RU2626152C1 - Device for protection of marine stationary construction from drifting ice or ice coating - Google Patents
Device for protection of marine stationary construction from drifting ice or ice coating Download PDFInfo
- Publication number
- RU2626152C1 RU2626152C1 RU2016115824A RU2016115824A RU2626152C1 RU 2626152 C1 RU2626152 C1 RU 2626152C1 RU 2016115824 A RU2016115824 A RU 2016115824A RU 2016115824 A RU2016115824 A RU 2016115824A RU 2626152 C1 RU2626152 C1 RU 2626152C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ice
- fence
- ultrasonic
- marine
- microwave
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
- E02B15/00—Cleaning or keeping clear the surface of open water; Apparatus therefor
- E02B15/02—Cleaning or keeping clear the surface of open water; Apparatus therefor from ice otherwise than according to E02B1/003
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
- E02B17/00—Artificial islands mounted on piles or like supports, e.g. platforms on raisable legs or offshore constructions; Construction methods therefor
- E02B17/0017—Means for protecting offshore constructions
- E02B17/0021—Means for protecting offshore constructions against ice-loads
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Physical Water Treatments (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области добычи полезных ископаемых континентального шельфа замерзающих морей и предназначено для защиты опор стационарных морских инженерных сооружений от внешнего ледового воздействия, в частности, дрейфующего льда в арктических и субарктических районах, где присутствует ледовое покрытие. Изобретение позволяет решить задачу защиты буровой арктической платформы от дрейфующего льда, что обеспечивает круглогодичное бурение скважин, смонтированных непосредственно в море.The invention relates to the field of mining of the continental shelf of the freezing seas and is intended to protect the supports of stationary marine engineering structures from external ice exposure, in particular, drifting ice in the Arctic and subarctic regions where ice is present. The invention allows to solve the problem of protecting the Arctic drilling platform from drifting ice, which ensures year-round drilling of wells mounted directly at sea.
Под понятием "стационарное морское инженерное сооружение" понимается буровая система для бурения морских скважин и/или выполнения других работ на платформе в многочисленных последовательных точках заложения скважин в "субарктическом" климате. Указанная система должна обеспечивать устойчивость к нагрузке от обледенения, когда система расположена на точке заложения скважины и когда в субарктической зоне присутствует ледяной покров.The term “stationary offshore engineering structure” is understood to mean a drilling system for drilling offshore wells and / or performing other work on the platform at numerous consecutive well locations in a “subarctic” climate. The specified system should provide resistance to the load from icing when the system is located at the well location and when ice is present in the subarctic zone.
"Субарктические" морские условия характеризуется ежегодными сезонными появлениями льда. Климатические условия в данной зоне менее суровые, чем в "верхней" Арктике, где лед может присутствовать круглый год. Однако даже субарктический климат предоставляет проблемы при использовании стандартных морских буровых систем. Стандартные морские буровые системы, прежде всего, разработаны с учетом сопротивления нагрузке от волн, ветров и течений и, где необходимо, землетрясений, но не ото льда. В субарктическом климате полная или общая нагрузка, обусловленная сжатием льдами морской буровой системы, может иметь величину более высокого порядка, чем нагрузка, связанная с волнами, ветрами и течениями. Таким образом, конструкция обычной морской буровой платформы не способна противостоять значительно более высоким нагрузкам в субарктическом климате.“Subarctic” marine conditions are characterized by annual seasonal ice occurrences. Climatic conditions in this zone are less severe than in the “upper” Arctic, where ice can be present year-round. However, even the subarctic climate presents challenges when using standard offshore drilling systems. Standard offshore drilling systems are primarily designed with resistance to stress from waves, winds and currents and, where necessary, earthquakes, but not from ice. In a subarctic climate, the total or total load due to the ice compression of the offshore drilling system may be of a higher order than the load associated with waves, winds and currents. Thus, the design of a conventional offshore drilling platform is not able to withstand significantly higher loads in the subarctic climate.
Сжатие льдами может также создать высокие давления в небольших, локальных участках любого элемента бурового оборудования. В обычной морской буровой системе подобные высокие локальные нагрузки повредили бы незащищенные элементы каркасных конструкций, так как указанные элементы представляют собой обычные морские платформы, разработанные исключительно для сопротивления ветру, волнам и течению.Ice compression can also create high pressures in small, localized areas of any piece of drilling equipment. In a conventional offshore drilling system, such high local loads would damage unprotected elements of frame structures, since these elements are ordinary offshore platforms designed exclusively to resist wind, waves and currents.
Применение механических систем разрушения морского льда не дают в должной мере требуемого эффекта, так как любая механическая система рассчитывается на определенные нагрузки и определенные условия, в которых проявляется ее эффективность и возможность функционирования. Но никогда заранее нельзя предугадать величину тех высоких локальных нагрузок, которые могут быть проявлены со стороны морского ледового покрытия или дрейфующей льдины. В связи с этим появились разработки по использованию электроэнергии для диструкции структуры льда и приведения этой структуры к состоянию, легко разрушаемому с использованием механических средств.The use of mechanical systems for the destruction of sea ice does not give the required effect, since any mechanical system is designed for certain loads and certain conditions in which its effectiveness and the possibility of functioning are manifested. But one can never predict in advance the magnitude of those high local loads that can be exerted by the sea ice cover or drifting ice floes. In this regard, developments have appeared on the use of electricity for the destruction of the ice structure and bringing this structure to a state that is easily destroyed using mechanical means.
Так, согласно решению в RU 2231593, Е02В 15/02, опубл. 27.06.2004, предлагается в ледяном покрове выполнять отверстия для последующего силового воздействия на ледяной покров. Через отверстия под лед в воду опускают электроды. Силовое воздействие создают с помощью электрических разрядов высокого напряжения, подаваемых попеременно между парами электродов. При выполнении нечетного числа отверстий, расположенных на равном расстоянии друг от друга, электрические разряды поочередно подают между четными электродами и смежными нечетными.So, according to the decision in RU 2231593, ЕОВВ 15/02, publ. 06/27/2004, it is proposed to make holes in the ice sheet for subsequent force impact on the ice sheet. Through the holes under the ice, electrodes are lowered into the water. Power action is created using high-voltage electric discharges supplied alternately between pairs of electrodes. When performing an odd number of holes located at an equal distance from each other, electrical discharges are alternately supplied between the even electrodes and adjacent odd ones.
Недостаток данного способа заключается в его трудоемкости, заключающемся в необходимости высверливания в ледовом покрытии отверстий с определенным шагом и порядком расположения, помещении электродов, которые должны быть подключены к системе управления и системе питания. Такой прием разрушения хорошо может сработать в небольшой локальной зоне, но с расширением площади зоны могут возникнуть технические проблемы по разводке проводов, монтаже электродов и т.д.The disadvantage of this method lies in its complexity, which consists in the need to drill holes in the ice cover with a certain step and order of location, placement of electrodes, which must be connected to the control system and power system. This method of destruction can work well in a small local zone, but with the expansion of the area of the zone, technical problems may arise in wiring, installation of electrodes, etc.
Более перспективными являются разработки по разрушению морского льда (или просто льда или ледяной корки) с применением сверхвысокочастотной энергии.More promising are the development of the destruction of sea ice (or just ice or ice crust) using microwave energy.
Например, в RU 2465399, Е02В 15/00, Е02В 15/02, опубл. 01.07.2010 описан способ разрушения морского льда, состоящий из облучения его толщи сверхвысокочастотной энергией, которая воздействует на жидкость, содержащуюся в виде капсул в толще морского льда, при этом под действием этой энергии жидкость мгновенно испаряется и образовавшиеся пары жидкости, расширяясь, своим давлением разрушают кристаллы льда. Для этого используется генератор сверхчастотной энергии для преобразования электроэнергии в энергию сверхвысокой частоты, которая по волноводу поступает к излучателю. Сверхвысокочастотная энергия свободно проникает сквозь толщу льда и, воздействуя на жидкость в капсулах, мгновенно превращает ее в пар. Возникшее при этом высокое давление, подобно взрыву, разрушает кристаллы льда, ослабляя его структуру.For example, in RU 2465399, ЕОВВ 15/00, ЕОВВ 15/02, publ. 07/01/2010 a method for the destruction of sea ice is described, consisting of irradiating its thickness with microwave energy, which acts on a liquid contained in the form of capsules in the thickness of sea ice, while under the influence of this energy the liquid instantly evaporates and the formed liquid vapor, expanding, destroys by its pressure ice crystals. For this, a microwave generator is used to convert electricity to microwave energy, which is fed to the emitter through a waveguide. Microwave energy freely penetrates the ice and, acting on the liquid in capsules, instantly turns it into steam. The resulting high pressure, like an explosion, destroys ice crystals, weakening its structure.
В данном патенте не конкретизирован вид сверхвысокочастотной энергии. Но, например, в патенте RU 2303097, Е01Н 5/10, Е01Н 5/12, опубл. 20.07.2007 дано описание устройства для уборки льда с дорожных и аэродромных покрытий, использующее СВЧ-энергию.This patent does not specify the type of microwave energy. But, for example, in patent RU 2303097, ЕНН 5/10, Е01Н 5/12, publ. 07/20/2007 describes a device for cleaning ice from road and airfield coatings using microwave energy.
Это устройство по RU 2303097 представляет собой шасси самоходного скрепера, на котором установлены электрогенератор (с приводом от ДВС), к которому подключен генератор СВЧ-энергии. За ведущими колесами шасси самоходного скрепера установлен излучатель СВЧ-энергии, смонтированный на тележке с четырьмя опорными колесами 10. Сначала запускают основной ДВС скрепера и далее ДВС с генератором и включают генератор СВЧ-энергии, установленный на шасси совместно с излучателем СВЧ-энергии (мощностью около 180 кВт). Излучателем СВЧ-энергии 6 поток энергии направляется на поверхность льда дорожного покрытия пополосно с направлением параллельно движению устройства. Направляемая энергия повышает температуру снеголедовой массы до состояния плавления и потери адгезии ее с дорожным покрытием. В разупрочненном состоянии и при потере адгезии с дорожным покрытием лед попадает под шпоровые катки и размалывается.This device according to RU 2303097 is a chassis of a self-propelled scraper on which an electric generator (driven by an internal combustion engine) is installed, to which a microwave energy generator is connected. A microwave emitter mounted on a trolley with four support wheels 10 is mounted behind the driving wheels of the self-propelled scraper chassis. First, the main internal combustion engine of the scraper and then the internal combustion engine with the generator are launched and the microwave energy generator is installed on the chassis together with the microwave energy emitter (with a power of 180 kW). The emitter of
СВЧ как источник излучения также использован в патенте RU 2408760, E01H 5/10, опубл. 10.01.2011, где описан способ удаления льда и наледи с различных поверхностей на основе применения СВЧ-излучения с использованием передвижной установки, включающей узлы подвески с энергоблоком и электрическими связями. Способ заключается в том, что устанавливают на передвижной установке навесной излучатель, подключают к энергоблоку питание СВЧ, приближают излучатель к обрабатываемой поверхности, включают генератор СВЧ-излучения, воздействуют СВЧ-излучением на зону сцепления ледяной корки и поверхности и разогревают направленным СВЧ-излучением, тем самым ослабляют молекулярную связь между льдом и обрабатываемой поверхностью. При этом теплый воздух от охлаждающей системы СВЧ-клистрона подают в зону воздействия СВЧ-излучения на поверхность, разрушают ослабленную корку с помощью механического воздействия или переводят лед в жидкую фазу и отсасывают жидкость с помощью насоса.Microwave as a radiation source is also used in patent RU 2408760, E01H 5/10, publ. 01/10/2011, which describes a method of removing ice and ice from various surfaces based on the application of microwave radiation using a mobile unit including suspension units with a power unit and electrical connections. The method consists in installing a mounted radiator on a mobile installation, connecting microwave power to the power unit, bringing the radiator closer to the surface to be treated, turning on the microwave radiation generator, applying microwave radiation to the adhesion zone of the ice crust and the surface and heating it with directed microwave radiation, the molecular bond between the ice and the treated surface is weakened the most. In this case, warm air from the cooling system of the microwave klystron is supplied to the surface of the microwave radiation to the surface, the weakened crust is destroyed by mechanical action, or ice is transferred to the liquid phase and the liquid is sucked off using a pump.
Из этого же источника известно устройство для защиты морского стационарного сооружения от дрейфующего льда или ледового покрытия, представляющее собой расположенные на расстоянии от морского стационарного сооружения излучатели СВЧ-энергии, связанные электрически с источником преобразования электроэнергии в энергию сверхвысокой частоты. Это решение принято в качестве прототипа.From the same source, a device for protecting a marine stationary structure from drifting ice or ice cover is known, which is microwave energy emitters located at a distance from the marine stationary structure, which are connected electrically with a source of converting electricity to microwave energy. This decision is made as a prototype.
В разработке навесных СВЧ-агрегатов может быть использована СВЧ-техника, применяемая в таких отраслях народного хозяйства, как сушка древесины, обработка продуктов питания. В сушке древесины применяются мощные СВЧ-приборы (более 40-60 кВт), в создании и производстве которых страна занимает передовые позиции. Многорезонаторные клистроны идеально подходят для использования в оборудовании для удаления льда и наледи на дорогах, тротуарах и элементах зданий. У клистронов продольный размер коллектора не связан с длиной волны, поэтому при мощностях до 10 кВт может быть использовано воздушное охлаждение. Применение воздушного охлаждения предпочтительнее также в связи с тем, что горячий воздух используется для дополнительного подогрева продукта. Широко используемые клистроны непрерывного действия имеют мощность 25-50 кВт при КПД 45-50% в диапазоне 2450 МГц, а применение многолучевых клистронов позволит значительно увеличить долговечность и выходную мощность в коротковолновом диапазоне (12,5 см), используемом для удаления влаги.In the development of mounted microwave units can be used microwave technology used in such sectors of the economy as wood drying, food processing. In wood drying, powerful microwave devices (over 40-60 kW) are used, in the creation and production of which the country is at the forefront. Multi-cavity klystrons are ideally suited for use in equipment to remove ice and ice on roads, sidewalks and building elements. For klystrons, the longitudinal size of the collector is not related to the wavelength, therefore, at powers up to 10 kW, air cooling can be used. The use of air cooling is also preferable due to the fact that hot air is used for additional heating of the product. Widely used continuous klystrons have a power of 25-50 kW with an efficiency of 45-50% in the range of 2450 MHz, and the use of multi-beam klystrons will significantly increase the durability and power output in the short-wave range (12.5 cm) used to remove moisture.
Данные выявленные источники информации отражают уровень техники на сегодняшний день в части применения сверхвысокочастотной энергии типа СВЧ-излучения для разрушения льда с целью предохранения или очистки объекта.These identified information sources reflect the state of the art today regarding the use of microwave energy such as microwave radiation to destroy ice in order to protect or clean the object.
Электромагнитное поле, радиационное облучение, ультразвуковые волны Электромагнитные поля высокой интенсивности в диапазонах высоких (ВЧ) и сверхвысоких (СВЧ) (к СВЧ-диапазону относятся электромагнитные волны начиная с частоты 433, 920 МГц и выше) частот довольно широко используются во многих современных технологических процессах, применяемых в промышленности, медицине, науке и технике, когда необходим эффективный объемный нагрев неметаллических материалов, когда обычный контактный нагрев таких материалов посредством теплопроводности оказывается малоэффективным. При взаимодействии радиоизлучения со льдом, как и с любым другим диэлектриком, основным процессом в среде является диэлектрический нагрев, причем при воздействии, как показали эксперименты, на пресноводный поликристаллический лед сильного электромагнитного поля (Е-4 кВ/см, /=40,68 МГц) через 1,5-2 с происходит нарушение оптической и механической однородности, через 3-4 с появляются включения объемной воды, а через 7-8 с наступает стадия интенсивного растрескивания облучаемого образца, заканчивающегося полным распадом на отдельные кристаллы. Поглощение энергии в основном происходит на поверхности и границах зерен, где имеются квазижидкие пленочные включения. Жидкие прослойки растут до появления объемной воды, механическая прочность при этом падает. Мощное СВЧ электромагнитное поле оказывает сильное влияние также и на структуру и свойства морского соленого льда. При поглощении мощности, равной 0,25 Вт/см, значительно понижается предел прочности льда при сжатии за счет быстрого повышения температуры и интенсивного стекания рассола из объема льда, в результате чего образуется рыхлая «сотовая» структура, легко поддающаяся механическому воздействию. Эффект разупрочнения льда пропорционален его солености, так как с ее ростом увеличивается удельное поглощение СВЧ-энергии в морском льду. Но при плавлении на поверхности льда образуется пленка воды, обладающая высокой диэлектрической проницаемостью и тем самым «экранирующая» образец.Electromagnetic field, radiation exposure, ultrasonic waves High intensity electromagnetic fields in the high (HF) and ultrahigh (microwave) ranges (the microwave range includes electromagnetic waves starting from the frequency of 433, 920 MHz and higher) frequencies are quite widely used in many modern technological processes used in industry, medicine, science and technology, when effective volumetric heating of non-metallic materials is required, when conventional contact heating of such materials through thermal conductivity It proves ineffective. In the interaction of radio emission with ice, as with any other dielectric, the main process in the medium is dielectric heating, and when exposed to, as shown by experiments, fresh-water polycrystalline ice of a strong electromagnetic field (E-4 kV / cm, / = 40.68 MHz ) after 1.5–2 s, optical and mechanical homogeneity is violated, bulk water inclusions appear after 3-4 s, and after 7–8 s, the stage of intense cracking of the irradiated sample begins, which ends with complete decay into individual crystals. Energy absorption mainly occurs on the surface and grain boundaries, where there are quasi-liquid film inclusions. Liquid layers grow before the appearance of bulk water, while mechanical strength decreases. A powerful microwave electromagnetic field also has a strong effect on the structure and properties of sea salt ice. When absorbing a power of 0.25 W / cm, the compressive strength of ice is significantly reduced due to a rapid increase in temperature and intensive runoff of brine from the ice volume, resulting in a loose "honeycomb" structure that is easily amenable to mechanical stress. The effect of softening of ice is proportional to its salinity, since with its increase the specific absorption of microwave energy in sea ice increases. But upon melting, a film of water forms on the ice surface, which has a high dielectric constant and thereby “shields” the sample.
Таким образом, применение СВЧ-излучения энергозатратно и требует соответствующей аппаратуры, которая должна функционировать автономно на платформе и питать излучатели. Это энергетически перегружает функциональное оборудование платформы и приводит к энергетической неэффективности применения СВЧ-систем для ослабления ледяного покрова.Thus, the use of microwave radiation is energy-consuming and requires appropriate equipment, which should function autonomously on the platform and power the emitters. This energetically overloads the functional equipment of the platform and leads to the energy inefficiency of using microwave systems to weaken the ice cover.
Кроме того, применение такого высокочастотного излучения, как СВЧ, приводит к ослаблению структуры ледяного покрытия за счет диэлектрического нагрева, приводящего к нарушению оптической и механической однородности с появлением включений объемной воды, которая должна приводить к растрескиванию льда. Но поглощение энергии в основном происходит на поверхности и границах зерен, где имеются квазижидкие пленочные включения. Именно это и обуславливает повышенный расход электроэнергии на создание быстрого повышения температуры при затратах мощности излучения 0,25 Вт/см. Но при этом эффект растрескивания льда прямо зависит от скорости нагрева, так как появляющаяся на поверхности ледового покрытия вода (водная пленка) начинает работать для такого типа излучения, как защитный экран.In addition, the use of such high-frequency radiation as microwave leads to a weakening of the structure of the ice cover due to dielectric heating, leading to a violation of optical and mechanical uniformity with the appearance of inclusions of bulk water, which should lead to cracking of ice. But energy absorption mainly occurs on the surface and grain boundaries, where there are quasi-liquid film inclusions. This is what causes the increased energy consumption to create a rapid increase in temperature at a radiation power cost of 0.25 W / cm. But at the same time, the effect of ice cracking directly depends on the heating rate, since the water (water film) that appears on the surface of the ice coating begins to work for such a type of radiation as a protective shield.
Рассмотренные аналоги показывают, что применение высокочастотной энергии дает возможность ослабить структурные связи в ледяном пасте, но в этих решениях не рассматриваются вопросы, связанные непосредственно с механическим разрушением ледяного покрова, которое должно присутствовать в этих способах как составная часть процесса. Вопрос разрушения ледяного покрытия становится важным, если говорить о стационарных морских инженерных сооружениях типа буровых систем или буровых платформ, монтируемых в море на колоннах или стоечных инженерных системах, для таких опорных элементов платформы нежелательны контакты даже с небольшими льдинами. Поэтому вопрос ослабления связей в льде прямо связан с разрушением этого ослабленного льда до состояния размеров, не представляющих опасности для опорных конструкций. Более того, желательным является вообще отвод этих кусков или льдин от зоны расположения стационарных морских инженерных сооружений.The considered analogues show that the use of high-frequency energy makes it possible to weaken the structural bonds in the ice paste, but these solutions do not address issues directly related to the mechanical destruction of the ice cover, which should be present in these methods as part of the process. The issue of ice cover destruction becomes important when it comes to stationary offshore engineering structures such as drilling systems or drilling platforms mounted in the sea on columns or rack-mount engineering systems; for such supporting elements of the platform, even small ice floes are undesirable. Therefore, the issue of weakening bonds in ice is directly related to the destruction of this weakened ice to a state of dimensions that are not dangerous for supporting structures. Moreover, it is generally desirable to divert these pieces or ice from the zone of location of stationary marine engineering structures.
Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в снижении энергозатрат и трудоемкости разрушения льда и увеличении производительности при создании возможности гарантированно дефрагментировать ледяной покров при сохранении вокруг буровой установки акватории, не покрытой льдом.The present invention is aimed at achieving a technical result, which consists in reducing the energy consumption and the complexity of the destruction of ice and increasing productivity while creating the possibility of guaranteed defragmentation of the ice cover while maintaining around the drilling rig water areas that are not covered with ice.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для защиты морского стационарного сооружения от дрейфующего льда или ледового покрытия, представляющем собой расположенные на расстоянии от морского стационарного сооружения излучатели сверхвысокочастотной энергии, связанные электрически с источником преобразования электроэнергии в энергию сверхвысокой частоты, в качестве излучателей сверхвысокочастотной энергии использованы ультразвуковые излучатели, а устройство снабжено окружающим морское стационарное сооружение цилиндрообразной формы кольцевым ограждением из бетона, на часть своей высоты погружаемым в морскую воду, на наружной поверхности боковой стенки которого в шахматном порядке размещены выполненные ультразвуковыми излучатели, при этом указанное кольцевое ограждение выполнено из соединяемых между собой модулей, каждый из которых представляет собой часть стенки кольцевого ограждения, которое установлено с возможностью вращения вокруг стационарно морского установленного сооружения.The specified technical result is achieved by the fact that in the device for protecting a marine stationary structure from drifting ice or ice cover, which is located at a distance from the marine stationary structure, microwave energy emitters, connected electrically to a source of converting electricity into microwave energy, as microwave energy emitters ultrasonic emitters are used, and the device is equipped with a marine stationary enclosure surrounding the cylindrical shape of the ring of concrete, immersed to part of its height in sea water, on the outer surface of the side wall of which are made in a checkerboard pattern made by ultrasonic emitters, while the specified annular fence is made of interconnected modules, each of which is a part of the wall an annular fence, which is installed with the possibility of rotation around a stationary marine installed structure.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.These features are significant and are interconnected with the formation of a stable set of essential features sufficient to obtain the desired technical result.
Настоящее изобретение поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.The present invention is illustrated by a specific example of execution, which, however, is not the only possible, but clearly demonstrates the possibility of achieving the desired technical result.
На фиг. 1 показано устройство для защиты морского стационарного сооружения от дрейфующего льда или ледового покрытия, вид сбоку;In FIG. 1 shows a device for protecting a marine stationary structure from drifting ice or ice cover, side view;
На фиг. 2 - вид в плане на кольцевое ограждение.In FIG. 2 is a plan view of a ring fence.
Согласно настоящему изобретению рассматривается новая конструкция устройства для защиты морского стационарного сооружения от дрейфующего льда или ледового покрытия в течение круглого года эксплуатации в арктических и субарктических районах, где присутствует ледовое покрытие постоянно или сезонно. Устройство позволяет обеспечивать морские буровые работы и в то же время выдержать общую или локальную ледовую нагрузку, которая присутствует при ежегодных сезонных появлениях льда (в том числе дрейфующего льда). Устройство защиты повышает эффективность разрушения льда, тем самым обеспечивает круглогодичное бурение скважин.According to the present invention, a novel design of a device for protecting an offshore stationary structure from drifting ice or ice cover during the whole year of operation in the Arctic and subarctic regions where ice cover is present constantly or seasonally is contemplated. The device allows for offshore drilling operations and at the same time to withstand the general or local ice load, which is present during the annual seasonal occurrence of ice (including drifting ice). The protection device increases the efficiency of ice destruction, thereby ensuring year-round drilling of wells.
Эффективность борьбы с ледовым покрытием осуществляется посредством ультразвукового динамического кольца, которое представляет собой бетонное кольцо, на котором находятся источники ультразвукового излучения (УЗИ). Ультразвуковая волна, проходя через излучатели УЗИ, дробит лед и одновременно выделяет тепло. Так как кольцо динамическое (то есть имеет возможность вращения или возвратного поворота), и источники УЗИ расположены в шахматном порядке, дроблению будут подвержены все слои льда. УЗДК состоит из модулей, что упрощает его монтаж и транспортировку. Ультразвуковая установка спроектирована на основе уже существующего ультразвукового гомогенизатора фирмы Bandelin Sonopuls HD.The effectiveness of the fight against ice is carried out by means of an ultrasonic dynamic ring, which is a concrete ring on which there are sources of ultrasonic radiation (ultrasound). An ultrasonic wave, passing through ultrasound transducers, crushes ice and at the same time releases heat. Since the ring is dynamic (that is, it can rotate or reverse), and the ultrasound sources are staggered, all layers of ice will be crushed. UZDK consists of modules, which simplifies its installation and transportation. The ultrasonic unit is designed on the basis of the already existing ultrasonic homogenizer company Bandelin Sonopuls HD.
Согласно изобретению заявленное устройство для защиты морского стационарного сооружения 1 от дрейфующего льда 2 или ледового покрытия представляет собой цилиндрообразной формы ограждение 3 из железобетона, окружающее морское стационарное сооружение 1 (фиг. 1 и 2). Под морским стационарным сооружением 1 понимается, например, буровая арктическая платформа круглогодичного действия для бурения морских скважин. Конкретная конструкция такой платформы не рассматривается, так как она не является существенной частью заявленного изобретения.According to the invention, the claimed device for protecting a marine
Это ограждение 3 на часть своей высоты погружено в морскую воду, а часть ограждения расположена над уровнем 4 морской воды. Параметры глубины погружения или высоты возвышения по отношению к уровню морской воды определяются по среднестатистическим данным толщин ледового покрытия в данном районе и параметрами его части, находящейся в погружении, и части, возвышающейся над уровнем воды.This
Так как ограждение представляет собой силовую конструкцию, которая должна выдерживать заданное давление от ледовой нагрузки, то предпочтительно это ограждение выполнять из тех материалов, которые могут такую нагрузку выдерживать. Разработчики остановились на применении железобетона, как хорошо освоенного промышленностью материала, из которого можно изготовить силовую конструкцию. Ограждение собирают из отдельных соединяемых между собой модулей, каждый из которых представляет собой часть стенки ограждения. Модуль в сборке ограждения могут жестко соединяться между собой с образованием закольцованной конструкции или иметь некоторую подвижность (каждый модуль связан со смежно расположенными модулями посредством, например, цепей). Подвижность связей позволяет перераспределить превышение нагрузки на один из модулей за счет его перемещения и смещения смежных модулей. Возможно применение и других материалов или схем решения ограждения, главное, чтобы это ограждение представляло собой прочную стену. Соленость мирового океана изменяется в незначительных пределах и составляет 34-35 г/л. Значение рН обычно равно 7,8-8,3. Атлантический океан, например, содержит около 11 г Na+, 20 г Сl-, 2,9 г SO42- и 1,4 г Mg2+ на литр, а также в меньших количествах К+, Са2+, Вr-, НСО3- (0,08 г/л). Для снижения разрушающих бетон процессов от воздействия соленой воды и внешней среды в целом наружная поверхность бетонного ограждения покрывается защитным материалом. В качестве агрессивных процессов, разрушающих бетон в морской воде, считаются: коррозия, вызываемая сернокислым магнием, коррозия, вызываемая углекислотой, коррозия, вызываемая действием бактерий, коррозия бетона над верхним уровнем воды. Для дополнительной обработки поверхности бетона уже многие годы успешно применяются такие материалы, как: MC-DUR 1277 WV и Emcephob SX, который наносится спустя 3-4 недели после нанесения MC-DUR 1277 WV. MC-DUR 1277 WV состоит из двухкомпонентной эпоксидной смолы, содержащей растворитель. Материал обладает низкой вязкостью и значительно улучшает химическую и механическую сопротивляемость бетона. A Emcephob SX - это материал на основе силоксана, обладающий низкой вязкостью. Благодаря эффекту гидрофобизации значительно улучшаются износостойкость и защитные свойства бетона. Дополнительная морозостойкость и устойчивость к солям, содержащимся в талых водах, достигается благодаря закрытию пор бетонной поверхности. Необходимость получения закрытых пор обуславливается испарением воды с поверхности бетона через открытые поры. Представленная защитная система была использована в акватории порта г. Гамбург (Германия), и ее эффективность подтверждается в ходе многолетнего контроля за состоянием бетонных конструкций порта ("Технология защиты железобетонных конструкций от воздействия морской воды", http://bitumplus.net/cats/11004676/11004679/11004679-0.pdf).Since the fence is a power structure that must withstand a given pressure from the ice load, it is preferable to make this fence from those materials that can withstand such a load. The developers focused on the use of reinforced concrete, as a material well developed by industry, from which a power structure can be made. The fence is assembled from separate interconnected modules, each of which is a part of the fence wall. The module in the fencing assembly can be rigidly interconnected to form a loop structure or have some mobility (each module is connected to adjacent modules by, for example, chains). The mobility of the bonds allows you to redistribute the excess load on one of the modules due to its movement and displacement of adjacent modules. It is possible to use other materials or schemes for solving the fence, the main thing is that this fence should be a solid wall. The salinity of the oceans varies insignificantly and amounts to 34-35 g / l. The pH value is usually 7.8-8.3. The Atlantic Ocean, for example, contains about 11 g of Na +, 20 g of Cl-, 2.9 g of SO42- and 1.4 g of Mg2 + per liter, as well as in smaller amounts of K +, Ca2 +, Br-, НСО3- (0.08 g / l). To reduce the processes destroying concrete from the effects of salt water and the environment as a whole, the outer surface of the concrete fence is covered with a protective material. The aggressive processes that destroy concrete in sea water are: corrosion caused by magnesium sulfate, corrosion caused by carbon dioxide, corrosion caused by the action of bacteria, corrosion of concrete above the upper water level. For many years, additional materials have been successfully used for additional surface treatment of concrete, such as: MC-DUR 1277 WV and Emcephob SX, which is applied 3-4 weeks after applying MC-DUR 1277 WV. MC-DUR 1277 WV consists of a two-component epoxy resin containing a solvent. The material has a low viscosity and significantly improves the chemical and mechanical resistance of concrete. A Emcephob SX is a low viscosity, siloxane based material. Thanks to the hydrophobization effect, the wear resistance and protective properties of concrete are significantly improved. Additional frost resistance and resistance to salts contained in melt water is achieved by closing the pores of the concrete surface. The need to obtain closed pores is determined by the evaporation of water from the concrete surface through open pores. The presented protective system was used in the water area of the port of Hamburg (Germany), and its effectiveness is confirmed in the course of many years of monitoring the condition of the concrete structures of the port ("Technology for the protection of reinforced concrete structures from the effects of sea water", http://bitumplus.net/cats/ 11004676/11004679 / 11004679-0.pdf).
В качестве защитного покрытия для бетона могут использоваться битумные эмульсии, наносимые распылением или в ручную холодным способом, и другие материалы: полиуритан, полиурия, полиуртан\полиурия, эпоксидные и на основе цементов, устойчивых в морской воде (сульфатостойкие, шлакоцементы).As a protective coating for concrete, bituminous emulsions can be used, sprayed or manually cold applied, and other materials: polyurethane, polyuria, polyurethane \ polyuria, epoxy and based on cements that are resistant to sea water (sulfate-resistant, slag cements).
Для удержания замкнутого ограждения 3 на воде с частичным его погружением по высоте в морскую воду могут использоваться понтоны 5 или поплавки, изготовляемые, например, из химически стойкого к углеводородам плиточного пенопласта ГГХВ-1, прикрепляемые к внутренней стенке ограждения. Это простое решение позволяет регулировать глубину погружения за счет изменения объемов водоизмещения.To keep the
Для гарантированного расположения ограждения на расстоянии от морского стационарного сооружения могут использоваться любые средства, позволяющие не приближаться ограждению к сооружению. В рамках настоящего изобретения ограждение выполняется с возможностью его поворачивания возвратно-поступательно в некотором угловом диапазоне или с возможностью вращения вокруг морского стационарного сооружения. Технически это возможно, например, за счет применения водометного движителя, связанного с ограждением или с одним из понтонов. Поворотное или вращательное движение ограждения необходимо для расширения зоны воздействия излучателей 6 высокочастотных волн, смонтированных на наружной стенке ограждения. Данное движение ограждения носит периодический характер и привод включается только в режиме повышения активации действия излучателей. Этот привод позволяет для каждого излучателя расширить зону его воздействия на рядом расположенное ледовое покрытие. Поворачиваемость ограждения также решает задачу исключения влияния сломанного или переставшего работать по каким-то причинам излучателя, так как при повороте его зону действия будет охватывать смежный излучатель.For the guaranteed location of the fence at a distance from the offshore stationary structure, any means can be used to keep the fence from approaching the structure. In the framework of the present invention, the fence is made with the possibility of its rotation reciprocating in a certain angular range or with the possibility of rotation around a marine stationary structure. Technically, this is possible, for example, through the use of a water-jet propulsion connected with the fence or with one of the pontoons. Rotary or rotational movement of the fence is necessary to expand the zone of influence of the
В рамках данного изобретения конкретное решение привода поворота или вращения ограждения не рассматривается, так как не относится к теме разрушения льда.In the framework of the present invention, a specific solution to drive rotation or rotation of the fence is not considered, since it does not relate to the topic of ice destruction.
Расположенные на расстоянии от морского стационарного сооружения излучатели сверхвысокочастотной энергии связаны электрически с источником преобразования электроэнергии в энергию сверхвысокой частоты. В качестве излучателей 6 сверхвысокочастотной энергии использованы ультразвуковые излучатели (пьезокерамические), которые смонтированы на наружной поверхности боковой стенки ограждения с обращением в сторону ледового покрытия. На этой стенке ультразвуковые излучатели 6 расположены со смещением относительно один другого по высоте и по наружному периметру этого сооружения (например, в шахматном порядке) (фиг. 1). При таком расположении обеспечивается максимально возможная по расширению зона облучения, то есть при узком луче излучения создается точечное поле точек воздействия на лед. А при повороте или при вращении точечное воздействие переходит в линейное перемещение точки.Microwave emitters located at a distance from the offshore stationary structure are electrically connected to a source for converting electricity to microwave energy. As the
Выбор в качестве высокочастотного излучения ультразвуковых волн обусловлен природой их воздействия на жидкостную среду.The choice of ultrasonic waves as high-frequency radiation is determined by the nature of their effect on the liquid medium.
Ультразвук - звуковые волны, имеющие частоту выше воспринимаемых человеческим ухом, обычно, под ультразвуком понимают частоты выше 20000 Герц. Частота ультразвуковых колебаний, применяемых в промышленности и биологии, лежит в диапазоне от нескольких десятков КГц до единиц МГц. Высокочастотные колебания обычно создают с помощью пьезокерамических преобразователей, например, из титанита бария. В рамках настоящего изобретения речь идет об излучателях - электроакустических преобразователях, преобразующих уже заданные колебания электрического напряжения или тока в механическое колебание твердого тела, которое и излучает в окружающую среду акустические волны. Применение ультразвука для механической очистки основано на возникновении под его воздействием в жидкости различных нелинейных эффектов. К ним относятся кавитация, акустические течения, звуковое давление. Основную роль играет кавитация. Ее пузырьки, возникая и схлопываясь вблизи загрязнений, разрушают их. Этот эффект известен как кавитационная эрозия. Используемый для этих целей ультразвук имеет низкую частоту и повышенную мощность. Распространение ультразвука - это процесс перемещения в пространстве и во времени возмущений, имеющих место в звуковой волне.Ultrasound - sound waves having a frequency higher than those perceived by the human ear, usually, by ultrasound they mean frequencies above 20,000 Hertz. The frequency of ultrasonic vibrations used in industry and biology lies in the range from several tens of KHz to units of MHz. High-frequency oscillations are usually created using piezoelectric transducers, for example, of barium titanite. In the framework of the present invention we are talking about emitters - electro-acoustic transducers that convert already specified fluctuations in the voltage or current into mechanical vibrations of a solid, which emits acoustic waves into the environment. The use of ultrasound for mechanical cleaning is based on the appearance of various nonlinear effects in a liquid under its influence. These include cavitation, acoustic currents, sound pressure. The main role is played by cavitation. Its bubbles, arising and collapsing near contaminants, destroy them. This effect is known as cavitation erosion. The ultrasound used for these purposes has a low frequency and increased power. The propagation of ultrasound is the process of moving in space and in time the disturbances that occur in a sound wave.
Звуковая волна распространяется в веществе, находящемся в газообразном, жидком или твердом состоянии, в том же направлении, в котором происходит смещение частиц этого вещества, то есть она вызывает деформацию среды. Деформация заключается в том, что происходит последовательное разряжение и сжатие определенных объемов среды, причем расстояние между двумя соседними областями соответствует длине ультразвуковой волны. Чем больше удельное акустическое сопротивление среды, тем больше степень сжатия и разряжения среды при данной амплитуде колебаний. Частицы среды, участвующие в передаче энергии волны, колеблются около положения своего равновесия. Скорость, с которой частицы колеблются около среднего положения равновесия, называется колебательной скоростью.A sound wave propagates in a substance in a gaseous, liquid, or solid state in the same direction in which the displacement of particles of this substance occurs, that is, it causes a deformation of the medium. The deformation consists in the sequential discharge and compression of certain volumes of the medium, and the distance between two adjacent regions corresponds to the length of the ultrasonic wave. The greater the specific acoustic resistance of the medium, the greater the degree of compression and discharge of the medium at a given vibration amplitude. Particles of the medium involved in the transfer of wave energy oscillate around their equilibrium position. The speed at which particles oscillate around the middle equilibrium position is called the vibrational velocity.
К числу важных нелинейных явлений, возникающих при распространении интенсивного ультразвука в жидкостях, относится акустическая кавитация - рост в ультразвуковом поле пузырьков из имеющихся субмикроскопических зародышей газа или пара в жидкостях до размеров в доли мм, которые начинают пульсировать с частотой ультразвука и захлопываются в положительной фазе давления. При захлопывании пузырьков газа возникают большие локальные давления порядка тысяч атмосфер, образуются сферические ударные волны. Возле пульсирующих пузырьков образуются акустические микропотоки. Ультразвук, при которых используется ультразвуковая кавитация в технологических целях, лежат в области УНЧ.Important nonlinear phenomena that occur during the propagation of intense ultrasound in liquids include acoustic cavitation - the growth of bubbles in an ultrasonic field from existing submicroscopic nuclei of gas or vapor in liquids to sizes in fractions of mm, which begin to pulsate with the frequency of ultrasound and collapse in the positive pressure phase . When gas bubbles collapse, large local pressures of the order of thousands of atmospheres arise, spherical shock waves form. Acoustic microflows form near pulsating bubbles. Ultrasound, which uses ultrasonic cavitation for technological purposes, lies in the field of ULF.
Акустическая кавитация возникает при прохождении звуковых волн высокой интенсивности и амплитуды, превосходящей пороговую величину. Для воды и водных растворов порог кавитации возрастает по мере снижения содержания газа в жидкости, при увеличении гидростатического давления, после "сжатия" газа в жидкости (~10 Па) гидростатическим давлением или при увеличении частоты звука. При импульсном ультразвуковом воздействии порог кавитации зависит от длительности импульса и достигает максимума при 0,06-0,6 мкс.Acoustic cavitation occurs when sound waves of high intensity and amplitude exceed the threshold value. For water and aqueous solutions, the cavitation threshold increases as the gas content in the liquid decreases, with an increase in hydrostatic pressure, after the gas "compresses" in the liquid (~ 10 Pa) by hydrostatic pressure, or with an increase in the sound frequency. With pulsed ultrasonic exposure, the cavitation threshold depends on the pulse duration and reaches a maximum at 0.06-0.6 μs.
Физический процесс кавитации близок процессу закипания жидкости. Жидкость вскипает, и образуются кавитационные парогазовые пузырьки микроскопических размеров. Кавитационные пузырьки образуются в местах, где давление в жидкости становится ниже Накопление газа в пузырьке, обусловливающее рост среднего размера пузырька в поле переменного давления, называется выпрямленной, или направленной, диффузией. Диффузионный механизм обеспечивает сравнительно медленный рост пузырьков, и при высокой частоте ультразвука они совершают значительное число пульсаций, прежде чем достигнут резонансных размеров. Амплитуда пульсации пузырька с резонансными размерами (для данной частоты ультразвука) максимальна. Повышение интенсивности ультразвука приводит к нестабильной кавитации: пузырьки довольно быстро (за несколько периодов) достигают резонансного размера, стремительно расширяются, после чего резко захлопываются, создавая кратковременные (длительностью ~10-6 с) мощные импульсы давления (до 108 Па и выше) и ударные волны, способные разрушить даже прочные материалы. Захлопывание пузырьков сопровождается значительным ударным воздействием. При захлопывании содержащаяся в пузырьке парогазовая смесь, адиабатически (не успевая обменяться теплом с окружающей средой) сжимается до давления 105 Па (300 атм) и нагревается до температур порядка нескольких тысяч градусов (8000-12000 К). Весь процесс увеличения и захлопывания пузырьков происходит в течение нескольких миллисекунд. Давление внутри пузырьков и в воде достигает сотен MПa, а температура - нескольких тысяч градусов, что вызывает распад молекул воды и образование радикалов с высокой химической активностью (ст. "Кавитация". О.В. Мосин, к.х.н., доц., 05.05.2015).The physical process of cavitation is close to the process of boiling a liquid. The liquid boils, and microscopic-sized cavitation vapor-gas bubbles form. Cavitation bubbles form in places where the pressure in the liquid becomes lower. The accumulation of gas in the bubble, causing the average size of the bubble to grow in the field of variable pressure, is called straightened, or directed, diffusion. The diffusion mechanism provides a relatively slow growth of bubbles, and at a high frequency of ultrasound they make a significant number of pulsations before they reach the resonant sizes. The amplitude of the pulsation of a bubble with resonant dimensions (for a given ultrasound frequency) is maximum. An increase in the intensity of ultrasound leads to unstable cavitation: the bubbles quickly (over several periods) reach a resonant size, expand rapidly, and then collapse sharply, creating short-term (~ 10 -6 s) powerful pressure pulses (up to 10 8 Pa and above) and shock waves that can destroy even durable materials. The collapse of the bubbles is accompanied by a significant impact. When collapsing, the vapor-gas mixture contained in the bubble adiabatically (not having time to exchange heat with the environment) is compressed to a pressure of 105 Pa (300 atm) and heated to temperatures of the order of several thousand degrees (8000-12000 K). The entire process of increasing and collapsing bubbles occurs within a few milliseconds. The pressure inside the bubbles and in the water reaches hundreds of MPa, and the temperature reaches several thousand degrees, which causes the decomposition of water molecules and the formation of radicals with high chemical activity (station "Cavitation". OV Mosin, Ph.D., Assoc. ., 05/05/2015).
Таким образом, применение ультразвуковых волн для воздействия на ледовое покрытие позволяет практически в минимальный промежуток времени разрушить структуру льда за счет формирования трещин из-за кавитационного процесса. При этом процессе повышение давления в области жидкой или квазижидкой фазы приводит к появлению разрывающих усилий без нагрева или разогрева льда. Применение данного вида излучения позволяет одновременно решить две задачи: ослабление связей в структуре льда и дефрагментация льда на отдельные куски. При этом важным является то, что протекание процесса деструкции льда проводится в течение нескольких миллисекунд, что позволяет, учитывая скорость перемещения льда или льдины или скорость нарастания ледового покрытия, гарантированно разрушать лед до того, как он физически достигнет ограждения (имеется в виду контакт с ограждением). В отличие от СВЧ-излучения появление водяной пленки будет приводить к спонтанному усилению процесса кавитации в зоне перед ограждением. Таким образом, перед ограждением во время сеанса ультразвукового излучения всегда будет зона, свободная от монолитного льда. Куски льда будут подхватываться морским течением и, огибая ограждение, проходить мимо. Если какие-то куски льда все-таки вступят в контакт с ограждением, то благодаря обтекаемой форме ограждения, они проскользят по периметру ограждения и будут увлечены течением. В любом случае, те куски льда, которые не будут подвергнуты полной деструкции, не окажут отрицательного влияния на ограждение и на защищаемое им морское стационарное сооружение.Thus, the use of ultrasonic waves to act on the ice cover makes it possible to destroy the ice structure due to the formation of cracks due to the cavitation process in a minimum amount of time. In this process, an increase in pressure in the region of the liquid or quasi-liquid phase leads to the appearance of tensile forces without heating or heating the ice. The use of this type of radiation allows us to simultaneously solve two problems: weakening the bonds in the ice structure and defragmenting the ice into separate pieces. At the same time, it is important that the process of ice destruction takes place within a few milliseconds, which allows, given the speed of movement of ice or ice or the rate of rise of the ice cover, it is guaranteed to destroy the ice before it physically reaches the fence (meaning contact with the fence ) Unlike microwave radiation, the appearance of a water film will lead to a spontaneous intensification of the cavitation process in the zone in front of the fence. Thus, in front of the fence during the ultrasonic radiation session there will always be a zone free of monolithic ice. Pieces of ice will be picked up by the sea current and, passing around the fence, pass by. If some pieces of ice nevertheless come into contact with the fence, then due to the streamlined shape of the fence, they will slip along the perimeter of the fence and will be carried away by the flow. In any case, those pieces of ice that will not be subjected to complete destruction will not adversely affect the fence and the marine stationary structure protected by it.
В настоящее время излучатели ультразвуковых волн широко применяются в промышленности, например, в области чистки и очистки (в области силового воздействия, работающего на грани кавитации). Например, проведенные исследования О.Г. Павленко, работающего в области создания ультразвуковых излучателей, позволили создать эффективные малогабаритные излучатели простой конструкции (RU 110302, 60791, 3704).At present, ultrasonic wave emitters are widely used in industry, for example, in the field of cleaning and cleaning (in the field of force acting on the verge of cavitation). For example, studies by O.G. Pavlenko, working in the field of creating ultrasonic emitters, allowed to create efficient small-sized emitters of a simple design (RU 110302, 60791, 3704).
Разработанный О.Г.Павленко малогабаритный полуволновой пьезоэлектрический ультразвуковой преобразователь содержит последовательно соединенные между собой пассивную накладку из стали, пьезоэлементы, связанные электрически с генератором формирования частоты ультразвуковых колебаний, и излучающую накладку из алюминия или алюминиевого сплава или дюралюминия, выполненную в виде усеченного конуса, меньшим основанием прикрепленного к пьезоэлементу, при этом излучающая и пассивная накладки выполнены разной высоты, а отношение высоты пассивной накладки к высоте излучающей накладки выполнено равным или большим единицы при количестве пьезоэлементов, равном двум и более парам. Для работы пьезоэлектрического устройства используется ультразвуковой генератор, конструкция которого описана в RU №3704. Электрические сигналы, сформированные генератором в виде пачек радиоимпульсов (или в непрерывном режиме) ультразвуковой частоты, через блоки защиты от перегрузки поступают на соответствующие усилители мощности и далее посредством герметичных кабелей на ультразвуковые пьезоэлектрические излучатели. С помощью блоков автоматической подстройки частоты, введенных в цепи обратной связи каждого канала, производится необходимая корректировка выходных частот радиоимпульсов (или непрерывных колебаний) ультразвуковых генераторов до появления режима развитой кавитации.The small-sized half-wave piezoelectric ultrasonic transducer developed by OG Pavlenko contains a passive steel plate in series, piezoelectric elements connected electrically to the generator for generating the frequency of ultrasonic vibrations, and a radiating plate made of aluminum or aluminum alloy or duralumin, made in the form of a truncated cone, smaller the base attached to the piezoelectric element, while the radiating and passive plates are made of different heights, and the ratio of the height pa sivivnogo pads to the height of the radiating pads made equal to or greater than one when the number of piezoelectric elements equal to two or more pairs. For the operation of the piezoelectric device, an ultrasonic generator is used, the design of which is described in RU No. 3704. Electrical signals generated by the generator in the form of packs of radio pulses (or in continuous mode) of ultrasonic frequency are fed through the overload protection units to the corresponding power amplifiers and then through hermetic cables to the ultrasonic piezoelectric emitters. Using the blocks of automatic frequency adjustment introduced into the feedback circuit of each channel, the necessary adjustment of the output frequencies of the radio pulses (or continuous oscillations) of the ultrasonic generators is performed until the developed cavitation mode appears.
Ультразвуковые излучатели выполняются малогабаритными и прикрепляются к наружной стенке железобетонного ограждения. Для этого в стенке могут быть сформированы гнезда для утопленного расположения излучателей и с целью их защиты от внешнего силового воздействия, например, от кусков льда.Ultrasonic emitters are small-sized and are attached to the outer wall of a reinforced concrete fence. For this, nests can be formed in the wall for the recessed arrangement of the emitters and for the purpose of protecting them from external force, for example, from pieces of ice.
Настоящее изобретение промышленно применимо и может быть изготовлено с использованием современных технологий бетонного строительства и ультразвуковой техники.The present invention is industrially applicable and can be manufactured using modern technologies of concrete construction and ultrasonic technology.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016115824A RU2626152C1 (en) | 2016-04-25 | 2016-04-25 | Device for protection of marine stationary construction from drifting ice or ice coating |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016115824A RU2626152C1 (en) | 2016-04-25 | 2016-04-25 | Device for protection of marine stationary construction from drifting ice or ice coating |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2626152C1 true RU2626152C1 (en) | 2017-07-21 |
Family
ID=59495712
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016115824A RU2626152C1 (en) | 2016-04-25 | 2016-04-25 | Device for protection of marine stationary construction from drifting ice or ice coating |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2626152C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU549546A1 (en) * | 1973-01-02 | 1977-03-05 | Рязанский Технический Участок Управления Канала Имени Москвы | The way to deal with sludge |
SU1569384A1 (en) * | 1985-03-29 | 1990-06-07 | Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по проблемам освоения нефтяных и газовых ресурсов континентального шельфа | Ice-proof offshore platform |
RU2231593C1 (en) * | 2002-11-25 | 2004-06-27 | Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Method of breaking ice cover |
CN102619238A (en) * | 2012-04-18 | 2012-08-01 | 中国水电顾问集团中南勘测设计研究院 | Device for reducing ice load of ocean engineering structure by using electric heating unit |
RU2465399C2 (en) * | 2010-07-01 | 2012-10-27 | Юрий Михайлович Киселёв | Method of breaking up sea ice and apparatus for realising said method |
-
2016
- 2016-04-25 RU RU2016115824A patent/RU2626152C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU549546A1 (en) * | 1973-01-02 | 1977-03-05 | Рязанский Технический Участок Управления Канала Имени Москвы | The way to deal with sludge |
SU1569384A1 (en) * | 1985-03-29 | 1990-06-07 | Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по проблемам освоения нефтяных и газовых ресурсов континентального шельфа | Ice-proof offshore platform |
RU2231593C1 (en) * | 2002-11-25 | 2004-06-27 | Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Method of breaking ice cover |
RU2465399C2 (en) * | 2010-07-01 | 2012-10-27 | Юрий Михайлович Киселёв | Method of breaking up sea ice and apparatus for realising said method |
CN102619238A (en) * | 2012-04-18 | 2012-08-01 | 中国水电顾问集团中南勘测设计研究院 | Device for reducing ice load of ocean engineering structure by using electric heating unit |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Yao et al. | Power ultrasound and its applications: A state-of-the-art review | |
KR101005172B1 (en) | Method and electro acoustic device for stimulation of mass transfer processes that increase production capacity of wells | |
Luo et al. | Phase separation technology based on ultrasonic standing waves: A review | |
KR20140139548A (en) | Acoustophoretic multi-component separation technology platform | |
EP2525727A2 (en) | Apparatuses and systems for generating high-frequency shockwaves, and methods of use | |
WO2015074034A1 (en) | Acoustic fracturing of rock formations | |
US20210139115A1 (en) | Apparatus and Method for Prevention and Treatment of Marine Biofouling | |
RU2626152C1 (en) | Device for protection of marine stationary construction from drifting ice or ice coating | |
EP3234297B1 (en) | Device and method for crushing rock by means of pulsed electric energy | |
CN104645916B (en) | A kind of near sound field ultrasound reactor | |
CN107803330A (en) | A kind of ultrasonic transducer equipment | |
US20100126942A1 (en) | Multi-frequency ultrasonic apparatus and process with exposed transmitting head | |
RU2217344C2 (en) | Method of breaking ice cover | |
Kiani et al. | Ultrasonic assistance for food freezing | |
ES2286297T3 (en) | ULTRASOUND CLEANING SYSTEM, FOR THE CLEANING OF A SERIES OF EXTENSIVE PRODUCTS AVAILABLE IN PARALLEL, SUCH AS CABLES, PROFILES AND PIPES. | |
KR101344812B1 (en) | Cleanig apparatus using ultrasonic energy and Apparatus for water treatment using the same | |
Bogorodsky et al. | Electrophysical Destruction of Ice | |
RU2249076C1 (en) | Method of breaking ice cover | |
RU2250956C1 (en) | Ice jam elimination method | |
JPS58165777A (en) | Thawing method for food frozen in a block of ice | |
RU2710031C1 (en) | Method of ice cover destruction | |
Andrés et al. | Description of an ultrasonic technology for food dehydration process intensification | |
RU2231468C1 (en) | Method of breaking ice cover | |
WO2013188093A2 (en) | Application of high intensity focused ultrasound to the displacement of drilling mud | |
RU2245273C1 (en) | Device for breaking ice cover |