Устройство для предотвращения образования льда на водной поверхности

Устройство для предотвращения образования льда на водной поверхности

Реферат

Изобретение относится к области эксплуатации гидротехнических сооружений, работающих в ледовых условиях, и предназначено для предотвращения обледенения подводной части сооружений в водоемах.

Одним из факторов, снижающих надежность морских сооружений в ледовых условиях эксплуатации, является обледенение конструкций, приводящее к повреждению поверхности и деформации сооружений на участках воздействия льда в результате сложного коррозионно-механического действия льда в морской среде. Обледенение способно оказать сверхнормативное воздействие на конструкции морских объектов, расположенных на шельфе замерзающих, и вывести эти объекты из строя, создавая угрозу жизни и здоровья человека, привести к аварийному загрязнению морской среды. Известно устройство для предотвращения обледенения корпуса, находящегося на плаву судна, реализованное в одноименном способе, включающее механизм для создания колебаний, выполненный в виде двух эксцентриков, вращающихся в вертикальной плоскости с одинаковой скоростью, но в противоположных направлениях. Механизм расположен в выгородке междудонного пространства судна (лихтера). Привод механизма получает энергию с берега или буксира. При генерировании механизмом вертикальных колебаний с частотой, кратной частоте колебаний корпуса судна, осуществляется обмывание подводной его части глубинной, более теплой водой, что препятствует образованию льда на корпусе (авторское свидетельство SU №1244882 А1, 10.02.2002 г. [1]). Недостатки указанного известного устройства заключаются в ограниченности заявленного применения (для предотвращения обледенения корпуса находящегося на плаву судна), в наличии механических вращающихся деталей, в дополнительном воздействии вертикальных колебаний на обшивку корпуса судна, что неблагоприятно сказывается на надежности его вспомогательных механизмов.

Известно также устройство для предотвращения образования льда на водной поверхности, содержащее водяной насос венчурного типа (патент US №4247261, 27.01.1981 [2]), который при размещении в толще воды подает теплую воду из глубины к поверхности, поддерживая поверхность свободной ото льда. Известное устройство содержит вертикальный цилиндрический корпус, открытый сверху и имеющий в нижней части сквозные прорези (отверстия). В корпусе расположен генерирующий циркуляцию воды элемент в виде водяного насоса венчурного типа, диэлектрически изолированно соединенный электрическими связями с источником переменного тока. Недостатком известного устройства является недостаточная направленность его действия на защищаемую ото льда конструкцию, т.е. невозможность равномерного удаления льда с поверхности конструкции, находящейся на акватории, что может служить дополнительным фактором для возникновения ее механических и коррозионных разрушений. Кроме того, наличие в устройстве вращающихся деталей, работающих в агрессивной среде, которой является морская вода, не обеспечивает достаточной надежности, ограничивая его ресурс.

В известном техническом решении (патент RU №2520339, 20.06.2014 [3]) технической задачей, на которую направлено заявляемое изобретение, является создание устройства, лишенного указанных недостатков, а именно предотвращение образования льда на поверхности воды вблизи конструкции, снижение скорости коррозии, повышение надежности устройства.

При этом поставленная техническая задача достигается тем, что в известном устройстве для предотвращения образования льда на водной поверхности, содержащем вертикальный цилиндрический корпус, открытый сверху и имеющий в нижней части сквозные прорези, в котором размещен генерирующий циркуляцию воды элемент, диэлектрически изолированно соединенный электрическими связями с источником электрического тока, в отличие от него в заявляемом устройстве генерирующий циркуляцию воды элемент установлен в нижней части вертикального цилиндрического корпуса и выполнен в виде пары электродов - катода и анода. При этом катод выполнен в виде металлического стержня, который размещен внутри данного вертикального цилиндрического корпуса, по всей его длине, коаксиально с некоторым отстоянием от внутренней поверхности корпуса. Анод расположен вокруг стержня - катода, и диэлектрически изолированно установлен на внутренней поверхности данного корпуса в нижней его части и несколько выше сквозных прорезей. Причем сам анод изготовлен из нерастворимого в воде электропроводного материала, пары электродов соединены электрическими связями с источником постоянного электрического тока, а электрическая связь анода размещена внутри корпуса. Технологически оправдано такое исполнение устройства, когда стержнем - катодом - является сам элемент конструкции, в частности свайный элемент гидротехнического сооружения.

Также технологически оправдано такое исполнение устройства, когда анод изготовлен из платинированного титана.

Целесообразно такое исполнение устройства, при котором вертикальный цилиндрический корпус изготовлен из полимерного материала, в частности из мягкого винипласта. Заявленная совокупность отличительных и ограничительных признаков обеспечивает равномерную циркуляцию воды вокруг катода, в частности элемента конструкции гидротехнического сооружения - сваи, которая позволяет полностью предотвратить его обледенение и обеспечивает, кроме того, дополнительную защиту данного элемента конструкции от коррозии.

Анод выполнен из платинированного титана, что препятствует его быстрому растворению в процессе электролиза, обеспечивает длительность действия и не способствует загрязнению окружающей среды.

Для изготовления вертикального цилиндрического корпуса возможно использовать любой полимерный эластичный материал, в частном случае данный корпус изготовлен из мягкого винипласта.

Известное устройство [3] обеспечивает очистку от обледенения металлической конструкции при наложении на электроды постоянного электрического тока посредством электрических связей. При этих условиях циркуляция воды в вертикальном направлении в объеме зазора цилиндрического корпуса через его прорези в нижней части создается за счет выделения пузырьков газа, образующихся при электролизе воды. Кроме того, отсутствие в заявляемом устройстве вращающихся деталей способствует его длительной эксплуатации, повышает его надежность.

Таким образом, обеспечивается достижение поставленной технической задачи - предотвращение обледенения гидротехнического сооружения и дополнительно - защита его от коррозии, повышение надежности устройства.

Однако известное техническое решение [3] является стационарным устройством и его положительный эффект ограничивается его постоянным местом установки. Кроме того, узел сооружения, подверженный обледенению, необходимо поместить в вертикальный цилиндрический корпус, что не всегда может быть осуществлено, особенно при наличии выступающих конструктивных элементов на узле, подверженном обледенению.

Задачей заявляемого технического решения является расширение функциональных возможностей при предотвращении обледенения гидротехнического сооружения.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для предотвращения образования льда на водной поверхности, содержащем вертикальный цилиндрический корпус, открытый сверху и имеющий сквозные прорези, в котором размещен генерирующий циркуляцию воды элемент, диэлектрически изолированно соединенный электрическими связями с источником электрического тока, генерирующий циркуляцию воды элемент выполнен в виде спирали, размещенной в оправке, выполненной в виде фермы и соединенной кабель-тросом и манипулирующим устройством с исполнительным механизмом, размещенным на гидротехническом сооружении.

Заявляемое устройство поясняется следующим чертежом, на котором представлен общий вид устройства.

Заявленное устройство поясняется на примере исполнения устройства для предотвращения обледенения свайных элементов гидротехнических морских сооружений. Устройство содержит вертикальный, например, пластиковый - из мягкого листового винипласта, цилиндрический корпус 1, имеющий сквозные прорези 2, в котором размещен генерирующий циркуляцию воды элемент 3, диэлектрически изолированно соединенный электрическими связями с источником электрического тока 4. Генерирующий циркуляцию воды элемент 3 выполнен в виде спирали, размещенной в оправке 5, выполненной в виде фермы и соединенной кабель-тросом 6 и манипулирующим устройством 7 с исполнительным механизмом 8, размещенным на гидротехническом сооружении 9.

Устройство используют следующим образом.

Посредством манипулирующего устройства 7 вертикальный цилиндрический корпус опускается за борт судна или добычной платформы в месте обледенения. На генерирующий циркуляцию воды элемент 3 подается электрический ток, вследствие чего забортная вода в вертикальном цилиндрическом корпусе 1 будет нагреваться, например, до температуры 80-90°C. При этом при наложении тока определенной плотности происходит электролиз воды и создается эффект газолифта, выделяющиеся при этом пузырьки газа будут захватывать теплую воду и подавать ее с предварительно заданной глубины (места установки генерирующего циркуляцию воды элемента 3) на водную поверхность, вдоль обледеневшей поверхности обледеневшего элемента гидротехнического сооружения или корпуса судна.

Кроме того, при достижении водной поверхности, например, покрытой льдом, подогретая вода будет выливаться на лед нагревая и растапливая его. В результате, возможно не только уменьшение надводной части образования в зоне воздействия, но и дополнительное появление опрокидывающего (под действием архимедовых сил) момента, способного вызвать откол мористой части ледяного образования.

При осуществлении данного способа спайки ледяного образования и сооружения не происходит, поэтому при изменении гидрометеорологических условий ледяное образование сможет самостоятельно покинуть район платформы. Данный способ не требует разрушения ледяного образования.

Устройство для предотвращения образования льда на водной поверхности, содержащее вертикальный цилиндрический корпус, открытый сверху и имеющий сквозные прорези, в котором размещен генерирующий циркуляцию воды элемент, диэлектрически изолированно соединенный электрическими связями с источником электрического тока, отличающееся тем, что генерирующий циркуляцию воды элемент выполнен в виде спирали, размещенной в оправке, выполненной в виде фермы и соединенной кабель-тросом и манипулирующим устройством с исполнительным механизмом, размещенным на гидротехническом сооружении.