RU2622959C1

RU2622959C1 - Method for increasing carrying capacity of ice cover

Info

Publication number: RU2622959C1
Application number: RU2016115926A
Authority: RU
Inventors: Виктор Михайлович Козин; Виталий Леонидович Земляк; Александра Владимировна Погорелова; Анна Александровна Матюшина; Сергей Валерьевич Сергеев; Евгения Николаевна Красовская; Роман Владимирович Соколов; Надежда Алексеевна Широкова
Original assignee: Виталий Леонидович Земляк
Priority date: 2016-04-22
Filing date: 2016-04-22
Publication date: 2017-06-21

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: carrying capacity of the ice cover is increased by means of steel pipes lowered vertically to the basin bottom through the through openings formed in the ice cover along both sides of the crossing along its entire length, the bottom end of the pipe being made welded and its upper end projecting over the ice surface. The pipes are made in the form of telescopic supports. The section of the movable element of the telescopic support at the point of its connection with the immovable one is made with inhomogeneities in the form, for example, of the variability of the wall thickness of the pipes. The section length must exceed the maximum possible level of water fluctuations in the basin. At the upper end of the pipe projecting from under the ice, a generator is installed, exciting longitudinal oscillations in the supports, which will be transformed into transverse ones in the places of inhomogeneities in the waveguides, i.e. on pipe portions with variable thickness. In the upper parts of the pipes, heat-insulating plugs are installed.

EFFECT: increasing the carrying capacity.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области ледотехники и может использоваться при создании ледяной переправы для транспортировки грузов.The invention relates to the field of ice engineering and can be used to create an ice ferry for transporting goods.

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.A technical solution is known (1. Kozin VM, RF Patent No. 2135685 dated 08/27/1999), in which the method of creating an ice crossing consists in placing steel pipes under ice, dropped vertically to the bottom of the pool through the through holes formed in the ice cover on both the edges of the crossing along its entire length, with the bottom end of the pipes made brewed, and its upper end protruding above the ice surface. Cold air, as heavier, enters the pipes, causing ice to freeze over their entire outer surface. After a sufficient time has elapsed for reliable freezing of the lower and upper parts of the pipes, respectively, to the bottom of the pool and the ice cover and freezing on the pipe surfaces of an ice layer of the required thickness, the ice crossing is ready for operation.

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.The disadvantage of this method is the danger of its use with significant fluctuations in the water level in the reservoir, which inevitably occur throughout the winter period. So, when the level rises, detachment of the bottom ends of the pipes can occur, and when they fall, the ice cover itself can be destroyed in places where it freezes to the upper ends of the pipes.

Задачей заявленного изобретения является создание ледяной переправы, несущая способность которой не зависела бы от колебаний уровня воды в водоеме.The objective of the claimed invention is the creation of an ice ferry, the bearing capacity of which would not depend on fluctuations in the water level in the reservoir.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в увеличении степени надежности эксплуатации ледяной переправы.The technical result achieved by solving the problem is to increase the degree of reliability of the operation of the ice crossing.

Существенные признаки, характеризующие изобретениеThe essential features characterizing the invention

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.Restrictive: the bearing capacity of the ice cover used as an ice crossing is increased by means of steel pipes lowered vertically to the bottom of the pool through the through holes formed in the ice cover along both edges of the crossing along its entire length, with the bottom end of the pipe being welded and its upper the end protrudes above the ice surface.

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 в опорах продольные колебания, которые будут трансформироваться в поперечные в местах неоднородностей волноводов, т.е. на участках труб с переменной толщиной, при этом в верхних их частях устанавливают теплоизоляционные заглушки.Distinctive: the pipes are made in the form of telescopic supports, the portion of the movable element of the telescopic support in the place of its connection with the fixed is made with heterogeneities in the form, for example, of the variability of the wall thickness of the pipes, the length of the section must exceed the maximum possible level of wave oscillations in the reservoir, while at the upper end a pipe protruding from under the ice is installed a generator that excites longitudinal vibrations in the supports, which will transform into transverse ones in the places of waveguide inhomogeneities, i.e. on sections of pipes with variable thickness, while in their upper parts install heat-insulating plugs.

Общеизвестно, что встречающиеся на пути распространения продольных волн неоднородности, например, в виде переменности толщин волновода, вследствие дифракции трансформируют их в поперечные и наоборот.It is well known that the inhomogeneities encountered in the propagation of longitudinal waves, for example, in the form of waveguide thickness variability, transform them into transverse ones due to diffraction and vice versa.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

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°С) 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 опорах продольные колебания, которые будут трансформироваться 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 вертикальных 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.Rows of through holes are drilled in the ice sheet on both sides of the intended cargo transportation path. Through them, pipes in the form of telescopic supports with one movable and one fixed elements with welded lower ends of the pipes are vertically lowered under the ice and abut them in the bottom of the pool. The length of the supports should be sufficient so that their upper end rises above the surface of the ice sheet. To prevent possible ascent of pipes, they are temporarily fixed. Then, the ice crossing thus prepared is subjected to negative temperatures. Cold, heavy air (t <0 ° C) enters the pipes, causing ice to freeze over their entire outer surface, i.e. the formation of peculiar ice piles (ice supports) under the ice cover, which will certainly increase the strength of the ice crossing. After a sufficient time has passed for the ice layer of the required thickness to freeze on the pipe surfaces, the ice ferry is ready for operation, but only for a given water level in the reservoir. Since this level, of course, will fluctuate during the entire period of freezing, in order to maintain the integrity of the ice cover in the places of installation of supports, i.e. increase the bearing capacity of the ice cover, the portion of the movable element of the telescopic support in the places of its connection with the stationary is performed with heterogeneities in the form of variability of the pipe wall thickness. The length of this section should exceed the maximum possible level of water fluctuations in the reservoir. A generator is installed on the upper end of the pipe protruding from under the ice, which excites longitudinal vibrations in the supports, which will transform into transverse ones in its section with a change in wall thickness. If during operation of the crossing due to a significant change in the water level there is a risk of damage, then in the upper part of the pipe, heat-insulating plugs are first installed. This will limit the flow of cold air into the support. The air temperature inside the support due to the thermal conductivity of the ice frozen on it, the material of the support itself and the heat coming from the water will increase. This will reduce adhesion, i.e. the strength of freezing the ice layer to the walls of the support. Then include a generator of vertical vibrations of the movable support element. The weakened adhesion of the frozen ice layer to the support and the resonant increase in the amplitude of horizontal vibrations (due to the coincidence of forced and natural frequencies) will allow to destroy the frozen ice layer at the junction of the support elements. As a result, the movable support element, having gained the ability to move vertically, together with the ice cover that has frozen to it and the frozen ice layer remaining on it, will move in the corresponding direction: when the water level rises - up; when falling down. After that, the generator power is turned off and the heat-insulating plug is removed. Then, due to natural low temperatures, ice will freeze again in this area. When the thickness of the frozen ice reaches a sufficient value of h (strength of the ice pile), which is determined by calculations or experimentally, the ice ferry will be ready for further operation. In the spring, when the operation of the crossing becomes dangerous, the pipes are removed.

Изобретение поясняется графически, где на фиг. 1 показан общий вид на ледяную переправу; на фиг. 2 - сечение по А-А на фиг. 1The invention is illustrated graphically, where in FIG. 1 shows a general view of an ice crossing; in FIG. 2 is a section along AA in FIG. one

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 l_y должна превышать возможный максимальный уровень колебаний воды в водоеме. На верхнем конце трубы 6 установлен генератор 9, возбуждающий колебания с частотой ω. Для ослабления адгезии намерзшего слоя к опоре внутри опоры 6 устанавливают теплоизоляционную заглушку 10. 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.In the ice sheet 1, on both sides of the intended freight transport path 2, rows of through holes 3 are drilled. Through them, pipes 4 with welded lower ends are vertically lowered under the ice and abutted to the bottom of the pool 5 (Fig. 1), and the pipes 4 are made in the form of telescopic supports with the movable element 6 and the fixed 7. The connection section of the movable element 6 and the fixed 7 is made with heterogeneities in the thickness of the pipe walls (region 8, Fig. 2). The length of this section l _y should exceed the maximum possible level of water fluctuations in the reservoir. A generator 9 is installed at the upper end of the pipe 6, exciting oscillations with a frequency ω. To weaken the adhesion of the frozen layer to the support, a heat-insulating plug 10 is installed inside the support 6. When implementing the proposed method, the frozen ice layer on the support in region 8 will collapse and then, after a sufficient amount of time has passed, will restore its strength, i.e. bearing capacity of the ice cover.

Claims

The method of increasing the bearing capacity of the ice cover used as an ice crossing by means of steel pipes dropped vertically to the bottom of the pool through the through holes formed in the ice cover along both edges of the crossing along its entire length, the bottom end of the pipes being welded and the upper end protruding above the ice surface, characterized in that the pipes are made in the form of telescopic supports, a portion of the movable element of the telescopic support in the place of its connection with the stationary one is performed with heterogeneities in the form, for example, of the variability of the thickness of the pipe wall, its length should exceed the maximum possible level of water oscillations in the reservoir, while at the upper end of the pipe protruding from under the ice, a generator is installed that excites longitudinal vibrations in the supports, which will transform into transverse in places waveguide inhomogeneities, i.e. on sections of pipes with variable thickness, while in their upper parts install heat-insulating plugs.