СПОСОБ УВЕЛИЧЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ЛЕДЯНОГО ПОКРОВА Российский патент 2015 года по МПК E01D15/14 

Изобретение относится к ледотехнике и может использоваться при упрочнении ледяного покрова, используемого в качестве ледяных переправ и грузонесущих платформ.

Известен способ создания ледяной грузонесущей платформы, т.е. способ увеличения несущей способности ледяного покрова, заключающийся в том, что в ледяном покрове образуют ребра жесткости посредством формирования канавок в продольном и поперечном направлениях глубиной меньше толщины льда. В образовавшихся ячейках ледяного покрова сверлят сквозные отверстия, через которые под нижнюю кромку льда закачивают газ, отверстия закрывают, после чего ледяной покров подвергают воздействию низких температур (t<0°C) в течение времени, необходимого для выравнивания температуры на верхней и нижней кромках ледяного покрова (RU 2161673 С2. 19.10.1998).

Недостатками известного способа являются длительность и трудоемкость работ при его осуществлении.

Сущность изобретения заключается в обеспечении увеличения изгибной жесткости ледяного покрова за счет увеличения его толщины.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в увеличении несущей способности ледяного покрова.

Существенные признаки, характеризующие изобретение.

Ограничительные: способ увеличения несущей способности ледяного покрова посредством закачивания под нижнюю кромку льда через просверленные в нем отверстия холодного (t<0°C) атмосферного воздуха в предварительно приготовленные замкнутые области.

Отличительные: закачивание холодного атмосферного воздуха осуществляют при понижении уровня воды при отливе.

Способ осуществляется следующим образом.

В ледяном покрове по обеим сторонам от оси намеченной переправы сверлят сквозные отверстия на расстоянии друг от друга, не превышающем как в продольном, так и в поперечном направлениях половину длины волны статического прогиба (где: цилиндрическая жесткость ледяной пластины; h - толщина льда; Е - модуль упругости льда; µ - коэффициент Пуассона; ρ_в - плотность воды; g - ускорение силы тяжести) (см. 1. Хейсин Д.Е. Динамика ледяного покрова. Л. - Гидрометеоиздат. 1967. - 215 с. на стр. 74). В этом случае будет происходить суммирование деформаций от двух соседних нагрузок, т.е. увеличение этого расстояния нецелесообразно. Затем при максимальном подъеме уровня воды во время прилива через просверленные отверстия под лед на дно водоема устанавливают опоры, на верхних концах которых расположены упоры в виде откидывающихся лап, место крепления которых к опоре можно перемещать по вертикали. Для удержания опор в вертикальном положении их длина должна быть больше глубины воды и толщины льда при максимальном подъеме ее уровня во время прилива. Место крепления к опоре откидывающихся лап должно обеспечить выгиб, т.е. вспучивание ледяного покрова на высоту, не превышающую толщину льда. Выполнение этого условия необходимо для обеспечения контакта между отдельными обломками ледяного покрова, если от действия вертикальной нагрузки в нем возникнут сквозные трещины, т.е. образовавшаяся блочная конструкция не рассыплется (см. 2. Козин В.М., Земляк В.Л. Физические основы разрушения ледяного покрова резонансным методом. - Комсомольск-на-Амуре: ИМиМ ДВО РАН, ПТУ им. Шолом-Алейхема, АмГПГУ: 2013, 250 с. ISBN 978-5-85094-519-0, на стр. 188). После установки опор отверстия закрывают, либо они замерзают за счет естественного холода, а лапы раскрывают для образования опорных площадок, затем вдоль переправы между рядами установленных опор сверлят новые отверстия к которым при помощи шлангов подключают вентиляторы, способные закачивать под лед холодный(t<0°C) атмосферный воздух под давлением не менее ρ_вgh, что позволит закачивать воздух под нижнюю поверхность льда при любом уровне воды во время прилива или отлива. Длина концов шлангов, выступающих из-под нижней поверхности льда, должна быть больше толщины льда h. В этом случае они будут контактировать с водой при любом ее уровне, что при подаче воздуха под лед приведет к брызгообразованию и, как следствие, из-за низкой температуры воздуха своеобразному напылению льда на нижнюю поверхность ледяного покрова, т.е. ее обледенению.

После выполнения вышеперечисленных подготовительных работ и соблюдения указанных условий ожидают соответствующее понижение уровня воды при отливе. При его наступлении из-за установленных опор возникнет выгиб (вспучивание) ледяного покрова. В результате этого подо льдом появится замкнутая по бокам область, в которую при помощи вентиляторов начинают закачивать холодный атмосферный воздух. В результате остывания нижних слоев льда и возникновения брызгообразования начнется нарастание толщины ледяного покрова в пределах замкнутой по бокам области (в продольном направлении она будет ограничена берегами переправы, мелководьем, островами и др.), что позволит достичь заявленный технический результат. Последующий прилив не принесет вреда образовавшейся конструкции, т.к. благодаря свободному опиранию опор на дно водоема, она всплывет вместе с примыкающим к ней ледяным покровом.

Изобретение поясняется графически, где: на фиг. 1 показана схема установки опор; на фиг. 2 - схема сверления дополнительных отверстий; на фиг. 3 - принципиальная схема реализации предложенного решения.

В ледяном покрове 1 по обеим сторонам от оси намеченной переправы 2 сверлят сквозные отверстия 3 на расстоянии друг от друга λ_ст/2 (фиг. 1). Затем при максимальном подъеме уровня воды во время прилива Н_п устанавливают опоры 4 на дно водоема 5. На верхних концах опор 4 расположены упоры в виде откидывающихся лап (6 - в сложенном положении, 7 - в раскрытом). Для удержания опор 4 в вертикальном положении их длина l должна быть больше H_n+h (фиг. 1). Затем вдоль переправы сверлят новые отверстия 8 (фиг. 2), к которым при помощи шлангов 9 подключают вентиляторы 10. Длина концов шлангов 9, выступающих из-под нижней поверхности льда h_ш, должна быть больше толщины льда h (фиг. 3). При отливе уровень воды понизится до Н₀, что из-за установленных опор 4 вызовет выгиб (вспучивание) h_в. В результате подо льдом 1 возникнет замкнутая область 11, при заполнении которой холодным воздухом от вентилятора 10 произойдет нарастание 12 толщины ледяного покрова 1 (фиг. 3). После чего шланги 9 и вентиляторы 10 убирают.

Изобретение относится к ледотехнике и может быть использовано при упрочнении ледяного покрова, используемого в качестве взлетно-посадочных полос для самолетов и ледяных переправ. Способ заключается в закачивании под нижнюю кромку льда через просверленные в нем отверстия холодного (t<0°C) атмосферного воздуха в предварительно приготовленные замкнутые области при понижении уровня воды при отливе. 3 ил.

Способ увеличения несущей способности ледяного покрова посредством закачивания под нижнюю кромку льда через просверленные в нем отверстия холодного (t<0°C) атмосферного воздуха в предварительно приготовленные замкнутые области, отличающийся тем, что закачивание холодного атмосферного воздуха осуществляют при понижении уровня воды при отливе.