NO811554L - Oljefanger for bruk i hoey sjoe. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en høykapasitet olje-samleanordning med tvangsvirvel, for opprenskning av opprørt sjø, tilknyttet en plattform som flyter på en elv eller på sjøen.

Den flytende plattform kan f.eks. være et opprenskningsskip som innbefatter samleanordningen med tvangsvirvel, hvilket arrangement samtidig mulliggjør fraskilling av hydrokarboner fra vannet, oppsamling av forurensningsstoffet og fremdrift og manøvrering av skipet over oppsamlingsområdet.

Den flytende installasjon kan også være en statisk konstruksjon som er anordnet ved bunnen av en sperreinnretning som er anordnet i vinkel for avskjæring og styring av elvestrøm-men eller havstrømmen som bærer forurensningslaget, eller en konstruksjon som er plassert ved spissen av den V som dannes av en sperreinnretning som slepes på vannet.

Det er foreslått en rekke metoder, og enkelte er også an-vendt, med sikte på "avskumming" av vannoverflaten og mekanisk gjenvinning av hydrokarboner som ved uhell er utspilt på denne.

Disse forskjellige typer mekaniske samleanordninger - med avledere, eller plater, eller bånd, eller lenser og integrerte samleanordninger med statisk eller dynamisk virvel - er bruk-bare under rolige værforhold, men deres effektivitet som vann/- forurensnings-separatorer og deres oppsamlingsevne, avtar bety-delig med sjøens tilstand. De tilfeller av oljespill som nylig har funnet sted har vist at ingen av de kjente konstruksjoner var helt ut tilfredsstillende ved katastrofeutslipp av hydrokarboner i elver, havner eller i sjøen.

På sjøen er bruken av lenser, som de nylig anvendte konstruksjoner innebærer, risikable ettersom det er umulig å bringe dem inn i dårlig vær, idet de krefter som de utsettes for, selv om oppspenningsinnretningene er .fjernet og de bare henger på slep, kunne skade dem. På den annen side, dersom anordningen frakobles hver gang man venter dårlig vær, vil den effektive varighet av oljeoppsamlingen ofte bli liten.

Utviklingen har gått i retning av dynamiske samleanordninger, konstruert for anvendelse uten lenser og beregnet på å frak-tes på havgående skip med stor lagringskapasitet. Kombinasjonen skip/samleanordning er imidlertid svak med hensyn til festean-ordningene til skroget. Dessuten kan stampe- og rullepåvirknin- gene, i tillegg til dønningene, i vesentlig grad redusere sarnle-anordningenes effektivitet. I praksis vil enhver bruk av de kjente konstruksjoner i bølger over 2 meter være ueffektiv.om ikke farlig.

Under disse omstendigheter har det vært foreslått å under-søke muligheten for bruk av opprenskningsskip av stor eller meget stor tonnasje med integrert samleanordning og behandlings-system. Denne tendens er basert på den analyse som nylig er utført av de fysiske fenomener som anvendes for effektiv sepa-rering av olje fra vannet i opprørt sjø. Hittil har en funnet at de opprenskningsskip av meget stor tonnasje som studeres med henblikk på anvendelse for utførelse av disse kjente metoder ville kreve ekstremt høye utviklings- og driftskostnader, uten inntjeningsevne når de ikke brukes til opprenskning.

Man befinner seg således foran en teknologisk mur som man ikke kan komme forbi med de anordninger som hittil er foreslått uten bruk av tid og investeringer, som en regjeringsoppnevnt kommisjon i et land som nylig har vært utsatt for to store olje-katastrofer har referert til som "prohibitivt på et nasjonalt nivå".

I hovedsaken søker foreliggende oppfinnelse å bringe ori-ginale, tekniske løsninger på disse hovedproblember, understøt-tet av eksperimentelt forskningsarbeid som søkeren har utført med assistanse av "Institut de Mécanique des Fluides" i Lille

(IMFL).

Disse løsninger er blitt fremholdt som de mest tilfredsstillende for et gjennombrudd gjennom den "teknologiske mur" som fagfolk nå står overfor, med henblikk på effektivitet og øk-onomi av anordninger - både når det gjelder konstruksjon og anvendelse - eller med henblikk på ydelser, eller sikkerhet og ev-entuell kombinering av anvendelser for bæreskipene. Det skal forstås at selv om oppfinnelsen fortrinnsvis beskytter kombinasjonen og integreringen av de forskjellige foreslåtte anordninger er den ikke begrenset til denne kombinasjon, men omfatter også nye og særegne anordninger som den anbefaler og som i kombinasjon utgjør en funksjonell enhet.

Oppfinnelsens hovedformål er å tilveiebringe en ny, marin anordning for oppsamling av forurensende hydrokarboner, med stor

kapasitet:

som tillater hurtig avskumming av en elv eller et marint område,.selv i opprørt sjø,

som kan monteres i en fast eller mobil opprensk-ningskonstruksjon,. uavhengig av sistnévntes dimensjoner, som er innrettet til å være funksjonsmessig innbe-fattet i et skips maskineri og til å frembringe som se-kundært produkt den nødvendige kraft for fremdrift av skipet og for manøvrering av dette over de områder som skal frigjøres for forurensinger,

som muliggjør konstruksjon av opprenksningsskip med et stort kapasitetsområde, i stand til å utføre forskjellige funksjoner (brannslukking, livredning etc.) avhengig

av behovene: opprenskning av havneområder, elvemunninger og åpen sjø.

Oppfinnelsen angår mer bestemt, men ikke utelukkende, en samleanordning som består av en ny turbomaskin, med fortrinnsvis_ horisontal akse, hvor væsken som strømmer gjennom en rotor

vinkelrett på dens rotasjonsakse ledes ved hjelp av en helt ned-i "dykket stator som er"plassert"i"den flytende konstruksjon som bærer den, og som kan være en stasjonær plattform.eller et skip.

Ifølge et første trekk ved oppfinnelsen omfatter statoren en sylindrisk vegg hvis ledelinje oppviser et vendepunkt som har profil av en krumstav som danner en liten luftspalte mellom dens ende og rotorens skovler. Krumstaven skiller den innkommende strøm fra den utgående strøm.

Ifølge et annet trekk ved oppfinnelsen består rotoren av en sylindrisk trommel med skovler hvis konkavitet er orientert i rotasjonsretningen. Strømningen erkarakterisert veddannel-sen av en turbulenskjerne eller tvangsvirvel som ikke er tilknyttet strømmen hvis intensitet er avhengig av skovlenes omkretshastighet og som er beliggende i nærheten av krumstaven på hver side av skovlegitteret. ved virvelomkretsen danner de fra rotoren utgående strømlinjer sammen med de som kommer inn til rotoren en væskediffusor som varierer med strømningshastigheten og langs hvilken trykket endres uten friksjonstap som ellers ville funnet sted nær en diffusor med stiv vegg. Forsøk utført med en slik turbomaskin har vist at de gjennomsnittlige hastig-

heter som er tilknyttet de utgående strømlinjer er meget høyere enn skovlenes omkretshastighet, og dette forklarer de meget

høye strømningshastigheter for et forutbestemt utløps-tverr-■ snitt. - • -■ • - Ifølge et annet trekk ved oppfinnelsen, som fordelaktig står i forbindelse med det foregående, modifiserer reguleringen av den utgående strøm til en viss grad virvelens posisjon og øker dens dimensjoner.

Ifølge et annet trekk ved oppfinnelsen som også er tilknyttet det foregående, danner tvangsvirvelen som skapes pga.

den hydrodynamiske samvirkning mellom rotoren og statoren, grunnlaget for en sterk sentrifugal-akselerasjon som kan nå en størrelse ti ganger tyngdekraftens (k x 10g) når den innstrøm-mende væske består av vann og olje, vil sistnevnte som har høyere tetthet enn vann øyeblikkelig konsentreres i virvelen, idet nevnte sentrifugal-akselerasjon in situ sikrer separeringen av oljen fra vannet.

Ifølge et annet trekk ved oppfinnelsen har nedstrømsveg-gen - i forhold til rotorens omdreiningsretning - en konveks form som sikrer føringen ved neddykkingen av det forurensede lag som suges inn av rotoren helt til nær luftspalten mellom krumstaven og rotoren, der den fanges inn av virvelen. Den øvre del. av strømmen som suges, inn av rotoren og som inneholder størstedelen av forurensningene avgrenses i tverretningen av to sider som konvergerer mot rotoren slik at de omslutter den maksimale strøm og bevirker økning av oljelagets tykkelse ved avsmalning av det tilgjengelige innløp.

Ifølge et annet trekk ved oppfinnelsen suges oljen inn etterhvert som den kommer inn i virvelen gjennom et parietal-innløp som er anordnet i krumstavens konkave neseparti, hvilket sikrer separeringen mellom den forurénsede innkommende strøm og den utgående strøm av renset vann.

På grunn av muligheten for uavhengig variering av rotorens, hastighet - og som følge av styrken av sentrifugal-akselerasjo-nen innvendig i virvelen - på den ene side, og på den annen side, reguleringen av den utgående strøm, og som følge av virvelens posisjon og dimensjoner - med kjente midler, tilveiebrin-ger denne spesielle konstruksjon av samleanordningen ifølge opp finnelsen en enkel og fordelaktig løsning på et hittil uløst problem, nemlig det å skaffe optimal tilpasning av samleanordningen til det forurensende stoffs fysikalske egenskaper, til lagets tykkelse og til fremdriftshastigheten på vannoverflaten når det dreier seg om et opprenskningsskip.

Endelig, ifølge et siste.trekk ved oppfinnelsen, kan den energi som overføres til strømmen som suges inn i samleanordningen utnyttes for drift og manøvrering av det således utstyrte skip, under opprenskningsoperåsjonene.

Oppfinnelsen vil bedre forstås ut fra følgende beskrivelse i tilknytning til tegningene hvor: fig. 1 anskueliggjør strømningsmønsteret for en væske som suges opp av samleanordningen ifølge oppfinnelsen, fig. 2 er et snitt langs linjen III av rotor/stator-enhe-ten ifølge ifølge fig. 1, fig. 3 viser oppsamlingen av oljen fra den forurensede strøm som suges inn i samleinnretningen ifølge oppfinnelsen, fig. 4 er et snitt langs linjen IV på fig. 5 og viser et eksempel på hvorledes en oljesamler er montert i et opprenskningsskip samtidig som den sikrer skipets fremdrift, fig. 5 er et halv-riss av fig. 4 sett nedenfra, idet den andre halvdel, som ikke er vist, er symmetrisk, fig. 6, 6a, 6b er riss sett nedenfra av fremdrifts-utløps-dyser i oljesamleren ifølgeOppfinnelsen benyttet som hoved-eller hjelpefremdriftsorganer. Fig. 1 og 2 viser skjematisk strømmen hvis egenskaper ut-nyttes ved oppfinnelsen, og der en rotor 1 utstyrt med skovler 2, 2a, 2b .... hvis konkave side vender i rotasjonsretningen W og som holdes i stilling i sylindrisk form ved hjelp av ringer 3, 3a, 3b ... er opplagret i lagerplater 4a, 4b på en stator hvis leveringsvolutt 5 og krumstavens 7 oppstrømsvegg 6 leder den utgående strøm. Den innkommende strøm avgrenses i sin øvre del av krumningens nedstrømsvegg 8 og ved sin nedre del av vo-luttens oppstrømskant 9. En tvangsvirvel 10 dannes på hver side av rotorens skovlegitter, ved berøringen av krumstavens 7 konkave neseparti. Virvelen er ikke tilknyttet strømmen og dens omdreiningsretning som er antydet med piler plassert på strømmens grenselinjer er den samme som rotorens.

Fig. 3 viser prosessen hvor oljen konsentreres og samles

i den øvre del av den inrisugede strøm. Krumstavens nedstrøms-vegg 8 er slik utformet at den fører olje- og vannskiktet 11

nær luftspalten som dannes mellom krumstaven og rotoren. Oljen som har lavest tetthet konsentreres i virvelen 10 under påvirkning av sentrifugal-kraftfeltet og suges gradvis gjennom parie-tal-innløpet 12 og leveres ved hjelp av kjente innretninger til lageret som er anordnet i dette øyemed.

Formen på leverings-rørledningen for renset vann bringer den utgående strøm til å vende bakover hvor den utstøtes med en stor bevegelsesmengde for å bevirke fremdrift av skroget som bærer samleanordningen ifølge oppfinnelsen. Et gitter av skovler av skovler 13, 13a virker til å avbøye strømmen samtidig som det resulterer i en redusering av det påførte belastnings-tap. Fig. 4 og 5 viser et eksempel på hvorledes en samleanordning ifølge oppfinnelsen tilknyttes et opprenskningsskip 14 som den også driver og hvor to rotorer 1 og ls (s betyr symmetrisk, ikke vist) drives samtidig med variabel hastighet W av minst én motor 15 og en kraftoverføring 16. To kanaler 17 og 17s er anordnet i skipets baug, idet hver kanal sideveis avgrenses av de konvergerende sider 18, 18a som er forbundet med sideplatene 19 og 19a til hver av statorene. Den øvre del av disse kanaler består av veggene 8 og 8a som danner nedstrømsyeggene til krum-stavene 7 og 7s. Fraskillingen av oljen fra vannet foregår som ovenfor angitt. Oljen suges opp av pumpene 20 og 20s idet den kommer inn virvlene 10 og 10s. Det rensede vann leveres til for-delings-rørledninger 21 og 21s, og utstøtes gjennom de orienterte skovlegittere 22 og 22s som kan beveges i alle retninger ved hjelp av aksler 23 og 23s som ved hjelp av kjente innretninger styres fra styrehuset. Fig.- 6, 6a, 6b viser tre kombinasjoner av skyvekrefter T og Ts fra hver av de to stråler som gir en klar fordel ved å sikre skipets 14 manøvrerbarhet, særlig under opprenskningsopera-sjoner..

I fig. 6 er de to skyvekrefter T ogTs parallelle og har samme retning og de driver skipet med hastigheten V.

På fig. 6a danner de to skyvekrefter T og Ts et dreiemo-

ment som virker til å svinge skipet.

På fig. 6b gir de to skyvekrefter T og Ts en resultant lik null og tillater drift av samleanordningen mens skipet holdes stille

Den ovenfor beskrevne konstruksjon er bare et eksempel på en utføringsform av oppfinnelsen. Den marine olje-samleanordning ifølge oppfinnelsen kan monteres på forskjellige måter, avhengig av hvorvidt dens bruk er begrenset til oppsamling av forurensende olje fra en fast installasjon, eller hvorvidt ener-gien som benyttes.for å drive dens roterende del også kan benyttes til å drive og manøvrere skipet konstruert for fjerning av et oljelag.

Den marine olje-samleanordning med høy kapasitet, med tvangsvirvel er spesielt anvendbar ved fremstilling av sjøgå-ende enheter medøkende tonnasje, avhengig av hvorvidt de anvendes i havneområder, elvemunninger eller i åpen sjø.

Claims (6)

1. 01je-samleanordning med høy kapasitet for bruk i opprørt sjø, omfattende minst én stator i hvilken roterer en rotor utstyrt med skovler, hvilken rotor suger inn det forurensede vann vinkelrett på sin rotasjonsakse, karakterisert ved at stator/rotor-enheteh er fullstendig neddykket, og at statorens utformning frembringer og.opprettholder, ved samvirkning mellom stator og rotor i midten av den igangsatte væske-strøm, en sylindrisk tvangsvirvel som er stabil i alle retninger på rotorens omkrets, uavhengig av den generelle strømning i den frembragte strøm, idet virvelens akse er parallell med rotorens akse og dens intensitet har en funksjon av rotorens omdreiningshastighet, og at oljeskiktet på vannoverflaten føres neddykket frem til virvelen ved .hjelp av strømmen som dannes ved sugvirkningen langs en vegg som strekker seg langs statoren og skjærer vannoverflaten, og at oljen, som har mindre tetthet enn vannet, fanges inn i virvelen hvorfra den suges opp etter hvert som den kommer inn, ved hjelp av pumpeorganer som leverer den til en lagerinnretning.

2. 01je-samleanordning ifølge krav 1, karakterisert ved at rotoraksen er vesentlig horisontal, idet , rotoren består av et gitter av identiske skovler anordnet i sylindrisk form ved rotorens omkrets og parallelt med dens om-dreiningsakse, og at statorens øvre vegg nær rotorens omkrets er utstyrt med en parallelt med rotorskovlene forlø pende vende-kant som sammen med rotoren danner en liten luftspalte, hvilken kan skiller den innsugede'væskestrøm fra den utgående, at veg-gens profil nedstrøms av vendekanten er stort sett av samme art som strømlinjen som avgrenser tvangsvirvelen, idet nevnte profil danner en krumstav som lokaliserer virvelen.

3. 01je-samleanordning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at organene for pumping av oljen som befinner seg i virvelen består av et parietal-innløp anordnet i statorens krumstav og som kommuniserer med sugesiden på en pumpe hvis kapasitet kan reguleres i avhengighet av olje-metningen i virvelen.

4. 01je-samleanordning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at statoren er anordnet foran under vannlinjen i en flytende plattform eller et skip, idet forlen-gelsen av statorens øvre vegg utgjør skrogets fremre parti og' skjærer vannoverflaten, og at vannet som strømmer ut fra rotoren eller rotorene leveres til plattformens eller skipets akter-del for fremdrift av samme ved stråle-reaksjonskraft.

5. 01je-samleanordning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at statoren er anordnet foran under vannlinjen i et skip og at vannet som leveres av rotoren gjennom en rørledning på skipets baug, utstøtes gjennom et skovlegitter som er retningsregulerbart anordnet under skipets skrog og sikrer orienteringen av strålen for fremdrift av skipet.

6. 01je-samleanordning ifølge krav 5, karakterisert ved at samleanordningen leverer vannet gjennom minst to gittere med skovler hvis retning kan reguleres over 360° og hvis retningsregulering gjør det mulig å kombinere stråle-skyvekraften slik at skipet, blir meget manøvrerbart.