Устройство и способ Девяткина А.Г. для очистки фарватера ото льда Российский патент 2024 года по МПК B63B35/08 E02B15/02 

Изобретение относится к области судоходства в условиях сплошного ледового покрова, а именно к способам и конструкциям, позволяющим очистить ото льда фарватер для прохода судов, и предназначено для периодически замерзающих водоемов.

Известен способ, описанный в патенте RU 2210517 С2, «Способ разрушения ледяного покрова и устройство для его осуществления», заключающийся в импульсном гидроударе гидромолота, подведенного под лед и устройство, состоящее из компрессора, баллонов, трубы и импульсных гидрореактивных двигателей, упирающиеся в нижнюю кромку льда.

Недостатком его является сложность эксплуатации устройства.

Известен способ, описанный в патенте RU 2197406 С1, «Способ разрушения ледяного покрова», заключающийся в нагнетании воздуха пол. лед через отверстие закрытое прочной воздухонепроницаемой тканью.

Недостатком его является то, что затруднено его применение на движущемся судне.

Известен способ, описанный в заявке на изобретение RU 2012130736 «Способ разрушения ледяного покрова» путем создания подо льдом гидроудара при помощи эластичной камеры с созданием позади ее области с пониженной плотностью путем введения пузырьков воздуха.

Недостатком его является сложность устройства.

Способов и устройств, позволяющих бесконтактно разрушать и удалять лед с фарватера при движении судна, не выявлено.

Задачей изобретения является создание способа и конструкции, позволяющими разрушать лед бесконтактным способом и убирать его с фарватера (пути движения судов) за счет создания в воде подо льдом зон пониженного давления.

Техническим результатом изобретения является новое свойство, а именно: бесконтактное разрушение льда, повышение эффективности очистки фарватера ото льда путем по переменного создания зон пониженного давления в воде подо льдом, где в одной зоне происходит разрушение льда, а в другой зоне смещение разрушенного льда под боковой лед, а также использование силы тяжести льда для его разрушения и создания колебании воды подо льдом, за счет пульсации зон пониженного давления и изменения мест расположения зон.

Достижение заявленного технического результата и, как следствие, решение поставленной задачи достигается тем, что очистка фарватера ото льда осуществляется при помощи судна с установленным на нем компрессором, системой трубопроводов и распределителей, через которые воздух под давлением подается в пузырьковые камеры, находящиеся в воде подо льдом в зоне разрушения льда, и выходит через отверстия, изготовленные в корпусе пузырьковой камеры, разделенной на секции, которые поочередно применяются для разрушения и последующего удаления льда с фарватера.

Способ заключается в том, что бесконтактное разрушение льда и очистка фарватера ото льда происходит путем разрушения и удаления льда из фарватера, при этом разрушение льда производится путем подачи в воду под давлением воздуха (газа) с образованием пузырьков в толще воды и за счет этого, создания подо льдом зоны пониженной плотности воды (смесь, состоящая из воздуха и воды), в которой лед провисает, и под своей тяжестью разрушается, а разрушенный лед с фарватера перемещают под боковой лед за счет создания в воде другой зоны пониженной плотности, расположенной вне фарватера.

На фиг. 1 - изображена схема общего вида устройства в рабочем состоянии при использовании воздуха; на фиг. 2 - изображена схема расположения устройства подо льдом, сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - изображена схема начала разрушения льда в зоне пониженной плотности воды (листы, ограждающие зону не показаны); на фиг. 4 - изображена схема расположения разрушенных льдин; на фиг. 5 - изображена схема расположения льдин после снятия зоны пониженной плотности воды; на фиг. 6 - изображена схема движения разрушенных льдин с фарватера под боковые стороны при создании боковых зон пониженной плотности воды; на фиг. 7 изображена схема расположения разрушенных льдин под краями фарватера; на фиг. 8 - изображена схема устройства камеры, сечение В-В на фиг. 2; на фиг. 9 - изображена схема варианта образования пузырьков газа за счет электрического разряда в воде, сечение I на фиг. 8; на фиг. 10 - изображена схема варианта образования пузырьков газа за счет ультразвука, сечение 1 на фиг. 8.

Устройство состоит из судна 1, впереди которого в подводном положении ниже льда 2 установлены пузырьковые средняя камера 3 и две боковых камеры 4, которые при помощи шарнира 5, прикрепленного к судну 1, могут перемещаться в вертикальной и горизонтальной плоскости, а при помощи шарниров 6 относительно друг друга. Вверху камер 3 и 4 в стенке имеются отверстия 7 для выпуска газов (фиг. 9 и 10. С боков над камерами 3 и 4, установлены листы 8, образующие вместе с камерами 3 и 4 емкости 9, закрытые снизу и с боков (фиг. 8). Перед камерами 3 и 4 установлены подрезающие снизу лед диски 10, выступающие над листами 8. По первому варианту газы (атмосферный воздух) подаются в камеры 3 и 4 при помощи компрессора 11 с ресивером 12 через трубопроводы 13 с установленными на них регуляторами 14 подачи газа. По второму варианту газы (пар, кислород, водород) в камерах 3 и 4 образуются за счет электрического разряда, происходящего между электродами 15, установленных внутри камер 3 и 4 (фиг. 9). По третьему варианту газы образуются за счет ультразвуковой вибрации, например, от пьезоэлементов 16, помещенных внутри камер 3 и 4 (фиг. 10).

Работает устройство следующим образом.

Перед судном 1 опускают в воду и заводят под лед 2 пузырьковые камеры 3 и 4, при помощи шарниров 5 подрезающий лед 2 диск 10 прижимается к нижней кромке льда 2, включается компрессор 11 и сжатый воздух, накапливаясь в ресивере 12 распределяется регулятором 14 подачи газа по трубопроводам 13 и поступает по ним в камеры 3 и 4. Из камер 3 и 4 через отверстия 7 воздух в виде пузырьков попадает в емкость 9 образованную из листов 8 и верха камер 3 и 4. В емкости 9 образуется смесь из воды и пузырьков воздуха, эта смесь образует зону 17 с пониженной плотности воды (фиг. 8). Окружающая вода с нормальной плотностью воды (более высокой чем в зоне 17) давит с боков и снизу на емкость 9, заставляя ее подниматься вверх (всплывать). Емкость 9, всплывая, с усилием прижимает диск 10 к низу льда, увеличивая глубину реза 18. Судно 1 двигаясь вперед подрезает лед 2, причем боковые резы 18 при помощи шарниров 6 устанавливают на ширине фарватера или на ширине судна 1. Судно 1 останавливают, отключаются боковые камеры 4 и весь воздух подается в центральную камеру 3, лед 2, теряя опору на плотную воду, прогибается вниз и ломается по резам 18, если лед 2 очень прочный и толстый, то поступление воздуха в центральную камеру 3 отключают, вода заполняет емкость 9 и при этом поднимает лед 2 (происходит гидроудар в лед 2 снизу), затем снова подают воздух в емкость 9 при этом лед 2 опускается вниз. Раскачивая лед 2 достигают резонанса колебаний, при котором лед 2 разрушается.

Для удаления кусков льда 2 с фарватера прекращается подача газа в центральную камеру 3, а включается подача газа в боковые камеры 4 и лед 2 опускается в боковые зоны 17, а после отключения подачи газа всплывает под боковой кромкой льда (фиг. 7). При низких температурах для образования газа используют электроды 15 или пьезоэлементы 16, кабеля к ним прокладывают в трубопроводах 13, которые используют и для подачи воздуха.

Способ заключается в предварительной подрезке снизу льда 2 дисками 10, которые поджимаются ко льду за счет подачи воздуха в емкость 9 образованную камерами 3 и 4 и листами 8, при этом в емкости 9 за счет пузырьков воздуха образуется зона 17 пониженной плотности воды, поэтому емкость 9 всплывает и давит на диски 10. Глубина реза 18 (фиг. 1 и 3) зависит от усилия давления подрезания льда 2 дисками 10 и регулируется количеством образующихся газов в емкости 9. Расстояние между дисками 10, расположенных по бокам устанавливается при помощи шарниров 6 и должна быть более ширины судна 1 или соответствовать ширине фарватера.

Подрезанный лед 2 обрушается вниз при образовании под ним зоны 17 пониженной плотности воды в емкости 9, т.к. вода при пониженной плотности не поддерживает вес льда и он прогибается вниз и разрушается. Обрушение происходит по линиям реза 18 (фиг. 3 и 4). Если прочность или толщина льда 2 не позволяет сразу его обрушить, тогда производят колебания льда 2 вниз и вверх за счет кратковременной подачи газов под лед 2, в результате чего образуется в емкости 9 зона 17 пониженной (при подаче газа) и нормальной плотности воды (при прекращении подачи газа) или происходит гидроудар снизу в лед, что приводит к резонансному раскачиванию и разрушению льда 2. Для раскачивания льда 2 используется центральная секция 3, расположенная под средним резом 18 (фиг. 4), На следующем этапе зоны 17 пониженной плотности воды создаются под краями фарватера (фиг. 6). В центре вода нормальной плотности (отключена подача газа в среднюю камеру 3), а сбоку зона 17 пониженной, поэтому куски льда 2 движутся в сторону зоны 17 с пониженной плотностью воды, что создает аналогию с горкой, с которой скатываются куски льда 2 и уходит под неразрушенный лед 2, за пределы фарватера, оставляя воду чистой ото льда 2 (фиг. 7).

При высокой температуре воздуха (отсутствии замерзания льда к трубопроводах 13) для создания зон 17 применяется компрессор 11, а при низкой температуре воздуха применяются электроды 15 или пьезоэлементы 16 при возможном замерзании льда в трубопроводах и их закупорки.

Устройство может ставиться на любое судно и так как происходит бесконтактное разрушение льда судно не прикасается ко льду (не испытывает давление льда) то и нет необходимости усиливать корпус.

Предлагаемое изобретение просто в эксплуатации легко в изготовлении, удобно.

Изобретение относится к области судоходства в условиях сплошного ледового покрова, а именно к способам и конструкциям, позволяющим очистить ото льда фарватер для прохода судов, и предназначено для периодически замерзающих водоемов. Для отчистки фарватера применяют судно, которое содержит установленные на нем компрессор, ресивер, систему трубопроводов и регулятор подачи газа. Впереди судна в подводном положении ниже льда установлены пузырьковые средняя камера и две боковые камеры, выполненные с возможностью перемещения в вертикальной и горизонтальной плоскости за счет шарнира, прикрепленного к судну, и с возможностью перемещения относительно друг друга при помощи шарниров, установленных между камерами. Вверху камер в стенке выполнены отверстия для выпуска газов, с боков над камерами установлены листы, образующие вместе с камерами емкости, закрытые снизу и с боков. Перед камерами установлены подрезающие снизу лед диски, выступающие над листами. Достигается бесконтактное разрушение льда, повышение эффективности очистки фарватера ото льда путем попеременного создания зон пониженного давления в воде подо льдом, где в одной зоне происходит разрушение льда, а в другой зоне смещение разрушенного льда под боковой лед, а также использование силы тяжести льда для его разрушения и создания колебаний воды подо льдом, за счет пульсации зон пониженного давления и изменения мест расположения зон. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Судно для очистки фарватера, с установленным на нем компрессором, ресивером, системой трубопроводов и регулятором подачи газа, отличающееся тем, что впереди судна в подводном положении ниже льда установлены пузырьковые средняя камера и две боковые камеры, выполненные с возможностью перемещения в вертикальной и горизонтальной плоскости за счет шарнира, прикрепленного к судну, и с возможностью перемещения относительно друг друга при помощи шарниров, установленных между камерами, а вверху камер в стенке выполнены отверстия для выпуска газов, с боков над камерами установлены листы, образующие вместе с камерами емкости, закрытые снизу и с боков, перед камерами установлены подрезающие снизу лед диски, выступающие над листами.

2. Судно для очистки фарватера по п.1, отличающееся тем, что в качестве источника образования газа применяется электрический разряд, происходящий между электродами, расположенными в камерах, или ультразвук, получаемый от пьезоэлементов.

3. Способ очистки фарватера ото льда с помощью судна по п.1, характеризующийся тем, что перед судном при помощи шарниров опускают в воду и заводят под лед пузырьковые камеры, где подрезающий лед диск прижимают к нижней кромке льда, включают компрессор и сжатый воздух, накапливаясь в ресивере, распределяется регулятором подачи газа по трубопроводам и поступает по ним в камеры, из камер через отверстия воздух в виде пузырьков попадает в емкость, образованную из листов и верха камер, где в емкости образуется смесь из воды и пузырьков воздуха, эта смесь образует зону с пониженной плотностью воды, при всплытии емкости происходит усилие прижимания диска к низу льда, увеличивая глубину реза, причем боковые резы при помощи шарниров устанавливают на ширине фарватера или на ширине судна.

4. Способ очистки фарватера ото льда по п.3, характеризующийся тем, что разрушенный лед с фарватера перемещается под боковой лед за счет создания в воде зоны пониженной плотности на границе фарватера.

5. Способ очистки фарватера ото льда по п.3, характеризующийся тем, что передаваемые камерами усилия на диски, подрезающие лед, регулируются количеством газа, поступающего в камеры, и вызывающие понижение или увеличение плотности воды, влияющего на усилие всплывания камер со стенками.

6. Способ очистки фарватера ото льда по п.3, характеризующийся тем, что разрушение льда производят переменным давлением на разрушаемый лед при помощи колебаний давления воды на лед снизу.