Способ защиты ледяного гидротехнического сооружения от воздействия тепла движущейся воды Советский патент 1991 года по МПК E02B17/00 

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации гидротехнических сооружений из льда, на подводную часть которых может воздействовать тепло от потока воды, и предназначенных для использования, например, в качестве оснований сооружений для бурового или эксплуатационного оборудования при добыче нефти или газа на шельфе арктических морей, причалов, дамб, плотин и т.п.

Цель изобретения - повышение эффективности и долговечности защиты.

П р и м е р 1. Требуется продлить срок службы ледяного причала. Причал возводится методом послойного намораживания. Защитная оболочка части причала, которая должна контактировать с водой, изготавливается следующим образом. На краю ледяного причала создаются водонепроницаемые бортики, в пространство

между которыми закладывается затвердевшая мочевиноформальдегидная пена, которая обладает открытой пористой структурой (как поролон). Затем пена насыщается 0,1 %- ным раствором, например, метилцеллюло- зы и промораживается Бортики служат для предотвращения стекания раствора полимера. Система, состоящая из затвердевшей мочевиноформальдегидной пены с замороженным в ее порах 0,1 %-ным раствором метилцеллюлозы в воде, представляет собой льдокомпозиционный материал. Мочевиноформальдегидная пена может изготавливаться специальной установкой на месте или доставлена туда в виде блоков Полимер, образующийся после полимеризации мочевиноформальдегидной смолы, обладает плотностью больше 1 г/см3 и, следовательно, плотность системы лед+полимер не меньше плотности льда, а это значит, что не возникает дополнительО

ю

ю

ной архимедовой силы, способствующей отрыву л ьдокомпозита от основного ледяного тела.

По мере наращивания льда и льдоком- позиционной оболочки сооружение под действием собственной тяжести погружается в воду, а вместе с ним и защитная оболочка.

Для создания льдокомпозиционного материала используют водные растворы высокомолекулярных гельобразующих полимеров таких, как желатин, агар-агар, карбоксиметилцеллюлоза, полиакриламид, полиоксиэтилен.

Относительно эффективности защиты(а следовательно, и долговечности) для различных гельобразующих полимеров можно сказать, по данным предварительных опытов, что свойство полимеров при вытаива- нии образовать защитную оболочку наблюдается у всех перечисленных веществ. Однако одна и та же эффективность достигается при различных начальных концентрациях раствора. Так, например, цилиндр (, мм) из льдокомпозиционного материала, помещенный в воду, после полного оттаивания остается связанным (в виде студня) при концентрации желатина 0,1 %, полиокса 0,5% и КМЦ 2%. Растворы одних и тех же полиме- ров могут быть использованы и просто для намораживания слоя и для пропитки пены с последующим намораживанием.

Следует заметить,что КМЦ в качестве гельобразующей добавки не самый эффек- тивный полимер. Предварительные исследования по таянию цилиндрических образцов (диаметром 30 мм и высотой 70 мм) при свободной конвекции показывают, что самым эффективным полимером являет- ся желатин, затем полиокс, полиакриламид и КМЦ. В настоящее время ведутся работы с более эффективными полимерами.

Использование карбомидных (моче- виноформальдегидных) пенопластов или поролона для получения льдокомпозици- онных материалов основано на том, что пленки полимера, служащего каркасом пены, гидрофильны и образуют открытую пористую систему, что дает возможность пропитывать ее водой или гельобразую- щим раствором. После замерзания раствора в пене получается композиционный материал, состоящий из 5-10% нерастворимого полимера (пены)95-90% льда и 0,01-0,1% высокомолекулярного растворимого (гелеобразующего) полимера.

Ячейки пены сами по себе ограничивают подвижность воды и снижают интенсивность перенора тепла от движущейся воды в лед, а гельобразующие высокомолекулярные соединения, например метил- целлюлоза, способствуют образованию зон неподвижной воды в ячейках пены, снижающих интенсивность теплообмена. При плавлении такого льдокомпозиционного материала пена обнажается и образует широкую переходную зону (до 10 см) с неподвижной водой, защищающую лед, как теплоизолятор с коэффициентом теплопроводности, равным коэффициенту молекулярной теплопроводности воды (Яж 0.56 Вт/(м°С).

П р и м е р 2. Имеется способ создания глухих ледовых плотин с напором до 6,0 м из пористого льда плотностью 600-700 кг/м3, получаемого методом дальнеструйного дождевания. Для предотвоащения фильтрации через тело такой плотины применяют экран из полимерной пленки. Предлагают делать такой экран путем нанесения в процессе сооружения тела плотины слоя льда, получаемого диспергированием 0,2%-ного водного раствора метилцеллюлозы в холодный воздух. При поступлении воды в слой льдокомпозиционного экрана часть гранул льда, составляющих этот экран, подтаивают и образующие вокруг их связывающие воду пленки геля надежно предохраняют от дальнейшей фильтрации воды в тело плотины и ее разрушение.

Экономический эффект от внедрения изобретения достигается за счет сокращения стоимости сооружения, а также продления сроков пользования временных инженерных сооружений из льда.

Формула изобретения

1.Способ защиты ледяного гидротехнического сооружения от воздействия тепла движущейся воды, включающий создание на его поверхности гидротеплоизоляционного экрана путем намораживания слоя льдокомпозиционного материала, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности и долговечности защиты, для намораживания слоя льдокомпозиционного материала используют водный раствор высокомолекулярного гельобразующего полимера или насыщенный им пенопласт с открытой пористой структурой.

2.Способ по п.1,отличающийся тем, что в качестве высокомолекулярного гельобразующего полимера используют полиакриламид или желатин.

3.Способ по п.1,отличающийся тем, что в качестве пенопласта используют поролон или карбамидные пенопласты.

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации гидротехнических сооружений из льда. Цель изобретения - повышение эффективности и долговечности защиты. Для этого в способе, предусматривающем создание на поверхности гидротехнического сооружения гидротеплоизоляционного экрана путем намораживания слоя льдокомпозиционного материала, для намораживания экрана используют водный раствор высокомолекулярного гельобразующего полимера, например полиакриламида или желатина, или насыщенный им пенопласт с открытой пористой структурой, например поролон или карбамидные пенопласты 2 з п ф лы.