Способ защиты ледяного гидротехнического сооружения от воздействия тепла движущейся воды
Изобретение относится к области строительства и эксплуатации гидротехнических сооружений из льда. Цель изобретения - повышение эффективности и долговечности защиты. Для этого в способе, предусматривающем создание на поверхности гидротехнического сооружения гидротеплоизоляционного экрана путем намораживания слоя льдокомпозиционного материала, для намораживания экрана используют водный раствор высокомолекулярного гельобразующего полимера, например полиакриламида или желатина, или насыщенный им пенопласт с открытой пористой структурой, например поролон или карбамидные пенопласты 2 з п ф лы.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (505 Е 02 В 17/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4386542/15 (22) 03.03,88 (46) 07.04.91, Бюл. № 13 (71) Институт проблем освоения Севера
СО АН СССР (72) Г.И,Сморыгин и А,И.Юдин (53) 624.147(088.8) (56) Патент США ¹ 4432669, кл, Е 02 В 17/00, 1984, (54) СПОСОБ ЗАЩИТЫ ЛЕДЯНОГО ГИДРОТЕХНИЧЕСКОГО СООРУЖЕНИЯ ОТ В03ДЕЙСТВИЯ ТЕПЛА ДВИЖУЩЕЙСЯ ВОДЫ (57) Изобретение относится к области строительства и эксплуатации гидротехнических
Изобретение относится к области строительства и эксплуатации гидротехнических сооружений из льда, на подводную часть которых может воздействовать тепло от потока воды, и предназначенных для использования, например, в качестве оснований сооружений для бурового или эксплуатационного оборудования при добыче нефти или газа на шельфе арктических морей, причалов, дамб, плотин и т.п.
Цель изобретения — повышение эффективности и долговечности защиты.
Пример 1. Требуется продлить срок службы ледяного причала. Причал возводится методом послойного намораживания. Защитная оболочка части причала, которая должна контактировать с водой, изготавливается следующим образом, На краю ледяного причала создаются водонепроницаемые бортики, в пространство
„„59 1640291 А1 сооружений из льда, Цель изобретения— повышение эффективности и долговечности защиты. Для этого в способе, предусматривающем создание на поверхности гидротехнического сооружения гидротеплоизоляционного экрана путем намораживания слоя льдоком позиционного материала, для намораживания экрана используют водный раствор высокомолекулярного гельобразующего полимера, например полиакриламида или желатина, или насыщенный им пенопласт о открытой пористой структурой, например поролон или карбамидные пенопласты. 2 з.ll, ф-лы. между которыми закладывается затвердевшая мочевиноформальдегидная пена, которая обладает открытой пористой структурой (как поролон). Затем пена насыщается 0,1%ным раствором, например, метилцеллюлозы и промораживается. Бортики служат для предотвращения стекания раствора полимера, Система, состоящая из затвердевшей мочевиноформальдегидной пены с замороженным в ее порах 0,1%-ным раствором метилцеллюлозы в воде, представляет собой льдокомпозиционный материал. Мочевиноформальдегидная пена может изготавливаться специальной установкой на месте или доставлена туда в виде блоков, Полимер, образующийся после полимеризации мочевиноформальдегидной смолы, обладает плотностью больше 1 г/см и, 3 следовательно, плотность системы лед+полимер не меньше плотности льда, а это значит, что не возникает дополнитель1640291 ной архимедовой силы, способствующей отрыву льдокомпозита от основного ледяного тела.
По мере наращивания льда и льдокомпозиционной оболочки сооружение под действием собственной тяжести погружается в воду, а вместе с ним и защитная оболочка, Для создания льдокомпозиционного материала используют водные растворы высокомолекулярных гельобрэзующих полимеров таких, как желатин, агар-агар, карбоксиметилцеллюлоза, полиакриламид, полиоксиэтилен.
Относительно эффективности защиты(а следовательно, и долговечности) для различных гельобразующих полимеров можно сказать, по данным предварительных опытов, что свойство полимеров при вытаивании образовать защитную оболочку наблюдается у всех перечисленных веществ. Однако одна и та же эффективность достигается при различных начальных концентрациях раствора. Так, например, цилиндр (d=300, d=70 мм) из льдокомпозиционного материала, помещенный в воду, после полного оттаивания остается связанным (в виде студня) при концентрации желатина 0,1, полиокса 0,5% и
КМЦ 2 . Растворы одних и тех же полимеров могут быть использованы и просто для намораживания слоя и для пропитки пены с последующим намораживанием, Следует заметить,что КМЦ в качестве гельобразующей добавки не самый эффективный полимер. Предварительные исследования по таянию цилиндрических образцов (диаметром 30 мм и высотой 70 мм) при свободной конвекции показывают, что самым эффективным полимером является желатин, затем полиокс, полиакриламид и КМЦ. В настоящее время ведутся работы с более эффективными полимерами, Использование карбомидных (мочериноформальдегидных) пенопластов или поролона для получения льдокомпозиционных материалов основано на том, что пленки полимера, служащего каркасом пены, гидрофильны и образуют открытую пористую систему, что дает возможность пропитывать ее водой или гельобразующим раствором. После замерзания раствора в пене получается композиционный материал, состоящий из 5 — 10% нерастворимого полимера (пены) 95 — 90% льда и
0,01-0,1 высокомолекулярного растворимого (гелеобразующего) полимера.
Ячейки пены сами по себе ограничивают подвижность воды и снижают интен5
55 сивность переноса тепла от движущейся воды в лед, а гельобразующие высокомолекулярные соединения, например метилцеллюлоза; способствуют образованию зон неподвижной воды в ячейках пены, снижающих интенсивность теплообмена.
При плавлении такого льдокомпозиционного материала пена обнажается и образует широкую переходную зону (до 10 см) с неподвижной водой, защищающую лед, как теплоизолятор с коэффициентом теплопроводности, равным коэффициенту молекулярной теплопроводности воды (Я =
=0,56 Вт/(м С).
Пример 2, Имеется способ создания глухих ледовых плотин с напором до 6,0 м из пористого льда плотностью 600 — 700 кгlм, получаемого методом дальнеструйного дождевания. Для предотвращения фильтрации через тело такой плотины применяют экран из полимерной пленки. Предлагают делать такой экран путем нанесения в процессе сооружения тела плотины слоя льда, получаемого диспергированием 0,2 -ного водного раствора метилцеллюлозы в холодный воздух, При поступлении воды в слой льдокомпозиционного экрана часть гранул льда, составляющих этот экран, подтаивают и образующие вокруг их связывающие воду пленки геля надежно предохраняют отдальнейшей фильтрации воды в тело плотины и ее разрушение.
Экономический эффект от внедрения изобретения достигается за счет сокращения стоимости сооружения, а также продления сроков пользования временных инженерных сооружений из льда.
Формула изобретения
1, Способ защиты ледяного гидротехнического сооружения от воздействия тепла движущейся воды, включающий создание на его поверхности гидротеплоизоляционного экрана путем нэмораживания слоя льдокомпозиционного материала, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения эффективности и долговечности защиты, для намораживэния слоя льдокомпозиционного материала используют водный раствор высокомолекулярного гельобразующего полимера или насыщенный им пенопласт с открытой пористой структурой.
2.Способ поп.1,отличающийся тем, что в качестве высокомолекулярного гельобразующего полимера используют полиакриламид или желатин.
3. Способ поп1, отличающийся тем, что в качестве пенопласта используют поролон или карбамидные пенопласты.
