ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ВЕДЕНИЯ ВЫМОРОЗОЧНЫХ РАБОТ ПО ПАТЕНТУ РФ НА ИЗОБРЕТЕНИЕ №2067141

INVESTIGATION OF THE PATTERNS OF CONDUCTING FREEZING OPERATIONS UNDER RF PATENT FOR INVENTION No. 2067141

Andrey Yemelyanov

student, Institute of Engineering and Digital Technologies, Siberian State University of Water Transport,

Russia, Novosibirsk

Pavel Bimberkov

scientific supervisor, Doctor of Technical Sciences, associate professor, Siberian State University of Water Transport,

Russia, Novosibirsk

АННОТАЦИЯ

Статья посвящена исследованию закономерностей ведения выморозочных работ в соответствии с патентом РФ на изобретение №2067141. Основное внимание в данной статье уделено определению расчетного давления в полиэтиленовой оболочке при проведении модельных и натурных испытаний.

ABSTRACT

This article discusses the features of the freezing process, which is carried out in accordance with RF Patent No. 2067141. Special attention is paid to determining the design pressure in a polyethylene shell during model and field tests.

Ключевые слова: выморозка судов; оболочка; давление.

Keywords: freezing of vessels; shell; pressure.

Проведение выморозочных работ для судов, находящихся во льдах, является сложной и трудоемкой задачей. Традиционный метод, такой как ручная вырубка льда требуют значительных временных и трудовых затрат.

Предложенный способ выполнения выморозочных работ Бимбирекова Павла Александровича (патент РФ на изобретение №2067141) сокращает время выполнения работ и их трудоёмкость, повышает эффективность

Способ реализации работ:

В районе будущей выморозки, рядом с корпусом судна, во льду прорубают майны с обоих бортов. Эти майны необходимы для последующего заведения под корпус судна эластичной надувной оболочки. Эластичную оболочку проводят под корпусом судна через подготовленные майны при помощи стального троса. После заведения оболочки ее накачивают холодным воздухом. Давление в оболочке поддерживается немного выше гидростатического (определяется глубиной погружения оболочки в воду). Давление регулируется редукционным клапаном. Вокруг оболочки намерзает лед. Далее оболочку продувают теплым воздухом и извлекают. Схема представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема реализации выморозки с помощью эластичной оболочки

В данной статье будет выполнен расчет необходимого давления для полиэтиленовой оболочки, погруженной на глубине 1,5 м. Давление будет складываться из двух компонентов: гидростатического давления воды и давления, необходимого для преодоления упругости оболочки.

Исходные данные: глубина погружения – 1,5 м; полиэтиленовая оболочка цилиндрической формы диаметром D = 0,8 м, длинной l = 10 м, толщиной 0,2 мм.

Гидростатическое давление воды

Гидростатическое давление на глубине h определяется по формуле:

P_гидр ​= ρ⋅g⋅h,

где:

ρ — плотность воды (1000 кг/м³),

g — ускорение свободного падения (9,81 м/с²),

h — глубина погружения (1,5 м).

Подставляем значения:

P_гидр = 1000⋅9,81⋅1,5=14715 Па.

Давление для надувания оболочки

Цилиндрическая оболочка имеет толщину t = 0,2мм = 0,0002м и диаметр D=0,8 м. Для надувания оболочки необходимо преодолеть её упругость. Давление внутри оболочки можно оценить по формуле для тонкостенных цилиндров:

P_{оболочки} =,

где:

σ –допустимое напряжение материала оболочки (для полиэтилена σ ≈10⋅10⁶ Па),

t – толщина оболочки (0,0002 м),

D — диаметр оболочки (0,8 м).

Подставим значения:

P_{оболочки} = = 5000 Па.

Общее давление

Общее давление, необходимое для надувания оболочки, складывается из гидростатического давления и давления для преодоления упругости оболочки:

P_общее = P_гидр + P_{оболочки}

Подставим значения:

P_общее = 14715 + 5000=19715 Па.

Для надувания цилиндрической полиэтиленовой оболочки на глубине 1,5 м необходимо давление ~19,7 кПа (или ~0,197 бар).

После данный расчетов необходимо провести модельные испытания для установления форм и положения оболочки.

Модельные испытания:

В качестве модели судна используется прозрачный аквариум, который погружается в опытовый бассейн на заданную осадку. Оболочка выполняется из полиэтиленовой пленки, спаянной в цилиндрическую форму заданным, отмасштабированным диаметром. С одной стороны подводится насос для нагнетания воздуха в оболочку, а с противоположной стороны фиксируется U образный жидкостный манометр (рисунок 2) для точного измерения давления внутри оболочки. Для измерения геометрических параметров оболочки и аквариума используется линейка.

Рисунок 2. U образный жидкостный манометр

Рисунок 3. Оболочка под давлением

В дальнейшем необходимо выявить размеры и форму оболочки при разных осадках и давлениях, а также провести расчеты теплопередачи и отмасштабировать показатели под определенное судно.

Результаты модельных испытаний будут отражены в следующих статьях.

Список литературы:

1. Александров А. В., Потапов В. Д. Основы теории упругости и пластичности: Учеб. для строит. спец. сузов. – М.: Высш. шк., 1990. –400 с.
2. Гуревич И. М., Зелинченко А. Я, Кулик Ю. Г. Под ред. И. М. Гуревича. Учебник для вузов водн. трансп. М., «Транспорт», 1976. 416 с
3. Бимбиреков П. А. Патент РФ №2067141 "Способ выполнения выморозочных работ", 1996. 4 с.