Способ транспортировки льда айсбергов для получения питьевой воды из него

Изобретение относится к водному транспорту и касается технологии транспортировки айсбергов для получения питьевой воды. Способ транспортировки льда айсберга для получения воды из него состоит в том, что осуществляют выбор айсберга путем облета для оценки массогабаритных показателей айсберга, проводят высадку на поверхность айсберга бригады для определения опорных точек якорных скважин с якорными устройствами, в которые размещают якорные устройства. К их муфтам крепят тросы, соединяющие якорные устройства с аэростатно-парусной системой, подготовленной к транспортированию айсберга к месту назначения, путем заполнения легким газом аэростатов, выводящих во взвешенное состояние парусную систему. Курс движения айсберга поддерживают дистанционным управлением парусной системы, осуществляемым с корабля сопровождения. По прибытии айсберга к месту назначения в континентальной части южного или северного тропиков приступают к разделке айсберга на транспортабельные части, доставляемые на площадки, где термальный режим окружающей среды изменяет фазовое состояние твердого айсберга в питьевую воду, которую затем через насосную систему транспортируют под давлением через трубопровод, проложенный в континентальной части шельфа для раздачи ее потребителям на континенте. Технический результат состоит в ускорении доставки льда айсбергов к месту назначения для использования их в качестве источника пресной экологически чистой воды. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Предложенное изобретение относится к вопросам распределения водных ресурсов чистейшей воды планеты для нужд населения разных континентов - Америки, Африки, Австралии и других.

В настоящее время все больше стран испытывают проблему обеспечения населения питьевой водой. Если учесть загрязненность источников пресной воды продуктами деятельности промышленных предприятий и сельскохозяйственного производства, исключающую их использование для питья или приводящую к недопустимо большим затратам на очистку воды до установленных санитарных требований, то к числу стран, испытывающих недостаток в чистой пресной воде, может быть отнесено большинство промышленно развитых стран.

Одним из природных источников чистой пресной воды являются айсберги.

Основные районы образования айсбергов - это ледники Антарктиды, острова Канадского Арктического архипелага и Гренландия.

Известен способ транспортировки частей айсберга путем их буксировки кораблями в пункты назначения. Такой способ доставки льда приводит к большой потере льда из-за длительной буксировки с малыми скоростями [1].

Наиболее близкий предложенному является способ транспортировки льдов айсберга, который заключается в том, что выбирают айсберг требуемых параметров, покрывают его водонепроницаемыми оболочками, соединенными с буксируемыми тросами корабля, и буксируют в пункт назначения [2].

Однако транспортировка льда айсберга кораблем через экваториально-тропическую зону при достаточно продолжительном плавании приводит к быстрому таянию льда, в результате по прибытии к месту назначения от общей массы транспортируемого льда остается не более 10% льда, что снижает экономический эффект, а также используемая водонепроницаемая оболочка часто рвется и при транспортировке принимает самые нерациональные формы для обтекания, отчего энергетические затраты вырастают в 3-5 раз.

Техническим результатом предложенного изобретения является ускоренная доставка льда антарктических и арктических айсбергов к ближайшему заранее подготовленному месту для переработки на континенте, например к Австралии, Африке, Южной Америке и др., и транспортировки полученной чистой питьевой воды по трубопроводу, размещенному в шельфовой зоне с возможностью раздачи потребителю по пути ее следования.

Транспортировка айсберга осуществляется экологически чистым способом с помощью аэростатно-парусной системы с дистанционным радио или лазерным управлением без использования дополнительных энергетических установок.

Для осуществления предлагаемого способа транспортировки льда айсбергов осуществляют выбор айсберга путем облета для оценки его массогабаритных показателей. Проводят высадку на поверхность айсберга бригады для определения мест опорных точек якорных скважин для размещения якорных устройств, к муфтам которых крепят тросы, соединяющие якорные устройства с аэростатно-парусной системой, подготовленной к транспортированию айсберга к месту назначения. Затем заполняют легким газом аэростаты, которые выводят парусную систему во взвешенное состояние. Курс движения айсберга поддерживают дистанционным управлением парусной системы, осуществляемым с корабля сопровождения. По прибытии айсберга к месту назначения в континентальной части южного или северного тропиков приступают к разделке айсберга на транспортабельные части, доставляемые на площадки, где термальный режим окружающей среды изменяет фазовое состояние твердого льда айсберга в питьевую воду. Через насосную систему полученную воду под давлением транспортируют через трубопровод, проложенный в континентальной части шельфа для раздачи ее потребителям на континенте. При этом выбор айсберга осуществляют с помощью воздушного транспортного средства, например вертолета или самолета. Буксировку айсберга осуществляют аэростатно-парусной системой дистанционного управления, например радиоуправлением или лазерным управлением. Осуществляют фазовый переход льда айсберга из твердого состояния в жидкое на разделочной площадке, снабженной энергетической установкой, работающей на разности температур твердофазового льда и нагретой поверхностью береговой зоны. Для транспортирования полученной воды с айсберга установлен водовод.

Парусная система выполнена из секции жалюзного типа с противошквальной защитной установкой, а паруса выполнены с защитой от обледенения.

На чертеже показано устройство для осуществления предлагаемого способа, где айсберг 1, транспортное судно сопровождения 2; катер 3, вертолеты 4; аэростатно - парусная система, которая состоит из аэростатов 5, парусных систем с блоками управления 6, парусных тросов 7, передающего устройства системы дистанционного радиоуправления 8, приемных устройств системы дистанционного радиоуправления 9; якорные устройства 10, размещенные в якорных скважинах, окрашенные опорные точки 11.

Теоретическое обоснование изобретения

Айсберги по форме разделяют на три вида: столообразные, куполообразные и разрушенные. Айсберги шельфовых ледников обычно имеют столообразную форму. Куполообразные айсберги в основном рождаются выводными ледниками. Разрушенные айсберги имеют различную форму, рождаются, откалываясь от ледяного барьера материковых или островных оледенений или в процессе разрушения столообразных и куполообразных. Размеры перечисленных айсбергов зависят в основном от их происхождения и возраста. Айсберги ледяного барьера имеют наименьшие размеры по сравнению с айсбергами другого происхождения (от десятков метров до 600-800 м). Наиболее крупными являются айсберги шельфовых ледников. Горизонтальные размеры их колеблются в пределах от нескольких тысяч метров до десятков километров. Высота шельфовых айсбергов в среднем равна 30-35 м. Отношение высоты к осадке составляет 1/5-1/6. Надводная часть шельфовых айсбергов имеет практически плоскую поверхность.

Обладая огромной осадкой (до 200 м), айсберги в основном движутся под действием океанических течений.

Придание айсбергу дополнительной парусности путем размещения на поверхности его надводной части парусных систем создает возможность обеспечения управляемого движения айсбергами.

Для организации управляемого дрейфа айсбергов используют энергию ветровых потоков, скорость которых в антарктических водах достигает в среднем до 30 м/с. При средних скоростях набегающего потока воздуха и соответствующем выборе площади паруса энергию ветра можно преобразовать в движущую силу, достигающую нескольких сотен тонн, что является достаточным для движения айсберга с оптимальной скоростью. Одновременно с использованием энергии ветра при транспортировке айсбергов на их движение будут оказывать влияние поверхностные течения океана.

Предлагаемая аэростатно-парусная система, устанавливаемая на айсберге, обеспечивает управление по скорости и направлению движение айсберга, она легко развертываема и быстро свертываема, ремонтопригодна и проста в эксплуатации.

Существо предлагаемого способа транспортировки льда айсбергов состоит в следующем.

В зону нахождения айсберга приходит судно сопровождения, на борту которого размещена сложенная парусная система, бухты парусных тросов, вертолет или самолет, система дистанционного радиоуправления парусами, бурильные установки для забуривания якорных устройств парусных тросов.

С корабля поднимают вертолет или самолет. Путем облета и аэрофотосъемки выбирают по массогабаритным показателям айсберг для подготовки его к транспортировке.

Далее проводят высадку бригады специалистов с вертолета на поверхность айсберга для определения опорных точек якорных скважин и обозначения их для ориентира путем окрашивания определенных площадок (диаметром 2-3 м).

Якорные устройства могут быть установлены несколькими способами, например забуриванием якорных скважин в массив айсберга на глубину 10-50 м, в зависимости от величины транспортируемого айсберга и количества скважин.

Затем стыкуют тросы аэростатно-парусной системы к забуренным якорным устройствам через соединительные муфты и наполняют баллонеты аэростатов легким газом. Аэростаты, поднимаясь в воздух, увлекают за собой парусную систему и поддерживают ее во взвешенном состоянии. При этом паруса наполняются ветром, тем самым превращая парусную систему в двигатель. С антенны передающего устройства на корабле сопровождения передают управляющие сигналы на приемное устройство системы дистанционного управления, встроенное в блоки управления парусной системы. Отлаживают механизм регулирования парусной системы. Аэростат удерживает парусную систему, которая в свою очередь утилизирует энергию потока ветра в вектор тяги транспортируемого айсберга.

В зависимости от миделя транспортируемого айсберга сопротивление при перемещении его определяют по величине миделя и скорости набегающего потока океанской волны, смывающего транспортируемый айсберг.

При транспортировке айсбергов к месту назначения в континентальной части южного или северного тропиков количество аэростатов может быть разным в зависимости от площади парусов и массы айсберга.

Таким образом, аэростатно-парусная система обеспечивает транспортировку ледяного массива в сторону тропической зоны континента с помощью дистанционного радио или лазерного управления, которое осуществляют с корабля сопровождения.

Прокладывают трассу движения айсберга до ближайшего района тропической зоны, выбирая кратчайший путь от места отбора айсберга до места его переработки на континенте. В процессе транспортировки айсберга предупреждают суда, которые находятся в данной акватории для предотвращения столкновения.

Целесообразна транспортировка айсбергов больших объемов с большой площадью поверхности надводной части, допускающей возможность размещения на ней предлагаемой аэростатно-парусной системы.

После доставки айсберга в пункт назначения на континенте осуществляют технологическую разделку льда айсберга с помощью специальной энергетической установки, работающей на разности температур твердофазового льда, и нагретой поверхности береговой зоны. Набрасывают трос на часть айсберга, которую необходимо отделить от общей массы айсберга, при этом подают напряжение на трос, который служит вторичной обмоткой трансформатора, типа сварочного трансформатора. Происходит нагревание троса, который локально нагревает массив айсберга, тем самым разрезает айсберг на заданные промышленно-перерабатываемые объемы и буксируемые на специальной аппарели (наклонная плоскость конструкции), на которую из морской воды извлекают заданный объем льда айсберга и устанавливают его на платформу, где происходит интенсивное таяние льда, таким образом осуществляется фазовый переход льда из твердой фазы в жидкую, в воду.

Полученная вода стекает в накопитель-резервуар. Через насосную систему полученную чистейшую питьевую воду транспортируют под давлением через водовод, проложенный в шельфовой зоне, с возможностью подсоединения к водоводу потребителей вдоль всего пути транспортирования воды.

Таким образом, замыкается технологическая цепь получения чистейшей воды планеты для использования континентальным потребителем.

Для осуществления транспортировки льда айсбергов предлагается устройство (чертеж), состоящее из транспортного судна сопровождения 2, катера 3, вертолетов 4 и аэростатно-парусной системы. В состав аэростатно-парусной системы входят: аэростаты 5, число которых зависит от массогабаритных показателей айсберга; парусные тросы 7; передающее устройство системы дистанционного радиоуправления 8; парусные системы 6 с блоками управления, в которых установлены приемные устройства 9 системы дистанционного радиоуправления и якорные устройства 10, размещенные в якорных скважинах 11.

Парусная система выполнена из секций жалюзного типа с активной противошквальной системой. Жалюзи парусов снабжены системой электрического обогрева с использованием метода «бегущей волны включения сопротивления», которая предназначена для облегчения веса парусов при возможности обледенения.

Работа предлагаемого изобретения состоит в следующем.

При подготовке работ к транспортировке айсберга определяют пункты назначения, где будет использована талая вода айсберга. С использованием спутникового мониторинга выбирают дрейфующий или готовый в ближайшее время к отлому от ледника айсберг, подходящий по размеру к требованиям. Исследуют многолетние данные метеосводок о состоянии приповерхностной атмосферы вдоль выбранного пути перемещения айсберга, устанавливают наличие поверхностных течений в океанах и морях, пересекаемых айсбергом по пути его транспортировки. Выбирают состав и схему размещения элементов (или блоков) аэростатно-парусной системы над и на поверхности айсберга.

При движении айсберга вдоль меридиана используют данные о распределении температуры вод океана вдоль меридиана и по глубине. Интенсивное таяние льда айсберга начинается от 55 ю.ш.

Пример.

Предлагаемый способ транспортировки льда айсбергов и аэростатно-парусную систему используют для организации управляемого движения столообразных айсбергов шельфового происхождения. Эти айсберги характеризуются относительно плоской верхней и нижней поверхностями. Средняя высота их над водой составляет 30-35 м, отношение высоты к осадке 1/5-1/6. Полная средняя высота (толщина) такого айсберга колеблется от 195 до 230 м. Температура воздуха в зоне 20-30 ю.ш. - места доставки айсбергов - равна 30°С. Скорости ветров в акватории Антарктики могут изменяться от полного штиля - 0 м/с до 70 м/с при штормах. Транспортировку айсберга осуществляют с 70 ю.ш. до 30 ю.ш. Начальную массу айсберга выбирают порядка 100 млн тонн. При размере айсберга (длина × ширина × высота) - 1000×1000×100 м. Средняя расчетная скорость ветра равна 7-15 м/с. Время доставки айсберга с начальной массой 100 млн тонн составит в зависимости от широты от 12 дней до одного месяца при экспедиции до двадцати человек. Средняя расчетная скорость течения в океане 0,15 м/с. Площадь поверхности парусов - порядка 100000 м².

В зону нахождения айсберга приходит судно сопровождения, на борту которого размещена сложенная парусная система, бухты парусных тросов, вертолет или самолет, система дистанционного радиоуправления парусами, бурильные установки для забуривания якорных устройств парусных тросов.

С корабля поднимают вертолет или самолет. Путем облета и аэрофотосъемки выбирают по массогабаритным показателям айсберг для подготовки его к транспортировке.

Далее проводят высадку бригады специалистов с вертолета на поверхность айсберга для определения опорных точек якорных скважин и обозначения их для ориентира путем окрашивания определенных площадок (диаметром 2-3 м).

Якорные устройства могут быть установлены несколькими способами, например забуриванием якорных скважин в массив айсберга на глубину 10-50 м, в зависимости от величины транспортируемого айсберга и количества скважин.

Затем стыкуют тросы аэростатно-парусной системы к забуренным якорным устройствам через соединительные муфты и наполняют баллонеты аэростатов легким газом. Аэростаты, поднимаясь в воздух, увлекают за собой парусную систему и поддерживают ее во взвешенном состоянии. При этом паруса наполняются ветром, тем самым превращая парусную систему в двигатель. С антенны передающего устройства на корабле сопровождения передают управляющие сигналы на приемное устройство системы дистанционного уравления, встроенное в блоки управления парусной системы. Отлаживают механизм регулирования парусной системы. Аэростат удерживает парусную систему, которая в свою очередь утилизирует энергию потока ветра в вектор тяги транспортируемого айсберга.

В зависимости от миделя транспортируемого айсберга сопротивление при перемещении его определяют по величине миделя и скорости набегающего потока океанской волны, смывающего транспортируемый айсберг.

При транспортировке айсбергов к месту назначения в континентальной части южного или северного тропиков количество аэростатов может быть разным в зависимости от площади парусов и массы айсберга.

Источники информации

1. Авторское свидетельство №1127799, 1984.

2. Заявка ФРГ №2810153, 1978.

1. Способ транспортировки льда айсбергов для получения питьевой воды из него, заключающийся в том, что осуществляют выбор айсберга путем облета для оценки массогабаритных показателей айсберга, проводят высадку на поверхность айсберга бригады для определения опорных точек якорных скважин с якорными устройствами, в которые размещают якорные устройства, к муфтам которых крепят тросы, соединяющие якорные устройства с аэростатно-парусной системой, подготовленной к транспортированию айсберга к месту назначения, путем заполнения легким газом аэростатов, выводящих во взвешенное состояние парусную систему, при этом курс движения айсберга поддерживают дистанционным управлением парусной системы, осуществляемым с корабля сопровождения, по прибытии айсберга к месту назначения в континентальной части южного или северного тропиков приступают к разделке айсберга на транспортабельные части, доставляемые на площадки, где термальный режим окружающей среды изменяет фазовое состояние твердого айсберга в питьевую воду, которую затем через насосную систему транспортируют под давлением через трубопровод, проложенный в континентальной части шельфа для раздачи ее потребителям на континенте.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выбор айсберга осуществляют с помощью воздушного транспортного средства, например вертолета, самолета.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что буксировку айсберга осуществляют аэростатно-парусной системой с дистанционным управлением, например радиоуправлением или лазерным управлением.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют фазовый переход айсберга из твердого состояния в жидкое на разделочной площадке, снабженной энергетической установкой, работающей на разности температур твердофазового льда и нагретой поверхностью береговой зоны.