Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ УВЕЛИЧЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ЛЕДЯНОГО ПОКРОВА

Изобретение относится к области ледотехники и может использоваться при создании ледяной переправы для транспортировки грузов.

Известно техническое решение (1. Козин В.М. Патент РФ №2135685 от 27.08.1999), в котором способ создания ледяной переправы заключается в размещении подо льдом стальных труб, опущенных вертикально на дно бассейна через сквозные отверстия, сформированные в ледяном покрове по обоим краям переправы по всей ее длине, причем придонный конец труб выполнен заваренным, а верхний ее конец выступает над ледяной поверхностью. Холодный воздух как более тяжелый поступает внутрь труб, вызывая намерзание льда по всей их наружной поверхности. По истечении времени, достаточного для надежного примерзания нижних и верхних частей труб соответственно к дну бассейна и ледяному покрову и намерзания на поверхностях труб слоя льда необходимой толщины, ледяная переправа готова к эксплуатации.

Недостатком способа является опасность его использования при значительных колебаниях уровня воды в водоеме, которые неизбежно возникают в течение всего зимнего периода. Так, при подъеме уровня может произойти отрыв от дна придонных концов труб, а при падении - разрушение самого ледяного покрова в местах его примерзания к верхним концам труб.

Задачей заявленного изобретения является создание ледяной переправы, несущая способность которой не зависела бы от колебаний уровня воды в водоеме.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в увеличении степени надежности эксплуатации ледяной переправы.

Существенные признаки, характеризующие изобретение

Ограничительные несущую способность ледяного покрова, использующегося в качестве ледяной переправы, увеличивают посредством стальных труб, опущенных вертикально на дно бассейна через сквозные отверстия, сформированные в ледяном покрове по обоим краям переправы по всей ее длине, причем придонный конец трубы выполнен заваренным, а верхний ее конец выступает над ледяной поверхностью.

Отличительные: трубы выполняют в виде телескопических опор, участок подвижного элемента телескопической опоры в месте его соединения с неподвижным выполняют с неоднородностями в виде, например, переменности толщины стенки труб, длина участка должна превышать возможный максимальный уровень колебаний волы в водоеме, при этом на верхнем конце выступающей из-подо льда трубы устанавливают генератор, возбуждающий продольные колебания в опорах и снабжают датчиком обратной связи, позволяющим ему настраиваться на собственные частоты поперечных колебаний, возникающих вследствие трансформации возбуждаемых продольных волн в поперечные в местах неоднородностей волноводов, т.е. на участках труб с переменной толщиной, при этом в верхних их частях устанавливают теплоизоляционные заглушки.

Общеизвестно, что встречающиеся на пути распространения продольных волн неоднородности, например, в виде переменности толщин волновода, вследствие дифракции трансформируют их в поперечные и наоборот.

Способ осуществляется следующим образом.

В ледяном покрове по обеим сторонам намеченного пути транспортировки грузов сверлятся ряды сквозных отверстий. Через них под лед вертикально опускают трубы в виде телескопических опор с одним подвижным и одним неподвижным элементами с заваренными нижними торцами труб и упирают их в дно бассейна. Длина опор при этом должна быть достаточной для того, чтобы верхний их конец возвышался над поверхностью ледяного покрова. Для предотвращения возможного всплытия труб их временно закрепляют. Затем подготовленную таким образом ледяную переправу подвергают воздействию отрицательных температур. Холодный тяжелый воздух (t<0°C) поступает внутрь труб, вызывая намерзание льда по всей их наружной поверхности, т.е. образование под ледяным покровом своеобразных ледяных свай (ледяных опор), что, безусловно, повысит прочность ледяной переправы. По истечении времени, достаточного для намерзания на поверхностях труб слоя льда необходимой толщины, ледяная переправа готова к эксплуатации, но только для данного уровня воды в водоеме. Поскольку этот уровень, безусловно, будет колебаться в течение всего периода ледостава, то в целях сохранения целостности ледяного покрова в местах установки опор, т.е. увеличения несущей способности ледяного покрова, участок подвижного элемента телескопической опоры в местах его соединения с неподвижным выполняют с неоднородностями в виде переменности толщины стенки трубы. Длина этого участка должна превышать возможный максимальный уровень колебаний воды в водоеме. На верхний конец выступающей из-подо льда трубы устанавливают генератор, возбуждающий в трубе продольные колебания. Генератор снабжают датчиком обратной связи, при помощи которого частоту можно настроить на собственную частоту поперечных, т.е. горизонтальных, колебаний подвижного элемента с намерзшим на него слоем льда. При этом поперечные колебания будут возникать в подвижном элементе вследствие трансформации возбуждаемых продольных волн в поперечные на его участке с переменой толщиной стенки. Если в процессе эксплуатации переправы вследствие значительного изменения уровня воды возникнет опасность ее повреждения, то в верхней части трубы вначале устанавливают теплоизоляционные заглушки. Это ограничит поступление холодного воздуха внутрь опоры. Температура воздуха внутри опоры благодаря теплопроводности намерзшего на нее льда, материала самой опоры и поступающей от воды теплоте повысится. Это уменьшит адгезию, т.е. прочность примерзания слоя льда к стенкам опоры. Затем включают генератор и настраивают его частоту колебаний на собственную частоту горизонтальных колебаний подвижного элемента опоры. Ослабленная адгезия намерзшего слоя льда к опоре и резонансное увеличение амплитуды горизонтальных колебаний (вследствие совпадения вынужденных и собственных частот) позволит разрушить намерзший слой льда на участке соединения элементов опоры. В результате подвижный элемент опоры, получив способность перемещаться по вертикали, вместе с примерзшим к нему ледяным покровом и оставшимся на нем намерзшим слоем льда переместится в соответствующем направлении: при подъеме уровня воды - вверх; при падении - вниз. После этого питание генератора отключают и вынимают теплоизоляционную заглушку. Затем за счет естественных низких температур произойдет повторное намерзание льда на этом участке. При достижении толщины намерзшего льда достаточной величины h (прочности ледяной сваи), что определяется расчетами или экспериментально, ледяная переправа будет готова к дальнейшей эксплуатации. В весенний период, когда эксплуатация переправы станет опасной, трубы вынимают.

Изобретение поясняется графически, где: на фиг. 1 показан общий вид на ледяную переправу; на фиг. 2 - сечение по А-А на фиг. 1.

В ледяном покрове 1 по обеим сторонам намеченного пути транспортировки грузов 2 сверлятся ряды сквозных отверстий 3. Через них под лед вертикально опускают трубы 4 с заваренными нижними концами и упирают в дно бассейна 5 (фиг. 1), причем трубы 4 выполнены в виде телескопических опор с подвижным элементом 6 и неподвижным 7. Участок соединения подвижного элемента 6 и неподвижного 7 выполнен с неоднородностями по толщине стенок трубы (область 8, фиг. 2). Длина этого участка должна превышать возможный максимальный уровень колебаний воды в водоеме. На верхнем конце трубы 6 установлен генератор 9, снабженный датчиком обратной связи 10 и возбуждающий колебания ω. Для ослабления адгезии намерзшего слоя к опоре внутри опоры 6 устанавливают теплоизоляционную заглушку 11. При реализации предложенного способа намерзший слой льда на опору в области 8 разрушится, а затем по истечении достаточного количества времени восстановит свою прочность, т.е. несущую способность ледяного покрова.