"способ намораживания сооружений из льда и устройство для его осуществления "суперград" (его варианты)"

"способ намораживания сооружений из льда и устройство для его осуществления "суперград" (его варианты)"

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: для производства льда под действием естественных отрицательных teMnepaTyp окружающей среды при строительстве, очистке и опреснении воды замораживанием. Сущность: в объем морозного воздуха через насадку ствола дальнеструйного аппарата подают воду под углом к горизонтальной плоскости с образованием струи, состоящей из капель. Ствол перемещают по прямой или кривой линии вдоль намораживамого сооружения и воду подают в направлении, поперечном траектории перемещения ствола: Измеряя скорость перемещения ствола регулируют льдосодержание в слое осадков. Длину траектории перемещения ствола в плане и скорость определяют по установленной зависимости. Устройство для намораживания сооружений из льда снабжено плавучим транспортным средством, дальнеструйным аппаратом, системой противодействия реактивной силе струи, которая может быть выполнена в виде дополнительного дальнеструйного аппарата или содержать неподвижный анкер или подвижную цилиндрическую опору и трос,.прикрепленный к плавучему транспортному средству и к анкеру или опоре. Транспортное средство может быть рельсовым или колесным и установлено с возможностью перемещения вокруг центральной жесткой или плавучей платформы, на которой смонтированы двигатель , насос и всасывающая линия дальнеструйного аппарата. 3 с. и 20 э.п.ф-лы, 46 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s3)s F 25 С 1/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)

ОПИСАН

К ПАТЕНТУ

ИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ."-" : °, мкчсФ@ сю;.чц р нъ

О

О

0, бд (21) 4908356/13 (22) 06 02 91 е (46) 07.04.93. Бюл. hb 13 (75) Н.Т.Дандара, В.Г.Ходаков и С.В.Борисов (73) Н.Т.Дандара (56) Файко Л.И. Использование льда и ледовых явлений в народном хозяйстве. Геофизический аспект. Красноярск, Издательство

Красноярского университета, 1986, с.107116. (54) СПОСОБ НАМОРАЖИВАНИЯ СООРУЖЕНИЙ ИЗ ЛЬДА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ "СУПЕРГРФ@" (ЕГО ВАРИАНТЫ) (57) Использование: для производства льда под действием естественных отрицательных 1.емператур окружающей среды при строительстве, очистке и опреснении воды замораживанием. Сущность: в объем морозного воздуха через насадку ствола дальноструйного аппарата подают воду под углом к горизонтальной плоскости с образованием струи, состоящей иэ капель. Ствол переИзобретение относится к производству льда под действием естественных отрицательных температур окружающей среды, к строительству, к очистке и опреснению воды замораживанием. Может быть использовано, например, в нефтяной и газовой промышленности для интенсивного намораживания льда при возведении искусственных плавучих и опирарщихся на дно островов и платформ — в Арктике, в Антарктике, на внутренних водоемах в районах с

„„. Ж„„1808076 А3 мещают по прямой или кривой линии вдоль намораживамого сооружения и воду подают в направлении, поперечном траектории перемещения ствола; Измеряя скорость перемещения ствола регулируют льдосодержание в слое осадков. Длину тра, ектории перемещения ствола в плане и скорость определяют по установленной зависимости. Устройство для намораживания сооружений из льда снабжено плавучим транспортным средством, дальноструйным аппаратом, системой противодействия реактивной силе струи, которая может быть выполнена в виде. дополнительного дальноструйного аппарата или содержать неподвижный анкер или подвижную цилиндрическую опору и трос. прикрепленный к плавучему транспортному средству и к анкеру или опоре. Транспортное средство может быть рельсовым или колесным и установлено с возможностью перемещения вокруг центральной жесткой или плавучей платформы, на которой смонтированы двигатель, насос и всасывающая линия дальноструйного аппарата. 3 с. и 20 э.п.ф-л ы, 46 ил. морозными зимами; при сооружении ледяных причалов; при строительстве оснований и фундаментов; в лесной и целлюлозно-бумажной промышленности для намораживания плотбищ; при строительстве переправ через водотоки. озера, заливы — для надземного транспорта, для прокладки по дну открытых водоисточников трубопроводов, кабелей; при строительстве дорог по берегам водотоков и водоемов; при возведении взлетно-посадочных полос на аэродромах, 1808076

Ф го сооружения на берегу внутреннего открытого водоисточника типа пруда; на фиг.7 — план участка производства работ при намораживании ледяного сооружения из канала, выполненного в виде замкнутой кривой, при подаче воды на участок поверхности, ограниченный, замкнутым каналом, совместно дальноструйным аппаратом и насосной станцией; на фиг.8 — поперечный разрез Г-Г на фиг.7; на фиг,9- подача воды насосной станцией на плавучее устройство

50 расположенных как в открытых водоисточниках, так и на их берегах; для защиты части .участка реки от раннего ледохода, при возведении водоподпорных плотин на водотоках, при.строительстве защитных дамб — для 5 защиты территорий от наводнений и от действия заторного льда, для защиты отстоя судов в гаванях от наводнений и от действия эаторного льда, для защиты отстоя су-. дов в гаванях и т.п.; для очистки и 10 опреснения коллекторно-дренажных, сточных хозяйственно-бытовых и промышленных вод, минерализованных вод рек, озер, водохранилищ, морей; для перераспределения стока водотоков преимущественно на 15 летние месяцы; в энергетике для охлаждения и опреснения сбросных вод, идущих на повторное охлаждение турбин тепловых электрических станций.

Цель изобретения — интенсификация 20 процесса замораживания и упрощения производства работ, а также обеспечение воэможности намораживания воды без технологических перерывов на промерзание водоледяной смеси, выпавшей на ледя- 25 ное сооружение, снижение энергоемкости, обеспечение возмо>кности намораживания фирнового льда, упрощение регулирования толщины льда на участке намораживания, обеспечение намораживания сооружений 30 больших плановых размеров, упрощение запуска в работу дальноструйного аппара- та, повышение надежности водозабора вусловиях наличия в открытом водоисточнике шуги, 35

На фиг,1 представлена работа дальноструйного аппарата в стационарном положении его насадки, план; на фиг.2 — план подачи воды на ледяное сооружение дальноструйным аппаратом при перемещении 40 его ствола в направлении, поперечном на-. правлению подачи воды насадкой, на фиг.3 — поперечный разрез А-А на фиг.1. распад струи в воздухе; на фиг,4 — поперечный разрез Б-Б на фиг,2, распад струи и схема ее 45 взаимодействия с морозным атмосферным воздухом; на фиг.5 — продольный разрез

В-В на фиг.2; на фиг.6 — план участка производства работ при намораживании ледянос наружной поверхностью иэ несмерзающегося материала, поперечный разрез; на фиг.10 — схема работы насадки ствола дальноструйного аппарата и действие реактивной силы струи: на фиг,11 — подача . воды дальноструйным аппаратом, смонтированным на плавучем транспортном средстве, на открытую водную поверх-. ность и система противодействия реактивной силе струи в виде троса с неподвижной анкерной опорой, поперечный разрез; на фиг.12 — то же, подача воды на льдины, предварительно доставленные и соединенные тросами между собой и дном водоисточника; на фиг.13- план участка намораживания при подаче воды дальноструйным,аппаратом на основание намораживаемого сооружения в виде предварительно доставленных и соединенных между собой льдин; на фиг.14 — устройство для намораживания сооружений из льда, снабженное тросом системы противодействия реактивной силе струи, имеющим поплавки, прикрепленные по его длине; на фиг,15 — намораживание ледяного сооружения больших плановых размеров путем перемещения ствола дальноструйного аппарата вдоль намораживаемого сооружения по параллельным траекториям, план; на фиг,16 — прикрепление плавучего транспортного средства ктросу системы противодействия реактивной силе струи посредством петли; на фиг.17 — намораживание ледяного сооружения, опирающегося на дно открытого водоисточника, начало работ по намораживанию, поперечный разрез; на фиг. 18 — то же, окончание работ по намораживанию; на фиг. 19— намораживание на берегу открытого водоисточника ледяного. сооружения типа дороги, аэродрома, ледяного причала, ледяного полигона для опреснения и аккумулирования запасов пресной воды, план; на фиг. 20 — план опреснительного полигона с заложенным в основании намораживаемого соору>кения дренажом для отвода рассола и пресной воды, производство работ по намораживанию в зимний период;на фиг.21 — то же, отдача рассола, а затем пресной воды, опреснительным полигоном в теплый период; на фиг,22 — поперечный разрез Д-Д на фиг.20; на фиг,23 — поперечный разрез Е-Е на фиг,21; на фиг,24 — намораживание протяженного ледяного сооружения в открытом водоисточнике типа дороги, аэродрома, основания для производства работ по укладке кабеля, трубопровода на дно открытого водоисточника, план; на фиг.25 — намораживание в широком водотоке ледяной переправы, ледяной водоподпорной плотины, план; на фиг.26 — намораживание ледя1808076

10

35

55 ного сооружения на берегах водотока, канала, дренажного коллектора или по бокам судоходного хода в открытом водоисточнике, план; на фиг,27 — расположение насадок стволов двух дальноструйных аппаратов относительно направления движения транспортного средства, план; на фиг.28— расположение водозаборного отверстия входного оголовка всасывающей линии в направлении движения плавучего транспортного средства; на фиг,29 — то же, водозаборное отверстие снабжено конической сеткой; на фиг.30 — система противодействия реактивной силе струи в виде второго дальноструйного аппарата преимущественно для работы на охлаждающих водоемах теПловых и атомных электрических станций, план; на фиг.31 — поперечный разрез Ж-Ж на фиг.30; на фиг.32 —. система противодействия реактивной силе струи в виде тросов, снабженных подвижными цилиндрическими опорами, план; на фиг.33 — подвижная цилиндрическая опора; на фиг.34 — дальноструйный аппарат; на фиг.35 — установка второго дальноструйного аппарата с возможностью.перемещения вдоль направления действия силы тяги движителя транспортного средства, план; на фиг.36— прикрепление троса системы противодействия реактивной силе струи с возможностью перемещения точки закрепления вдоль направления действия силы тяги движителя, план; на фиг.37 — устройство для . намораживания сооружений из льда со стационарным расположением двигателя и на соса на центральной жесткой платформе, с забором воды из подводящего трубопровода и с размещением ствола дальноструйного аппарата на рельсовом или колесном транспортном средстве с движителем, план; на фиг,38 — устройство для намораживания сооружений из льда со стационарным раСположением двигателя и насоса на центральной жесткой или плавучей платформе, размещенной в открытом водоисточнике, с забором воды из открытого водоисточника и с размещением ствола дальноструйного аппарата на плавучем транспортном средстве с движителем, план; на фиг.39 — устройство для намораживэния сооружений из льда со стационарным расположением двигателя и насоса и с установкой ствола с насадкой с возможностью вращательного перемещения вокруг центральной опоры; на фиг.40 — закрепление центральной плавучей платформы устройства для намораживания сооружений иэ льда в открытом водоисточнике посредством тросов и анкеров, план; на фиг,41 — схема планового воздействия реакции струи на плавучее транспортное средство; на фиг.42 — движение крупной капли воды при подлете к намораживаемому сооружению (образовавшейся в результате распада струи, полученной при стационарном положении насадки ствола дальноструйного аппарата, или при вращательном движении, или при ветре), поперечный разрез струи; на фиг.43 — движение крупной капли воды при подлете к намораживаемому сооружению (обраэовавшейся в результате распада струи, полученной из насадки ствола, перемещаемой в плане перпендикулярно направлению расположения насадки), поперечный разрез струи; на фиг.44 — то же, после удара крупной капли воды о поверхность намораживаемого сооружения; на фиг.45 — план взаимодействия крупной капли воды, представленной на фиг,42, с поверхностью намораживаемого сооружения; на фиг.45 — план взаимодействия крупной капли воды, представленной на фиг.43 и 44, с поверхностью намораживаемого сооружения, Устройство для йамораживэния сооружений иэ льда по первому варианту (фиг,6-8, 11-20, 22, 24-36) содержит дальноструйный аппарат 1, смонтированный на плавучем транспортном средстве 2, размещенном в открытом водоисточнике 3. Дальноструйный аппарат 1 включает (фиг,34) двигатель

4, насос 5 с всасывающей линией 6 и ствол

7 с насадкой 8. соединенный с насосом 5, Насадка B ствола. 7 дальноструйного аппарата 1 расположена в направлении, поперечном направлению действия силы тяги движителя 9 плавучего транспортного средства 2. Ствол 7 расположен под углом

28 < a < 60 к горизонтальной плоскости.

Движитель 9 может быть выполнен в виде водного винта, водомета, воздушного винта, турбины, дополнительного дал ьноструйного аппарата т.п.

Плавучее транспортное средство 2 содержит также систему противодействия реактивной силе струи, которая может быть выполнена в виде второго дальноструйного аппарата 10, насадка ствола которого расположена в противоположном направлении относительно расположения насадки ствола первого аппарата 1, или в виде троса 11, который крепят одним концом к плавучему транспортному средству 2, а другим концом, обращенным в сторону действия насадки 8 .отвода 7 дальноструйного аппарата 1, крепят к неподвижному анкеру 12 или к подвижной цилиндрической опоре 13 с возможностью перемещения плавучего транспортного средства 2 вдоль плавучего или опирающегося на поверхность земли намораживаемого сооружения 14, 1808076

20

50

Э

Источником энергии двигателя дальноструйного аппарата 1 и двигателя, приводящего в действие движитель 9 транспортного средства, в зависимости от типа двигателя, может быть любое топливо, заготовленное на транспортном средстве, или электроэнергия, подаваемая по кабелю 15 (через подвижные контакты — на чертежах не показаны) на транспортное средство 2.

Открытый водоисточник 3, в котором размещено плавучее транспортное средство 2, может быть каналом, водотоком, озером, прудом, океаном, морем или заливом, В открытом водоисточнике 3, на поверхности которого имеется ледяной покров 16, может быть выполнен судоходный ход17для перемещения плавучего транспортного средства 2, например, судоходный ход 17 может быть образован дополнительным ледокольным плавучим транспортным средством

Входной оголовок 18 всасывающей линии 6 должен быть установлен ниже ватерлинии 19 плавучего транспортного средства

2 с обеспечением возможности забора воды из открытого водоисточника 3 при движении плавучего транспортного средства 2. В зависимости от ледовых условий в зоне производства работ входной оголовок 18 может быть размещен спереди или сбоку плавучего транспортного средства 2 (при слабых ледовых явлениях на траектории движения плавучего транспортного средства 2) или входной оголовок 18 может быть размещен в днище, в боковых поверхностях корпуса, а также сзади плавучего транспортного средства 2 (при жестких ледовых условиях на траектории движения плавучего транспортного средства 2). B случае размещения входного оголовка 18 сбоку или спереди плавучего транспортного средства 2, его водозаборное отверстие 20 может быть обращено в сторону движения плавучего транспортного средства

2 (совпадает с направлением перемещения ствола 7 дальноструйного аппарата 2 и, соответственно, с направлением планового перемещения струи 21, подаваемой насадкой

8 ствола 7 дальноструйного аппарата 1). Водозаборное отверстие 20 может быть также снабжено конической защитной сеткой 22.

В случае выполнения системы противодействия реактивной силе струи в виде второго дальноструйного аппарата 10 (фиг,26, 27, 30, 31, 35, 41), один из дальноструйных аппаратов 1 или 10 могут крепить к плавучему транспортному средству 2 с возможностью перемещения вдоль направления действия силы тяги движителя 9 (направление действия силы тяги движителя 9 и направление перемещения плавучего транспортного средства 2 близки друг к другу особенно нэ прямолинейных и криволинейных траекториях перемещения с большими радиусами кривизны). Перемещение одного из дальноструйных аппаратов 1 или 10могутосуществить по рельсовым направляющим 23 с последующей фиксацией положения аппарата, например, винтовыми зажимами, фиксаторами, электромагнитами и т,п, (не показаны).

В случае выполнения системы противодейстия реактивной силе струи в виде троса

11 (фиг.11-14, 16, 32, 33, 36), последний могут крепить к плавучему транспортному средству 2 посредством петли 24 (фиг.16).

Трос 11 может быть также прикреплен к плавучему транспортному средству 2 с возможностью перемещения точка прикрепления вдоль направления действия движителя 9 (фиг.36), например, в направляющих 25, имеющих фиксаторы. или путем прикрепления троса 11 к установленным по длине плавучего транспортного. средства 2 неподвижным анкерам (не показаны), По длине троса 11 могут быть прикреплены поплавки 26 (фиг,14), причем объемный вес системы "трос + поплавки" может быть доведен до значения удельного веса воды в открытом водоисточнике 3. Трос

11 может быть прикреплен к неподвижном анкеру 12, установленному на дне 27 открытого водоисточника 3 пЬд плавучим намораживаемым сооружением 14 (фиг.11-14), например, s качестве анкера 12 может быть использован якорь, плита и т,п. В случае использования для прикрепления троса.11. подвижной цилиндрической опоры 13, последняя может быть выполнена в виде направляющих 28, в которых перемещается рама 29 на боковых, нижних и верхних роликах 30, 31, 32, к которой прикреплен трос

11 (фиг,ЗЗ), Направляющие 28 могут быть закреплены, например, на сваях 33, или на вертикальной подпорной стенке и размещены вдоль намораживаемого сооружения 14.

B направляющих 28 по всей их длине выполнен паз 34 для пропуска троса 11.

В качестве плавучего транспортного средства 2 может быть использован катер, ледокол, паром, понтон, плот и т.п.

В качестве основания намораживаемого сооружения 14 может быть использована поверхность суши 35 (остров, берег моря, озера, пруда, водотока), поверхность ледника, спускающегося к открытому водоисточнику 2, например, поверхность шельфовых ледников Антарктиды. поверхность воды 36 в открытом водоисточнике 3, а также повер-. хность льдин 37, предварительно достав-. ленных в зону намораживэния ледяного сооружения 14 и скрепленных между собой связями, например тросами 38 (фиг,1-13).

1808076

15

Льдины 37 могут быть прикреплены к дну 27 открытого водоисточника 3 посредством донных анкеров 12 и тросов 39. В случае намораживания плавучего ледяного сооружения 14 на основании из льдин 37 и использования при этом в качестве системы противодействия реактивной силе струи троса 11. снабженного неподвижным анкером 12 (который расположен под плавучим ледяным сооружением 14), длину каждого из тросов 39, которыми крепят льдины 37 к дну 27 открытого водоисточника 3, необходимо принимать меньшей, чем длина троса

11. Кроме того, тросы 39 могут быть прикреплены к поплавку 40, расположенному выше анкера 12. К льдинам трос 39 может быть прикреплен посредством плоских элементов 41 (например, уложенных на льдинах 37 и политых водой).

При намораживании сооружения 14, ограниченного по периметру замкнутой кривой с минимальным размером описываемой ею фигуры в направлении, перпендикулярном данной кривой, равным А > 2B>, где  — ширина полосы, намораживамой дальноструйным аппаратом 1 за один проход (фиг.7-9), внутрь ледяного сооружения

14, намороженного дальноструйным аппаратом 1, от водоисточника (как открытого 3, так и закрытого) может быть проложен трубопровод 42, который снабжен насосной станцией 43, расположенной на его входе (или трубопровод 42 берет начало из напорного водоисточника, например из вышележащего пруда, водохранилища). На выходе трубопровода 42 может быть размещено струераспределител ьное устройство 44 для распределения в плане потока воды

45, идущего на послойное намораживание внутреннего ледяного соору>кения 46. Трубопровод 42 может быть выведен внутрь ледяного сооружения 14 вертикально с возможностью увеличения его высоты, например, путем монтажа составных элементов

47 по мере увеличения высоты намораживаемого сооружения 46. Причем дополнительно обеспечена возмо>кность подачи воды струераспределительным устройством 44 сверху на плавучее плоское устройство 48 с наружной поверхностью 49 из несмерзающегося со льдом материала, например, пла вучее плоское устройство 48 выполнено в виде плоской полой оболочки с наружной поверхностью из полиэтилена.

В случае необходимости создания опреснительного или опреснительно-охладительного полигона (фиг.20-23), например, для охлаждения и опреснения воды, идущей на охлаждение турбин тепловых и атомных электрических станций, открытый водо25

55 источник 3 можег быть выполнен, например, в виде замкнутого канала, к которому подведен открытый или закрытый водовод 50 для подвода по нему зимой воды 51. идущей на намораживание опреснительно-охладительного соору>кения 14, а также для отвода по нему в теплый период года рассола

52, а затем и пресной воды 53, Водовод 50 соединен с устройством 54 для утилизации рассола 52, например, с прудом-накопителем, с прудом-испарителем, с опреснительной установкой промышленного типа, а также соединен с пресным водоемом 55, или невосредственно с водопотребителем, например с охлаждающими системами турбин тепловых электрических станций, В основании 35 намораживаемого сооружения 14 может быть выполнен закрытый дренаж 56 (для отвода в теплый период года рассола 52, а затем и пресной воды 53 от намороженного сооружения 14 в замкнутый канал). Выходные оголовки дренажных труб

56 могут быть расположены выше уровня воды в замкнутом канале в теплый период года. Дренажные трубы 56 могут быть сверху засыпаны щебнем, гравием, галькой 57.

Намораживаемые сооружения, возводимые в открытых водоисточниках 3 и у их берегов, могут быть как плавучими, так и могут опираться на дно открытого водоисточника 3, Длина участка намораживания LH равна длине всего намораживамого сооружения

14 или равна длине какой-то одной очереди его строительства.

При намораживании (с использованием двух дальноструйных аппаратов 1 и 10) сооружения 14 из открытого теплого водоисточника 3, например из водоема-охладителя, угол наклона к горизонтальной плоскости ствола дальноструйного аппарата 1, подающего воду на намораживаемое сооружение

14, может быть большим, чем угол наклона к горизонтальной плоскости ствола дальноструйного аппарата 10, являющегося устройством для противодействия реактивной силе струи дальноструйного аппарата 1 и подающего воду на открытую водную поверхность водоисточника 3 (фиг.30, 31).

Каждый дал ьноструйный аппарат 1 и 10 может содержать, кроме большой насадки

8, малую насадку (не показана), В случае намораживания сооружения 14 поперек русла водотока 3 (типа переправы, водоподпорной плотины) выше участка намораживания поперек течения водотока 3 могут быть установлены на тросах 58 с донными анкерами поплавки 59, имеющие большой внутренний объем, например понтоны (фиг.25).

В устройстве для намораживания сооружений из льда по первому варианту ствол

1808076

7 с насадкой 8 размещен преимущественно на напорном патрубке центробежного насоса 5.

Устройство для намораживания сооружений из льда по второму варианту (фиг,3740) содержит дальноструйный аппарат 1, состоящий иэ двигателя 4, насоса 5 и всасывающей линии 6, которые смонтированы на центральной жесткой или плавучей платформе 60, 61 и ствол 7 с насадкой 8, установленные на плавучем, или рельсовом, или на колесном транспортном средстве 2, 62, 63 с возможностью перемещения вокруг центральной жесткой или плавучей платформы 60, 61 по окружности, Насадка 8 ствола

7 расположена в направлении, поперечном траектории ее планового перемещения.

Всасывающая линия 6 выполнена с возможностью осуществления забора воды из открытого водоисточника 3 или из подводящего трубопровода 64 (не показана). Система противодействия реактивной силе струи составлена из рамы 65, объединенной с напорной линией 66, соединяющей ствол 7 с насосом 5, а также из движителя 9, Устройство для намораживания сооружений из льда содержит также источник энергии, например кабель 15 для подвода электроэнергии, Жесткая центральная платформа 60 может быть установлена на поверхности суши

35, или может быть смонтирована на.сваях, на подпорных стенках в открытом водоисточнике 2, или может быть выполнена в виде насыпного острова, В случае необходимости установки центральной платформы в глубоком открытом водоисточнике 3 или при необходимости частой смены ее местоположения в открытом водоисточнике 3, может быть смонтирована плавучая центральная платформа 61. В этом случае она может быть закреплена в открытом водоисточнике 3 посредством тросов 67 и донных анкеров 68 (фиг.40).

Напорная линия 66 своим вертикальным коленом 69 может быть найдена (или вставлена) на вертикальный патрубок 70 насоса 5, вокруг которого может вращаться, Между коленом 69 и патрубком

70 должен быть установлен уплотнительный сальник 71. Дополнительно патрубок

70 насоса 5 может быть усилен платформой

72, прикрепленной к основанию 73, на которую с возможностью вращения надета платформа 74, жестко соединенная с рамой 65.

В устройстве для намораживания сооружений иэ льда по второму варианту ствол

7 с насадкой 8 всегда размещен на длинном напорном трубопроводе 66, Способ намораживания сооружения из льда осуществляют следующим способом.

Через насадку 8 ствола 7 дальноструйного аппарата 1 воду подают под yr5 лом 28 < а < 60 к горизонтальной плоскости в среду морозного воздуха. Ствол 7 дальноструйного аппарата 1,перемещают в плане по прямой или кривой линии вдоль намораживаемого сооружения. Воду стволом

10 7 подают (одновременно с его плановым перемещением) струей 21 в направлении, поперечном траектории планового перемещения ствола 7, Для увеличения льдосодержания в слое осадков, выпадающем на

15 поверхность намораживаемого сооружения

14, увеличивают скорость перемещения в плане ствола 7дальноструйного аппарата 1.

При подаче струи 21 насадкой 8 в направлении, поперечном направлению ее

20 планового перемещения, все элементарные струйки и капли воды, находящиеся в струе

21, вследствие действия сил инерции будут совершать плановые перемещения, совпадающие по величине и направлению с плано25 вым перемещением насадки 8(если принять сопротивление воздуха равным нулю).

Устойчивые морозы, как показывает опыт применения дальноструйной намораживающей техники, устанавливаются, как

30 правило, при малом ветре или при отсутствии, поэтому рассмотрим случай взаимодействия фронтально перемещаемой струи с морозным атмосферным воздухом при отсутствии ветра.

35 Выделим на струе 21 элементарный отсек длиной dl (ôèã.2) и проследим весь путь его движения от насадки 8 до поверхности намораживаемого сооружения 14. Данный отсек, вылетев из насадки 8.под углом а к

40 горизонтальной плоскости (фиг.5), имеет начальную скорость по оси струи (относительно насадки 8) равную Vo, Скорость Vo обусловлена напором воды Н в стволе 7 и равна

o = u 2 g Н, и/с, где g — ускорение свободного падения, м/с; г, Н вЂ” напор воды в стволе 7 дальносФруй50 ного аппарата 1.

Горизонтальная проекция скорости Vo на ось Х (фиг.2, 5) равна

Чох = Vo cos а.

Вертикальная проекция скорости Vo на ось Yli (фиг.5) равна

Voy = Vo s1è а

1808076

Так как на отсек струи 21 длиной dl действует лишь сила тяжести (если принять равным нулю сопротивление воздуха для транзитной части струи высокопроизводительных дальноструйных аппаратов 1), то при движении отсека dl будет изменяться только проекция Voy. Проекция Vox изменяться не будет.

Отсек струи 21 длиной dl имеет также начальную скорость VL, направленную вдоль поверхности намораживаемого сооружения 18 (фиг.2). Скорость VL направлена в поперечном направлении относительно скорости Va и обусловлена движением в плане ствола 7 с насадкой 8, Однако при движении отсека струи dl в системе координат XL, Yh (фиг.5) на него в течение всего времени полета действуют и силы сопротивления воздуха (фиг.2, 4), что приводит к отрыву капель воды от транзитной части струи 21, к ее распаду на крупные капли с последующим их дроблением на более мелкие капли. В результате транзитная струя 21 рассеивается в виде дождя 75 в объеме морозного воздуха, Для усиления аэродинамического взаимодействия струи 21 (подаваемой высокопроизводительными дальнойструйными аппаратами 1) со средой атмосферного Морозного воздуха необходимо, чтобы за время подъема отсека струи dl от насадки 8 до верхней точки траектории (т.е. когда горизонтальная проекция пути отсека dl будет

1 Vo sin 2 а.

2 равна ON — —, фиг.1), осевая

2 29 линия струи ON переместилась бы на величину, равную или большую, чем горизонтальная проекция половинного размера поперечного сечения условного "факела разбрызгивания" восходящей струи 21 в верхней точке ее подъема (т.е. чтобы проекция планового фронтального перемещения струи 21 была равной или большей, чем NM).

При выполнении этого условия наименее раздробленные участки струи 21, находящиеся на ее оси, на протяжении всей траектории полета будут контактировать со средой атмосферного морозного воздуха, не прогретой ранее рассеянными каплями воды струи 21.

Горизонтальная проекция угла условноr0 "факела разбрызгивания" восходящей струи 21 (Р), как показали эксперименты, составляет 4-6, а граница "факела разбрызги вания" (линия О М) — прямолинейна. В ремя подъема отсека струи dl в верхнюю точку траектории полета Т „д составляет

Vo sin a

Тпод

Требуемая скорость перемещения в плане насадки 8 для удовлетворения сформулированного выше условия равна

NM

Тпод

VL или

) 19

2 Тпод

Обеспечение выполнения данного условия позволит намораживать фирновый лед при слабых морозах, - Помимо усиления аэродинамического

15 взаимодействия струи 21 со средой морозного воздуха, при реализации заявляемого способа намораживания сооружений из льда обеспечено выпадение осадков в виде льда и воды на основание, которое пред20 Ч ох (к ) + Ч2 (к ) Поскольку скорость V»(x) значительно превышает скорость Vox(<) и направлена в продольно-поперечном направлении относительно расположения участка намораживания, крупная капля воды в результате взаимодействия с поверхностью ледяного сооружения 14 размазывается по последней тонким слоем 76, что и приводит к быстрому ее замерзанию (фиг.44).

Для обеспечения возможности намораживания воды без технологических перерывов на промерзание водоледяной смеси, выпавшей на ледяное сооружение 14, длину траектории планового перемещения ствола

7 дальноструйного аппарата 1 относительно варительно проморожено. При этом промороженное основание ледяного сооружения 14 быстро поглощает тепловую энергию, выделяемую в процессе фазово25 го перехода выпавшей на него воды в лед.

Ускорению процесса кристаллизации способствует и то, что капли воды, особенно крупные, перед ударом о поверхность сооружения 14 имеют, помимо вертикальной

З0 составляющей скорости движения Voy(x), обусловленной действием сил тяжести, горизонтальную составляющую скорости

Vox(x), направленную поперек намораживаемого сооружения 14, и горизонтальную составляющую Чцк), направленную вдоль траектории планового перемещения ствола 7 с насадкой 8, Суммарная горизонтальная проекция скорости крупной капли воды относительно поверхности наморажи40 вания для случая, когда Чок(к) .) Ч (к), равна (фиг.43, 46) 1808076

0н Tñ

Ьвл Ь В„ »намор + h»».-л, или

100 hp в в -н Вн

100 В,hpú

hp t, 100 пнамор

1 ц>в

400 < Нй <1000

55 всего участка намораживания L»» определяют следующим образом (фиг.6).

На участок намораживания длиной LH за сутки при непрерывной работе подают слой воды и льда равный где 0н — расход воды, поуаваемый дальноструйным аппаратом 1, м /c;

Тс — количество секунд в сутках, Тс =

=86400 с;

В»» — ширина полосы, намораживаемой дальноструйным аппаратом за один проход, м (фиг.5);

Я вЂ” дальность полета струи с учетом сопротивления воздуха при ее фронтальном перемещении, м, R =(0,80-0,95)I (чем больше скорость VL, отношение Н/d и отношение

V0d, тем меньшее значение принимает коУ эффициент перед I и соответственно, R);

I — дальность полета струи без учета »/2 з»п сопротивления воздуха,м,!—

d — внутренний диаметр насадки на выходе, м;

v — коэффициент кинематической вязкости подаваемой воды,м /с.

В то же время, за сутки при непрерывном нэмораживании воды поливом теоретически может быть наморожен слой льда, равный где hp — теоретически возможный слой намораживания воды поливом на поверхности ледяного сооружения на каждый градус отрицательной температуры окружающего воздуха, hp 0,015 м; тв — средняя расчетная отрицательная температура окружающего воздуха, ниже которой работы по намораживанию планируют выполнять без технологических перерывов на промерзание водоледяной смеси, град; и>в — содержание воды в водоледяной смеси, »(,, Для экспериментального определения ив могут использовать емкость, стенки которой в процессе замерных работ имеют температуру, равную О С, например, мерная емкость может быть помещена в большую емкость, наг»олненную незамерзшей водой.

Для обеспечения возможности производства работ без технологических переры25

ЗО

40 вов на промораживание водоледяной смеси, выпавшей на поверхность сооружения

1,4, необходимо, чтобы слой воды, который может быть теоретически заморожен, превышал бы или был бы равен слою воды со льдом, который подан дальноструйным аппаратом 1 на поверхность ледяного сооружения 14 эа один и тот же период времени (за сутки) Отсюда длина участка нэморэжь вания может быть определена из условия

Определив длину участка намораживания L„, назначают схему производства работ по нэмораживанию, В зависимости от плановых и высотных размеров сооружения

14 длиной участка намораживания L» может быть длина его периметра (фиг.5), а также Ь» может быть равна длине одной какой-то очереди строительства намораживаемого сооружения 14.

3а счет усиления аэродинамического взаимодействия струи 21 со средой морозного воздуха и выпадения осадкбв на и ромороженное основание ледяного соаружения 14 появилась воэможность осуществлять намораживание,сооружений 14 путем подачи воды через насадку 8 ствола 7 дальноструйного аппарата 1 при соблюдении соотношения для дальноструйных аппаратов 1, ствол которых расположен на напорном патрубке центробежного насоса 5 (т.е, для аппаратов, у которых к насадке 8 подводят сильно турбулизированный поток от рабочего колеса насоса 5). Расположение ствола 7 на напорном патрубке центробежного насоса

5 характерно только при использовании для намораживания сооружений из льда 14 намораживающих устройств по первому варианту.

Обеспечение возможности намораживания при отмеченном выше соотношении позволяет значительно уменьшить затраты энергии на подачу струи воды 21 в среду морозного воздуха (в 1,3-2 и более раз) и, одновременно, увеличить плановые разме18080 26

Тд д 1} Тп*д(21

Ок (1) Ок (г ) Тпод(2) ((1) 55

4 Тпод(1), )к (1) ры участка намораживания ледяного сооружения 14 за один проход намораживающего устройства, так как известно, что наибольшая дальность полета струи наблюдается (при одинаковом a) при соблюдении соотно- 5 шения

700 а НИ 1000, За счет усиления аэродинамического взаимодействия струи 21 со средой морозного воздуха и выпадения осадков 75 на 10 промороженное основание ледяного сооружения 14 появилась возможность намораживания и при соблюдении соотношения

700 «(Н/д (1000 15 для дальноструйных аппаратов 1, ствол 7 которых расположен на длинном трубопроводе (т,е. для аппаратов, у которых к насадке

8 подводят ламинириэированный в длинНоМ напорном трубопроводе поток). Раэме- 20 щение ствола 7 на длинном напорном трубопроводе всегда характерно при использовании для намораживания сооружений из льда намораживающих устройств по второму варианту, но может быть выполне- 25 но и у устройств по первому вариан