CC BY
30
Научный журнал
Вестник Курганской ГСХА
УДК 625.08
Н. Н. Карнаухов, А. Л. Егоров, Ш. М. Мерданов
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ВОЗВЕДЕНИЯ УСИЛЕННЫХ ЛЕДОВЫХ ПЕРЕПРАВ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
N. N. Karnaukhov, A. L. Egorov, SH. M. Merdanov THE EQUIPMENT FOR THE CONSTRUCTION OF REINFORCED ICE TEMPORARY BRIDGES FEDERAL STATE BUDGETARY EDUCATIONAL INSTITUTION OF HIGHER EDUCATION «TYUMEN STATE OIL AND GAS UNIVERSITY»
Аннотация: В работе рассмотрены вопросы повышения эффективности строительства ледовых переправ путем использования оригинальной конструкции двухфазного термосифона с возможностью его неоднократного использования в процессе строительства ледовых переправ за один зимний период. Рассмотрена новая конструкция ледовой переправы и предложена принципиальная схема устройства для извлечения термосифонов.
Ключевые слова: временные зимние дороги; ледовые переправы; двухфазный термосифон; намораживание льда.
Abstract: The paper discusses the issues of improving the efficiency of the construction of ice temporary bridges through the original construction use of two-phase thermosyphon with the possibility of its reuse in the construction of ice temporary bridge in a winter period. We consider the new design of the ice temporary bridge and proposed an essential diagram of the device for extracting of thermosyphons.
Key words: temporary winter roads; ice temporary bridges; two-phase thermosyphon; ice freezing.
Николай Николаевич Карнаухов
Nikolai Nikolaevich Karnaukhov доктор технических наук, профессор tts@tsogu.ru
Андрей Леонидович Егоров
АМгеу Ьеот^^Л Egorov кандидат технических наук, доцент e.al@mail.ru
Шахбуба Магомедкеримович Мерданов
Shakhbuba Magomedkerimovich Merdanov доктор технических наук, профессор tts@tsogu.ru
Введение. Большая часть северных регионов России лишена капитальных дорог и мостов. Бурное развитие нефтегазовой отрасли требует постоянного развития сети дорог, что в свою очередь связанно с огромными затратами. Один из выходов из этой непростой ситуации - создание временных дорог и ледовых переправ, функционирующих в зимний период [1; 2].
В данной работе предлагается более подробно рассмотреть метод намораживания тела ледовой переправы с помощью термосифонов.
Методика. В существующих методах усиления переправ используют наклонные термосифоны. Существует конструкция и технология строительства ледяной переправы для глубоких рек, в которой предусматривается искусственное намораживание льда на естественном ледяном покрове. Испарители термосифонов, являющиеся стоками тепла, одновременно выполняют роль армирующих элементов.
Наведение переправы начинают после образования ледяного покрова толщиной 35-40 см. Лед в ство-
ре переправы расчищают от снега на ширину не менее 8 м, По краям переправы вдоль ее оси непрерывно укладывают лежни диаметром 15-20 см. Ближе к оси переправы укладывают продольные лежни диаметром 5-10 см.
Для наведения переправы используют Г-образ-ные термосифоны. Испарители 4-х термосифонов с обоих краев переправа укладывают на лежни год углом 45° в направлении к ее оси. Испарители также можно укладывать на предварительно изготовленные уплотненные снежные блоки [1]. Глухие концы испарителей опираются на лед, причем посредине переправы обеспечивается перекрещивание испарителей, идущих от противоположных краев. Благодаря такому расположению испарителей интенсифицируется процесс намораживания льда в средней части переправы, увеличивается его толщина, создаваемого испарителями термосифонов. После придания конденсаторам термосифонов вертикального положения испарители крепят скобами к лежням.
После установки термосифонов в проектное положение производят послойное намораживание искусственного льда. Толщина намороженного слоя выбирается с учетом требуемой грузоподъемности переправы.
Вестник Курганской ГСХА № 4, 2015 Теаш^ские чауьм 65
Известно, что прочность искусственно заложенного льда примерно на 30-35 % ниже прочности льда [3], образующегося естественным путем. Соответственно лед, намораживаемый с введением испарителей термосифонов, также имеет прочность ниже прочности основного льда. Однако это обстоятельство никак не сказывается на несущей способности переправы, поскольку характеристикой, ограничивающей величину нагрузки на переправу, является уровень изгибающих напряжений на нижней поверхности льда. Эта поверхность находится в контакте с водой и поэтому имеет температуру не ниже -(2+3)°С. Верхняя поверхность льда испытывает изгибающие напряжения такого же уровня, как и нижняя, однако находится при более низкой температуре, близкой к температуре наружного воздуха. При понижении температуры прочность льда на изгиб увеличивается. Благодаря этому достигается равнопрочность верхней и нижней поверхности льда даже при более низких механических свойствах намороженного слоя.
Данная конструкция имеет существенный недостаток из-за того, что требует значительных трудозатрат на извлечение Г-образных термосифонов.
Результаты. Для решения данной задачи предлагается изменить форму самого термосифона. Вместо Г-образного использовать термосифон с постоянным радиусом закругления (рисунок 1).
менее 8 метров. При наращивании льда на протяжении всей ширины полотна длина замороженной части Г-образного термосифона равна 8 метрам. При толщине льда в 0,6 метра и ширине переправы 8 метров величина замороженной части термосифона будет равняться 8,3 метра.
Зная ширину переправы, длину закругленной части термосифона и высоту льда можно рассчитать радиус закругления [5].
При установке изогнутого термосифона переправа примет следующий вид (рисунок 2).
Рисунок 1 - Изогнутый термосифон
При выборе радиуса закругления необходимо учитывать тот факт, что в термосифоне находится жидкость, которая должная собираться в его нижней части. Иначе рабочий цикл будет нарушен и дальнейшее его использование будет неэффективно.
При изменении формы термосифона его технологические свойства не изменяются. При имеющемся естественном льде толщиной 0,4 метра и времени намораживания 13 суток наращенный лед будет иметь толщину в 60 сантиметров, что полностью соответствует заявленным требованиям.
Ширина полосы устанавливается на 5 метров больше ширины наиболее габаритного груза [4]. В среднем ширина строительной техники равна 3 метрам. Следовательно, ширина ледовой переправы должны быть не
1 - естественный ледяной покров; 2 - лежни, расположенные вдоль переправы; 3 - закругленные
термосифоны; 4 - испарители; 5 - наружные конденсаторы термосифонов; 6 - намороженная часть льда
Рисунок 2 - Вид переправы в разрезе
Выводы. Таким образом, в ходе исследований были предложены новая технология строительства усиленных переправ и конструкция термосифона. Использование технологии строительства и кон -струкции термосифона в совокупности с разработанным устройством для извлечения дает возможность сократить время на усиление переправы и снизить трудоемкость обслуживания ледовых дорог.
Список литературы
1 Егоров А. Л. Обоснование рабочих параметров снегоуборочной машины с уплотняющим рабочим органом : дис. ... канд. техн. наук: 05.05.04. - Тюмень, 2004. - 158 с.
2 Технология строительства снеголедовых дорог / Ш. М. Мерданов [и др.] // Современные проблемы науки и образования. - 2013. - № 5; (DOI: 10.17513/spno.2013.5.111-10427) URL: www.science-education.ru/111-10427
3 Эксплуатация машин в строительстве : учеб. пособие / Н. Н. Карнаухов [и др.]. - Тюмень : ТюмГНГУ, 2006. - 420 с.
4 Принципы формирования механизированных комплексов для возведения зимних дорог / Ш. М. Мер-данов [и др.] // Современные проблемы науки и образования. - 2013. - № 6; (DOI: 10.17513/spno.2013.6.113-1063) URL: www.science-education.ru/113-10638.
5 Карнаухов Н. Н. Приспособление строительных машин к условиям Российского Севера и Сибири. - М. : Недра, 1994. - 351 с.
