RU2535726C1

RU2535726C1 - Pier

Info

Publication number: RU2535726C1
Application number: RU2013130796/13A
Authority: RU
Inventors: Лев Иванович Гаранин
Original assignee: Лев Иванович Гаранин
Priority date: 2013-07-04
Filing date: 2013-07-04
Publication date: 2014-12-20

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: pier is a linear gravitational hydraulic structure located on the coast of the Arctic seas, mainly in lower reaches of navigable rivers. The pier is designed in the form of an ice platform 1 of a rectangular section, placed on the sea bottom. The pier is equipped with wind-capture electric power plants 10 of a tower type located on the shore, liquid cooling and air cooling systems in the form of pass channels 2. The pier is additionally equipped with a thermo-fluid insulating screen 7, placed on the platform surface 1, and a solid floor covering 8 in the form of flat elements of a rectangular shape in plan, arranged at an angle of 45°C to the longitudinal axis of the platform. The platform 1 is designed with slopes at side edges, located at the level of calved ice. The liquid cooling system is designed of interconnected atmospheric cold storage batteries 3, 4 of cooling pipelines 5, 6 and consumers of a coolant 9. The cooling pipelines are arranged along the slopes and under the thermo-fluid insulating screen 7.

EFFECT: increased strength, stability, reliability and durability of the ice structure.

6 dwg

Description

Изобретение относится к области строительства линейных гидротехнических сооружений и транспортных сооружений, в частности к строительству пирсов на побережье северных морей, имеет отношение к энергетике с использованием природных источников энергии, ветра, атмосферного воздуха, экологии окружающей среды и может быть использовано при возведении морских и речных причалов, молов и дамб в шельфовых водах арктических морей и в низовьях северных рек, для строительства участков дорог, переправ в акватории озер, взлетно-посадочных полос, других линейных объектов на затапливаемых и заболоченных участках местности субарктических и арктических территорий России, а также при возведении пирсов в Антарктиде.The invention relates to the field of construction of linear hydraulic structures and transport structures, in particular to the construction of piers on the coast of the northern seas, relates to energy using natural sources of energy, wind, atmospheric air, environmental ecology and can be used in the construction of sea and river berths , jetties and dams in the shelf waters of the Arctic seas and in the lower reaches of the northern rivers, for the construction of road sections, crossings in the water area of lakes, runways, etc. of linear objects on flooded areas and wetlands Subarctic and Arctic regions of Russia, as well as in the construction of piers in Antarctica.

Известен пирс на побережье северных морей, включающий гидротехническое сооружение из железобетонных и стальных конструктивных элементов (…) (РД 31.55-93 и др., см. папку «Разное» про ледяные…).A pier on the coast of the northern seas is known, including a hydraulic structure made of reinforced concrete and steel structural elements (...) (RD 31.55-93, etc., see the Miscellaneous folder about ice ...).

Недостатками известных железобетонных и стальных пирсов на побережье северных морей являются относительно высокая сложность и стоимость их возведения в тяжелых природно-климатических условиях или сложность подхода крупно- и среднетоннажных судов с грузом для производства строительно-монтажных работ близко к берегу, к месту разгрузки из-за небольшой глубины воды, большие сроки возведения и трудоемкость строительства таких гидротехнических сооружений.The disadvantages of the known reinforced concrete and steel piers on the coast of the northern seas are the relatively high complexity and cost of their construction in severe climatic conditions or the complexity of the approach of large and medium tonnage vessels with cargo for construction and installation work close to the shore, to the unloading place due to shallow water depth, long construction time and the complexity of the construction of such hydraulic structures.

Недостатками известных ледяных временного действия пирсов являются их недолговечность, недостаточная надежность, относительно небольшие линейные размеры, что не позволяет достичь ими глубин, необходимых для подхода судов с большой осадкой, а также неразвитость ледяной конструкции сооружения, что ограничивает долговечность и функциональные возможности пирсов, снижает их инвестиционную привлекательность.The disadvantages of the known ice temporary action piers are their fragility, lack of reliability, relatively small linear dimensions, which does not allow them to reach the depths necessary for approaching vessels with large draft, as well as the underdevelopment of the ice structure of the structure, which limits the durability and functionality of the piers, reduces them investment attractiveness.

Цель изобретения состоит в создании долговременной ледяной платформы для строительства линейных инженерных сооружений на побережье северных морей России, повышении прочности, устойчивости, надежности, долговечности и функциональности, в повышении (в результате реализации изобретения) транспортной доступности малых населенных мест и мест приложения труда на Севере, ускорении освоения северных регионов России, в повышении экологической, экономической эффективности и инвестиционной привлекательности строительства ледяных сооружений для обеспечения социальных и хозяйственных нужд населения.The purpose of the invention is to create a long-term ice platform for the construction of linear engineering structures on the coast of the northern seas of Russia, to increase strength, stability, reliability, durability and functionality, to increase (as a result of the invention) the transport accessibility of small towns and places of employment in the North, accelerating the development of the northern regions of Russia, in improving the environmental, economic efficiency and investment attractiveness of the construction of ice structures to ensure social and economic needs of the population.

Поставленная цель достигается тем, что пирс выполнен в виде установленной на морское дно ледяной платформы прямоугольного сечения, размещен преимущественно в устье северных судоходных рек, снабжен расположенными на берегу ветрозахватными электростанциями башенного типа, жидкостной системой охлаждения и системой воздушного охлаждения в виде проходных каналов, гидротеплоизолирующим экраном, размещенным на поверхности платформы, и твердым настилом в виде плоских элементов прямоугольной в плане формы, расположенными под углом в 45° к продольной оси платформы. При этом платформа выполнена с откосами на боковых гранях, расположенными на уровне плавающих льдов, и снабжена арматурными сетками, размещенными на уровне диаметральной плоскости воздушных каналов. Жидкостная система охлаждения выполнена из сообщающихся между собой аккумуляторов атмосферного холода, трубопроводов охлаждения и потребителей хладоагента, причем трубопроводы охлаждения размещены вдоль откосов и под теплогидроизолирующим экраном.This goal is achieved in that the pier is made in the form of an ice platform of rectangular cross-section mounted on the seabed, located mainly at the mouth of northern navigable rivers, equipped with tower-type wind-gripping power plants, a liquid cooling system and an air cooling system in the form of passage channels, a hydrothermal insulation screen placed on the surface of the platform and a solid floor in the form of flat elements of rectangular shape in plan, located at an angle of 45 ° to the one axis of the platform. Moreover, the platform is made with slopes on the side faces located at the level of floating ice, and is equipped with reinforcing nets located at the level of the diametrical plane of the air channels. The liquid cooling system is made of interconnected accumulators of atmospheric cold, cooling pipelines and refrigerant consumers, and the cooling pipelines are placed along the slopes and under a heat-insulating screen.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 - в плане, на фиг.2, 3 - в разрезах показан пирс, на фиг.4 - в плане показан фрагмент пирса и на фиг.5 и 6 - в плане и разрезе показан аккумулятор атмосферного холода.The invention is illustrated by drawings, where in Fig.1 is a plan, Fig.2, 3 shows a pier in sections, Fig.4 shows a fragment of a pier in plan and Fig.5 and 6 shows a battery in plan and section atmospheric cold.

Конструкция пирса состоит из ледяного массива 1, включает воздушные тоннели 2, аккумуляторы атмосферного холода 3 и 4 (4 - на берегу), трубопроводы охлаждения 5, 6, теплогидроизолирующий экран 7, дорожное покрытие 8 и потребитель жидкого хладагента 9.The construction of the pier consists of an ice mass 1, includes air tunnels 2, accumulators of atmospheric cold 3 and 4 (4 on the shore), cooling pipelines 5, 6, heat-insulating screen 7, pavement 8 and a consumer of liquid refrigerant 9.

Пирсы на побережье северных морей России размещают преимущественно в устьях судоходных рек, поскольку при отсутствии автомобильных и железных дорог реки служат практически единственной транспортной системой для большого количества грузов из южных регионов страны.Piers on the coast of the northern seas of Russia are located mainly at the mouths of navigable rivers, since in the absence of roads and railways, the rivers are almost the only transport system for a large number of cargoes from the southern regions of the country.

Перед строительством пирса вблизи на возвышенном участке побережья устанавливают одну или две ветрозахватные башенного типа электростанции 10, электроэнергия которых необходима как в процессе строительства, так и при эксплуатации пирса. Энергообразующие башни, при необходимости, оснащаются береговым навигационным, осветительным и другим необходимым оборудованием.Before the construction of the pier, one or two wind-driven tower-type power plants 10 are installed near a high section of the coast, the electric power of which is necessary both during the construction process and during the operation of the pier. Energy-forming towers, if necessary, are equipped with coastal navigation, lighting and other necessary equipment.

До наступления холодов производят подготовку, выравнивание полосы дна - ложа, основания будущего пирса. С наступлением устойчивых отрицательных температур воздуха и образования на воде ледового покрова 11 по контуру будущего пирса выполняют сквозные прорези, устанавливают несъемную опалубку и производят послойное намораживание льда. В процессе формирования ледяного массива 1 прокладывают трубопроводы охлаждения 5, 6. По бокам ледяной массив выполняют с откосами 12 под углом 30°-40° к поверхности ледяного покрова 11. По мере намораживания льда ледяной массив 1 под собственным весом опускается на подготовленное ложе морского (речного) дна, с которым лед смерзается благодаря низкой температуре ледяного массива.Before the onset of cold weather, they prepare, align the strip of bottom - bed, foundation of the future pier. With the onset of stable negative air temperatures and the formation of ice cover 11 on the water along the contour of the future pier, through slots are made, fixed formwork is installed and layer-by-layer ice freezing is performed. During the formation of the ice mass 1, cooling pipelines 5, 6 are laid. On the sides, the ice mass is performed with slopes 12 at an angle of 30 ° -40 ° to the surface of the ice cover 11. As the ice freezes, the ice mass 1 falls under its own weight onto the prepared sea bed ( river) bottom, with which ice freezes due to the low temperature of the ice massif.

По всей длине ледяного массива выполняют не менее двух воздушных тоннелей 2. Тоннели 2, которые предназначены в первую очередь для охлаждения ледяного массива в теплый период года, располагают в 1,5-2,0 метрах от вертикальных граней-стенок пирса и соединяют с атмосферой приточно-вытяжными вентиляционными трубами 13.At least two air tunnels 2 are made along the entire length of the ice massif 2. Tunnels 2, which are primarily intended for cooling the ice massif in the warm season, are located 1.5-2.0 meters from the vertical faces-walls of the pier and are connected to the atmosphere supply and exhaust ventilation pipes 13.

На поверхности ледяного массива и на побережье устанавливают аккумуляторы атмосферного холода (Ах) 3, 4 в теплоизоляционной оболочке 14. Ах 3 соединяют через трубопроводы охлаждения 5, 6 с циркуляционным насосом 15, аккумулятором холода 4, выполняющего роль расходного резервуара, и потребителем хладагента (топлива) 9. В качестве хладагента в жидкостной системе охлаждения используют дизельное арктическое топливо, потребителем которого являются автомобильный, гусеничный транспорт и находящиеся у пирса суда. Все аккумуляторы холода оборудуют встроенными в оболочку резервуаров термосифонами сезонного действия 16. Каждый аккумулятор холода, в котором размещают холодопровод 17 и в виде змеевика воздухопровод 18, соединяют соответственно с холодильной машиной 19 и компрессором 20. По поверхности ледяного массива 1 укладывают теплогидроизолирующий экран 7, а по верху - твердое покрытие 8 из железобетонных плит. Плоские элементы твердого покрытия располагают в плане относительно продольной оси пирса под углом 45° и сваривают между собой через закладные детали. Зазоры между плитами бетоном не заполняют.Accumulators of atmospheric cold (Ah) 3, 4 are installed on the surface of the ice massif and on the coast in an insulating shell 14. Ax 3 is connected through cooling pipelines 5, 6 to a circulation pump 15, a cold accumulator 4, which acts as a flow tank, and a consumer of refrigerant (fuel ) 9. As a refrigerant in a liquid cooling system, diesel Arctic fuel is used, the consumer of which is automobile, tracked vehicles and ships located at the pier. All cold accumulators are equipped with seasonal thermosyphons built into the shell of the tanks 16. Each cold accumulator, which houses the refrigeration pipe 17 and the air pipe 18 in the form of a coil, is connected respectively to the refrigeration machine 19 and the compressor 20. A heat-insulating screen 7 is placed on the surface of the ice massif 1, and on top - hard coating 8 of reinforced concrete slabs. The flat elements of the hard coating are positioned in the plan relative to the longitudinal axis of the pier at an angle of 45 ° and are welded together through embedded parts. The gaps between the slabs are not filled with concrete.

Строительство линейных сооружений, в том числе пирсов в ледяном исполнении, на побережье северных морей в таких странах как Россия, США (Аляска) и Дания (Гренландия) становится возможным, поскольку среднегодовая температура воздуха - отрицательная, а сохранение ледяного массива 1 в летний период года в твердомерзлом состоянии обеспечивается воздушной и жидкостной системами охлаждения, работающими на автономных источниках природной энергии.The construction of linear structures, including ice-built piers, on the coast of the northern seas in countries such as Russia, the USA (Alaska) and Denmark (Greenland) becomes possible, because the average annual air temperature is negative, and the preservation of the ice mass 1 during the summer season in the frozen state is provided by air and liquid cooling systems operating on autonomous sources of natural energy.

В холодный период года тоннели 2 используют в качестве охлаждающего пространства. Морозный с низкой температурой воздух поступает и удаляется в атмосферу через вентиляционные трубы 13. Увеличение эффекта охлаждения и прочности льда в периферийных слоях ледяного массива достигается благодаря близкому к вертикальным стенкам одно- двух- или многоярусному расположению тоннелей 2. Во время эксплуатации пирса тоннели 2 используют также в качестве холодильников для длительного (резервного) хранения продуктов. В летнее время года (июль - август - сентябрь) для охлаждения воздуха в тоннелях используют компрессор 20, электроэнергию к которому подают от ветрозахватных электростанций 10.In the cold season, tunnels 2 are used as cooling space. Frosty, low-temperature air enters and escapes into the atmosphere through ventilation pipes 13. An increase in the effect of cooling and ice strength in the peripheral layers of the ice mass is achieved due to the one- two- or multi-tier arrangement of tunnels close to the vertical walls. During operation of the pier, tunnels 2 also use as refrigerators for long (reserve) storage of products. In the summer season (July - August - September), air compressor 20 is used to cool the air in the tunnels, and electricity is supplied to it from wind gripping power plants 10.

Система охлаждения с жидким хладагентом работает следующим образом. В холодный период года хладагент в Ах охлаждается с помощью термосифонов сезонного действия 16, где незамерзающее топливо циркулирует за счет разности температур атмосферного воздуха и хладагента (топлива). Постоянное охлаждение хладагента до низких температур приводит к накаливанию холода в Ах. В конце зимнего периода температура хладагента в резервуаре может достигать минус (35°-40°С). При повышении температуры воздуха, например, до минус 34°С термосифоны сезонного действия 16 автоматически «запираются», т.е. в них циркуляция топлива прекращается. В жидкостной системе охлаждения происходит постоянный отбор хладагента (топлива) из расходного резервуара (Ах-4) автотранспортными средствами или судном. Это вызывает естественно-искусственную циркуляцию топлива по трубопроводам охлаждения 5, 6, понижение температуры и, следовательно, повышение прочностных характеристик льда.The cooling system with liquid refrigerant operates as follows. In the cold season, the refrigerant in Ah is cooled using seasonal thermosiphons 16, where non-freezing fuel circulates due to the temperature difference between atmospheric air and refrigerant (fuel). Constant cooling of the refrigerant to low temperatures leads to the heating of the cold in Ah. At the end of the winter period, the temperature of the refrigerant in the tank can reach minus (35 ° -40 ° C). When the air temperature rises, for example, to minus 34 ° С, the thermosiphons of seasonal action 16 are automatically “locked”, i.e. in them the circulation of fuel stops. In a liquid cooling system, a constant selection of refrigerant (fuel) from a supply tank (Ax-4) by vehicles or a vessel takes place. This causes natural-artificial fuel circulation through the cooling pipelines 5, 6, lowering the temperature and, consequently, increasing the strength characteristics of ice.

Количество топлива, отбираемого из системы потребителями, возмещают топливом, которое поступает в Ах-4 по трубопроводу 21 из питающего резервуара.The amount of fuel taken from the system by consumers is replaced with fuel that enters Ax-4 through line 21 from the supply tank.

В летний период года включают насос 15, с помощью которого в системе охлаждения осуществляют циркуляцию жидкого хладагента с низкой температурой. При повышении температуры хладагента до минус 10°С в автоматическом режиме включается холодильная машина 19 и работает до восстановления расчетной отрицательной температуры хладагента в аккумуляторах холода 3, 4.In the summer season, a pump 15 is turned on, by means of which a low-temperature liquid refrigerant is circulated in the cooling system. When the temperature of the refrigerant is increased to minus 10 ° С, the chiller 19 is automatically turned on and operates until the calculated negative temperature of the refrigerant in the cold accumulators 3, 4 is restored.

В летний период года при наличии течений в зоне расположения пирса, льды приходят в движение. Льдины, встречая на своем пути пирс, начинают подниматься по наклонной поверхности откоса 12 и под действием собственного веса ломаются. Наличие откосов позволяет уменьшить горизонтальное давление льдов на пирс, обеспечить устойчивость ледяного сооружения и, в результате, уменьшить поперечный размер пирса.In the summer season, when there are currents in the area of the pier, the ice begins to move. The ice floes, meeting a pier on their way, begin to rise along the inclined surface of the slope 12 and break under the influence of their own weight. The presence of slopes allows you to reduce the horizontal pressure of the ice on the pier, ensure the stability of the ice structure and, as a result, reduce the transverse size of the pier.

Длина уходящего в море пирса при небольших глубинах шельфовых вод северных морей может достигать нескольких сотен и даже тысяч метров, ширина - не менее 15 метров. При этом пирс выполняет свои основные функции причального и погрузо-разгрузочного сооружения. При определенных условиях и обстоятельствах пирс может выполнить и роль взлетно-посадочной полосы.The length of the pier leaving the sea at shallow depths of the shelf waters of the northern seas can reach several hundred and even thousands of meters, and its width can be no less than 15 meters. At the same time, the pier fulfills its main functions as a berth and cargo handling facility. Under certain conditions and circumstances, the pier can also play the role of a runway.

Железобетонные плиты, составляющие жесткое покрытие 8, укладывают на теплогидроизолирующий экран 7 под углом 45°С к его основанию. Такое расположение плит выбрано для того, чтобы снизить ударные нагрузки на транспорт при переезде колес через стыки плит и, наоборот, нагрузки от колес транспорта - на стыковые соединения плит. Угол в 45°С назначен из условия традиционного изготовления плит прямоугольной формы, как наиболее рациональный с точки зрения их изготовления транспортировки и складирования. Теоретически и экспериментально установлено, что ударная нагрузка на транспорт и транспорта на плиты снижается в геометрической прогрессии с уменьшением угла наклона линии стыка к траектории движения колес.Reinforced concrete slabs that make up the hard coating 8 are laid on a heat-insulating screen 7 at an angle of 45 ° C to its base. This arrangement of plates is chosen in order to reduce shock loads on vehicles when moving wheels through the joints of plates and, conversely, loads from transport wheels on the butt joints of plates. An angle of 45 ° C is assigned from the conditions of traditional manufacturing of rectangular-shaped plates, as the most rational in terms of their manufacture of transportation and storage. It has been theoretically and experimentally established that the shock load on transport and transport on plates decreases exponentially with a decrease in the angle of inclination of the joint line to the trajectory of the wheels.

Claims

The pier, which is a linear gravity hydraulic structure located on the coast of the Arctic seas, characterized in that the pier is made in the form of an ice platform of rectangular cross section mounted on the seabed, located mainly at the mouth of navigable rivers, equipped with tower-type wind-gripping power stations and a liquid system cooling system and air cooling in the form of passage channels, a thermo-insulating screen placed on the surface of the platform , and a solid floor in the form of flat elements of a rectangular shape in plan, located at an angle of 45 ° C to the longitudinal axis of the platform, while the platform is made with slopes on the side faces located at the level of floating ice, the liquid cooling system is made of interconnected atmospheric batteries cold, cooling pipelines and refrigerant consumers, and the cooling pipelines are placed along the slopes and under the heat-insulating screen.