RU2285631C1

RU2285631C1 - Method of breaking ice cover and device for realization of this method

Info

Publication number: RU2285631C1
Application number: RU2005113018/11A
Authority: RU
Inventors: Виктор Михайлович Козин (RU); Виктор Михайлович Козин; Михаил Викторович Козин (RU); Михаил Викторович Козин
Original assignee: Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН
Priority date: 2005-04-28
Filing date: 2005-04-28
Publication date: 2006-10-20

Abstract

FIELD: ice breaking technique; amphibian hovercraft breaking ice cover by resonance method.

SUBSTANCE: prior to starting ice breaking jobs, stress concentrators in form of grooves are made in ice. Grooves are made in form of net similar to net of cracks formed in ice cover behind ship's stern after passage at resonance speed. Device proposed for realization of this method is made in form of frame mounted in aft section of ship; this frame is made from perforated tubes for spraying chemical agents on ice in form of net similar to net of cracks arising in ice cover after passage of ship at resonance speed.

EFFECT: enhanced efficiency of ice breaking.

3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области ледотехники, в частности к амфибийным судам на воздушной подушке (СВП), разрушающим ледяной покров путем возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн (ИГВ) при его движении по льду с резонансной скоростью, т.е. резонансным методом.The invention relates to the field of ice engineering, in particular to amphibious hovercraft (SVP), destroying the ice cover by exciting resonant flexural-gravitational waves (IGW) in ice when it moves on ice at a resonant speed, i.e. resonance method.

Уровень техники известен из способа разрушения льда СВП (1. Козин В.М. Патент РФ №2143373, МКИ 6 В 63 В 35/08 от 27.12.1999, БИ 36), заключающегося в том, что перед началом ледокольных работ в ледяном покрове выполняют концентраторы напряжений в виде канавок. Глубина канавок меньше толщины льда, а длина не менее длины фронта первого за судном гребня поперечных изгибно-гравитационных волн. Канавки ориентированы перпендикулярно направлению движения судна и расположены относительно друг друга на расстоянии, равном полудлине поперечных резонансных изгибно-гравитационных волн.The prior art is known from the method of ice destruction of SVP (1. Kozin V.M. RF Patent No. 2143373, MKI 6 V 63 V 35/08 of 12/27/1999, BI 36), which consists in the fact that before the start of icebreaking operations in the ice cover perform stress concentrators in the form of grooves. The depth of the grooves is less than the thickness of the ice, and the length is not less than the length of the front of the first crest of the transverse bending gravity waves behind the vessel. The grooves are oriented perpendicular to the direction of movement of the vessel and are located relative to each other at a distance equal to the half-length of the transverse resonant flexural-gravitational waves.

Недостатком способа является его недостаточная ледоразрушающая способность из-за незначительного предварительного снижения несущей способности ледяного покрова, возникающего вследствие выполнения концентратов напряжений.The disadvantage of this method is its lack of ice-breaking ability due to a slight preliminary decrease in the bearing capacity of the ice cover arising from the implementation of stress concentrates.

Сущность изобретения заключается в разработке способа, позволяющего в большей степени уменьшить несущую способность ледяного покрова перед началом выполнения ледокольных работ.The essence of the invention lies in the development of a method that allows to reduce to a greater extent the bearing capacity of the ice cover before starting icebreaking operations.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в увеличении толщины ледяного покрова, разрушаемого резонансным методом.The technical result obtained by the implementation of the invention is to increase the thickness of the ice sheet, destroyed by the resonant method.

Также известно (2. В.В.Богородский, В.П.Гаврило, О.А.Недошивин. Разрушение льда. Методы, технические средства. Л.: Гидрометеоиздат. - 1983, 232 с.), что для разрушения льда применяют автомобили, с которых на ледяной покров посыпают химические вещества, способные разрушать лед. (См. [2] на стр.197).It is also known (2. V.V. Bogorodsky, V.P. Gavrilo, O.A. Nedoshivin. Destruction of ice. Methods, technical means. L .: Gidrometeoizdat. - 1983, 232 pp.) That cars are used to destroy ice. from which chemicals capable of destroying ice are sprinkled on the ice sheet. (See [2] on page 197).

Недостатком устройства являются ограниченная проходимость автомобилей по заснеженному льду и опасность их провала под лед.The disadvantage of this device is the limited patency of cars on snowy ice and the danger of their failure under the ice.

Сущность изобретения заключается в разработке устройства, повышающего безопасность нанесения химических веществ на лед и уменьшающих их расход.The invention consists in the development of a device that improves the safety of applying chemicals to ice and reduces their consumption.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в уменьшении затрат на разрушение льда.The technical result obtained by carrying out the invention is to reduce the cost of breaking ice.

Существенные признаки, характеризующие изобретение.The essential features characterizing the invention.

Ограничительные: способ разрушения ледяного покрова судном на воздушной подушке, заключающийся в том, что перед началом ледокольных работ в ледяном покрове создают концентраторы напряжений в виде канавок глубиной меньше толщины льда и длиной не менее длины фронта первого за судном гребня поперечных изгибно-гравитационных волн, ориентированных перпендикулярно направлению движения судна.Restrictive: a method of destroying the ice cover of an air-cushion vessel, which consists of creating stress concentrators in the form of grooves in the form of grooves in the ice sheet in the form of grooves with a depth less than the ice thickness and not less than the length of the front of the first crest of transverse bending gravitational waves oriented perpendicular to the direction of movement of the vessel.

Отличительные: канавки выполняют в виде сетки, аналогичной сети трещин, возникающих в ледяном покрове за кормой судна между двумя ближайшими поперечными трещинами после его прохода с резонансной скоростью, для реализации способа используют устройство, состоящее из судна на воздушной подушке, способное перемещаться по льду с резонансной скоростью, в кормовой части судна установлена рама, выполненная из перфорированных труб, отверстия в которых служат для распыления на лед химических веществ, при этом форма рамы аналогична сети трещин, возникающих в ледяном покрове после прохода судна с резонансной скоростью, а сама рама расположена горизонтально, т.е. параллельно поверхности льда.Distinctive: the grooves are made in the form of a grid, similar to a network of cracks that occur in the ice sheet behind the stern of the vessel between the two nearest transverse cracks after it passes at a resonant speed. To implement the method, a device consisting of an air cushion vessel that can move on ice with a resonant speed, in the stern of the vessel there is a frame made of perforated pipes, the holes in which serve to spray chemicals onto the ice, while the shape of the frame is similar to a network of cracks, znikayuschih in the ice cover after the passage of a resonant speed of the vessel and the frame itself is horizontal, i.e. parallel to the ice surface.

Известно (3. В.А.Зуев, В.М.Козин. Использование судов на воздушной подушке для разрушения ледяного покрова. - Владивосток: Из-во ДВГУ, 1988-128 с., см. на стр.89-91), что ледяной покров при возбуждении в нем ИГВ с помощью СВП разрушается не только на их вершинах и подошвах, но и между ними, причем форма обломков льда близка к сегментной, а ширина разрушаемой области составляет не менее трех ширин самого судна, т.е. длина первого за судном фронта поперечных волн, на которой происходит полное разрушение льда, составляет три ширины судна. Таким образом, если концентраты напряжений, т.е. канавки, выполнить в виде сетки аналогичной, т.е. воспроизводящей сеть трещин, т.е. форму и размеры обломков льда, то это приведет к большей эффективности разрушения ледяного покрова, чем при реализации способа-аналога. Сеть трещин при этом, т.е. размеры и форму обломков ледяного покрова с заданными параметрами, можно оценить либо на основании статистической обработки данных экспериментов, либо определить теоретически (см. 4. В.Д.Жесткая, В.М.Козин. Исследования возможностей разрушения ледяного покрова амфибийными судами на воздушной подушке. Владивосток: Дальнаука. 2003 - 161 с.).It is known (3. V.A. Zuev, V.M. Kozin. The use of hovercraft to destroy the ice cover. - Vladivostok: From FENU, 1988-128 p., See p. 89-91), that the ice cover during the excitation of IGW by means of SVP is destroyed not only at their peaks and soles, but also between them, moreover, the shape of the ice fragments is close to the segment one, and the width of the area being destroyed is not less than three widths of the vessel itself, i.e. the length of the first shear wave front behind the vessel, at which the ice is completely destroyed, is three widths of the vessel. Thus, if stress concentrates, i.e. grooves, perform in the form of a mesh similar reproducing a network of cracks, i.e. the shape and size of ice debris, this will lead to greater destruction of the ice cover than with the implementation of the analogue method. The network of cracks in this case, i.e. the size and shape of ice debris with specified parameters can be estimated either on the basis of statistical processing of experimental data or theoretically determined (see 4. V.D.Zhestkaya, V.M. Kozin. Studies of the possibilities of ice cover destruction by amphibious hovercraft Vladivostok: Dalnauka. 2003 - 161 p.).

Изобретение осуществляется следующим образом.The invention is as follows.

Перед началом выполнения работ по разрушению ледяного покрова резонансным методом, толщина которого превышает предельную ледоразрушающую способность для данного СВП, определяют сеть трещин, а затем на лед при помощи устройства, установленного в кормовой части судна и выполненного в виде рамы, изготовленной из перфорированных труб через отверстия в них на лед распыляют химическое вещество, способное разрушать лед (см. [2]). Рама расположена в горизонтальной плоскости, а ее размеры и форма в плане позволяют распылять на лед вещество в виде сетки, аналогичной сети трещин в ледяном покрове на ширине, равной трем ширинам судна, и между двумя ближайшими поперечными по отношению к направлению движения судна трещинами. Вещество распыляют таким образом, чтобы на поверхности льда они образовали сетку (своеобразную паутину), по своей форме аналогичную сети трещин, возникающих в ледяном покрове после прохода судна с резонансной скоростью. Для этого судно перемещают по намеченному пути на всем его протяжении, т.е. предполагаемой полосы разрушения льда, на предельно малой скорости, а вещество в раму подают периодически с расходом, достаточным для образования на поверхности льда сетки в виде полосок из этого вещества. После такого прохода работы на льду прекращают на время, необходимое для формирования во льду канавок вследствие разрушения льда веществом. Затем судно возвращают в начало намеченного пути, с него снимают раму и начинают его перемещение по намеченному пути с резонансной скоростью. Наличие концентратов напряжений на поверхности льда, выполненных по форме, совпадающей с сеткой возникающих трещин, вызовет более интенсивное по сравнению с аналогом разрушение, что позволит достичь заявленный технический результат.Before starting work on the destruction of ice cover by the resonance method, the thickness of which exceeds the maximum ice breaking capacity for a given SVP, a network of cracks is determined, and then on ice using a device installed in the stern of the vessel and made in the form of a frame made of perforated pipes through holes in them, a chemical substance capable of breaking ice is sprayed onto ice (see [2]). The frame is located in the horizontal plane, and its size and shape in the plan allow you to spray the substance into the ice in the form of a grid, similar to a network of cracks in the ice cover at a width equal to three widths of the vessel, and between the two cracks that are transverse to the direction of movement of the vessel. The substance is sprayed so that on the ice surface they form a grid (a kind of cobweb), similar in shape to the network of cracks that occur in the ice cover after the passage of the vessel at a resonant speed. To do this, the vessel is moved along the intended path along its entire length, i.e. the expected ice destruction strip at an extremely low speed, and the substance is fed into the frame periodically with a flow rate sufficient to form a grid in the form of strips of this substance on the ice surface. After such a passage, work on ice is stopped for the time necessary for the formation of grooves in the ice due to the destruction of the ice by the substance. Then the vessel is returned to the beginning of the intended path, the frame is removed from it and its movement along the intended path begins at a resonant speed. The presence of stress concentrates on the ice surface, made in the form that matches the network of emerging cracks, will cause more intensive fracture than the analogue, which will achieve the claimed technical result.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показана рассчитанная сеть трещин, возникающих во льду после прохода СВП с резонансной скоростью; на фиг.2 показан вид сверху на судно и распыляющую вещество раму; на фиг.3 - вид на устройство сбоку.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows the calculated network of cracks that occur in ice after the passage of the SVP with a resonant speed; figure 2 shows a top view of the vessel and the spray agent frame; figure 3 is a side view of the device.

Для ледяного покрова 1 с заданными параметрами определяют характер сети трещин 2 (фиг.1). Затем на судно 3 устанавливают раму 4 (фиг.2), с помощью которой на лед 1 распыляют вещество 5 (фиг.3) в виде сетки, воспроизводящей сеть трещин 2 во льду 1 на ширине рамы В, равной трем ширинам судна b и между двумя ближайшими к судну поперечными трещинами 6.For the ice sheet 1 with the given parameters determine the nature of the network of cracks 2 (figure 1). Then, frame 4 (FIG. 2) is installed on the vessel 3, with which substance 5 (FIG. 3) is sprayed onto ice 1 in the form of a grid reproducing a network of cracks 2 in ice 1 at a width of frame B equal to three widths of the vessel b and between two transverse cracks closest to the vessel 6.

Claims

1. A method of destroying the ice cover of an air-cushion vessel, which consists of creating stress concentrators in the form of grooves in the form of grooves in the ice sheet in the form of grooves with a depth less than the ice thickness and a length not less than the length of the front of the first crest of transverse bending-gravity waves oriented perpendicular to the direction of movement of the vessel, characterized in that the grooves are in the form of a grid similar to a network of cracks occurring in the ice sheet behind the stern of the vessel between the two nearest transverse cracks us after it passes at a resonant speed.

2. Device for destroying the ice cover, consisting of a hovercraft, capable of moving on ice at a resonant speed, characterized in that in the stern of the vessel there is a frame made of perforated pipes, the holes in which are used to spray chemicals onto the ice, the shape of the frame is similar to the network of cracks that occur in the ice sheet after the passage of the vessel at a resonant speed, and the frame itself is horizontal, i.e. parallel to the ice surface.