устройство для разрушения льда

Формула изобретения

1. Устройство для разрушения льда, содержащее вертикальный кожух с проушиной в верхней части для присоединения к подъемно-транспортному средству, вибромолот, установленный в кожухе и связанный кабелем с источником электроэнергии, и заостренный рабочий орган, прикрепленный к нижней части кожуха, отличающееся тем, что оно снабжено поплавком с плоскими горизонтальными верхним и нижним торцами и круглым вертикальным цилиндрическим отверстием, кожух выполнен круглым цилиндрическим и установлен в отверстии поплавка с возможностью продольного возвратно-поступательного перемещения, причем верхняя часть кожуха выполнена в виде диска диаметром, большим диаметра отверстия поплавка, и с амортизационным упругим кольцом на нижней поверхности.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что рабочий орган снабжен установленным внутри него нагревателем, выполненным в виде электрической спирали.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что поплавок выполнен с проушинами для присоединения к подъемно-транспортному средству.

4. Устройство по пп.1-3, отличающееся тем, что поплавок выполнен полым, заполненным веществом, имеющим меньшую плотность по сравнению с плотностью воды, преимущественно полистиролом.

Описание изобретения к патенту

Известно льдоразрушающее устройство, прикрепленное к опоре гидротехнического сооружения и содержащее вибратор, состоящий из корпуса с плитой, груза, пружин и уплотнительной манжеты, выполненной в виде гибкой упругой оболочки, внутренняя полость которой сообщается через пневмораспределитель с источником сжатого газа [1].

Внутри корпуса льдоразрушающего устройства находится рабочая камера, объем которой ограничен манжетой, грузом и плитой, причем герметичность рабочей камеры обеспечивается благодаря наличию манжеты. Рабочая камера при работе устройства заполняется водой через гидрораспределитель и поднимает груз, сжимая пружины. При опускании груза внутренняя полость манжеты начинает сообщаться с атмосферой и манжета вследствие упругости приобретает первоначальные форму и положение. Одновременно происходит разгерметизация манжетой рабочей камеры. Гидрораспределитель перекрывает подвод воды, а вода, находящаяся в рабочей камере, быстро уходит из нее через гидрораспределитель и отверстия в корпусе.

В результате груз падает и ударяет по плите, причем его кинетическая энергия расходуется на разрушение льда.

Недостаток рассматриваемого устройства заключается в отсутствии его необходимой надежности, поскольку оно, несмотря на интенсивную вибрацию при работе, должно иметь безотказную связь с напорными пневмо- и гидролиниями, что в таких условиях практически труднодостижимо.

Известно также устройство для разрушения талых и мерзлых грунтов, в том числе льда, содержащее вертикальный кожух с проушиной в верхней части для присоединения к подъемно-транспортному средству, вибромолот, установленный в кожухе и связанный кабелем с источником электроэнергии, и заостренный рабочий орган, прикрепленный к нижней части кожуха [2 с.245-250, рис.8.12, 8.13, 8.17, принято за прототип].

Недостаток рассматриваемого устройства заключается в том, что при его эксплуатации трудно выполнить требование, чтобы массив грунта или льда разрушался бы точно в выбранном месте. Кроме того, для повышения эффективности работы устройства также требуется, чтобы оно устанавливалось под определенным углом к поверхности массива грунта или льда, причем данный угол должен также сохраняться и в процессе разрушения указанного массива.

При этом можно считать, что в случае, если рассматриваемое устройство используется в работе без специального вспомогательного оборудования, состоящего из направляющей опорной рамы со смонтированной на ней лебедкой для его подъема, то надежность работы устройства будет недостаточной.

Задачей изобретения является повышение надежности устройства для разрушения льда на акватории замерзающих водоемов.

Для повышения надежности устройства для разрушения льда в известном устройстве, содержащем вертикальный кожух с проушиной для присоединения к подъемно-транспортному средству, вибромолот, установленный в кожухе и связанный кабелем с источником электроэнергии, и заостренный рабочий орган, прикрепленный к нижней части кожуха, согласно изобретению устройство снабжено поплавком с плоскими горизонтальными верхним и нижним торцами и круглым вертикальным цилиндрическим отверстием, кожух выполнен круглым цилиндрическим и установлен в отверстии поплавка с возможностью продольного возвратно-поступательного перемещения, причем верхняя часть кожуха выполнена в виде диска с диаметром, большим диаметра отверстия поплавка, и с амортизационным упругим кольцом на нижней поверхности.

Дополнительно рабочий орган может быть снабжен установленным внутри него нагревателем, выполненным в виде электрической спирали.

Поплавок может быть также выполнен с проушинами для присоединения к подъемно-транспортному средству.

Кроме того, поплавок может быть выполнен полым, заполненным веществом, имеющим меньшую плотность по сравнению с плотностью воды, преимущественно полистиролом.

Далее рассматривается устройство, используемое для разрушения льда на акватории замерзающих водоемов у причальных сооружений.

Предлагаемое устройство для разрушения льда поясняется чертежами, где на фиг.1 в поперечном разрезе показано устройство, установленное на поверхность выбранного участка ледового поля во время его работы, на фиг.2-устройство в плане, а на фиг.3 в поперечном разрезе, показан заключительный этап установки устройства на поверхность выбранного участка ледового поля, когда после завершения установки на эту поверхность поплавка в круглое вертикальное цилиндрическое отверстие в поплавке с помощью грузовой стрелы подъемно-транспортного средства вводится подвижная часть устройства.

На фиг.3 A - расстояние от линии кордона сооружения до полосы на ледовом поле, в пределах которой должно быть произведено разрушение льда; B - ширина указанной полосы; C - ширина полосы, расположенной за пределами максимального вылета грузовой стрелы портального крана, в которой лед разрушается ледоколом; штриховыми линиями показаны последующие положения поплавка и грузовой стрелы портального крана при переносе устройства на новое место в пределах ширины участка, где должен быть разрушен лед.

Устройство 1, используемое для разрушения ледового поля 2 у причального сооружения 3 и перемещаемое с помощью подъемно-транспортного средства, например портального крана 4, оборудованного грузовой стрелой 5, имеет подвижную часть 6, включающую заостренный рабочий орган 7 и вертикальный кожух 8, в котором установлен вибромолот 9, связанный кабелем 10 с источником электроэнергии.

Рабочий орган 7 прикреплен к нижней части вертикального кожуха 8, имеющего в верхней части проушину 11 для присоединения подвижной части 6 устройства 1 и гаку 12 подъемно-транспортного средства, например портального крана 4, с помощью стропов 13.

Устройство 1 снабжено также поплавком 14, обладающим подъемной силой, превышающей вес подвижной части 6 устройства 1, вместе с динамической составляющей, возникающей при вибрации вибромолота 9, и выполненным с плоскими горизонтальными верхним и нижним торцами и с круглым вертикальным цилиндрическим отверстием 15, выполненным в центральной части поплавка 14.

В подвижной части 6 устройства 1 вертикальный кожух 8 также выполнен круглым цилиндрическим и имеет диаметр, позволяющий ввести подвижную часть 6 в отверстие 15 поплавка 14, причем при приведении устройства 1 в рабочее положение вертикальный кожух 8 должен быть установлен в отверстии 15 поплавка 14 с возможностью продольного возвратно-поступательного перемещения.

Верхняя часть вертикального кожуха 8 выполнена в виде диска 16 с диаметром, большим диаметра отверстия 15 поплавка 14, и с амортизационным упругим кольцом 17 на нижней поверхности.

Дополнительно рабочий орган 7 подвижной части 6 устройства 1 может быть оборудован установленным внутри него нагревателем, выполненным, например, в виде электрической спирали 18.

Поплавок 14 может быть также снабжен проушинами 19 для автономного его присоединения с помощью стропов 20 к гаку 12 подъемно-транспортного средства, например портального крана 4.

Кроме того, поплавок 14 может быть выполнен полым, с заполнителем 21 из вещества, имеющего меньшую плотность по сравнению с плотностью воды, преимущественно из полистирола.

Работает устройство для разрушения льда следующим образом.

Предварительно перед введением устройства 1 в работу определяют месторасположение и размеры полосы на ледовом поле 2 у сооружения 3, где должно быть произведено разрушение льда, и протяженность каждого из составляющих ее участков, а также направление, в котором будет перемещаться устройство 1 во время работы.

При этом руководствуются следующими соображениями: расстояние A от линии кордона сооружения 3 до полосы на ледовом поле 2, в пределах которой должно быть произведено разрушение льда, устанавливается исходя из требований судоходства, а также исходя из необходимости исключения возможности повреждения конструкции сооружения 3 при работе устройства 1 для разрушения льда; одновременно должны учитываться такие технические характеристики используемого подъемно-транспортного средства, как грузоподъемность и вылет грузовой стрелы 5, а также фактическое расположение подъемно-транспортного средства относительно линии кордона сооружения 3;

ширина B указанной полосы, равная ширине отдельных смежных участков ледового поля 2, на которых намечено произвести разрушение льда, определяется в соответствии с требованиями судоходства с учетом грузоподъемности и вылета грузовой стрелы 5 подъемно-транспортного средства;

протяженность отдельных смежных участков ледового поля 2 вдоль линии кордона сооружения 3, на которых должно быть произведено разрушение льда, устанавливается исходя из радиуса действия подъемно-транспортного средства;

направление, в котором будет перемещаться устройство 1, определяется исходя из местных условий производства работ; так, например, при наличии в акватории течения выбирается направление, противоположное направлению течения.

Выбор участка ледового поля 2, где лед должен быть разрушен в первую очередь, производится с учетом состояния льда, которое для этого должно быть предварительно исследовано, например, с помощью ультразвуковых приборов, причем в качестве такого участка следует принимать ослабленный трещинами участок ледового поля 2 с наименьшей толщиной льда.

Далее к выбранному участку ледового поля 2, где лед должен быть разрушен в первую очередь, подводят подъемно-транспортное средство, оборудованное грузовой стрелой 5, например в случае, если ледовое поле 2 находится у причального сооружения 3, портальный кран 4 с подвешенным к нему на гаке 12 с помощью стропов 20 поплавком 14.

Затем поплавок 14 грузовой стрелой 5 портального крана 4 плавно опускают на ледовое поле 2 и устанавливают его на поверхность того участка ледового поля 2, в пределах которого намечено разрушить лед, причем установку поплавка 14 осуществляют таким образом, чтобы он своим нижним плоским торцом опирался на указанную поверхность. После этого поплавок 14 отстрапливают.

Далее к участку поверхности ледового поля 2, на котором уже установлен поплавок 14, также грузовой стрелой 5 портального крана 4 доставляют подвижную часть 6 устройства 1.

Затем подвижную часть 6 устройства 1 грузовой стрелой 5 портального крана 4 вводят суживающимся книзу рабочим органом 7 в круглое вертикальное цилиндрическое отверстие 15, выполненное в поплавке 14.

Таким образом, наличие поплавка 14 в составе устройства 1 позволяет разместить его подвижную часть 6 точно на поверхности выбранного участка ледового поля 2, в пределах которого лед должен быть подвергнут разрушению, и при этом благодаря тому, что круглое вертикальное цилиндрическое отверстие 15 в поплавке 14 является направляющей, расположить подвижную часть 6 устройства 1 перпендикулярно поверхности ледового поля 2.

В связи с тем, что вертикальный кожух 8 подвижной части 6 устройства 1 имеет цилиндрическую форму с диаметром, соответствующим диаметру круглого вертикального цилиндрического отверстия 15 в поплавке 14, обеспечивается возможность продольного возвратно-поступательного перемещения подвижной части 6 устройства 1 относительно его поплавка 14.

Далее подвижную часть 6 отстрапливают и устройство 1 включают в работу. Вибрация вибромолота 9 при работе устройства 1 передается на всю его подвижную часть 6, которая в процессе своего продольного-поступательного перемещения относительно поплавка 14 производит, под воздействием собственного веса и динамической составляющей, вызванной вибрацией, разрушение льда на данном участке ледового поля 2.

При этом разрушении льда происходит благодаря тому, что максимальные величины давления, передающегося при вибрации подвижной части 6 устройства 1 на лед через нижний конец рабочего органа 7, превышают значение предельного сопротивления льда на сжатие.

При работе устройства 1 сохранность ее подвижной части 6 обеспечивается даже в том случае, когда на участке, где установлено устройство 1, будет полностью разрушен лед, покрывающий акваторию, поскольку при этом поплавок 14 вместе с размещенной внутри него подвижной частью 6 устройства 1 останутся на плаву.

Требуемая плавучесть поплавка 14 достигается за счет того, что поплавок 14 обладает подъемной силой, превышающей вес подвижной части 6 устройства 1 вместе с динамической составляющей, возникающей при вибрации вибромолота 9.

В период работы устройства 1 исключается возможность выпадений подвижной части 6 устройства 1 из его поплавка 14 благодаря тому, что вертикальных кожух 8 подвижной части 6 ограничен сверху диском 16, диаметр которого превышает диаметр вертикального кожуха 8.

Кроме того, для уменьшения возможного ударного воздействия подвижной части 6 устройства 1 на его поплавок 14 во время работы устройства 1 снизу по кольцу под выступающей частью диска 16 размещено амортизационное упругое кольцо 17.

Помимо этого для предотвращения возможности смерзания поверхности наружной стенки вертикального кожуха 8 с поверхностью стенки круглого вертикального цилиндрического отверстия 15 в поплавке 14, а также нижнего торца поплавка 14 с поверхностью ледового поля 2, и для ускорения процесса разрушения льда в результате его таяния, на выбранном участке ледового поля 2, внутри рабочего органа 7 подвижной части 6 устройства 1 размещен нагреватель, выполненный, например, в виде электрической спирали 18.

Повышение надежности устройства 1 достигается благодаря тому, что поплавок 14 может быть выполнен полым, при этом предусматривается, что его внутренняя полость содержит заполнитель 21, состоящий из вещества, имеющего меньшую плотность по сравнению с плотностью воды, преимущественно из полистирола. Таким образом, даже в случае возможной разгерметизации поплавка 14, он сохранит свою подъемную силу.

После того как разрушение льда на выбранном участке ледового поля 2 с помощью данного устройства 1 будет произведено на всю толщину льда, поплавок 14 с подвижной частью 6 вновь застрапливают, после чего устройство 1 с помощью портального крана 4 перемещают в заданном направлении и устанавливают на поверхность соседнего участка ледового поля 2 для его разрушения уже на этом участке.

При работе устройства 1 его подвижная часть 6 и поплавок 14 могут и не отстрапливаться, но тогда, для исключения передачи вибрации на конструкцию портального крана 4, или грузовой канат 22 портального крана 4, к которому подвешен гак 12, должен быть опущен и находиться в напряженном состоянии, или же стропы 13 и 20, к которым подвешены соответственно подвижная часть 6 устройства 1 и его поплавок 14, следует крепить к гаку 12 через виброгасящие приспособления.

При наличии на сооружении 3 нескольких портальных кранов 4, устройство 1, после завершения работы на данном участке ледового поля 2, выполнявшейся с помощью одного из портальных кранов 4, перемещают на соседний участок, где при работе устройства 1 будет использован уже другой портальный кран 4.

Использование передвижных, в том числе портальных кранов 4, для перемещения устройства 1 целесообразно в тех случаях, когда разрушение льда должно производиться у сооружений 3, имеющих большую протяженность в плане.

В случае использования устройства 1 для разрушения льда вокруг отдельно стоящих сооружений 3, например буровых платформ, палов и т.п., перемещение устройства 1 вокруг них может осуществляться с помощью стационарных кранов, расположенных на самих сооружениях 3. В этом случае устройство 1 можно также перемещать на буксирном тросе непосредственно по поверхности ледового поля 2 в заданном направлении от одного участка, где должен быть разрушен лед, к другому с помощью приспособленного для этой цели подъемно-транспортного средства, например гусеничного трактора, также оборудованного грузовой стрелой 5. Вместе с тем выполнение указанной работы возможно только при определенной толщине льда, обеспечивающей безопасность передвижения по ледовому полю 2 используемого типа гусеничного трактора.

Работа по разрушению льда с использованием предлагаемого устройства 1 должна продолжаться до тех пор, пока лед не будет разрушен на протяжении всей заранее намеченной полосы на ледовом поле 2 у сооружения 3.