способ прокладки каналов в ледяном покрове

Формула изобретения

Способ прокладки каналов в ледяных покровах, по которому на ледовое поле впереди от судна на безопасном расстоянии по трассе канала доставляют взрывчатое вещество с борта судна и взрывом разрушают очередной участок ледового поля, отличающийся тем, что в качестве взрывчатого вещества используют измельченные до зависания в воздухе горючие материалы, которые распыляют над разрушаемым участком ледового поля в соотношении с воздухом, близком к стехиометрическому, и подрывают с помощью дистанционных взрывателей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к ледовому судоходству, в частности к ледокольным работам.

Известные способы разрушения ледяного покрова не получили развития из-за недостатка располагаемой на борту ледоколов энергии, намного меньшей, чей требуется для разрушения льда,

Так, известен способ по патенту РФ № 2081025, по которому лед разрушают, раскачивая судно и создавая волну в дополнение к ходовой волне.

Известен также способ по патенту РФ № 2086464, по которому лед взламывают корпусом подводного судна.

Известно подводно-надводное судно ледового плавания по патенту РФ № 2172698, взламывающее лед своим клиновидным корпусом.

Известен способ по патенту РФ № 2326785, по которому с ледокола под лед заводят аппарат, развивающий архимедову силу до 100 т. Этой силой, приложенной к острому ребру, разрушают лед и продвигают аппарат дальше.

Известен способ разрушения ледяного покрова по патенту РФ № 2314963. По этому способу под лед закачивают воздух, вызывающий обрушение льда.

Известен способ но патенту РФ № 2122505, по которому на носовой приставке ледокола устанавливают резцы, прорезающие лед перед его взламыванием корпусом ледокола.

Известен также способ по патенту РФ № 2213675, по которому через носовую приставку судна на лед подают струм води, пароводяной смеси или пара.

Известен способ по патенту РФ № 2085432, по которому для всплытия подводной лодки из-подо льда к нему подводят штанги и подают теплую воду. Вода протапливает прорези по всему периметру лодки и корпусом лодки взламывают лед и выводят лодку в надводное положение.

Известен способ разрушения льда перед судном с помощью электрической дуги, см. патент РФ № 2216477.

Известен также способ № 2124454, по которому для всплытия подводной лодки выдвигают штанги с электродами и подают электропитание. В толще льда растопляют щели и, убрав электроды, взламывают лед корпусом лодки.

Известен способ разрушения льда по авторскому свидетельству № 1548978, по которому лед на пути ледокола взрывают известными взрывчатыми веществами (ВВ).

Последний способ принят за прототип предлагаемого изобретения. Известный способ имеет серьезные недостатки. При разрушении льда непосредственно перед ледоколом мощность взрыва ограничена из-за невозможности доставить с судна крупный заряд ВВ, а также из-за опасности повреждения судка взрывом. Другим недостатком этого способа являются большие затраты дорогостоящего ВВ.

Целью предлагаемого изобретения являются повышение производительности и снижение стоимости ледокольных работ.

Поставленная цель достигается способом, по которому с использованием судна на ледовое поле впереди по трассе канала доставляют взрывчатое вещество и взрывом разрушают очередной участок ледового поля.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в качестве взрывчатого вещества используют измельченные до зависания в воздухе горючие материалы, которые распыляют над разрушаемым участком ледового поля в соотношении с воздухом, близком к стехиометрическому, и подрывают с помощью дистанционных взрывателей.

Таким образом, ударную волну получают при детонации гремучей взрывчатой смеси, созданной на трассе ледового канала впереди от судна на безопасном расстоянии. При этом в качестве пылевидных горючих материалов могут быть использованы частицы древесины - фитотоплива, угля, муки и другие органические порожки. Для полного использования горючих частиц при детонации смесь их с воздухом должна быть по возможности равномерной. С этой целью горючие частицы измельчают до размеров, при которых частицы зависают в воздухе на несколько десятков минут. Для легких материалов, каменного угля, древесины и муки эти размеры составляют 1-5 мкм, что соответствует размерам тонкой муки. Для измельчения и просева таких порошков имеются известные мельницы и аэросепараторы, см., например, патенты РФ № 2102113 и № 2102114. Для измельчения материалов применяют также шаровые, валковые, дисковые, струйные мельницы и другие агрегаты. Пылевидную древесину можно заготавливать в лесах как недорогое и возобновляемое фитотопливо. Большая поверхность тонкоизмельченных горючих материалов обеспечивает их надежную детонацию в смеси с воздухом, Стехиометрическое соотношение фитотоплива с воздухом составляет 0,09:1 кг/кг, а угля с воздухом - 0,08:1 кг/кг. При зависании частиц в воздухе в результате дрейфа частиц концентрация их по объему смеси выравнивается.

Пылевидное горючее доставляют на разрушаемую полосу льда с борта судна обычным транспортом или пневмотранспортом по тканевому рукаву. Выпускное устройство пыли перемещают по трассе вездеходом и аэрозоли распределяют равномерно по ширине полосы распылителями. Плотность аэрозолей на единицу длины полосы устанавливают в зависимости от удельной теплоты сгорания горючего, толщина льда, ширины канала, температуры воздуха и других факторов.

Взрывчатую смесь на разрушаемой полосе подрывают при заполнении смесью расчетного участка полосы.

Подрыв смеси осуществляют с помощью, например, электрозапалов с дистанционным включением. При подрыве смеси проходит ударная волна, которая разрушает ледяной покров на ширине канала или больше. После взрыва судно продвигают по проложенному участку канала и останавливают на расстоянии от следующего участка. Процесс разрушения льда повторяют.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение производительности и сокращение стоимости работ по прокладке ледовых каналов. При избытке недорогих ВВ, какими являются угольная или древесная аэрозоль, размеры разрушаемого участка ледовой трассы возрастают многократно. Само разрушение занимает секунды. Измельченный взрывом лед не требует удаления. Так что скорость прокладки канала определяется в основной скоростью продвижения вездехода, распыляющего ВВ. При больших расходах ВВ оно может доставляться от судна автоцистернами. В то же время стоимость угольного или древесного аэрозоля не намного выше стоимости исходного сырья. Благодаря этому масштабы взрывных работ могут быть намного выше, чем при использовании обычных ВВ. В то же время требуемые для работы устройства остаются простыми и несложными. Затраты энергии на проведение работ окупаются во много раз открывающимися возможностями транспорта грузов на севере.

Сущность изобретения поясняется на примерах.

Пример 1. Судно ледового класса водоизмещением 3000 т используют при прокладке канала шириной 15 м в ледяном покрове реки с толщиной льда 1,0 м. В качестве ВВ применяют смесь пылевидной древесины с воздухом. Впереди судна по трассе канала на участке длиной 1000 м распыляют аэрозоль, создавая облако гремучей смеси шириной 10 м и высотой 3 м с плотностью аэрозоля 2,7 кг/м при концентрации пыли 0,09 кг/м³. При одновременном подрыве облака ВВ в нескольких точках ударная волна воздействует на лед давлением 4,5 ат, создавая нагрузку 450 т/м. Под таким давлением разрушается основная часть ледовой полосы. При увеличении ширины облака ВВ до 15 м лед может срезаться по ширине канала. Весь цикл разрушения участка трассы занимает 4-5 минут, что соответствует скорости прокладки какала 6-8 узлов.

Пример 2. Ледокол водоизмещением 8000 т используют при прокладке канала шириной 30 м в ледяном покрове моря с толщиной льда 3,0 м. В качестве ВВ применяют смесь пылевидного каменного угля с воздухом. Впереди судна по трассе канала на участке длиной 1000 м распыляют аэрозоль, создавая облако гремучей смеси шириной 20 м и высотой 5 м с плотностью аэрозоля 8,0 кг/м при концентрации пыли 0,08 кг/м³. При одновременном подрыве облака ВВ ударная волна воздействует на лед давлением 6,0 ат, создавая нагрузку 1200 т/м. Под таким давлением разрушается основная часть ледовой полосы. Весь цикл разрушения участка трассы занимает 5-6 минут, что соответствует скорости прокладки канала 5,5-6,5 узлов.

Пример 3. Ледокол водоизмещением 20 тыс. т используют при прокладке канала шириной 30 м в ледяном покрове целинного льда с толщиной 4,0 м. В качестве ВВ применяют смесь пылевидного угля с воздухом. Впереди судна по трассе канала на участке длиной 1000 м распыляют аэрозоль, создавая облако гремучей смеси шириной 30 м и высотой 5 м с плотностью аэрозоля 120 кг/м при концентрации пыли 0,08 кг/м³. При одновременном подрыве облака ВВ в нескольких точках ударная волна воздействует на лед давлением 6,0 ат, создавая нагрузку 1800 т/м. Под таким давлением разрушается основная часть ледовой полосы. Весь цикл разрушения участка трассы занимает 8-10 минут, что соответствует скорости прокладки канала 3,3-4,0 узлов.

Предложенный способ проходки льдов имеет большую область гражданского и оборонного применения.

Так, все северные реки страны могут стать судоходными в течение всего года. Арктические районы могут быть доступными для северного флота без ограничений. Предстоящие разработки арктических шельфовых месторождений будут обеспечены доставкой оборудования и продукции. С другой стороны, северный подводный флот будет иметь надежные базы снабжения в нескольких различных пунктах океана. Прокладка каналов по ледовый полям позволяет также создавать и поддерживать авиабазы и аэродромы в северных районах, сложных и опасных для полетов.