Спосіб підвищення ефективності руйнування льдового покриву водойми

Реферат: UA 87498 U UA 87498 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до очищання поверхонь водойм від льоду, а саме до криголамних робіт. Відомий спосіб підвищення ефективності руйнування льодового покриву водойми, що полягає у використанні резонансу викликаних у льодовому покриві коливань гнучких хвиль, і у водному басейні коливань гравітаційних хвиль, а також додаткових хвиль, збуджених вибуховими діями із частотою і фазою резонансних гнучко-гравітаційних хвиль [1]. Недоліком відомого способу підвищення ефективності руйнування льодового покриву водойми є обмеження площі руйнування радіусом ефективної дії вибухів, з урахуванням згасання викликаних ними коливань. Відомий спосіб підвищення ефективності руйнування льодового покриву водойми, що полягає у використанні резонансу викликаних у льодовому покриві коливань гнучких хвиль, і у водному басейні коливань гравітаційних хвиль, а також додаткових хвиль, збуджених відкиданням гребним гвинтом підводного судна під гребінь хвилі із частотою і фазою резонансних гнучко-гравітаційних хвиль [2]. Недоліком відомого способу підвищення ефективності руйнування льодового покриву водойми є обмеження площі руйнування розмірами першої за кормою підводного судна хвилі. Найбільш близьким технічним рішенням, вибраним за прототип, є спосіб підвищення ефективності руйнування льодового покриву водойми, що полягає у використанні резонансу викликаних у льодовому покриві коливань гнучких хвиль, і у водному басейні коливань гравітаційних хвиль, а також додаткової хвилі, збудженої дією морського припливу/відпливу у фазі відпливу [3]. Недоліком відомого способу підвищення ефективності руйнування льодового покриву водойми, вибраного за прототип, є обмеження площі руйнування кромкою льоду, примерзлого до берегової лінії. В основу корисної моделі поставлена задача шляхом використання додаткових хвиль сейшевих коливань, яким властиві коливання усієї водної маси басейну, забезпечити збільшення площі руйнування. Суть способу підвищення ефективності руйнування льодового покриву водойми, що полягає у використанні резонансу викликаних у льодовому покриві коливань гнучких хвиль, і у водному басейні коливань гравітаційних хвиль, а також додаткових хвиль із частотою, кратною або дробовою до резонансних гнучко-гравітаційних хвиль, досягається шляхом використання у якості додаткових хвиль сейшевих коливань водного басейну. Порівняльний аналіз технічного рішення, яке заявляється, із прототипом, дозволяє зробити висновок, що спосіб підвищення ефективності руйнування льодового покриву водойми, який заявляється, згідно з корисною моделлю, як додаткові використовуються сейшеві хвилі водного басейну. Спосіб підвищення ефективності руйнування льодового покриву водойми пояснюється за допомогою ілюстрацій, де на фіг. 1 подана блок-схема виконання технологічних операцій, що становлять суть способу підвищення ефективності руйнування льодового покриву водойми, який заявляється; на фіг. 2 представлено таблицю даних щодо кількості і загальної тривалості сейшів у центральній частині Каховського водосховища в літні місяці 1970-1971 pp. [4]. Спосіб базується на наступних двох твердженнях: для всіх водосховищ характерна дія стоячих водяних хвиль (сейшів) [5]; сейшам властиві коливання усієї водної маси басейну [6]. Теоретичні дослідження виявили закономірність зміни механічного напруження льодового покриву водойми при його згині під дією сейшевих коливань, і можливість подальшого зламування льоду. Найбільші абсолютні значення напружень при згині мають місце на краях льодового покриву, в місцях його жорсткого зчеплення з берегом, і виникають приблизно в той момент, коли епіцентр стискання проходить над відповідним краєм водойми [7]. Однак, спостерігається також інша картина (щорічної повторюваності) тріщин льодового покриву, яку приписують дії сейшів. На Байкалі тріщини, найімовірніше, збігаються з лініями пучностей сейшів (найбільшого зміщення хвиль) [8], в Ладозькому і Онезькому озерах - тріщини тяжіють до центральної частини водойм, яка відрізняється збігом котидальних ліній сейшів (ліній рівних фаз) [9]. Визначено, що тріщини в льодовому покриві можуть формуватися в областях, що співпадають із пучностями сейшів, під дією коливань не основного тону, а більш високих гармонік. В льодовому покриві Ладозького озера, наприклад, три поперечні і три поздовжні тріщини формуються під дією четвертої моди сейшевих коливань [10]. Крім цього формуванню тріщин в льодовому покриві водойм може сприяти супутнє теплове стискання льоду. Прісноводний лід відразу після замерзання, а морський лід - після досягнення 1 UA 87498 U температури -15 °C, при подальшому зниженні температури стискається. Тому лід при зниженні температури перебуває в напруженому стані на розтягнення, і незначні згини його в областях, що співпадають із пучностями сейшів, сприяють зламуванню [10]. Сейші описуються функцією гармонічних коливань [11]: 5 A(t)  Amax sin(2s t  s ) exp( s t) , 10 15 20 25 (1) де A(t) - амплітуда рівня в момент часу t ; Amax - максимальна амплітуда;  s - частота;  s - фаза;  - логарифмічний декремент згасання. Починають технологічний процес, який покладений в основу способу підвищення ефективності руйнування льодового покриву водойми, з того, що визначають можливу частоту сейшевих коливань  s (див. фіг. 1). Дія сейшів не належить до безперервних процесів. Для прикладу на фіг. 2 представлено таблицю даних щодо кількості і загальної тривалості сейшевих коливань у центральній частині Каховського водосховища в літні місяці 1970-1971 pp. При цьому повний цикл генерування сейшів являє собою характерні для резонансних амплітудно-модульовані коливання, що складаються з послідовності етапів - збудження, власне генерування, згасання [11]. Тому продовжують технологічний процес, який покладений в основу способу підвищення ефективності руйнування льодового покриву водойми, тим, що визначають етап функціонування сейшевих коливань, який визначається складовими функції гармонічних коливань (1) - максимальною амплітудою ( Amax  0  Amax  0) ; логарифмічним декрементом згасання (  0    0 , де  - символ диз'юнкції (логічне АБО) (див. фіг. 1). Для випадку згасаючих сейшів визначають фазу коливань  (див. фіг. 1). Згідно з принципом комбінаційного резонансу, селективний відгук коливальної системи (водної маси водосховища) на вплив з частотою, близькою до частоти її власних коливань відбувається за умови кратного (k  1 k або дробового (k  11, k 1 співвідношень частот сейшів , (власних коливань басейну) і збуджуючої одиночної хвилі  out [12]: s ks  out 30 35 40 45 50 (2) Згідно з принципом суперпозиції, максимальна амплітуда результуючих коливань одночасно діючих сейшів і збуджуючої хвилі спостерігається при збігу їх монотонностей (одночасного зростання, або одночасного спадання). Тому продовжують технологічний процес, який покладений в основу способу підвищення ефективності руйнування льодового покриву водойми тим, що у випадку згасання сейшів, для збудження сейшевих хвиль, за рахунок встановлення визначеного інтервалу часу Tout  1/ out скидання або підйому води при керуванні водопропускними гідроспорудами, формують хвилю, дотримуючись при цьому умов, по-перше, кратного або дробового співвідношень частот коливань сейшевих і збуджуючої хвиль, по-друге, збігу монотонностей (одночасного зростання, або одночасного спадання) сейшевих і збуджуючої хвиль (див. фіг. 1). У випадку відсутності сейшів, для збудження сейшевих хвиль, за рахунок встановлення визначеного інтервалу часу Tout  1/ out скидання або підйому води при керуванні водопропускними гідроспорудами, формують хвилю, дотримуючись при цьому умови кратного або дробового співвідношень частот коливань сейшевих і збуджуючої хвиль (див. фіг. 1). Завершують технологічний процес, який поставлений в основу способу підвищення ефективності руйнування льодового покриву водойми тим, що викликають резонансні гнучкогравітаційні хвилі (див. фіг. 1). Збільшення площі руйнування льодового покриву при застосуванні способу підвищення ефективності руйнування льодового покриву водойми, який заявляється, у порівнянні з прототипом, досягається за рахунок використання як додаткових до резонансних гнучкогравітаційних хвиль сейшевих коливань, яким властиві коливання усієї водної маси басейну. Джерела інформації: 1. А. с. 1820188 СССР, МКИ F42D 7/00. Способ разрушения ледяного покрова / В. М. Козин, Т. И. Кобец, Н. А. Мытник, А. В. Космынин (СССР). -№ 4931705/23; заявл. 26.04.1991; опубл. 07.06.1993, бюл. № 21. - аналог. 2 UA 87498 U 5 10 15 20 25 2. Пат. 2194123 Российской Федерации, МПК Е02В 15/02, В63В 35/08, В63G 8/00. Способ разрушения ледяного покрова / Козин В. М.; Государственное учреждение Институт машиноведения и металлургии Дальневосточного отделения РАН. № 2001104265/28; заявл. 13.02.2001; опубл. 10.12.2002, бюл. № 34. - аналог. 3. Пат. 2211169 Российской Федерации, МПК В63В 35/08, В60V 3/06, Е02В 15/02. Способ разрушения ледяного покрова / Козин В. М.; Государственное учреждение Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН. - № 2000125247/28; заявл. 05.10.2000; опубл. 27.08.2003, бюл. №24. -прототип. 4. Судольский А. С. Динамические явления в водоемах / А. С. Судольский. - Л.: Гидрометеоиздат, 1991. - 263 с. 5. Азерникова О. А. Поверхностные и внутренние сейши озера Севан / О. А. Азерникова // Известия АН Армянской ССР. Науки о Земле.-1975. - № 1. - С. 97-101. 6. Табулевич В. Н. Влияние штормовых вибраций на землетрясения / В. Н.Табулевич, Е. Н. Черных, В. А. Потапов, Н. Н. Дреннова // Природа, 2002, № 10. - С. 12-16. 7. Стурова И. В. Влияние ледяного покрова на колебания жидкости в замкнутом бассейне // Известия РАН. Физика атмосферы и океана.-2007. -Т. 43, № 1. - С. 128-135. 8. Миле Д. О сейшах и приливах озера Байкал / Д. Миле, Р. Радок / Сейши на озерах поверхностные и внутренние. - Л.: Наука, 1970. - С. 53-55. 9. Филатов Н. Н. Гидродинамика озер / Н. Н. Филатов. - СПб.: Наука, 1991.-200 с. 10. Зырянов В. Н. Сейши подо льдом / В. Н. Зырянов // Водные ресурсы. - 2011. - Т. 38, №3. - С. 259-271. 11. Арсеньева Н. М. Сейши на озерах СССР / Н. М. Арсеньева, Л. К. Давыдов, Л. Н. Дубровина, Н. Г. Конкина. - Л.: изд-во Ленинградского университета, 1963. - 184 с. 12. Анахов П. В. Визначення умов збудження сейшів: Materiaty IX Miedzynarodowej naukowipraktycznej konferencji "Naukowa mysl informacyjnej powieki-2013" / Vol. 21: Ekologia. Geografia і geologia. Rolnictwo. - Przemysl: Nauka і stadia, 2013. - P. 45-47. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 1. Спосіб підвищення ефективності руйнування льодового покриву водойми, що включає використання резонансу викликаних у льодовому покриві коливань гнучких хвиль, і у водному басейні коливань гравітаційних хвиль, а також додаткових хвиль із частотою, кратною або дробовою до резонансних гнучко-гравітаційних хвиль, який відрізняється тим, що як додаткові використовуються сейшеві хвилі водного басейну. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що для збудження коливань сейшевих хвиль, за рахунок встановлення визначеного інтервалу часу скидання або підйому води при керуванні водопропускними гідроспорудами, формують хвилю, дотримуючись при цьому умови кратного або дробового співвідношень частот коливань сейшевих і збуджуючої хвиль. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що для підтримки коливань сейшевих хвиль, за рахунок встановлення визначеного інтервалу часу скидання або підйому води при керуванні водопропускними гідроспорудами, формують хвилю, дотримуючись при цьому умов, по-перше, кратного або дробового співвідношень частот коливань сейшевих і збуджуючої хвиль, по-друге, збігу монотонностей одночасного зростання, або одночасного спадання сейшевих і збуджуючої хвиль під час їх сумісної дії. 3 UA 87498 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4