"Способ намораживания сооружений из льда и устройство для его осуществления "Суперград" (его варианты)" Советский патент 1993 года по МПК F25C1/02 

Изобретение относится к производству льда под действием естественных отрицательных температур окружающей среды, к строительству, к очистке и опреснению воды замораживанием. Может быть использовано, например, в нефтяной и газовой промышленности для интенсивного намо- раживания льда при возведении искусственных плавучих и опирающихся на дно островов и платформ - в Арктике, в Антарктике, на внутренних водоемах в районах с

морозными зимами; при сооружении ледяных причалов; при строительстве оснований и фундаментов; в лесной и целлюлозно-бумажной промышленности для наморажива- ния плотбищ; при строительстве переправ через водотоки, озера, заливы - для надземного транспорта, для прокладки по дну открытых водоисточников трубопроводов, кабелей; при строительстве дорог по берегам водотоков и водоемов; при возведении взлетно-посадочных полос на аэродромах,

00

о

00

о

VJ

о.

со

расположенных как в открытых водоисточниках, так и на их берегах; для защиты части .участка реки от раннего ледохода; при возведении водоподпорных плотин на водотоках; при строительстве защитных дамб-для защиты территорий от наводнений мот действия заторного льда, для защиты отстоя судов в гаванях от наводнений и от действия заторного льда, для .защиты отстоя судов в гаванях и т.п.; для очистки и опреснения коллекторно-дренажных, сточных хозяйственно-бытовых и промышленных вод, минерализованных вод рек, озер, водохранилищ, морей; для перераспределения стока водотоков преимущественно на летние месяцы; в энергетике для охлаждения и опреснения сбросных вод, идущих на повторное охлаждение турбин тепловых электрических станций.

Цель изобретения - интенсификация процесса замораживания и упрощения производства работ, а также обеспечение возможности намораживания воды без технологических перерывов на промерзание водоледяной смеси, выпавшей на ледя- ное сооружение, снижение энергоемкости, обеспечение возможности намораживания фирнового льда, упрощение регулирования толщины льда на участке намораживания, обеспечение намораживания сооружений больших плановых размеров, упрощение запуска в работу дальнеструйного аппарата, повышение надежности водозабора в условиях наличия в открытом водоисточнике

шуги,

На фиг.1 представлена работа дальнеструйного аппарата в стационарном положении его насадки, план; на фиг.2 - план подачи воды на ледяное сооружение дальнеструйным аппаратом при перемещении его ствола в направлении, поперечном направлению подачи воды насадкой; на фиг.З - поперечный разрез А-А на фиг.1. распад струи в воздухе; на фиг.4 - поперечный разрез Б-Б на фиг.2, распад струи и схема ее взаимодействия с морозным атмосферным воздухом; на фиг.5 - продольный разрез В-В на фиг.2; на фиг.6 - план участка производства работ при намораживании ледяного сооружения на берегу внутреннего открытого водоисточника типа пруда; на фиг.7 - план участка производства работ при намораживании ледяного сооружения из канала, выполненного в виде замкнутой кривой, при подаче воды на участок повер- хности, ограниченный, замкнутым каналом, совместно дальнеструйным аппаратом и насосной станцией; на фиг.8 - поперечный разрез Г-Г на фиг.7; на фиг,9 - подача воды насосной станцией на плавучее устройство

5

0 5 0

5

0 5 0 5

с наружной поверхностью из несмерзающегося материала, поперечный разрез; на фиг. 10- схема работы насадки ствола дальнеструйного аппарата и действие реактивной силы струи; на фиг,11 - подача воды дальнеструйным аппаратом, смонтированным на плавучем транспортном средстве, на открытую водную поверхность и система противодействия реактивной силе струи в виде троса с неподвижной анкерной опорой, поперечный разрез; на фиг, 12-то же, подача воды на льдины, предварительно доставленные и соединенные тросами между собой и дном водоисточника; на фиг.13- план участка намораживания при подаче воды дальноструйным аппа- ратом на основание намораживаемого сооружения в виде предварительно доставленных и соединенных между собой льдин; на фиг.14 - устройство для намораживания сооружений из льда, снабженное тросом системы противодействия реактивной силе струи, имеющим поплавки, прикрепленные по его длине; на фиг,15

-намораживание ледяного сооружения больших плановых размеров путем перемещения Ствола дальнеструйного аппарата вдоль намораживаемого сооружения по параллельным траекториям, план; на фиг.16

- прикрепление плавучего транспортного средства к;тросу системы противодействия реактивной силе струи посредством петли; на фиг. 17 - намораживание ледяного сооружения, опирающегося на дно открытого вддо- источника, начало работ по намораживанию, поперечный разрез; на фиг. 18 - то же, окончание работ по намораживанию; на фиг. 19 - намораживание на берегу открытого водоисточника ледяного „сооружения типа дороги, аэродрома, ледяного причала, ледяного полигона для опреснения и аккумулирования запасов пресной воды, план; на фиг. 20

- план опреснительного полигона с заложенным в основании намораживаемого сооружения дренажом для отвода рассола и пресной воды, производство работ по намораживанию в зимний период;на фиг.21 - то же, отдача рассола, а затем пресной воды, опреснительным полигоном в теплый период; на фиг,22-поперечный разрез Д-Д на фиг.20; на фиг.23 - поперечный разрез Е-Е на фиг.21; на фиг.24 - намораживание протяженного ледяного сооружения в открытом водоисточнике типа дороги, аэродрома, основания для производства работ по укладке кабеля, трубопровода на дно открытого водоисточника, план; на фиг.25 - намораживание в широком водотоке ледяной переправы, ледяной водоподпорной плотины, план; на фиг.26 - наморэживание ледяного сооружения на берегах водотока, канала, дренажного коллектора или по бокам судоходного хода в открытом водоисточнике, план; на фиг.27 - расположение насадок стволов двух дальнеструйных аппаратов относительно направления движения транспортного средства, план; на фиг.28 - расположение водозаборного отверстия входного оголовка всасывающей линии в направлении движения плавучего транспортного средства; на фиг.29 - то же, водозаборное отверстие снабжено конической сеткой; на фиг.ЗО - система противодействия реактивной силе струи в виде второго дальнеструйного аппарата преимущественно для работы- на охлаждающих водоемах тепловых и атомных электрических станций, план; на фиг.31 - поперечный разрез Ж-Ж на фиг.ЗО; на фиг.32 т система противодействия реактивной силе струи в виде тросов, снабженных подвижными цилиндрическими опорами, план; на фиг.ЗЗ - подвижная цилиндрическая опора; на фиг.34 - дальнеструйный аппарат; на фиг.35 - установка второго дальнеструйного аппарата с возможностью перемещения вдоль направления действия силы тяги движителя транспортного средства, план; на фиг.36 - прикрепление троса системы противодействия реактивной силе струи с возможностью перемещения точки закрепления вдоль направления действия силы тяги движителя, план; на фиг.37 - устройство для намораживания сооружений.из льда со стационарным расположением двигателя и насоса на центральной жесткой платформе, с забором воды из подводящего трубопровода и с размещением ствола дальнеструйного аппарата на рельсовом или колесном транспортном средстве с движителем, план; на фиг,38 - устройство для намораживания сооружений из льда со стационарным расположением двигателя и насоса на центральной жесткой или плавучей платформе, размещенной в открытом водоисточнике, с забором воды из открытого водоисточника и с размещением ствола дальнеструйного аппарата на плавучем транспортном средстве с движителем, план; на фиг.39-устройство для намораживания сооружений из льда со стационарным расположением двигателя и насоса и с установкой ствола с насадкой с возможностью вращательного перемещения вокруг центральной опоры; на фиг.40 закрепление центральной плавучей платформы устройства для намораживания сооружений из льда в открытом водоисточнике посредством тросов и анкеров, план; на фиг.41 - схема планового воздействия реакции струи на плавучее

транспортное средство; на фиг.42 - движение крупной капли воды при подлете к намораживаемому сооружению (образовавшейся в результате распада струи, получен- 5 ной при стационарном положении насадки ствола дальнеструйного аппарата, или при вращательном движении, или при ветре), поперечный разрез струи; на фиг.43 - движение крупной капли воды при подлете к

0 намораживаемому сооружению (образовавшейся в результате распада струи, полученной из насадки ствола, перемещаемой в плане перпендикулярно направлению расположения насадки), поперечный разрез

5 струи; на фиг.44 - то же, после удара крупной капли воды о поверхность намораживаемого сооружения; на фиг.45 - план взаимодействия крупной капли воды, представленной на фиг.42, с поверхностью намо0 раживаемого сооружения; на фиг.45 - план взаимодействия крупной капли воды, представленной на фиг.43 и 44, с поверхностью намораживаемого сооружения.

Устройство для намораживания соору5 жений из льда по первому варианту (фиг.б-8, 11-20, 22, 24-36) содержит дальнеструйный аппарат 1, смонтированный на плавучем транспортном средстве 2, размещенном в открытом водоисточнике 3. Дальноструй0 ный аппарат 1 включает (фиг.34) двигатель 4, насос 5 с всасывающей линией 6 и ствол 7 с насадкой 8. соединенный с насосом 5. Насадка 8 ствола 7 дальнеструйного аппарата 1 расположена в направлении, попе5 речном направлению действия силы тяги движителя 9 плавучего транспортного средства 2. Ствол 7 расположен под углом 28° а 60° к горизонтальной плоскости. Движитель 9 может быть выполнен в виде

0 водного винта, водомета, воздушного винта, турбины, дополнительного дальнеструйного аппарата т.п.

Плавучее транспортное средство 2 содержит также систему противодействия ре5 активной силе струи, которая может быть выполнена в виде второго дальнеструйного аппарата 10, насадка ствола которого расположена в противоположном направлении относительно расположения насадки ство0 ла первого аппарата 1, или в виде троса 11, который крепят одним концом к плавучему транспортному средству 2, а другим концом, обращенным в сторону действия насадки 8 отвода 7 дальнеструйного аппарата 1, кре5 пят к неподвижному анкеру 12 или к подвижной цилиндрической опоре 13 с возможностью перемещения плавучего транспортного средства 2 вдоль плавучего

или опирающегося на поверхность земли намораживаемого сооружения 14.

Источником энергии двигателя дальнеструйного аппарата 1 и двигателя, приводящего в действие движитель 9 транспортного средства, в зависимости от типа двигателя, может быть любое топливо, заготовленное на транспортном средстве, или электроэнергия, подаваемая по кабелю 15 (через подвижные контакты - на чертежах не показаны) на транспортное средство 2.

Открытый водоисточник 3, в котором раз- мещено плавучее транспортное средство 2, может быть каналом, водотоком, озером, прудом, океаном, морем или заливом. В открытом водоисточнике 3, на поверхности которого имеется ледяной покров 16, может быть выполнен судоходный ход 17 для перемещения плавучего транспортного средства 2, например, судоходный ход 17 может быть образован дополнительным ледокольным плавучим транспортным средством.

Входной оголовок 18 всасывающей линии 6 должен быть установлен ниже ватерлинии 19 плавучего транспортного средства 2 с обеспечением возможности забора воды из открытого водоисточника 3 при движе- нии плавучего транспортного средства 2, В зависимости от ледовых условий в зоне производства работ входной оголовок 18 может быть размещен спереди или сбоку плавучего транспортного средства 2 (при слабых ледовых явлениях на траектории движения плавучего транспортного средства 2} или входной оголовок 18 можед быть размещен в днище, в боковых поверхностях корпуса, а также сзади плавучего транспортного сред- ства 2 (при жестких ледовых условиях на траектории движения плавучего транспортного средства 2), В случае размещения входного оголовка 18 сбоку или спереди плавучего транспортного средства 2, его водозаборное отверстие 20 может быть обращено в сторону движения плавучего транспортного средства 2 (совпадает с направлением перемещения ствола 7 дальнеструйного аппарата 2 и, соответственно, с направлением планового пе- ремещения струи 21, подаваемой насадкой 8 ствола 7 дальнеструйного аппарата 1). Водозаборное отверстие 20 может быть также снабжено конической защитной сеткой 22.

В случае выполнения системы противо- действия реактивной силе струи в виде второго дальнеструйного аппарата 10 (фиг.2б, 27, 30, 31, 35, 41), один из дальнеструйных аппаратов 1 или 10 могут крепить к плавучему транспортному средству 2 с возможностью перемещения вдоль направления действия силы тяги движителя 9 (направление действия силы тяги движителя 9 и направление перемещения плавучего транспортного средства 2 близки друг Y другу особенно на

прямолинейных и криволинейных траекториях перемещения с большими радиусами кривизны). Перемещение одного из дальнеструйных аппаратов 1 или 10 могут осуществить по рельсовым направляющим 23 с последующей фиксацией положения аппарата, например, винтовыми за йимами, фиксаторами, электромагнитами и т.п. (не показаны).

В случае выполнения системы противр- дейстия реактивной силе струи в виде троса 11 (фиг.11-14, 16, 32, 33, 36), последний могут крепить к плавучему транспортному средству 2 посредством петли 24 (фиг. 16). Трос 11 может быть также прикреплен к плавучему транспортному средству 2 с возможностью перемещения TOMKI прикрепления вдоль направления действия движителя 9 (фиг.36), например, в направляющих 25, имеющих фиксаторы, или путем прикрепления троса 11 к установленным по длине плавучего транспортного .средства 2 неподвижным анкерам (не показаны), По длине троса 11 могут быть прикреплены поплавки 26 (фиг,14), причем объемный вее системы трос + поплавки может быть доведен до значения удельного веса воды в открытом водоисточнике 3. Трос 11 может быть прикреплен к неподвижном анкеру 12, установленному на дне 27 открытого водоисточника 3 под плавучим намораживаемым сооружением 14 (фиг.11-14), например, в качестве анкера 12 может быть испбльзован якорь, плита и т.п. В случае использования для прикрепления троса .11 подвижной цилиндрической опоры. 13, последняя может быть выполнена в виде направляющих 28, в которых перемещается рама 29 на боковых, нижних и верхних роликах 30, 31, 32, к которой прикреплен трос 11 (фиг.33). Направляющие 28 могут быть закреплены, например, на сваях 33, или на вертикальной подпорной стенке и размещены вдоль намораживаемого сооружения 14, В направляющих 28 по всей их длине выполнен паз 34 для пропуска троса 11.

В качестве плавучего транспортного средства 2 может быть использован катер, ледокол, паром, понтон, плот и т.п.

В качестве основания намораживаемого сооружения 14 может быть использована поверхность суши 35 (остров, берег моря, озера, пруда, водотока), поверхность ледника, спускающегося к открытому водоисточнику 2, например, поверхность шельфовых ледников Антарктиды, поверхность воды 36 в открытом водоисточнике 3, а также поверхность льдин 37, предварительно доставленных в зону намораживания ледяного сооружения 14 и скрепленных между собой связями, например тросами 38 (фиг. 1-13).

Льдины 37 могут быть прикреплены к дну 27 открытого водоисточника 3 посредством донных анкеров 12 и тросов 39. В случае намораживания плавучего ледяного сооружения 14 на основании из льдин 37 и использования при этом в качестве системы противодействия реактивной силе струи троса 11, снабженного неподвижным анкером 12 (который расположен под плавучим ледяным сооружением 14), длину каждого из тросов 39, которыми крепят льдины 37 к дну 27 открытого водоисточника 3, необходимо принимать меньшей, чем длина троса 11. Кроме того, тросы 39 могут быть прикреплены к поплавку 40, расположенному выше анкера 12. К льдинам трос 39 может быть прикреплен посредством плоских элементов 41 (например, уложенных на льдинах 37 и политых воддй).

При намораживании сооружения 14, ограниченного по периметру замкнутой кривой с минимальным размером описываемой ею фигуры в направлении, перпендикулярном данной кривой, равным А 2ВН, где Вн ширина полосы, намораживамой дальнеструйным аппаратом 1 за один проход (фиг.7-9), внутрь ледяного сооружения 14, намороженного дальнеструйным аппаратом 1, от водоисточника (как открытого 3, так и закрытого) может быть проложен трубопровод 42, который снабжен насосной станцией 43, расположенной на его входе (или трубопровод 42 берет начало из напорного водоисточника, например из вышележащего пруда, водохранилища). На выходе трубопровода 42 может быть размещено струераспределительное устройство 44 для распределений в плане потока воды 45, идущего на послойное намораживание внутреннего ледяного сооружения 46. Трубопровод 42 может быть выведен внутрь ледяного сооружения 14 вертикально с возможностью увеличения его высоты, например, путем монтажа составных элементов 47 по мере увеличения высоты намораживаемого сооружения 46. Причем дополнительно обеспечена возможность пЬдачи воды струераспределительным устройством 44 сверху на плавучее плоское устройство 48 с наружной поверхностью 49 из несмерзающегося со льдом материала, например, плавучее плоское устройство 48 выполнено в виде плоской полой оболочки с наружной поверхностью из полиэтилена.

- В случае необходимости создания опреснительного или опреснительно-охлади- тельного полигона (фиг.20-23), например, для охлаждения и опреснения воды, идущей на охлаждение турбин тепловых и атомных электрических станций, открытый водоисточник 3 может быть выполнен, например, в виде замкнутого канала, к которому подведен открытый или закрытый водовод 50 для подвода по нему зимой воды 51. идущей на 5 намораживание опреснительно-охлади- тельного сооружения 14, а также для отвода по нему в теплый период года рассола 52, а затем и пресной воды 53. Водовод 50 соединен с устройством 54 для утилизации

0 рассола 52, например, с прудом-накопителем, с прудом-испарителем, с опреснительной установкой промышленного типа, а также соединен с пресным водоемом 55, или непосредственно с водопотребителем,

5 например с охлаждающими системами турбин тепловых электрических станций,

В основании 35 намораживаемого сооружения 14 может быть выполнен закрытый дренаж 56 (для отвода в теплый период года

0 рассола 52, а затем и пресной воды 53 от намороженного сооружения 14 в замкнутый канал). Выходные оголовки дренажных труб 56 могут быть расположены выше уровня воды в замкнутом канале в теплый период

5 года. Дренажные трубы 56 могут быть сверху засыпаны щебнем, гравием, галькой 57.

Намораживаемые сооружения, возводимые в открытых водоисточниках 3 и у их берегов, могут быть как плавучими, так и могут

0 опираться на дно открытого водоисточника 3,

Длина участка намораживания LH равна

длине всего намораживамого сооружения

14 или равна длине какой-то одной очереди

его строительства.

5 При намораживании (с использованием двух дальнеструйных аппаратов 1 и 10) сооружения 14 из открытого теплого водоисточника 3, например из водоема-охладителя, угол наклона к горизонтальной плоскости

0 ствола дальнеструйного аппарата 1, подающего воду на намораживаемое сооружение 14, может быть большим, чем угол наклона к горизонтальной плоскости ствола дальнеструйного аппарата 10, являющегося уст5 ройством для противодействия реактивной силе струи дальнеструйного аппарата 1 и подающего воду на открытую водную поверхность водоисточника 3 (фиг.ЗО, 31).

Каждый дальнеструйный аппарат 1 и 10

0 может содержать, кроме большой насадки 8, малую насадку (не показана).

В случае намораживания сооружения 14 поперек русла водотока 3 (типа переправы, воде подпорной плотины) выше участка намо5 раживания поперек течения водотока 3 могут быть установлены на тросах 58 с донными анкерами поплавки 59, имеющие большой внутренний объем, например понтоны (фиг.25). В устройстве для намораживания сооружений из льда по первому варианту ствол

7 с насадкой 8 размещен преимущественно на напорном патрубке центробежного насоса 5.

Устройство для намораживания сооружений из льда по второму варианту (фиг.37- 40) содержит дальнеструйный аппарат 1, состоящий из двигателя 4, насоса 5 и всасывающей линии 6, которые смонтированы на центральной жесткой или плавучей плат- Форме 60, 61 и ствол 7 с насадкой 8, установ- ленные на плавучем, или рельсовом, или на колесном транспортном средстве 2, 62t 63 с возможностью перемещения вокруг центральной жесткой или плавучей платформы 60, 61 по окружности. Насадка 8 ствола 7 расположена в направлении, поперечном траектории ее планового перемещения. Всасывающая линия 6 выполнена с возможностью осуществления забора воды из открытого водоисточника 3 или из подводя- щего трубопровода 64 (не показана). Система противодействия реактивной силе струи составлена из рамы 65, объединенной с напорной линией 66, соединяющей ствол 7 с насосом 5, а также из движителя 9, Устрой- ство для намораживания сооружений из льда содержит также источник энергии, например кабель 15 для подвода электроэнергии.

Жесткая центральная платформа 60 мо- жет быть установлена на поверхности суши 35, или может быть смонтирована на .сваях, на подпорных стенках в открытом водоисточнике 2, или может быть выполнена в виде насыпного острова..

В случае необходимости установки центральной платформы в глубоком открытом водоисточнике 3 или при необходимости частой смены ее местоположения в открытом водоисточнике 3, может быть смонтирована плавучая центральная платформа 61. В этом случае она может быть закреплена в открытом водоисточнике 3 посредством тросов 67 и донных анкеров 68 (фиг.40).

Напорная линия 66 своим вертикаль- ным коленом 69 может быть найдена (или вставлена) на вертикальный патрубок 70 насоса 5, вокруг которого может вра- .щаться. Между коленом 69 и патрубком 70 должен быть установлен уплотнитель- ный сальник 71. Дополнительно патрубок 70 насоса 5 может быть усилен платформой 72, прикрепленной к основанию 73, на которую с возможностью вращения надета платформа 74, жестко соединенная с ра- мой 65.

В устройстве для к амораживания сооружений из льда по второму варианту ствол 7 с насадкой 8 всегда размещен на длинном напорном трубопроводе 66.

Способ намораживания сооружения из льда осуществляют следующим способом.

Через насадку 8 ствола 7 дальнеструйного аппарата 1 воду подают под углом 28° а 60° к горизонтальной плоскости в среду морозного воздуха. Ствол 7 дальнеструйного аппарата 1„перемещают в плане по прямой или кривой линии вдоль нэмо-. раживаемого сооружения. Воду стволом 7 подают (одновременно с его плановым перемещением) струей 21 в направлении, поперечном траектории планового перемещения ствола 7. Для увеличения льдосодер- жания в слое осадков, выпадающем на поверхность намораживаемого сооружения 14, увеличивают скорость-перемещения в плане ствола 7 дальнеструйного аппарата 1.

При подаче струи 21 насадкой 8 в направлении, поперечном направлению ее планового перемещения, все элементарные струйки и капли воды, находящиеся в струе 21, вследствие действия сил инерции будут совершать плановые перемещения, совпадающие по величине и направлению с плановым перемещением насадки 8 (если принять сопротивление воздуха равным нулю).

Устойчивые морозы, как показывает опыт применения дальнеструйной намораживающей техники, устанавливаются, как правило, при малом ветре или при отсутствии, поэтому рассмотрим случай взаимодействия фронтально перемещаемой струи с морозным атмосферным воздухом при-отсутствии ветра.

Выделим на струе 21 элементарный отсек длиной dl (фиг.2) и проследим весь путь его движения от насадки 8 до поверхности намораживаемого сооружения 14. Данный отсек, вылетев из насадки 8 под углом а к горизонтальной плоскости (фиг.5), имеет начальную скорость по оси струи (относительно насадки 8) равную Vo.

Скорость Vo обусловлена напором воды Н в стволе 7 и равна

Vo

, м/с,

где g - ускорение свободного падения, м/с2;

Н - напор воды в стволе 7 дальноструй- ного аппарата 1.

Горизонтальная проекция скорости Vo на ось Xi (фиг.2, 5) равна

Vox Vo cos a.

Вертикальная проекция скорости Vo на. ось YH (фиг.5) равна

V0y Vo sin a.

Так как на отсек струи 21 длиной dl действует лишь сила тяжести (если принять равным нулю сопротивление воздуха для транзитной части струи высокопроизводительных дальнеструйных аппаратов 1), то при движении отсека dl будет изменяться только проекция V0y. Проекция Vox изменяться не будет.

Отсек струи 21 длиной dl имеет также начальную скорость VL, направленную вдоль поверхности намораживаемого сооружения 18(фиг.2). Скорость VL направлена в поперечном направлении относительно скорости Vo и обусловлена движением в плане ствола 7 с насадкой 8,

Однако при движении отсека струи dl в системе координат XL, YH (фиг.5) на него в течение всего времени полета действуют и силы сопротивления воздуха (фиг.2, 4), что приводит к отрыву капель воды от транзитной части струи 21, к ее распаду на крупные капли с последующим их дроблением на более мелкие капли. В результате транзитная струя 21 рассеивается в виде дождя 75 в объеме морозного воздуха.

Для усиления аэродинамического взаимодействия струи 21 (подаваемой высокопроизводительными дальнойструйными аппаратами 1) со средой атмосферного морозного воздуха необходимо, чтобы за время подъема отсека струи dl от насадки 8 до верхней точки траектории (т.е. когда горизонтальная проекция пути отсека dl будет

лм I Vo sin 2 а. . .. равна ON -у , фиг.1), осевая

линия струи ON переместилась бы на величину, равную или большую, чем горизонтальная проекция половинного размера поперечного сечения условного факела разбрызгивания восходящей струи 21 в верхней точке ее подъема (т.е. чтобы проекция планового фронтального перемещения струи 21 была равной или большей, чем NM). При выполнении этого условия наименее раздробленные участки струи 21, находящиеся на ее оси, на протяжении всей траектории полета будут контактировать со средой атмосферного морозного воздуха, не прогретой ранее рассеянными каплями воды струи 21.

Горизонтальная проекция угла условного факела разбрызгивания восходящей струи 21 (/3), как показали эксперименты, составляет4-6°, а граница факела разбрызгивания (линия ОМ) - прямолинейна. Время подъема отсека струи dl в верхнюю точку траектории полета ТПод составляет

i под

V0 sin a

Требуемая скорость перемещения в ппане насадки 8 для удовлетворения сформулированного выше условия равна

М

Т,

под

или

VLItg

Ж 2

2 Т,

под

Обеспечение выполнения данного условия позволит намораживать фирновый лед при слабых морозах,

Помимо усиления аэродинамического взаимодействия струи 21 со средой морозного воздуха, при реализации заявляемого способа намораживания сооружений из льда обеспечено выпадение осадков в виде льда и воды на основание,которое предварительно проморожено. При этом промороженное основание ледяного сооружения 14 быстро поглощает тепловую энергию, выделяемую в процессе фазового перехода выпавшей на него воды в лед. Ускорению процесса кристаллизации способствует и то, что капли воды, особенно крупные, перед ударом о поверхность сооружения 14 имеют, помимо вертикальной

составляющей скорости движения Voyfc), обусловленной действием сил тяжести, горизонтальную составляющую скорости VOX(K), направленную поперек намораживаемого сооружения 14, и горизонтальную составляющую VL(K), направленную вдоль траектории планового перемещения ствола 7 с насадкой 8, Суммарная горизонталь-, нэя проекция скорости крупной капли воды относительно поверхности намораживания для случая, когда VO(K) L VL(K), равна (фиг.43, 46)

Vn.(K) VV20x(K) +Vl(K)

Поскольку скорость VnnW значительно превышает скорость VOX(K) и направлена в продольно-поперечном .направлении относительно расположения участка намораживания, крупная капля воды в результате взаимодействия с поверхностью ледяного сооружения 14 размазывается по последней тонким слоем 76, что и приводит к быстрому ее замерзанию (фиг.44).

55 Для обеспечения возможности намораживания воды без технологических перерывов на промерзание водоледяной смеси, выпавшей на ледяное сооружение 14, длину траектории планового перемещения ствола 7 дальноструйного аппарата 1 относительно

всего участка намораживания LH определяют следующим образом (фиг.6).

На участок намораживания длиной LH за сутки при непрерывной работе подают слой воды и льда равный

IB.-л

Он Тс

LH Вн

где Он - расход воды, подаваемый дальнеструйным аппаратом 1, м /с;

Тс - количество секунд в сутках, Тс 86400 с:

Вн - ширина полосы, намораживаемой дальнеструйным аппаратом за один проход, м (фиг.5);

R. - дальность полета струи с учетом сопротивления воздуха при ее фронтальном перемещении, м. R (0,80-0,95) (чем больше скорость VL, отношение H/d и отношение

V0 d

---, тем меньшее значение принимает коэффициент перед I и соответственно, R); I - дальность полета струи без учета

. Visin2a

сопротивления воздуха, м, I -------;

d - внутренний диаметр насадки на выходе, м;

v - коэффициент кинематической вязкости подаваемой воды, м2/с.

В то же время, за сутки при непрерывном намораживании воды поливом теоретически может быть наморожен слой льда, равный

Пнамор

hpte 100

Шв

где ho - теоретически возможный слой намораживания воды поливом на поверхности ледяного сооружения на каждый градус отрицательной температуры окружающего воздуха, ho 0,015 м;

tB - средняя расчетная отрицательная температура окружающего воздуха, ниже которой работы по намораживанию планируют выполнять без технологических перерывов на промерзание водоледяной смеси, град;

- содержание воды в водоледяной смеси, %. Для экспериментального определения MB могут использовать емкость, стенки которой в процессе замерных работ имеют температуру, равную 0°С, например, мерная емкость может быть помещена в большую емкость, наполненную незамерзшей водой.

Для обеспечения возможности производства работ без технологических перерывов на промораживание водоледяной смеси, выпавшей на поверхность сооружения 4, необходимо, чтобы слой воды, который может быть теоретически заморожен, превышал бы или был бы равен слою воды со льдом, который подан дальнеструйным аппаратом Т на поверхность ледяного сооружения 14 за один и тот же период времени (за сутки)

жамор

Г1в.-л,

ИЛИ

15

100 note .ОнТс

Мв

LH Вн

Отсюда длина участка намораживания может быть определена из условия

Тс (Ов

100 BHhotB

м.

Определив длину участка намораживания LH, назначают схему производства работ по намораживанию, В зависимости от

плановых и высотных размеров сооружения 14 длиной участка намораживания LH может быть длина его периметра (фиг,5), а также LH может быть равна длине одной какой-то очереди строительства намораживаемого сооружения14.

За счёт усиления аэродинамического взаимодействия струи 21 со средой морозного воздуха и выпадения осадков на промороженное основание ледяного соаружения 14 появилась возможность осуществлять намораживание.сооружений 14 путем подачи воды через насадку 8 ствола 7 дальнеструйного аппарата 1 при соблюдении соотношения

400 H/d 1000

для дальнеструйных аппаратов 1, ствол которых расположен на напорном патрубке

центробежного насоса 5 (т.е. для аппаратов, у которых к насадке 8 подводят сильно турбулизированный поток от рабочего колеса насоса 5). Расположение ствола 7 на напорном патрубке центробежного насоса

5 характерно только при использовании для намораживания сооружений из льда 14 намораживающих устройств по первому варианту.

Обеспечение возможности намораживания при отмеченном выше соотношении позволяет значительно уменьшить затраты энергии на подачу струи воды 21 в среду морозного воздуха (в 1,3-2 и более раз) и, одновременно, увеличить плановые размеры участка намораживания ледяного сооружения 14 за один проход намораживающего устройства, так как известно, что наибольшая дальность полета струи наблюдается (при одинаковом а) при соблюдении соотношения

700 H/d 1000.

За счет усиления аэродинамического взаимодействия струи 21 со средой морозного воздуха и выпадения осадков 75 на промороженное основание ледяного сооружения 14 появилась возможность намораживания и при соблюдении соотношения

700 H/d 1000

для дальнеструйных аппаратов 1, ствол 7 которых расположен на длинном трубопроводе (т.е. для аппаратов, у которых к насадке 8 подводят ламиниризированный в длинном напорном трубопроводе поток). Размещение ствола 7 на длинном напорном трубопроводе всегда характерно при использовании для намораживания сооружений из льда намораживающих устройств по второму варианту, но может быть выполнено и у устройств по первому варианту.

При использовании высокопроизводительных дальнеструйных аппаратов(с расходом 80 л/с и более -см.табл.1) в позиционном режиме намораживания ледяных сооружений 14 получены отрицательные результаты - струя воды 21 слабо взаимодбй- ствовала с морозным атмосферным воздухом, осадки 75 выпадали на непромороженное основание, в результате чего вода стека ла с намораживаемого сооружения 14.

Это обусловлено тем, что в качестве критерия применимости дальнеструйных аппаратов для намораживания сооружений используют отношение H/d. Однако Н

тогда

Н d

V2o

2 g d

Выражение

- это половина числа Фруда, или.

иными словами, критерий подобия, когда преобладающим является действие сил

тяжести. Т.е. Fr -тр. Отсюда -г- . доd 2

Известно, что при моделировании по Фруду, если известны расход натурного объекта QH и расход модельного объекта QM, масштаб модели равен

рошие результаты намораживания при использовании его в позиционном режиме работы, т.е. аппарата на базе машины ДДН-45 и что он равен 0,030 м3/с, а Он - расход высокопроизводительного дальнеструйного аппарата, например, на базе машины ДДН-1000 и он равен 0,920 мэс, найдет мае- штабный коэффициент

«I

Он

QM

2/5

0,920

0,030

2/5

2,0.

Это означает, что при использовании

высокопроизводительного дальнеструйного аппарата на базе машины ДДН-1000 все линейные размеры струи 21 будут в 2 раза большие, чем линейные размеры струи дальнеструйного аппарата на базе машины

ДДН-45 (поскольку согласно критерию подобия Фруда струи 21 при одинаковом соотношении H/d подобны). Таким образом, и размеры капель особенно на траектории движения струи 21 у высокопроизводительноге дальнеструйного аппарата в 2 раза большие, чем у низкопроизводительного.

Скорость замерзания капли воды обратно пропорциональна квадрату значения размера- ее диаметра, Согласно данным

табл.1 при угле а 45° время подъема струи от насадки 8 до верхней точки (Тпод) для ДДН-45 равна 2,36 с, а для ДДН-1000 - 3,78 с. Для достижения же одинакового промо- раживания струи 21, подаваемой обоими аппаратами (при одинаковом соотношении H/d), необходимо чтобы было соблюдено соотношение

40

Тпод ( 1 ) Тпод ( 2 ) D(2)

°к(0

где ТподО)и ТПод(2)- время подъема струи 21 от насадки 8 до верхней точки для низкопроизводительного и высокопроизводительного дальнеструйных аппаратов;

DK(1) и Ьч(2) - диаметры подобных капель у низкопроизводительного и высокопроизводительного дальнеструйных аппаратов. Для рассматриваемого случая DK(2) 2DK(1).

. Откуда

wc) т-Ц )

Использование: для производства льда под действием естественных отрицательных teMnepaTyp окружающей среды при строительстве, очистке и опреснении воды замораживанием. Сущность: в объем морозного воздуха через насадку ствола дальнеструйного аппарата подают воду под углом к горизонтальной плоскости с образованием струи, состоящей из капель. Ствол перемещают по прямой или кривой линии вдоль намораживамого сооружения и воду подают в направлении, поперечном траектории перемещения ствола: Измеряя скорость перемещения ствола регулируют льдосодержание в слое осадков. Длину траектории перемещения ствола в плане и скорость определяют по установленной зависимости. Устройство для наморажива- ния сооружений из льда снабжено плавучим транспортным средством, дальнеструйным аппаратом, системой противодействия реактивной силе струи, которая может быть выполнена в виде дополнительного дальнеструйного аппарата или содержать неподвижный анкер или подвижную цилиндрическую опору и трос,.прикрепленный к плавучему транспортному средству и к анкеру или опоре. Транспортное средство может быть рельсовым или колесным и установлено с возможностью перемещения вокруг центральной жесткой или плавучей платформы, на которой смонтированы двигатель, насос и всасывающая линия дальнеструйного аппарата. 3 с. и 20 э.п.ф-лы, 46 ил. (Л С

а

QM

2/5

Приняв, что QM - это расход дальнеструйного аппарата, на котором получены хо55 Тпод(1) 4Р{|(1) D2K(1)

4 ТподП):

Т.е., должно быть ТПод(2) 4 Т,Юд(1) 4х х2,36 9,44 с, а имеет место время подъема

для высокопроизводительного дальнеструйного аппарата ТПод(2) 3,78 с.

Значит, льдосодержание у высокопроизводительного дальнеструйного аппарата в (9,44:3,78 2,5) раз меньшее, чем у низкопроизводительного (при условии равного соотношения H/d для обоих аппаратов). Имеет же место (табл.1) для ДДН-45 соотношение H/d 1528, а для ДДН-1000 - H/d - 800, т.е. струи низкопроизводительного и высокопроизводительного дальнеструйных аппаратов не подобны - у высокопроизводительного аппарата струя 21 имеет значительно меньшее относительное раздробление, чем у низкопроизводительного. Следовательно, у высокопроизводительного дальнеструйного аппарата капли воды будутеще более крупные(значительно крупнее, чем в 2 раза), чем в случае, когда струи 21 обоих аппаратов геометрически подобны.

Таким образом, использование высокопроизводительных дальнеструйных аппаратов возможно только при обеспечении перемещения в плане насадки их ствола 7 вдоль намораживаемого сооружения 14 со скоростью VL. За счет увеличения Л обеспечив ют усиление аэродинамического взаимодействия струи 2 с морозным атмосферным воздухом, выпадение осадков 75 на промороженное основание ледяного сооружения 14, распределение слоя осадков на промороженном основании более тонким слоем 76 (так как за счет увеличения VL увеличивается и общая горизонтальная проекция скорости капли воды /пл.(к)). Скорость промерзания слоя осадков, выпавшего на наружную поверхность ледяного сооружения 14, обратно пропорциональна квадрату толщины данного слоя. Вследствие этого вода, подаваемая дальнеструйным аппаратом 1 на ледяное сооружение 14, быстро замерзает.

В случае применения предложенного способа намораживания сооружений из льда при ветре, все плановые и вертикальные проекции скоростей различных элементов струи 21, в том числе и крупных капель воды, не будут отличаться от вышеописанных, Дополнительно появится только векторная сила сопротивления воздуха, имеющая, в зависимости от направления ветра и направления скорости VL, положительную или отрицательную величину. Учитывать скорость ветра необходимо при назначении скорости XL таким образом, чтобы исключить или уменьшить прохождение траектории движения отсеков струи 21 по массам атмосферного воздуха, прогретым

рассеянными каплями воды 75, поданными ранее в среду морозного воздуха дальнеструйным аппаратом 1.

Подачу воды через насадку 8 ствола 7 дальнеструйного аппарата 1 могут осуществлять при соблюдении условия

V0d v

1,2-106,

причем чем принимают большее отношеV0d,

-, тем используют более высоконие

v

производительные дальнеструйные аппараты 1 (табл.1) для намораживания. Это позволяет существенно расширить область применения предложенного способа намораживания сооружений из льда, так как с

увеличением существенно (в 1,2-1,6

и более раз, табл.1) увеличивается ширина полосы, намораживаемой дальнеструйным аппаратом 1 за один проход (Вн). Увеличивается и максимальная высота подъема струиi .

тмакс

) sin2 a 2д

а значит, и возможная высота намораживания сооружения 14 (сравниваемая при одинаковом угле наклона а ствола 7 дальнеструйного аппарата 1 к горизонтальной плоскости).

Приемлемые результаты по наморажи- ванию получают, когда ствол 7 дальнеструйного аппарата 1 располагают под углом 28° а 60° к горизонтальной плоскости.

При необходимости получения более раздробленной струи, особенно в ее начале, каждый дальнеструйный аппарат 1 и 10, могут снабжать, кроме большой насадки 8 с диаметром d, малой насадкой с диаметром,

равным гёмал.й/3. При этом расход малой насадки обеспечивают равным

Омал.0,1 QH.

В случае, когда для намораживания сооружения из льда 14 используют намораживающие устройства по первому варианту (фиг,6-8,11-20, 22, 24-36), содержащие дальнеструйный аппарат 1, смонтированный на

плавучем транспортном средстве 2, размещенном в открытом водоисточнике 3, намо- раживание осуществляют во время движения плавучего транспортного средства 2. Напор воды в стволе 7 создают насосом 5 преимущественно центробежным.

рабочее колесо которого вращают двигате- лем4. Если устанавливают двигатель 4 электрический, в качестве источника энергии для него могут использовать судовую дизельную установку. Могут также подавать электроэнергию на плавучее транспортное средство 2 по кабелю 15 (через подвижные контакты., не показаны), например, при размещении плавучего транспортного средства 2 в охлаждающем водоеме тепловой электрической станции и при использовании электродвигателя 4 большой мощности, рассчитанного на большое напряжение (при этом энергоснабжение электродвигателя 4 осуществляют от тепловой электрической станции, обслуживаемой устройством для намораживания сооружений из льда).

Если используют двигатель 4 внутреннего сгорания, например, дизельный, авиационный, то на плавучем транспортном средстве 2 создают запас горючего для его работы.

Забор воды из открытого водоисточника 3 осуществляют посредством всасывающей линии 6 с входным оголовком 18, установленным ниже ватерлинии 19 плавучего транспортного средства 2. Для обеспечения возможности забора воды из открытого водоисточника 3 при движении плавучего транспортного средства 2 и предохранения, входного оголовка 18 от повреждения и забивания льдом размещают относительно корпуса плавучего транспортного средства 2. в зависимости от.ледовых условий в зоне производства работ; а)спереди или сбоку плавучего транспортного средства 2, при легких ледовых условиях (такие условия характерны, например, в охлаждающих водоемах тепловых электрических станций); б) в днище, или в боковых поверхностях корпуса плавучего транспортного средства 2, а также сзади его, при жестких ледовых условиях на траектории движения плавучего транспортного средства 2 (наиболее характерны такие ледовые условия в случае, когда для перемещения плавучего транспортного средства 2 прокладывают судоходный ход 17 в ледяном покрове 16).

В случае, если входной оголовок 18 размещают сбоку или спереди плавучего транспортного средства 2, его водозаборное отверстие 20 могут располагать в направлении движения плавучего транспортного средства 2. Этим обеспечивают заполнение всасывающей линии 6 водой под действием скоростного напора, возникающего за счет разности скоростей движения входного оголовка 18 и воды в открытом водоисточнике

2 (которая примерно равна нулю) Для более надежного заполнения всасывающей линии 6 водой перед началом работ по наморажи- ванию, скорость движения плавучего транспортного средства 2 могут увеличивать по сравнению со скоростью, необходимой для намораживания. Такое заполнение всасывающей линии 6 водой без включения вакуум-насосов значительно

снижает трудоемкость работ по запуску в. работу дальнеструйного аппарата 1, повышает надежность работ, позволяет значительно уменьшить время запуска дальнеструйного аппарата 1.

При наличии слабых ледовых явлений в открытом водоисточнике 3 водозаборное отверстие 20 могут снабжать конической защитной сеткой 22, посредством которой при движении плавучего транспортного средства 2 обеспечивают раздвижку льдинок перед водозаборным отверстием 20 входного оголовка 18 (за счет чего предотвращают забивание водозаборного отверстия 20 льдом).

Плавучее транспортное средство 2 приводят в движение посредством движителя 9, который могут выполнить в виде водного винта, водомета, воздушного винта, турбины, дополнительного дальнеструйного аппарата и т.п.

При производстве работ по наморажи- ванию струя 21, вылетающая из насадки в со скоростью Vo и имеющая расход QH, создает динамическую реакцию Т, (или. иными

словами, реактивную силу струй 21). направленную по оси насадки 8 (фиг. 10) и равную

T pQHVo, н,

гдер- плотность воды, вылетающей из насадки 8, кг/м3.

Горизонтальная проекция динамич е- Ской реакции струи 21 равна

Tx Tcos«, н.

Вертикальная проекция динамической реакции струи 21 равна

Ty Tsina, н.

Для высокопроизводительных дальнеструйных аппаратов 1 динамическая реакция Т струи может достигать больших значения, исчисляемых десятками килонью- тонов (таблица), поэтому ее учитывают при расчете крепления дальнеструйного аппарата 1 к плавучему транспортному средству 2, в также при расчете устойчивости транспортного средства 2.

Поскольку динамическая реакция Т струи 21 действует в направлении, поперечном траектории планового перемещения плавучего транспортного средства 2,транспортное средство 2 снабжают системой противодействия реактивной силе струи, которую могут выполнить, например, в виде второго дальнеструйного аппарата 10, насадку 8 ствола 7 которого располагают в направлении, противоположном направлению расположения насадки 8 ствола 7 первого дальнеструйного аппарата 1. При этом в случае намораживанмя ледяных сооружений 14 по бокам траектории движения плавучего транспортного средства 2 углы наклона а и а стволов первого и второго дальноструйных.аппаратов 1 и 10 к горизонтальной плоскости, углы j и J между направлением движения плавучего транспортного средства 2 и направлением действия (в плане) насадки 8 каждого дальнеструйного аппарата 1 и 10 могут принимать равными. Тогда при равных расходах QH и QH , равных скоростях струи Vo и Vo и при симметричном расположении дальнеструйных аппаратов 1 и 10 относительно продольной оси плавучего транспортного средства 2 обеспечивают и симметричное воздействие динамических реакций струй Т и Т дальнеструйных аппаратов 1 и 10 на плавучее транспортное средство 2. Это упрощает управление плавучим транспортным средством 2 на прямолинейных траекториях его движения, а также на криволинейных траекториях с большими радиусами кривизны.

Углы j и j1 (фиг.41) могут определять из условия j 76°. Это необходимо для устранения нежелательного воздействия на плавучее транспортное средство 2 силы Туп, направленной против направления действия силы тяги движителя 9.

Tyn Tx-cosj.

Величина силы Туп в зависимости от силы Тх приведена в табл.2, из которой вытекает обоснованность условия JS760.

Наиболее эффективно для снижения энергозатрат на перемещение плавучего транспортного средства 2 принятое j 90°.

Один из дальнеструйных аппаратов 1 или 10 могут крепись к плавучему транспортному средству 2 с возможностью перемещения (фиг.35) вдоль направления действия силы тяги движителя 9. Тогда при расположении дальноструйногр аппарата 1, например, слева плавучего транспортного средства 2 за счет переноса вперед (относительно аппарата 1) аппарата 10, расположенного справа транспортного средства 2, обеспечат поворот транспортного средства 2.налево (при действии силы тяги движителя 9 вдоль продольной оси плавучего транспортного средства 2). За счет переноса дальнеструйного аппарата 10 назад (за дальнеструйный аппарат 1), обеспечат поворот плавучего транспортного средства 2 направо за счет создания крутящего момента силами ТХп и Тхп .

Прикрепление дальнеструйных аппаратов 1 и 10 с возможностью перемещения одного из аппаратов (1 или 10) вдоль направления действия силы тяги движителя 9 целесообразно при необходимости обеспечения движения плавучего транспортного средства 2 по криволинейной траектории, особенно по траектории, близкой к окружности. Тогда за счет силы тяги движителя 9

будут обеспечивать только плановое перемещение плавучего транспортного средства 2. За счет же динамических реакций струй Тхп и Тхп будут обеспечивать поворот плавучего транспортного средства 2 в плане.

При.этом чем создадут большее плечо Ап между направлением действия сил Тхп и Тхп , тем обеспечат меньший радиус траектории перемещения плавучего транспортного средства 2 (фиг.35).

Перемещение однбго из дальнеструйных аппаратов 1 или 10 могут осуществлять по рельсовым направляющим 23 (фиг.35) с последующей фиксацией положения перемещаемого аппарата, например, винтовыми

зажимами, фиксаторами, электромагнитами и т.п.

При отсутствии плеча Ап направление действия движителя 9 и направление перемещения плавучего транспортного средства

2 близки друг к другу, особенно на прямолинейных и криволинейных траекториях перемещения с большим радиусом кривизны.

При намораживании (с использованием двух аппаратов 1 и 10) сооружения 14 из

открытого теплового водоисточника 3, например, из водоема-охладителя тепловой электрической станции, угол наклона к горизонтальной плоскости а ствола 7 дальнеструйного аппарата 1, подающего воду

на намораживамое сооружение 14, могут принимать большим, чем угол наклона к горизонтальной плоскости а ствола 7 дальнеструйного аппарата 10, подающего ведуна открытую водную поверхность водоисточни«а 3 (фиг.ЗО, 31) и являющегося основным элементом системы противодействия реактивной силе струи, При этом за счет принятия угла а, близкого к 45°, достигают требуемого льдосодержания в водоледяной

смеси; обеспечивают необходимую дальность намораживания и требуемую высоту намораживамого сооружения 14, а за счет уменьшения значения а увеличивают силу Тхп . Это позволяет использовать в качестве Системы противодействия реактивной силе струи дальнеструйный аппарат 10 меньшей производительности, чем аппарат 1. Кроме того, за счет работы дальнеструйного аппарата 10 обеспечивают предварительное охлаждение теплого открытого водоисточника 3. Уменьшением угла о могут также предотвратить образование ледовых явлений в открытом водоисточнике 3, вызванных работой дальнеструйного аппарата 10.

В общем случае движение плавучего транспортного средства 2 по заданной криволинейной траектории (в частности, по окружности) могут обеспечить за счет изменения величины плеча Ап, величины углов j и J и направления действия силы тяги движителя 9 плавучего транспортного средства 2 относительно его продольной оси.

Систему противодействия реактивной силе струи 21 могут выполнить также и в виде троса 11 (при намораживании круглых плавучих сооружений в открытых водоисточниках 3, фиг.11-14). Для этого перед началом работ по намораживанию один конец троса 11 прикрепляют, например, к якорю и сбрасывают с плавучего транспортного средства 2 на дно 27 открытого ведо- источника 3. В результате получают неподвижный анкер 12 на дне 27 открытого водоисточника 3 (после выполнения работ по намораживанию анкер 12 будет расположен под плавучим ледяным сооружением). Трос 11 могут также крепить к анкеру 12, уже имеющемуся в открытом водоисточнике 3. Причем прикрепляют трос 11 к неподвижному анкеру 12с возможностью его кругового перемещения относительно анкера 12 (без намотки на последний), например, крепят к верхней точке анкера 12, устраняют все выступающие на нем части, используют анкер 12 в виде полусферы и т.п.

Неподвижный анкер 12 на дне 27 открытого водоисточника 3 могут устанавливать только в случае производства работ по намораживанию в относительно неглубоких открытых водоисточниках (глубиной до 100- 200 м). В то же время, неподвижный анкер 12 не могут устанавливать и в слишком мелких открытых водоисточниках 3 (глубиной Менее 3-10 м), так как это может привести при производстве работ к зацеплению троса 11 за намораживаемое плавучее ледяное сооружение или за дно открытого водоисточника.

Второй конец троса 11 прикрепляют к

плавучему транспортному средству 2 и

обеспечивают натяжение троса 11 (за счет

действия силы тяги движителя 9 или дальноструйного аппарата 1) в сторону, обратную

направлению действия насадки 8 ствола 7

дальнеструйного аппарата 1. Обеспечивают

подачу струи 21 в среду морозного воздуха.

При этом за счет регулирования величины и

0 направления действия силы тяги движителя 9, обеспечивают движение плавучего транспортного средства 2 в открытом водоисточнике 3 с требуемой скоростью VL по . заданной траектории. Причем не допускают

5 увеличения скорости движения плавучего транспортного средства 2 относительно намораживаемого сооружения выше требуемой VL, так как это приведет к излишним энергозатратам на перемещение плавучего

0 транспортного средства 2, а также приведет к намораживанию более пористого сооружения - вплоть до несцементированного в единый монолит фирнового или даже снежного массива.

5 Трос 11 системы противодействия реактивной силе струи могут крепить к плавучему транспортному средству 2 с возможностью перемещения точки прикрепления вдоль направления действия силы тяги

0 движителя 9 (фиг,36). Например, трос 11 могут перемещать в направляющих25 с последующей фиксацией точки прикрепления фиксаторами. Также трос 11 могут крепить к неподвижным анкерам (не показаны), ус5 тановленным по длине плавучего транспортного средства 2, по мере необходимости к требуемой анкеру.

За счет обеспечения перемещения троса 11 вдоль направления действия силы тяги

0 движителя 9 создают плечо АПт между направлением действия динамической реакции струи Тхп (реактивной силы струи) и направлением действия удерживающей силы троса 11, совпадающей с расположением

5 троса 11,

Наличие плеча АПт позволяет обеспечить поворот плавучего транспортного средства 2 по заданной траектории движения (окружности) за счет момента сил, со0 здаваемого динамической реакцией струи Тхп и удерживающей силой, передаваемой плавучему транспортному средству 2 тросом 11. При этом сила тяги, развиваемая движителем 9, направлена вдоль продоль5 ной оси транспортного средства 2. Этим обеспечивают снижение энергоемкости, связанной с перемещением плавучего транспортного средства 2 в плане (так как движитель 9 развивает, как правило, при потреблении одной и той же мощности его

двигателем, наибольшую силу тяги и имеет наибольший КПД при совпадении направления действия силы тяги с продольной осевой линией плавучего транспортного средства 2).

Если плечо АПт будет расположено сзади горизонтальной проекции направления действия насадки 8 ствола 7 дальнеструйного аппарата 1, а трос 11 будет расположен с правого боку плавучего транспортного средства 2, транспортное средство 2 будет разворачиваться влево. Чем меньший требуется радиус данной окружности, тем со-. здают большую величину плеча АПт.

В общей случае движение плавучего транспортного средства 2 по заданной окружности могут обеспе чить за счет изменения величины плеча АПТ, величины угла J и направления действия силы тяги движителя 9 плавучего транспортного средства 2 относительно продольной оси транспортного средства 2.

Трос 11 могут также крепить к плавучему транспортному средству 2 посредством петли 24 (фиг. 16). Тогда движение транспортного средства 2 по окружности могут осуществлять при совпадении направления действия силы тяги движителя 9 с продольной осевой линией транспортного средства 2, за счет чего также обеспечивают уменьшение энергозатрат на перемещение транспортного средства 2 в плане.

В случае необходимости обеспечения намораживания ледяного сооружения 14 на поверхности суши 35 (в виде острова или на берегу озера, пруда) трос 11 системы противодействия реактивной силе струи могут крепить к подвижной цилиндрической опоре 13 (фиг.32). При этом последнюю могут выполнить (фиг,33) в виде направляющих 28, в которых перемещается рама 29 на боковых, нижних и верхних роликах 30, 3t, 32, к которой крепят трос 11. Перемещение рамы 29 обеспечивают за счет силы тяги, развиваемой движителем 9. Динамическая реакция струи препятствует сближению плавучего транспортного средства 2 с подвижной цилиндрической опорой 13.

Направляющие 28 перед началом работ по намораживанию могут крепить, например, к сваям 33, или к вертикальной подпорной стенке и т.п. Размещают направляющие 28 вдоль намораживаемого сооружения 14.

В процессе перемещения в направляющих 28 рамы 29, к которой прикреплен трос 11, действует сила трения, направленная вдоль направляющих 28, и сила реакции троса 11, направленная под углом ft к направляющим (фиг.32).

Для пропуска троса 11 в направляющих 28 по всей их длине выполняют паз 34.

. В качестве основания намораживаемого плавучего ледяного сооружения 14 могут

использовать поверхность воды 36 (фиг. 11) в открытом водоисточнике 3. При этом за счет подачи воды дальнеструйным аппаратом 1 через среду морозного воздуха обеспечивают быстрое охлаждение воды в

0 открытом водоисточнике 3 в зоне расположения намораживаемого сооружения 14. Затем на поверхности воды 36 в зоне выпадения осадков 75 из струи 21 появится рыхлая ледяная масса. При обеспечении

5 дальнейшей подачи водоледяной смеси рыхлая ледяная масса на поверхности 36 открытого водоисточника 3 смерзнется, в результате чего образуется твердое основание для намораживания всего массива ледя0 ного сооружения 14.

Наиболее эффективно использование поверхности воды 36 в качестве основания намораживаемого ледяного сооружения 14 в озерах, прудах, заливах, где имеются огра5 ничейные массы воды. Кроме того, эффективно подавать струю 21 на поверхность 36 всех без исключения открытых водоисточников 3, где началось естественное образование ледяного покрова (т.е. везде, где

0 начали плавать льдины), при этом вода, окружающая ледяное сооружение 14, не будет отдавать ему свою теплоту, т.е. не будет плавить лед, составляющий тело намораживаемого ледяного сооружения 14.

5 В качестве основания намораживаемого плавающего ледяного сооружения 11 может быть использована также поверхность льдин 37(фиг.12 и 13). Для этого льдины 37 отбуксируют или сталкивают катерами в зо0 ну расположения намораживаемого ледяного сооружения 14, уплотняют их путем сдавливания катерами с противоположных сторон, заталкивают льдины 37 одна за другую (если позволяет это делать мощность

5 силовых установок катеров и прочность их корпусов в зависимости от толщины льдин 37). При этом чем большую накопят массу льдин 37 в зоне расположения намораживаемого ледяного сооружения 14, тем о суще0 ствят более быстрое возведение ледяного сооружения 14 и с меньшими трудовыми и энергетическими затратами.

При необходимости (при наличии толстых льдин 37, при малой, их раздробленно5 сти и слабом уплотнении) льдины 37 могут скреплять между собой связями, например тросами 38. Для этого в льдинах 37 могут пробурить отверстия, в них могут опустить анкеры в виде труб, к которым посередине предварительно прикрепляют троса 38. Затем тросы 38 натягивают, например, посредством окруток (при помощи ломов).

Льдины 37 могут крепить к дну 27 открытого водоисточника 3 посредством донного анкера, в качестве которого могут использовать анкер 12 (т.е. анкер троса 11 системы противодействия реактивной силе струи). Для этого к анкеру 12 прикрепляют тросы 39, каждый из которых снабжают поплавком. Тросы 39 выводят на поверхность льдин 37 по мере их доставки в зону расположения намораживаемого ледяного сооружения 14, а затем после скрепления льдин 37 между собой тросами 38 обеспечивают натяжение тросов 39, после чего их прикрепляют к льдинам 37 посредством плоских жестких элементов 41, уложенных на лед. Для повышения надежности закрепления элементы 41 мог,ут быть политы водой.

Чтобы предотвратить скручивание троса 11 (присоединенного к неподвижному анкеру 12) с тросами 39, длину каждого из тросов 39 принимают меньшей, чем длина троса 11 (фиг. 12). Кроме того, тросы 39 могут крепить к поплавку 40, расположенному вы- ще анкера 12.

По длине троса 11 могут крепить поплавки 26 (фиг. 14) с доведением объёмного веса системы трос + поплавки до значений удельного веса воды в открытом водоисточ- 3. Это позволяет предотвратить излишнее провисание троса 11 в водеэ а значит/и позволяет исключить возможность зацепления троса 11 за выступы и посторонние предметы, которые могут находиться на дне 2-7 открытого водоисточника 3.

В открытых водоисточниках 3 возводят как плавучие (фиг. 17), так и опирающиеся на их дно 27 (фиг.18) ледяные сооружения 14. В глубоких .открытых водоисточниках 3 воз- вОдят только плавучие ледяные сооружения - плавучие острова, аэродромы, переправы И т.п. В относительно мелких открытых водоисточниках 3 (глубиной, меньшей, чем 10- 40 м) могут возводить как плавучие, так и опирающиеся на дно 27 водоисточников 3 ледяные сооружения 14, например, опирающиеся на дно 27 ледяные острова и платформы, используемые в качестве оснований для буровых вышек в нефтяной и газовой промышленности, ледяные водоподпорные плотины, защитные дамбы для отстой судов и т.п,

У берегов 35 могут возводить как плавучие, так и опирающиеся на дно 27 открытых водоисточников 3 ледяные сооружения 14 - дороги, аэродромы, ледяные причалы, защитные дамбы, платформы для бурения, плотбища и т.п.

На берегах 35 открытых водоисточников 3 могут также возводить ледяные дороги, аэродромы, причалы, защитные дамбы от

наводнений, плотбища и, кроме того, ледя5 ные сооружения 14 для опреснения воды из открытых водотоков 3, для перераспределения (преимущественно на летние месяцы), очистки и опреснения стока водотоков. При возведении протяженных ледяных

0 сооружения 14 на берегах сравнительно уз-, ких водотоков и водоемов, например сооружений 14 для перераспределения стока, могут преимущественно использовать в ка- честве- устройства для намораживания соо5 ружений из льда плавучее транспортное средство 2 с двумя дальнеструйными аппаратами 1 и 10, насадки 8 которых располагают в направлении, поперечном траектории, перемещения плавучего транспортного

0 средства 2 (фиг.26), но в противоположные стороны относительно друг друга.

В случае необходимости возведения ле-. дяных сооружений 14 больших поперечных размеров, для упрощения регулирования

5 толщиной льда на участке намораживания, производство работ могут осуществлять с плавучего транспортного средства 2, которое с дальнеструйным аппаратом 1 циклически перемещают вдоль намораживаемого

0 ледяного сооружения 14 по параллельным (или спиральным) расширяющимися траекториями движения (фиг. 15).

Намораживание как широких, так и протяженных сооружений, например плавучих

5 аэродромов, в начале - взлетно-посадочную полосу, а затем - складские помещения и т.п.

. Намораживание протяженных ледяных сооружений 14 типа переправ через заливы

0 и т.п. могут осуществлять с двух сторон сооружения 14 при движении плавучих транспортных средств 2 встречными курсами (фиг.24), а также путем последовательного движения плавучих транспортных средств

5 2 одно за другим вдоль сооружения 14 с работающим дальнеструйными аппаратами 1,

Дальнеструйный аппарат 1 могут размещать на плавучем транспортном средст0 ве 2 в виде катера, ледокола, парома, понтона, плота и т.п. При выборе плавучего транспортного средства 2 учитывают: какую максимальную скорость VL оно должно развивать при намораживании;

5 способность источника энергии транспортного средства 2 обеспечить энергией двигатель 4 дальнеструйного аппарата 1 и двигатель, приводящий в действие движитель 9 плавучего транспортного средства 2; грузоподъемность транспортного средства

2 и его устойчивость во время действия динамической реакции струи Т.

В случае выполнения работ по намо- раживанию ледяного сооружения 14 в открытом водоисточнике 3, на поверхности которого образовался ледяной покров 16, предварительно в последнем могут выполнить судоходный ход 17 для перемещения плавучего транспортного средства 2. Судоходный ход 17 могут выполнить, например, ледоколом, самим плавучим транспортным средством 2 и т.п.

Кроме того, путем выполнения судоходного хода 17 обеспечивают дополнительное охлаждение воды в районе расположения намораживаемого сооружения 14, так как открытая водная поверхность 36 отдает в окружающую среду тепловой энергии во много раз больше, чем ледяной покров 16, экранирующий поверхность открытого водоисточника 3.

Ледяной покров 16 на траектории перемещения транспортного средства 2 и в зоне забора воды для подачи к дальнеструйному аппарату 1 могут периодически дробить и обеспечивать забор воды совместно с мелкими фракциями льда. Раздрабливание льда могут осуществлять, например, ди идущим по судоходному ходу 17 ледоколом и его винтом.

Добиться тонкодисперсного раздроб- -ления льда перед подачей его к рабочему колесу высоконапорного насоса 5 (для снижения динамических нагрузок от частиц льда на рабочие колеса насоса 5) могут путем пропуска забираемой воды со льдом через низконапорный насос (не показан), установленный последовательно перед высоконапорным насосом 5.

За счет подачи струи 21 совместно с частицами льда обеспечивают снижение температуры воды в струе, что способствует улучшению качества намораживаемого фирнового льда, поскольку частицы льда служат ядрами кристаллизации для переохлажденных капель воды.в зоне движения транзитной струи 21, контактирующих со средой морозного воздуха,

В случае необходимости создания больших масс льда на ограниченной площади с минимальными энергозатратами на намо- раживание, например для создания запасов льда с целью получения в жаркий период года холодной воды, идущей на охлаждение турбин тепловых электрических станций, ледяное сооружение 14 могут намораживать из канала, который выполняют в виде замкнутой кривой с минимальным размером описываемой им фигуры в направлении, перпендикулярном данной кривой, равным А 2ВН, где Вн - ширина поло- cw, намораживаемой дальнеструйным аппаратом 1 за один проход (фиг.7 и 8).

По периметру описываемой каналом фигуры дальнеструйным аппаратом 1 намораживают ледяное сооружение 14. Одновременно с возведением ледяного сооружения 14 из водоисточника (как открытого, так и

0 закрытого) по трубопроводу 42 подают воду внутрь замкнутого ледяного сооружения 14. Воду в трубопровод 42 могут подавать насосной станцией 43. Трубопровод 42 могут также подключать к напорному

5 водоисточнику, например, к вышележащему пруду, водохранилищу. При это вода внутрь ледяного сооружения 14 будет поступать по трубопроводу 42 самотеком.

Поступающий по трубопроводу 42 поток.

0 воды 45 посредством струераспределитель- ного устройства 44 равномерно распределяют в.плане внутри ледяного сооружения 14. После создания слоя воды глубиной 0,05-0,30 м подачу воды по трубопроводу 42

5 прекращают и обеспечивают полное замораживание слоя воды 46 внутри ледяного сооружения 14. При этом чем меньший слой воды замораживают, тем обеспечивают большую производительность возведения

0 горизонтального послойного ледяного сооружения 46, но более трудоемкими будут работы по наморэ живанию. При слое воды большем, чем 0,30 м, производительность намораживания низкая, поэтому слой воды

5 больший, чем 0,30 м, внутри ледяного сооружения 14 не создают. Слой воды меньший 0,05 м технологически трудно создать. Поэтому слой воды меньший чем 0,05, также не создают., .

0 При выводе трубопровода 42 внутрь ледяного сооружения 14 вертикально его высоту по мере увеличения высоты горизонтального послойного ледяного сооружения 46 могут увеличивать, например,

5 путем монтажа составных элементов 47.

Чтобы улучшить распределение воды в плане, предотвратить таяние нижележащего льда под действием подаваемого потока 45 (за счет уменьшения удельных рас ходов

0 в зоне выхода потока воды на намораживаемое горизонтальное послойное ледяное сооружение 46), струераспределительным устройством 44 могут подавать воду 45 сверху на плавучее плоское устройство 48 с

5 наружной поверхностью 49 из не смерзающегося со льдом материала, например плавучее плоское устройство 48 могут выполнить в виде плоской полой оболочки с наружной поверхностью из полиэтилена. Плавучее плоское устройство 48 хорошо

распределяет поток воды 45 в плане, поскольку все время находится на поверхности слоя воды, созданного внутри ледяного сооружения 14.

После замораживания очередного сЛоя воды на поверхности горизонтального послойного ледяного сооружения 46 цикл намораживания повторяют. Вода 45, подаваемая в начале очередного цикла подачи, нагревает плавучее плоское устройство 48, вызывает в нем вибрации, поэтому по мере создания очередного слоя воды внутри ледяного сооружения 14 плавучее плоское устройство 48, имеющее значительную избыточную плавучесть, всплывает. Всплытию устройства 48 способствует и то, что его поверхность выполнена из не смерзающе- г(ся со льдом материала. Для создания ледяного сооружения 14 большой высоты (одновременно с намораживанием горизонтального послойного ледяного сооружения 46) угол а наклона ствола 7 к горизонтальной плоскости могут увеличивать до 60° (табл.1).При необходимости создания опреснительного или опреснительно-охлади- тельного полигона (фиг.20-23), например, для охлаждения и опреснения воды, идущей На охлаждение турбин тепловых электрических станций, открытый водоисточник 3 мо- кут выполнить, например, в виде замкнутого канала.

К каналу подводят открытый или закрытый водовод 50, по которому в него подают воду 51, идущую на намораживание опрес- нительно-охладительного сооружения 14 зимой. Также по водоводу 50 в теплый период года отводят из канала сначала рассол 52, а затем после расслоения и промывки ледяного сооружения 14 отводят пресную воду 53.

Из водовода 50 рассол 52 подают по дополнительному водоводу в утилизирующее устройство 54, например в пруд-накопитель, в котором обеспечивают Накопление рассола перед последующим Циклом его замораживания или обеспечивают перераспределение во времени расхода рассола, подаваемого на опреснительную установку; в пруд-испаритель, в котором в теплый период года обеспечивают выпаривание воды из рассола 52 с последующим собиранием и утилизацией солей; в опреснительную установку промышленного типа, в которой обеспечивают отделение в рассоле 52 солей от воды, и т.п.

Утилизируют соли, полученные из рассола 52, путем запечатывания их в герметичные емкости, например в полиэтиленовые мешки, путем использования их в качестве

добавок при производстве строительных материалов и изделий, путем использования данных солей в качестве сырья для хи мической промышленности и т.п.

Пресную холодную воду 53 и водовода 50 по отдельному водоводу подают в пресный водоем 55 или непосредственно подают водопотребителю, например в охлаждающую систему турбин тепловой элек- 0 трической станции.

Для отвода в теплый период года рассола 52, а затем и пресной воды 53 от намороженного сооружения 14 в канал, в

5 основании сооружения 14 могут выполнить (перед началом работ по намораживанию) закрытых дренаж 56. Строительство дренажа 56 могут выполнить путем трассировки с заданным уклоном (в сторону канала) дре0 нажных трасс, укладки по их оси перфорированных дренажных трубопроводов 56 с последующей их засыпкой щебнем, гравием, галькой 57 и т.п. Чтобы улучшить работу дренажных трубопроводов 56, их выходные

5 оголовки могут размещать выше уровня воды в канале в теплый период года.

Канал выполняют с уклоном его дна в сторону водовода 50. Этим обеспечивают быстрый и полный отвод рассола 52 в утили0 зирующее устройство 54.

Тело опреснительного ледяного сооружения 14 намораживают из фирнового льда (с повышенной пористостью). За счет этого обеспечивают быстрое опреснение и про5 мывку от рассола 52 сооружения 14, так как по порам между частицами фирна рассол быстро стекает (в начале теплого периода года) к дренажу 56 (фиг.23).

Намораживание ледяного сооружения

0 14 поперек русла водотока могут осуществлять в следующей последовательности (фиг.25).

Выше участка намораживания поперек течения водотока на тросах 58, снабженных

5 донными анкерами, до начала ледостава устанавливают поплавки 59 с большим внутренним объемом, например, типа понтонов. Поплавки 59 могут установить на значительном расстоянии от места расположения на0 мораживаемого ледяного сооружения 14, на расстоянии до 1-3 км. Аналогичный ряд поплавков 59 могут установить за створом расположения намораживаемого ледяного сооружения 14 (на расстоянии 20-150 м).

5

В период ледостава, когда по водотоку движутся льдины.за счет верхнего и нижнего поперечных рядов поплавков 59 обеспечивают остановку и накопление льда с последующим ледоставом - до ледяного

о

сооружения 14 и в районе ледяного сооружения 14. Таким образом, передледяным сооружением 14 образуют незамерзший участок 17 водотока, а в зоне расположения ледяного сооружения 14 - основание из льдин, на которое и осуществляют намораживание льда.

Незамерзший участок 17 водотока могут создавать перед намораживаемым сооружением также при помощи ледокольного плавучего транспортного средства 2, после установки ледяного покрова 16 в водотоке 18.

За счет создания незамерзшего участка 17 перед ледяным сооружением .14 улучшают температурные условия в районе возведения ледяного сооружения 14 (так как открытая водная поверхность 36 отдает в окружающий атмосферный воздух во много раз больше тепловой энергии, чем ледяной покров 16).

По незамерзшему участку 17 осуществляют перемещение плавучего транспортного средства 2 с одновременным забором воды из водотока и ее подачей на намораживаемое ледяное сооружение 14 дальнеструйным аппаратом 1. В случае наличия относительно узкого незамерзшего участка 17, перемещение плавучего транспортного средства 2 в обратном направлении могут осуществлять за счет включения заднего хода.

При необходимости возведения переправы через водоток, толщину наморажива- мого ледяного сооружения принимают из условия обеспечения пропуска по нему транспортных средств заданного веса и с расчетной скоростю движения.

При необходимости возведения водо- подпорного ледяного сооружения в водотоке, например, для орошения поймы затоплением, намораживание осуществляют до полного опускания ледяного сооружения 14 на дно 27 водотока, В последующем намораживают ледяное сооружение 14 до заданной высоты из водохранилища, образующегося перед водоподпорным ледяным сооружением 14.

В случае возведения высоких ледяных сооружений 14 из слабо сцепленных между собой частиц фирна и снега, на намороженный массив не допускают людей, для чего создают охранную зону.

Охранную санитарную зону создают в случае возведения опреснительного ледяного сооружения 14 для целей водоснабжения.

В случае, когда для намораживания ледяных сооружений используют намораживающие устройства по второму варианту (фиг.37-40), их двигатель 4, насос 5 и всасывающую линию 6 монтируют на цетраль- ной жесткой или плавучей платформе 60,

транспортном средстве 2, 62, 63 с возможностью перемещения вокруг центральной платформы 60,61 по окружности. Транспортное средство 2, 62, 63 снабжают движителем 9 любого типа, в том числе в качестве

0 движителя 9 могут использовать ствол 7 с насадкой 8. За счет силы тяги, создаваемой движителем 9, обеспечивают плановое перемещение транспортного средства 2,

5 Перед запуском дальнеструйного аппарата 1 в работу насадку 8 ствола 7 располагают в направлении, поперечном траектории ее планового перемещения. Всасывающую линию 6 выполняют с воз0 можностью осуществления забора воды из открытого водоисточника 3 или из подводя- щего.трубопровода 64.

За счет стационарного расположения насоса 5, двигателя 4 и всасывающей линии

5 6 уменьшают вес передвижных элементов устройства для намораживания сооружений из льда, а следовательно, уменьшают и инерционность двигающейся по окружности системы, что позволяет снизить энерго0 затраты на перемещение в плане транспортного средства 2,62,63, особенно при малых радиусах окружности траектории их движения.

Систему противодействия реактивной

5 силе струи составляют из рамы 65, которую объединяют с напорной линией 66, соединяющей ствол 7 с насосом 5, а также из движителя 9,-посредством которого од- повременно обеспечивают перемещение

0 транспортного средства 2, 62, 63 в плане и противодействие реактивной силе струи 21. Устройство для намораживания сооружений из льда снабжают источником энергии, которым может быть кабель 15 для

5 подвода электроэнергии.

Центральную платформу могут выполнить жесткой, например, на поверхности суши 35 (фиг.37), при этом намораживание ледяного сооружения 14 осуществляют сна0 ружи траектории перемещения ствола 7 дальнеструйного аппарата 1. Центральную платформу могут также жестко разместить в открытом водоисточнике.,3, например в озере, пруду - на сваях, на подпорных стенках,

5 на насыпном острове и т.п.

При необходимости частой смены местоположения центральной платформы в открытом водоисточнике 3, а также в случае необходимости установки ее в глубоком от- крытом водоисточнике3, центральную платформу могуч выполнить плавучей с обеспечением забора воды из открытого водоисточника 3. Тогда ее могут крепить посредством тросов 67 и донных анкеров 68 (фиг.40).

Перемещение плавучей платформы 61 в открытом водоисточнике 3 осуществляют после намораживания ледяного сооружения 14 на требуемую высоту.

Используют перемещаемые плавучие платформы 61, как правило, на теплых открытых водоисточниках 3 (водоемах-охладителях), поскольку замороженные осадки 75, падающие на открытую теплую водную поверхность, тают, что не позволяет образовываться ледяному покрову.

Для обеспечения возможности перемещения напорной линии 66 вокруг центральной платформы 60, 61, напорную линию 66 ее вертикальным коленом 69 надевают (или вставляют) на вертикальный патрубок 70 насоса 5. Между коленом 69 и патрубком 70 насоса 5 устанавливают сальник 71 для обеспечения герметичности полученного соединения. Дополнительно, .чтобы повысить надежность соединения, патрубок 70 насоса 5 могут усилить платформой 72, которую прикрепляют к основанию 73 и на нее с возможностью вращения надевают платформу 74, жестко соединенную с рамой 65.

Для обеспечения надежности работы намораживающих устройств по обоим вариантам выполняют термоизоляцию их дальнеструйных аппаратов от наружного атмосферного воздуха.

Пример 1. Выполнение устройства для намораживания сооружений из льда.

Необходимо обеспечить наморажива- ние больших масс льда по берегам малой, но глубокой реки (или по берегам теплого охлаждающего канала тепловой электрической станции), для перераспределения стока (или объемов воды) с зимних месяцев на летние (фиг.26).

Осуществить решение данной задачи позволит устройство для намораживания сооружений из льда (по первому варианту), которое включает плавучее тр анспортное средство в виде толкача легкой серии, на котором в центральной его части симметрично по левому и правому бортам размещены дальнеструйные аппараты на базе машины ДДН-1000. Вес каждого дальнеструйного аппарата составляет около 9000 кг. Один из дальнеструйных аппаратов является устройством, составляющим систему противодействия реактивной силе струи.

Дальнеструйный аппарат содержит электрический двигатель, центробежный

насос с всасывающей линией и ствол с насадкой, соединенный с насосом.

Электрический двигатель обеспечива- ют электроэнергией от судовой дизельной установки,

Центробежный насос раз вивает напор 140-200 м вод.ст., расход 600-1000 л/с.

Ствол дальнеструйного аппарата расположен на напорном патрубке центро- бежного насоса, имеет высоту 2000 мм, диаметр 406 мм. Ствол снабжен сменными насадками с диаметром на выходе 160, 170, 175, 180 и 190 мм, имеет угол наклона к горизонтальной плоскости, равный 45°. Для решения рассматривамой задачи на ствол устанавливают насадку диаметром 175 мм. Всасывающая линия имеет диаметр 600 мм, ее входной оголовок и водозаборные отверстия размещены в боковых поверхностях корпуса толкача ниже ватерлинии на 0,5 м.

Толкач имеет двигатель в виде водяного винта. Источником энергии на нем является дизельное топливо.

Толкач своим ходом вводят в малую реку. Если глубина малой реки недостаточна, предусматривают устройство в нижележащих по течению малой реки створах одной или нескольких плотин, например, мягких мембранных или наполняемых, для обеспечения шлюзования толкача и поддержания требуемого уровня воды и глубин в малой реке.

Корпус толкача позволяет ему прокладывать судоходный ход в образующемся

ледяном покрове толщиной до 10-15 см,

конструкция входного оголовка позволяет

осуществлять забор воды из малой реки при

движении толкача и при наличии в русле

плавающих льдин.

Насадки стволов обоих аппаратов направлены под углом 90° к продольной оси толкача в противоположные стороны.

Описанным устройство могут осущест- вить намораживание льда по берегам водотока, т.е., решить поставленную задачу.

Пример 2. Способ намораживания сооружений из льда.

Необходимо наморозить большее массы льда по берегам теплого канала тепловой

электрической станции, для обеспечения

охлаждения ее генераторов в летний период

(фиг.26). Температура воды в канале - 2°С.

Расчетная температура атмосферного воздуха-10°С.

Для производства работ используют устройство для намораживания сооружений из лтда по первому варианту согласно примеру 1.

Подачу воды в среду морозного воздуха через насадку ствола каждого дальнеструйного аппарата осуществляют под углом 45° к горизонтальной плоскости. При данном угле наклона дальность полета струи максимальная, за счет чего получают сооружения с максимально возможным объемом льда в его теле.

Толкач перемещают (движителем) по оси канала (и соответственно перемещают стволы дальнеструйных аппаратов) и одновременно подают воду в среду морознего воздуха каждым аппаратом в направлении, поперечном траектории планового перемещения ствола дальнеструйного аппарата (под углом 90° к траектории планового перемещения толкача).

За счет того, что насадки дальнеструйных аппаратов направляют в противоположные стороны, реактивные силы обеих струй уравновешивают.

Подачу воды через насадку ствола каждого дальнеструйного аппарата осуществляют при соблюдении соотношения (табл.1).

.Vol., 52.4 -ОП75,5492.106 v0,167 104

Поскольку стволы обоих дальнеструйных аппаратов располагают на напорных патрубках центробежных насосов, подачу воды (для снижения энергоемкости и увеличения дальности наморэживания) осуществляют при соблюдении соотношения

±L d

140

0,175

.

При рассмотренных условиях подачи, а также при наличии теплой воды для намораживания (2°С) и при сравнительно небольшом морозе (-10°С), для усиления аэродинамического взаимодействия струи с морозным атмосферным воздухом, необходимо обеспечить движение толкача со скоростью, соответствующей условию (при отсутствии ветра) (см.табл.1)

279,9 tg

2 3,78

- 1,94м/с

Примем скорость движения толкача равной 2,78 м/с (или 10 км/ч).

При такой скорости и заданной температуре воды и воздуха в осадках, выпадающих на наружную поверхность ледяного сооружения, содержание воды будет составлять 55%.

Примем длину траектории планового перемещения толкача относительно всего участка намораживания, при которой возможно намораживание ледяного сооружения без технологических перерывов на промерзание водоледяной смеси. Согласно вышеизложенному QH - 0,6075 м3/с; Тс 86400 с; tB -10°С: ho 0.015 м; Вн 0,9R; R 0,85 0,85-279,9 237,9 м;

Вн 0,9R 0,9-237,9 214.1 м; ад, 55%.

LH Ј

100 Вн hotB

0,6075 86400 55 100 214,1 -0,015 10

900 м.

Примем длину траектории планового перемещения толкача относительно участка

намораживания (т.е. длину сооружения) не меньшей чем 1,0 км. Длина охлаждающих каналов тепловых электрических станций позволяет принимать 1-5 км, например длина охлаждающего канала Новочеркасской.ГРЭС.

После намораживани-я ледяного сооружения до высоты, примерно равной 0,8 Нмакс 0,8 -70 56 м (при а 45°), угол а могут увеличивать до 60° для поолучения

максимально возможного объема ледяного сооружения при использовании описанного устройства для намораживания сооружений из льда..

Пример 3. Выполнение устройства

для намораживания сооружений из льда (по второму варианту).

Необходимо наморозить большие массы льда по берегам круглого пруда-охладителя тепловой электрической станции для

обеспечения охлаждения ее генераторов в летний период. Температура воды в пруду 2°С. Расчетная температура атмосферного воздуха -10°С. Диаметр пруда 210м,

Осуществить решение этой задачи позволяет устройство для намораживания сооружений из льда по второму варианту, .которое включает электрический двигатель и центробежный насос 14К-12 (от дальнеструйного аппарата ДДН-500). Электрический

двигатель обеспечивают электроэнергией по подводному кабелю (от тепловой электрической станции). Насос снабжают всасывающей линией диаметром 400 мм с обеспечением забора воды из пруда-охладителя. В центре пруда монтируют насып- ную (из каменной наброски) центральную платформу диаметром 10 м. В центральной платформе монтируют герметичную емкость (из стального листа), в которой размещагот насос и двигатель, причем насос размещают ниже уровня воды в пруду-охладителе (для упрощения запуска насоса в работу).

Напорную линию выполняют из стальной трубы диаметром 400 мм. Для повышения жесткости напорную линию монтируют в пространственную облегченную стальную ферму. К насрсу напорную линию присоединяют с возможностью вращения вокруг точки присоединения (вокруг центральной платформы). Второй конец напорной линии посредством плавного переходника присоединяют к стволу дальнеструйного аппарата, имеющему внутренний диаметр 290 мм, высоту 1500 мм. К основному стволу присоединяют насадку с внутренним диаметром на выходе равным 115 мм. Ствол с насадкой и наружный конец трубопровода размещают на плавучем транспортном средстве в виде обтекаемого понтона. По длине напорную линию снабжают двумя промежуточными опорами, также установленными на обтекаемых понтонах.

Ствол дальнеструйного аппарата размещают в направлении, совпадающем с направлением расположения напорной линии. Его угол с горизонтальной плоскостью принимают равным 45° (для увеличения дальности полета струи). Основное и дополнительные плавсред- ства снабжают винтовыми движителями с приводом вращения от электродвигателей, Электродвигатель снабжают энергией по кабелю с центральной платформы (через подвижные контакты).

Напор в стволе дальнеструйного аппарата создают равным 93 м водного столба. При этом расход подаваемой струи составит 270 л/с, скорость струи относительно насадки (для начального участка) 42,7 м/с, дальность полета струи 185 м, максимальная высота подъема 46-м, время подъема струи от насадки до верхней точки 3,1 с, динамическая реакция струи 11,53 кН.

При намораживании ледяного сооружения подачу воды насосом осуществляют при движении ствола дальнеструйного аппарата со скоростью 1,6 м/с (относительно дна пруда-охладителя). При этом напорная линия с рамой выполняют также роль устройства, противодействующего реактивной силе струи.

При такой скорости и заданной температуре воды и воздуха, в осадках, выпадающих на наружную поверхность ледяного сооружения, содержание воды будет составлять около 50%.

После намораживания ледяного сооружения до высоты примерно равной 0,8 максимальной высоты подъема струи, угол а могут увеличивать до 60° (для получения

максимально возможного объема ледяного сооружения при использовании описанного устройства для намораживания сооружений из льда).

Описанным устройством могут наморо0 зить по берегам пруда-охладителя большие объемы льда, т.е. могут решить поставленную задачу.

Использование предлагаемого способа позволяет обеспечить интенсификацию

5 процесса замораживания воды как в морозном атмосферном воздухе, так и после ее выпадения в составе водоледяной смеси на наружную поверхность намораживаемого сооружения, что достигается за счет усиле0 ния аэродинамического взаимодействия струи воды (и льда) со средой атмосферного морозного воздуха, обусловленного фронтальным перемещением струи, а также достигается за счет выпадения осадков из

5 струи на предварительно промороженное основание. Использование предложенного способа позволяет упростить производство работ по намораживанию, что достигается устранением необходимости в цикле работ,

0 связанных с позиционным перемещением дальнеструйного аппарата в плане и достигается обеспечением возможности забора воды дальнеструйным аппаратом при перемещении его ствола и насадки в плане. Ис5 пользование способа позволяет обеспечить намораживание ледяных сооружений без технологических перерывов на промерзание водоледяной смеси, выпавшей на ледяное сооружение, что достигается за счет

0 выбора оптимальной длины участка намораживания.

Предложенный способ также позволяет расширить область его применения, что достигается за счет обеспечения возмож5 ности использования высокопроизводительных дальнеструйных аппаратов; снизить энергоемкость, что достигается за

Н

счет уменьшения соотношения -р обеспе0 чить возможность намораживания фирнового льда, что достигается за счет усиления аэродинамического взаимодействия струи воды (со льдом) с морозным воздухом; упростить регулирование толщиной льда на уча5 стке намораживания, что достигают за счет изменения расстояния от насадки ствола дальнеструйного аппарата до намораживаемого сооружения посредством изменения траектории перемещения плавучего транс- портного средства относительно наморажи

вамого сооружения; упростить запуск вВн - ширина полосы, намораживаемой

работу дальнеструйных аппаратов, чтодальнеструйным аппаратом за один проход;

достигается за счет использования для за-Н0 - теоретически возможный суточный

полнения всасывающей линии дальност-слой намораживания воды поливом на поруйного аппарата скоростного напора, 5верхности ледяного сооружения на каждый

рбусловленого перемещением в плане пла-градус отрицательной температуры окружавучего транспортного средства.ющего воздуха, ho 0,015м;

Применяемые при реализации предло-te - средняя расчетная отрицательная,

женного способа устройства имеют упро-температура окружающего воздуха, ниже

щенную конструкцию, что достигается за 10которой работы по намораживанию выполсчет исключения их работы в позиционномняют без технологических перерывов на

режиме. Устройства обладают повышеннойпромерзание водоледянюй смеси, град;

надежностью, что достигается за счет обес-(Ов - содержание воды и водоледяной

печения забора воды в движении или с од-смеси, %.

ной постоянной позиции, а также за счет 15. 3. Способно пп. 1 и2, отл ича ющи йстационарного монтажа дальнеструйногос я тем, что подачу воды через насадку

аппарата на плавучем транспортном сред-ствола дальнеструйного аппарата осущестстве или на центральной платформе. Уст-вляют при соблюдении условия ройства обеспечивают намораживание при

более высокой температуре окружающего 20V0 d о-ш5

воздуха и обладают высокой производи-v - ./ 0.

тельностью (большей чем в 1Q раз по срав-.

нению с базовыми устройствами).где Vo - скорость движения струи относиФормула изобретениятельно насадки для начального участка, м/с;

этом угол наклона ствола дальнеструйного J tg o/2 ,

аппарата к горизонтальной плоскости уста- 45н 2 Тпод М навливают в пределах 28° а 60°.

L : Q Tcftyg - ускорение свободного падения, м/с2;

100 Вн hote а.- угол наклона ствола к горизонталь55нои плоскости;

где Он - расход воды, подаваемый дальне-Д, - угол условного факела разбрызгиструйным аппаратом, м/с;вания восходящей струи, 4-6°;

Тс - количество секунд в сутках. Тс -Тпод время подъема струи от.насадки

86400 с;ствола до верхней точки.

аппарата расположена в направлении, поперечном направлению действия движителя плавучего транспортного средства.

3,8 31.338.« 35.135.735.7 12;752,4

о.о&мо 0,ач5-10 0,75-10|1),С91-10 1,2S7 -lo 1,117-1в .2.745 1в S.

в, 708 10 1.013-10 0,80Hrfo,S55-10 1,39D-IO I.W-101 Z.SW-IO15,492-Ю

а

ум

0,99

1,вЗ

5

тановлены на плавучем, или рельсовом, или колесном транспортном средстве с возможностью перемещения вокруг центральной платформы, причем всасывающая линия выполнена с возможностью осуществления забора воды из открытого водоисточника или из подводящего трубопровода, а система противодействия реактивной силе струи со держит раму, укрепленную на ней напорную линию, соединяющую ствол с насосом, и движитель.

Таблице 1

1,28 1,62

3,69

31, м

Таблица 2 Величина силы Туп, направленной против направления действия силы тяги движителя

7 В

at К

.-.

-/

rrr.

Ъаз

7

/

-----X

. --- - . / v

:- -S-: N .

-.:;

. - .- i

Фиг.З

Я//. /

Tut. 40

.

or

V4

Фьг,41