RU2642183C2

RU2642183C2 - Method of increasing carrying capacity of ice cover

Info

Publication number: RU2642183C2
Application number: RU2016115938A
Authority: RU
Inventors: Виктор Михайлович Козин; Виталий Леонидович Земляк; Александра Владимировна Погорелова; Анна Александровна Матюшина; Александр Владимирович Кожаев; Сергей Димидович Чижиумов; Константин Игоревич Ипатов; Владислав Артурович Королев
Original assignee: Виталий Леонидович Земляк
Priority date: 2016-04-22
Filing date: 2016-04-22
Publication date: 2018-01-24
Also published as: RU2016115938A

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: carrying capacity of the crossing ice cover is increased by means of steel pipes lowered vertically to the basin bottom via through openings formed in the ice cover along both edges of the crossing along its entire length. The bottom end of the pipe is made welded, and its upper end projects above the ice surface. The pipes are made in the form of telescopic supports. The connection section of the mobile element of the telescopic support with the fixed one is equipped with a fragment of a coaxial cylinder freely rotating about the vertical symmetry axis of the movable element, the length of which must be not less than the maximum difference in the water level in the basin. On its surface, a screw stud in the form of a two-thread screw is installed. The diameter of the pipes of the mobile, i.e. upper, element must be larger than the fixed, i.e. lower, element, and the ends of the two-thread screws are equipped with cutters.

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 to the bottom of the pool and the ice cover, respectively, and the ice layer of the required thickness freezes on the pipe surfaces, 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 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 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 pipe being welded and its upper end protrudes above the ice surface.

Отличительные: трубы выполняют в виде телескопических опор, при этом участок соединения подвижного элемента телескопической опоры с неподвижным оснащают свободно вращающимся вокруг вертикальной оси симметрии подвижного элемента фрагментом коаксиального цилиндра, длина которого должна быть не меньше максимального перепада уровня воды в водоеме, а на его поверхности устанавливают винтовую наделку в виде двухзаходного шнека. При этом диаметр труб подвижного, т.е. верхнего, элемента должен быть больше неподвижного, т.е. нижнего, элемента, а концы двухзаходных шнеков оснащают резцами.Distinctive: the pipes are made in the form of telescopic supports, while the connection section of the movable element of the telescopic support with the fixed one is equipped with a fragment of a coaxial cylinder that rotates freely around the vertical axis of symmetry of the movable element, the length of which should be not less than the maximum water level difference in the reservoir, and set on its surface screw fitting in the form of a double-auger screw. In this case, the diameter of the rolling pipes, i.e. top, the element must be larger than the fixed, i.e. lower, element, and the ends of double-running augers are equipped with cutters.

Известно (2. Петров И.Г. Выбор наиболее вероятных значений механических характеристик льда. Труды ААНИИ, 1976, т. 331, с. 4-41), что прочность льда при сжатии примерно в 2 раза выше, чем при изгибе или растяжении, и в 4 при срезе или сдвиге, т.е. скалывании.It is known (2. Petrov IG The choice of the most probable values of the mechanical characteristics of ice. Proceedings of the AARI, 1976, v. 331, p. 4-41) that the compressive strength of ice is about 2 times higher than when bending or stretching, and in 4 when shear or shear, i.e. chipping.

Таким образом, если необходимо увеличить несущую способность ледяного покрова, использующегося в качестве ледяной переправы в условиях изменяющегося уровня воды в водоеме, то следует уменьшить неизбежно возникающие на опорах переправы ледоразрущающие нагрузки при колебании уровня воды. Это повысит степень надежности эксплуатации переправы. Для этого необходимо изменить вид нагружения намерзшего на трубе слоя льда: напряжения (растяжения или сжатия), возникающие в естественных условиях, заменить на изгибные или скалывающие (сдвиговые) напряжения путем предлагаемой конструкции.Thus, if it is necessary to increase the bearing capacity of the ice cover used as an ice crossing under conditions of a changing water level in a water body, then the ice-breaking loads that inevitably arise on the crossing supports should be reduced when the water level fluctuates. This will increase the reliability of the operation of the crossing. To do this, it is necessary to change the type of loading of the ice layer frozen on the pipe: stresses (tension or compression) that occur under natural conditions, replace it with bending or shear (shear) stresses by the proposed design.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

В ледяном покрове по обеим сторонам намеченного пути транспортировки грузов сверлят ряды сквозных отверстий. Через них под лед вертикально опускают трубы в виде телескопических опор с одним подвижным и одним неподвижным элементами, оснащенных для обеспечения герметичности участка их соединения, с заваренными нижними концами 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 h, 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 для устранения последствий, т.е. разрушения опоры вследствие колебаний уровня, трубы выполняют в виде телескопических опор. Участок соединения подвижного, т.е. верхнего, элемента телескопической опоры с неподвижным, т.е. нижним, элементом оснащают свободно вращающимся вокруг вертикальной оси симметрии подвижного элемента фрагментом коаксиального цилиндра, длина которого должна быть не меньше максимального перепада уровня воды в водоеме. Это позволит фрагменту всегда находиться в диапазоне колебаний уровня воды, т.е. не выходить за пределы максимальных перепадов уровня. На поверхности коаксиального цилиндра устанавливают винтовую наделку в виде двухзаходного шнека, что обеспечит равномерное внедрение в намерзший слой льда. С целью уменьшения энергозатрат на разрушение льда концы двухзаходных шнеков оснащают резцами, аналогичными, например, шнековыми бурам любителей зимней рыбалки.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 are vertically lowered through the ice, equipped to ensure the tightness of the section of their connection, with the welded lower ends 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 h 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 throughout the entire period of freezing, then to eliminate the consequences, i.e. destruction of the support due to level fluctuations, the pipes are made in the form of telescopic supports. The connection section of the rolling, i.e. the upper element of the telescopic support with a fixed, i.e. the lower element is equipped with a fragment of a coaxial cylinder freely rotating around the vertical axis of symmetry of the moving element, the length of which should be at least the maximum difference in the water level in the reservoir. This will allow the fragment to always be in the range of water level fluctuations, i.e. Do not go beyond the maximum level differences. On the surface of the coaxial cylinder, screw fitting is installed in the form of a double-auger screw, which will ensure uniform penetration into the frozen ice layer. In order to reduce energy costs for the destruction of ice, the ends of double-entry augers are equipped with incisors similar to, for example, screw drills of winter fishing enthusiasts.

Таким образом, при возникновении опасного изменения уровня воды произойдет автоматическая реализация способа увеличения несущей способности ледяного покрова, состоящая из двух этапов. В начале подъема или падения уровня воды благодаря шнекам (их винтовой поверхности) и значительной меньшей прочности льда при сжатии, растяжении, сдвиге или изгибе, они начнут прежде вращаться, чем наступит разрушение опор за счет деформации сжатия или растяжения (см. [2]). Наличие на концах шнеков резцов облегчит этот процесс, что позволит с меньшими энергозатратами ледяному покрову вместе с намерзшим слоем переместиться в соответствующем направлении: при подъеме воды - вверх; при падении - вниз. При этом разрушение льда должно начинаться при минимальных шаге и диаметре шнеков, величины которых предварительно определяют экспериментально-теоретически. Это условие обеспечит максимальную прочность опор и, соответственно, несущую способность ледяного покрова при постоянном или незначительном изменении уровня воды в водоеме, т.к. предлагаемый способ сработает только в критической ситуации. Затем за счет естественного холода на разрушенном участке вновь намерзнет слой льда достаточной толщины и ледяная переправа будет готова к дальнейшей эксплуатации. В весенний период, когда эксплуатация переправы станет опасной, трубы вынимают.Thus, when a dangerous change in water level occurs, an automatic implementation of the method of increasing the bearing capacity of the ice cover will take place, consisting of two stages. At the beginning of the rise or fall of the water level due to the augers (their helical surface) and the significantly lower strength of the ice during compression, tension, shear or bending, they will begin to rotate before breaking the supports due to compression or tension deformation (see [2]) . The presence of incisors at the ends of the screws will facilitate this process, which will allow the ice cover, together with the frozen layer, to move in the corresponding direction with less energy consumption: when the water rises - up; when falling down. In this case, ice destruction should begin at the minimum pitch and diameter of the screws, the values of which are previously determined experimentally and theoretically. This condition will provide maximum strength of the supports and, accordingly, the bearing capacity of the ice cover with a constant or slight change in the water level in the reservoir, because the proposed method will work only in a critical situation. Then, due to the natural cold in the destroyed area, an ice layer of sufficient thickness will freeze again and 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 А-А на фиг. 1.The invention is illustrated graphically, where: in FIG. 1 shows a general view of an ice crossing; in FIG. 2 is a section AA in FIG. one.

В ледяном покрове 1 по обеим сторонам намеченного пути транспортировки грузов 2 сверлятся ряды отверстий 3. Через них под лед опускают трубы 4 с заваренными нижними концами и упирают в дно бассейна 5 (фиг. 1). Трубы 4 выполняют в виде телескопических опор с подвижными 6 и неподвижными 7 элементами (фиг. 2). Подвижный элемент 6 оснащают фрагментом 8, на поверхности которого устанавливают наделку в виде двухзаходного шнека 9 с резцами 10 (фиг. 2).In the ice sheet 1, on both sides of the intended cargo transportation path 2, rows of holes 3 are drilled. Through them, pipes 4 with the welded lower ends are lowered under the ice and abut against the bottom of the pool 5 (Fig. 1). Pipes 4 are made in the form of telescopic supports with movable 6 and fixed 7 elements (Fig. 2). The movable element 6 is equipped with a fragment 8, on the surface of which a clutch is installed in the form of a double-thread screw 9 with cutters 10 (Fig. 2).

Предлагаемое решение позволит достичь заявленный технический результат.The proposed solution will achieve the claimed technical result.

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, while the connection area of the movable element of the telescopic support with the fixed is freely equipped a fragment of a coaxial cylinder rotating around the vertical axis of symmetry of the moving element, the length of which should be not less than the maximum difference in the water level in the reservoir, and screw fitting in the form of a double-entry screw is installed on its surface, while the diameter of the pipes is movable, i.e. top, the element must be larger than the fixed, i.e. lower, element, and the ends of double-running augers are equipped with cutters.