Способ разрушения ледяного покрова


 


Владельцы патента RU 2463200:

Федеральное государственное унитарное предприятие "НПО Астрофизика" (RU)

Изобретение относится к ледотехнике и касается технологии разрушения ледяного покрова для вскрытия прохода через ледовое поле. Способ разрушения ледяного покрова основан на лазерном облучении ледяного покрова. Определяют линии концентрации напряжений в ледяном покрове, фокусируют лазерное излучение на линиях концентрации напряжений, испаряют сфокусированным лазерным излучением лед на этих линиях, производят испарение льда на глубину, определяемую раскалыванием ледяного покрова. Изобретение обеспечивает безопасную проводку крупногабаритных судов, повышает ледопроходимость ледоколов, создает широкие каналы в ледовых полях и повышает скорость проводки судов. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к способам разрушения ледяного покрова для вскрытия прохода через ледовое поле и к ледоколу для осуществления способа. Проход широкогабаритных судов затруднен из-за не соответствия ширины судна, проделанному ледоколом каналу и требует дополнительных затрат.

Известны способы разрушения ледяного покрова с помощью устройств по патентам № RU 2245275, B63B 35/08, и RU 2245275, В63В 35/08, в них используется лазерная установка, расположенная на судне с воздушной подушкой для создания светогидравлического удара на лед и разрушения его резонансным методом.

Недостатком является применение только для судна на воздушной подушке и необходимость создания изгибно-гравитационной волны.

Известен также метод разрушения льда [Богородский В.В., Гаврило В.П., Недошивин О.А. Разрушение льда. Методы, технические средства. Л.: Гидрометеоиздат. - 1983. - 232 с.], где для разрушения льда возможно применение лазера, энергия передается в подледный слой для использования резонансного метода.

Недостатком является ограниченное применение в тонком слое льда при наличии резонансной волны.

Известно использование лазерного излучения для раскалывания льда на поверхностях самолетов - патент США №4900891, НКИ 219/121.6, 1990 г., и патент США №5823474, НКИ 244/134Е, 1998 г. В известных патентах - США №6206325, НКИ 244/134Е, 2001 г., и Канады №2222881, МКИ H02G 7/16, 1998 г., с этой целью используют лазерное излучение с длиной волны в диапазоне 10-11 мкм, соответствующем области поглощения излучения льдом, и происходит скалывание льда.

Недостатком является использование на самолетных поверхностях и локальное действие на тонкие слои, что не позволяет проводить разрушение льда на больших массивах.

Наиболее близким по технической сущности и принятым в качестве прототипа является способ разрушения ледяного покрова по патенту №KR 10-2009-0094924 А «ICE BREAKER WITH A HIGH POWER LASER», номер публикации KR20090094924 (А) от 2009-09-09 В63В 35/08; В63В 35/00, в котором разрушение льда проводится лазером высокой мощности, расположенным на носу ледокола и дробящим лед, делая трещины во льду и уменьшая воздействие на носовую часть.

Недостаток известного технического решения состоит в том, что с его помощью невозможно обеспечивать ледоколом широкие каналы для проводки крупногабаритных судов и разрушать толстые массивные ледяные поля.

Целью изобретения является обеспечение безопасной проводки крупногабаритных судов, повышение ледопроходимости ледокола, создание широких каналов в ледовых полях и повышение скорости проводки судов.

Поставленная цель достигается расположением на ледоколе лазерных установок, отличающимся тем, что при нагружении ледоколом определяют линии концентрации напряжений в ледяном покрове, фокусируют лазерное излучение на линиях концентрации напряжений, испаряют сфокусированным лазерным излучением лед на этих линиях, производят испарение льда на глубину, определяемую раскалыванием ледяного покрова.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что при нагружении ледоколом определяют линии концентраций напряжений в ледяном покрове, фокусируют лазерное излучение на линиях концентрации напряжений, испаряют сфокусированным лазерным излучением лед на этих линиях, производят испарение льда на глубину, определяемую раскалыванием ледяного покрова.

Причем предварительно выбирают режим ослабления прочности льда, определяют длину волны лазерного излучения и мощность, соответствующие ослаблению прочности льда,

Причем на льду по курсу ледокола определяют линии контура канала, соответствующего каналу для проводимого судна, сканируют сфокусированным лазерным излучением по этим линиям контура,

Причем испаряют сфокусированным лазерным излучением лед, на определенных линиях, пунктиром,

Причем лазерное излучение фокусируют на линиях концентрации напряжений, располагаемых на определенном расстоянии от бортов ледокола.

При прокладке канала в ледяном поле ледоколом образуется проход шириной, соответствующей размеру ледокола. Проведение крупногабаритных судов требует дополнительных маневров ледокола, что резко уменьшает скорость прохождения судов и увеличивает время проводки. При вжатии льдов подобные маневры неэффективны и канал быстро закрывается. Применение лазерного излучения для разрушения льда (1. Богородский B.B., Гаврило В.П., Недошивин О.А. Разрушение льда. Методы, технические средства. Л.: Гидрометеоиздат. - 1983. - 232 с.) использует механизм теплового поглощения лазерного излучения в диапазоне спектра поглощения льда. При фокусировании излучения с плотностью 15-20 кВт/см2 происходит плавление льда и испарение образовавшейся воды, осуществляется мгновенный фазовый переход лед-вода-пар. Скорость испарения достигает значения 1 мм в 0,01 сек (2. Ж. Квантовая Электроника, 1994, том 21, №2, с.137-141. Воздействие излучения СО2-лазера на крупные капли ортофосфорной кислоты, воды и ледяные кристаллы сферической формы. В.К.Рудаш). Таким образом, в течение секунды образуется отверстие глубиной 10 см. При дальнейшем облучении струя пара образует широкую щель во льду. Сканирование лучом лазера льда приводит к разрезанию толстых плит ледяного поля. Известно (3. Хейсин Д.Е. Динамика ледяного покрова. П.: Гидрометеоиздат, 1967, 216 с.), что увеличение давления на ледяную пластину приводит к увеличению амплитуды прогиба пластины, образуются линии концентрации напряжений, а изменение температуры и толщины льда приводит к предельным прогибам и к ломке льда по этой линии.

Практическая реализация способа происходит следующим образом. Ледокол наползает на ледяное поле, приборами (например, ультразвуковым толщиномером) определяется прогиб льда, и в линиях наибольшей кривизны поверхности производится испарение льда. Также можно производить сканирование на произвольных направлениях и расстояниях для обеспечения габаритной ширины прохода. При достижении предела прочности в истончившемся слое происходит растрескивание и раскалывание ледяного поля. Таким образом, производится ослабление прочности ледяного поля на разных расстояниях от ледокола и нарушение его монолитного состояния. Прохождение ледокола и проводимых судов облегчается и не требует дополнительных маневров. Дополнительно становится возможным обеспечить значительное увеличение предельных характеристик ледопроходимости. Техническая реализация иллюстрируется рисунком 1. Движущийся ледокол - 5, надвигается на ледяное поле 1 и вызывает прогиб льда с контуром линии концентрации напряжений - 2. Мощный лазер - 4 осуществляет сканирование - 3 по контуру - 2 с помощью выдвижных штанг или манипулятором для фокусировки излучения (непрерывно или пунктиром). После достижения предела прочности происходит раскалывание льда по контуру - 6 и при дальнейшем движении ледокола дробление льда.

Предложенный способ разрушения ледяного покрова имеет большое народнохозяйственное и оборонное значение. Технический результат реализации изобретения заключается в обеспечении безопасной проводки крупногабаритных судов, повышении ледопроходимости ледокола, создании широких каналов в ледовых полях и повышении скорости проводки судов.

Все северные арктические районы могут быть судоходными весь год, вне зависимости от ледовой обстановки. Становится возможным обеспечить проводку любых судов через ледовые поля любой толщины вне зависимости от мощности ледокола. Разработки арктических шельфовых месторождений будут обеспечены защитой от ледовых полей для бесперебойной доставки продукции и оборудования. Становится возможным обеспечить создание транспортной инфраструктуры в Арктике, независимой от погодных условий.

Литература

1. Богородский В.В., Гаврило В.П., Недошивин О.А. Разрушение льда. Методы, технические средства. Л.: Гидрометеоиздат. - 1983. - 232 с.

2. Ж. Квантовая Электроника, 1994, том 21, №2, с.137-141. Воздействие излучения СO2-лазера на крупные капли ортофосфорной кислоты, воды и ледяные кристаллы сферической формы. В.К.Рудаш.

3. Хейсин Д.В. Динамика ледяного покрова. П.: Гидрометеоиздат, 1967, 216 с.

1. Способ разрушения ледяного покрова, основанный на расположении на ледоколе лазерных установок, отличающийся тем, что при нагружении ледоколом определяют линии концентрации напряжений в ледяном покрове, фокусируют лазерное излучение на линиях концентрации напряжений, испаряют сфокусированным лазерным излучением лед на этих линиях, производят испарение льда на глубину, определяемую раскалыванием ледяного покрова.

2. Способ разрушения ледяного покрова по п.1, отличающийся тем, что предварительно выбирают режим ослабления прочности льда, определяют длину волны лазерного излучения и мощность, соответствующие ослаблению прочности льда.

3. Способ разрушения ледяного покрова по п.1, отличающийся тем, что на льду по курсу ледокола определяют линии контура канала, соответствующего каналу для проводимого судна, сканируют сфокусированным лазерным излучением по этим линиям контура.

4. Способ разрушения ледяного покрова по п.1, отличающийся тем, что испаряют сфокусированным лазерным излучением лед на определенных линиях пунктиром.

5. Способ разрушения ледяного покрова по п.1, отличающийся тем, что лазерное излучение фокусируют на линиях концентрации напряжений, располагаемых на определенном расстоянии от бортов ледокола.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к водному транспорту и может быть использовано при транспортировке нестандартных, крупногабаритных, тяжеловесных грузов в акваториях с ледовым покровом в любой ледовой обстановке.
Изобретение относится к ледокольному флоту и, в частности, касается технологии разрушения ледяного покрова. .
Изобретение относится к ледотехнике и касается технологии выполнения ледокольных работ с помощью амфибийных судов на воздушной подушке. .

Изобретение относится к ледотехнике, в частности к выполнению ледокольных работ судами на воздушной подушке. .
Изобретение относится к разрушению ледяного покрова с помощью взрыва. .

Изобретение относится к плавучей платформе (1) для морской добычи нефти в арктической и антарктической зоне, оснащенной под своим корпусом отсоединяемой турелью (1а), от которой отходят якорные линии (2) до морского дна и трубопроводы (3), связывающие дно с поверхностью, причем корпус имеет проходящие в продольном направлении (Х-Х) продольные борта, отличающейся тем, что продольные борта (1b) снабжены множеством устройств (10) для локализованного разрушения плавучего льда, каждое из которых содержит инструмент (11) разрушения, имеющий, по меньшей мере, одну заостренную часть (11а), выполненную с возможностью раскалывать плавучий лед посредством повторяемого воздействия при поступательном и/или вертикальном поворотном движении инструмента разрушения относительно продольного борта, причем указанная заостренная часть при движении сверху вниз входит в контакт с поверхностью плавучего льда локализованным образом с силой, предпочтительно равной, по меньшей мере, 10000 кН, при этом указанный инструмент разрушения приводится в поступательное и/или поворотное движение с помощью направляющей конструкции (14) поступательного движения и/или направляющей конструкции (13) поворотного движения, установленной на продольном борту.

Изобретение относится к судостроению и касается архитектурно-конструктивного типа ледокольно-транспортных судов, предназначенных для эксплуатации в ледовых полях Арктики без ледокольного сопровождения, в том числе в условиях малых глубин арктического шельфа.

Изобретение относится к судостроению, в частности к проектированию обводов носовой оконечности корпуса судна, не имеющего специализированных обводов ледокольного типа.

Изобретение относится к судостроению и касается создания ледоколов с подруливающим выдвижным устройством. .

Изобретение относится к способу, согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения, создания водного судна, главным образом, ледокола или грузового судна, танкера или подобного транспортного судна с улучшенными характеристиками проникновения в лед, при этом судно имеет корпус с первым концом и вторым концом и снабжено на втором конце узлом двигателя, которое создает основную двигательную силу судна, тогда как судно перемещается любым концом вперед, и рулевое управление судна, в соответствии с чем упомянутый второй конец судна имеет такую форму и размеры, чтобы как таковой он имел бы характеристики эффективного проникновения в лед

Изобретение относится к области обеспечения безопасной эксплуатации добычных платформ в арктических морях

Изобретение относится к водному транспорту и касается создания морских объектов в виде судов активного ледового плавания или объектов специального назначения, предназначенных для постоянной эксплуатации в сложных ледовых условиях (например, буровых и нефтегазодобывающих платформ)

Изобретение относится к области борьбы с разливами нефти и к способу сдерживания разливов нефти

Изобретение относится к области судостроения и касается вопроса создания ледокольных судов, предназначенных для прокладки широкого ледяного канала

Изобретение относится к области судостроения, преимущественно к судам с атомной энергетической установкой, эксплуатируемых на трассах Северного Морского пути

Изобретение относится к области судостроения, в частности к танкерам ледового класса. Корпус танкера содержит днище, второе дно, вертикальные борта, балластные цистерны, верхнюю палубу, грузовую зону с размещенными последовательно грузовыми танками в виде ряда, ориентированного по длине судна, симметрично относительно его диаметральной плоскости, которые имеют продольные и поперечные переборки и днище плоской конструкции. Набор в зоне ледового пояса имеет усиление. В зоне расположения рулевого устройства имеется элемент, частично защищающий силовые элементы рулевого устройства танкера от ударов льда на заднем ходу судна. Корпус танкера выполнен мелкосидящим. Носовая оконечность имеет ледокольную форму с уступом в нижней части форштевня и установленным в нем подруливающим устройством. Кормовая оконечность выполнена с продольным полутуннелем в диаметральной плоскости. На горизонтальных площадках установлены две полноповоротные главные движительно-рулевые колонки. Защитный элемент имеет два уступа, расположенных побортно от туннеля в корму от горизонтальных площадок. На транце установлено устройство для проводки танкера ледоколом в режиме толкания. Технический результат заключается в повышении ледопроходимости и маневренности на малых ходах и обеспечении позиционирования при более тяжелых метеорологических условиях. 4 ил.

Изобретение относится к ледокольным работам. Способ разрушения ледяного покрова основан на создания подо льдом гидроудара и включает подсоединение эластичной камеры с положительной плавучестью тросом к подводному судну. При этом эластичной камере придают ускорение. Технический результат заключается в повышении эффективности разрушения ледяного покрова. 1 ил.

Изобретение относится к области судостроения и касается вопросов конструкции судна ледового плавания и компоновки его пропульсивного комплекса. Кормовая оконечность судна ледового плавания имеет корпус с кормовым подзором, размещенный в кормовом подзоре движительно-рулевой комплекс, включающий установленную в диаметральной плоскости судна центральную пропульсивную винтовую установку и побортно установленные и расположенные на площадке пропульсивные установки в виде полноповоротных винто-рулевых колонок с гребным винтом, и наклонный ахтерштевень. Центральная пропульсивная установка выполнена также в виде полноповоротной винто-рулевой колонки с гребным винтом и расположена со смещением в корму от уровня плоскости дисков гребных винтов бортовых винто-рулевых колонок на расстояние, обеспечивающее бесконтактный с гребными винтами взаимный поворот центральной и бортовых винто-рулевых колонок на 360 градусов. Все три пропульсивные установки расположены на одной плоской горизонтальной площадке, огороженной сверху ледовым выступом, имеющим угол уклона в диаметральной плоскости судна γ, равный 30-50 градусов. Кормовая часть судна выше ледового выступа имеет форму ледокольного носа, а кормовые обводы ниже упомянутой площадки, примыкающие к днищу, имеют клиновидную форму с S-образными ватерлиниями. Угол наклона ахтерштевня судна к горизонту φ составляет 15-25 градусов, а угол входа кормовой конструктивной ватерлинии судна α на расстоянии от его диаметральной плоскости, равном 1/4 ширины судна, составляет 38-45 градусов. Технический результат заключается в улучшении маневренности и ходкости судна ледового плавания в режиме заднего хода при наличии ледового покрова. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение может быть использовано при разрушении льда с использованием судов, в частности ледоколов. Способ разрушения льда заключается в том, что непосредственно перед раскалыванием льда в результате механического воздействия на лед судна, как минимум, одну выбранную область поверхности льда, а также незначительную часть его толщи вблизи упомянутой области облучают под заданным углом мощным сфокусированным инфракрасным излучением, энергия которого достаточна, по крайней мере, для расплавления поверхности льда с образованием проталины. Предварительно упомянутую область выбирают как одну из наиболее вероятных для распространения трещины, образовывающейся вследствие упомянутого механического воздействия, учитывая текущий характер распространения упомянутой трещины и/или накопленный в отношении такого характера статистический материал, и/или учитывая карту дефектов льда. Технический результат заключается в повышении эффективности разрушения льда за счет энергетически малозатратного снижения прочности льда перед оказанием на него механического воздействия посредством судна. 24 з.п. ф-лы.
Наверх