Способ расплавления льда на фарватере Северного морского пути (СМП) Российский патент 2024 года по МПК B63B35/03 F16L1/12 

1. Область техники, к которой относится изобретение, и преимущественная область его использования

Заявляемое изобретение относится к области обеспечения судоходства на шельфе Арктики, например по СМП, по чистой ото льда воде круглогодично при экологической чистоте.

2. Характеристика аналогов изобретения

Ледокольная проводка судов с ледовыми подкреплениями, позволяющими плавание в битом льду, при работе 6-7 единиц атомных ледоколов обеспечили перевозку по СМП в 2021-2023 годы около 34 миллионов тонн грузов в год. Дальнейшего роста количества атомных ледоколов до 2030 года не ожидается из-за вывода из эксплуатации 4-х ледоколов по сроку службы (50 лет Победы, Ямал, Вайгач и Таймыр), а войдут в работу мощные 3-4 единицы ледоколы проекта 22220 и головной вдвое мощней атомный ледокол «Лидер» проекта 10510 ближе к 2030 году; будут построены в 2027-2030 гг. 4 единицы дизель-электрических ледоколов проекта 22600, которые не повлияют на объёмы ледовой проводки по СМП. На 2024 год намечалось перевезти 80 миллионов тонн, а к 2035 году довести объёмы перевозок по СМП до 160 миллионов тонн грузов. Количество атомных ледоколов для таких объёмов следует иметь к 2024 году до 12-14 единиц, а к 2030 до 18-20 единиц, цифры нереальные. Заявленное изобретение позволит со сдвигом срока с 2024 года на 2025-2026 годы реализовать указанные объёмы перевозок без атомных ледоколов.

3. Критика прототипа

3.1. Ширина канала после ледокола ограничивает применение судов по ширине, не выше класса «Ямалмакс»;

3.2. Битый лёд в канале не допускает применения на СМП обычных судов по причине недостаточной прочности корпуса судна; допускаются только суда с подкреплениями корпуса;

3.3. Отсутствуют на СМП порты с развитой инфраструктурой: пополнение запасов топлива, масел, продуктов питания и других материалов, услуг по ремонту судов, приёмных пунктов приёма отработанных масел, льяльных вод, твёрдых отходов и др.;

3.4. Объёмы перевозок дорогими судами с ледовыми подкреплениями при сопровождении атомными ледоколами не обеспечат требуемых объёмов перевозки и по цене будут близки к цене перевозок по варианту «через Суэцкий канал»;

3.5. НЕ везде на СМП присутствует навигационная обстановка и местами имеют место проблемы со связью;

3.6. Перевозки по СМП сегодня ведутся в навигационный период - с июля по октябрь;

3.7. Наличие 6-8 единиц атомных ледоколов позволяет довести объёмы перевозок до 45-46 миллионов тонн в год в зависимости от погодных условий в Арктике. Увеличение объёмов перевозок зависит от увеличения количества атомных ледоколов. До 2035 года предусмотрено для развития СМП 1,8 триллиона рублей, но проблему резкого увеличения строительства атомных ледоколов деньги не решат по той причине, что атомные ледоколы строит один завод в России - Балтийский судостроительный завод. В 2030 году на СМП будут работать 6-7 атомных ледоколов, которые способны будут обеспечить проводку по СМП 35-40 миллионов тонн грузов при запланированных 160 миллионов тонн.

4. Цель изобретения

Цель изобретения состоит в создании в Российской Федерации условий для круглогодичной безопасной с коммерческими скоростями экологически чистой с использованием беспилотной системы обслуживания судов транспортировки неограниченных объемов разных грузов по Северному морскому пути при относительно малых единовременных затратах, а также в создании незамерзающей акватории в портах, у причалов, вокруг плавсредств. Гигантские финансовые средства на строительство атомных ледоколов для СМП, на строительство судов с ледовыми подкреплениями для СМП предлагается направить на ускоренное строительство современных портов с развитой инфраструктурой.

5. Сущность изобретения

Указанная цель достигается тем, что вода, обладающая самой большой удельной теплоемкостью среди прочих жидкостей и твердых веществ, имеющая на глубине более 10 метров при наибольшей плотности огромное количество теплоты, поднимается (увлекается) пузырьками сжатого воздуха (плотность воздуха в 800 раз меньше плотности воды), подаваемого турбокомпрессором в трубопровод с отверстиями определенного диаметра с определенным шагом по длине, уложенный на дно водоема с глубиной более 10 метров и большим объемом воды, плавит лед, при этом схлопывание пузырьков ускоряет таяние льда.

Способом расплавления льда на фарватере СМП является практическое использование неограниченного количества теплоты самой плотной воды морей на глубинах более 8-10 метров, а устройством для организации незамерзающего фарватера на СМП является укладываемый на дно фарватера (водоема) трубопровод 1 с отверстиями определенного диаметра и определенного шага, из которых пузырьками сжатого воздуха 5, подаваемого турбокомпрессором 2 через ресивер 3 и запорный вентиль 4 в трубопровод, увлекается (поднимается) «теплая» вода под лед, которая плавит лед, при этом схлопывание пузырьков ускоряет таяние льда, что соответствует критериям «новизна» и «существенные отличия».

На дно фарватера СМП трубоукладчиком укладывается трубопровод расчетного диаметра, например 800 мм с толщиной стенки не менее 25 мм, чтобы не всплывал при заполнении воздухом, в котором выполняются отверстия диаметром 4-10 мм с расчетным шагом (3, 4, 5 метров); в трубопровод турбокомпрессором нагнетается воздух, который через отверстия устремляется вверх потоком возрастающего количества пузырьков (вода выдавливает воздух, обладая плотностью более чем в 800 раз), увлекая за собой возрастающий поток «теплой» воды, которая и расплавляет лед, а схлопывание пузырьков воздуха подо льдом ускоряет таяние льда.

После расплавления льда на поверхности при установившемся режиме при любых погодных условиях образуется незамерзающий канал шириной 60-70 метров и более. Возможно, придется прокладывать две трубы, чтобы обеспечить двустороннее движение судов. Предварительно предлагается провести натурный эксперимент с укладкой опытного расчетного трубопровода разных диаметров с разным шагом и диаметров отверстий с использованием мобильного компрессора для проверки эффективности способа с внесением необходимой корректировки эксперимента и окончательными выводами. Теоретическими расчетами невозможно определить диаметр трубопровода, диаметр и шаг отверстий по причине их зависимости от наибольшей глубины укладки, давления в трубопроводе, его длины. Предлагается после принятия положительного решения разработать проект строительства трубопровода на маршруте СМП с учетом некоторых ниже перечисленных рекомендаций. Протяженность СМП составляет около 5600 км. Предлагается прокладывать трубопровод участками по 500 км или 1000 км в припайных шельфовых участках МСП, на которых отсутствует зимой движение льда, оборудовав участок компрессорными станциями по типу перекачивающих компрессорных станций на сухопутных газопроводах. С целью с обоих концов участка трубопровода на берегу в имеющихся портах или населенных пунктах. Работы по укладке трубопровода начать с восточной (от Чукотки) части СМП, где более тяжелые ледовые условия.

Для создания незамерзающей акватории у любого плавучего средства, портовых причалов использовать трубопроводы малых диаметров (30-70 мм), закрепив к скуловым (боковым) килям корпуса судна (в морских условиях при больших глубинах) или уложив на дно при малых глубинах.

На реках незамерзающую акваторию возможно создать прокладкой трубопровода вдоль по фарватеру реки с обустройством компрессорной станции или прокладкой трубопровода поперек реки с обустройством компрессорной станции меньшей мощности, но из нескольких каскадов.

6. Технико-экономическая или иная эффективность изобретения

Внедрение изобретения по сравнению с ледовой проводкой атомными ледоколами судов с ледовыми подкреплениями по СМП позволит иметь:

6.1. экономию финансовых средств от необходимости строить суда с ледовыми подкреплениями;

6.2. экономию финансовых средств от необходимости строить атомные ледоколы для проводки судов по СМП;

6.3. экономию финансовых средств от увеличения скорости и объемов грузов по СМП;

6.4. экономию финансовых средств от сокращения сроков доставки грузов получателем;

6.5. экономию финансовых средств от необходимости оплаты прохода Суэцкого канала;

6.6. экономию финансовых средств от внедрения системы автопилотного судовождения на СМП;

6.7. невозможность санкционного давления на судоходство на СМП, на суверенитет России;

6.8. реализация изобретения превратит СМП в Международный транспортный коридор.

Разовые затраты на реализацию изобретения сравнимы с затратами на строительство газопровода «Северный поток-2», а полный экономический эффект от внедрения изобретения значительно превысит триллионы евро.

Изобретение относится к области обеспечения судоходства на шельфе Арктики. Для расплавления льда на фарватере Северного морского пути (СМП) на дно фарватера СМП трубоукладчиком укладывают трубопровод, в котором выполнены отверстия диаметром 4-10 мм с расчетным шагом 3, 4, 5 метров. В трубопровод с помощью турбокомпрессора через ресивер и запорный вентиль нагнетают воздух, который через отверстия устремляется вверх потоком возрастающего количества пузырьков, увлекая за собой возрастающий поток «теплой» воды, с помощью которой расплавляют лед, а за счет схлопывания пузырьков воздуха подо льдом ускоряют таяние льда. Достигается круглогодичная безопасная с коммерческими скоростями экологически чистой с использованием беспилотной системы обслуживания судов транспортировка неограниченных объемов разных грузов по Северному морскому пути при относительно малых единовременных затратах, а также создание незамерзающей акватории в портах, у причалов и вокруг плавсредств. 1 ил.

Способ расплавления льда на фарватере Северного морского пути (СМП), характеризующийся тем, что на дно фарватера СМП трубоукладчиком укладывают трубопровод, в котором выполнены отверстия диаметром 4-10 мм с расчетным шагом 3, 4, 5 метров; в трубопровод с помощью турбокомпрессора через ресивер и запорный вентиль нагнетают воздух, который через отверстия устремляется вверх потоком возрастающего количества пузырьков, увлекая за собой возрастающий поток «теплой» воды, с помощью которой расплавляют лед, а за счет схлопывания пузырьков воздуха подо льдом ускоряют таяние льда.