива льда и спускают на воду по поверхности скольжения для транспортировки.