SU1172991A1 - Устройство дл сбора плавающей нефти - Google Patents

Abstract

1. УСТЮЙСТВО ДЛЯ СБОРА ПЛАВАЮЩЕЙ НЕФТИ, содержащее емкость пр моугольной формы в плане, плавающую на поверхности воды, имеющую в продольном сечении замкнутый контур, в носовой части которой на уровне ватерлинии размещено приемное устройство, снабженное поплавками, щарнирно прикрепленное к емкости с помощью цапф, расположенных горизонтально и перпендикул рно Диаметральной плоскости, и соединенное с сепарационным отсеком, размещенным внутри емкости ниже ватерлинии и снабженным в верхней точке каналом дл  отвода нефти, отличающеес  тем, что, с целью повышени  эффективности сбора плавающей нефти при высоких скорост х ее движени  относительно собирающего устройства и упрощени  конструкции, емкость имеет пр моугольную в поперечном сечении форму, в продольном сечении носова  часть емкости и днище выполнены в виде части дво ковыпуклого профип  крыла, хорда которого расположена в плоскости статической ватерлинии, а на участке профил  крыла с наиболее низким давлением, выполнено отверстие, соедин ющее сепарационный отсек с забортным пространством , цапфы размещены снаружи ем (Л кости на ее боковых торцах в центре скругн лени  носка профил  и на них с возможносс тью вращени  установлены поплавки, а в кормовой части емкости размещен отсек плавучести.

Description

7 2д 2

CfmvTfi t f Ar FffS/

6

22 Т. Устройство по п. 1, отличаю ш е е с   тем, что приемное устройство выполнено в виде лобового листа, закрываю щего отверстие, выполненное в емкости, и повтор ющего наруж1а ш контур скруглени  носка профил , в листе выполнена щель, к которой присоединен канал, контур поперечного сечени  которого совпадает с контуром щели, его продольное сечение повтор ет внутренний контур скруглени  носка йрофил а выходное отверстие канала находитс  в нижней части накопительной камеры, при этом лобовой лист с помощью щек, размещ ных снаружи емкости и параллельных ее боковых торцам, присоединен к цапфам, а поплавки приемного устройства выполнены в виде полых вертикальных щайб, частично погруженных в воду и закрепленных на лобовом листе за пределами щели. 3. Устройство по п. , о т л и ч а ю щ ее с   тем, что сепарационньш отсек разделен переборкой, имеющей уклон к носу, на накопительную и расположенную под ней сливную камеры, которые соединены между собой каналом , расположенным в кормовой части накопительной камеры и имеющем в ней порог, в верхней точке сливной камеры выполнен дополнительный нефтесборник, соединенный каналом с той частью накопительной камеры, котора  находитс  на рассто нии 1/4-1/2 длины . этой камеры от порога, а над сепарационным отсеком выполнен сухой отсек, причем переборка , отдел юща  сухой отсек от сепарационного, лежит в плоскости хорды профил  и имеет в своей носовой части нефтесборник, днище которого возвышаетс  над переборкой .

Изобретение относитс  к судостроению и может быть использовано при защите окружающей среды, в частности в устройствах дл  сбора нефти с поверхности воды. Цель изобретени  - повыщение эффективноети сбора плавающей нефти при высоких скорост х ее движени  относительно собирающего устройства и упрощение конструкции. На фиг. 1 изображено устройство при отсутствии движени  воды относительно устройства, продольный разрез; на фиг. 2 - узел 1 на фиг. 1; на фиг: 3 - устройство, вид в аксоно метрик; на фиг. 4 - узел II на фиг. 3; на фиг. 5 - устройство при движении воды относительно устройства, продольный разрез. Устройство состоит из емкости 1, хшавающей на поверхности воды, в продольном сечении ее носова  часть и днище выполнены в виде части дво ковыпуклого профил  крыла, хорда которого расположена в плоскости статической ватерлинии. Емкость 1 имеет пр моугольную в плане и ; поперечном сечении форму. Внутренний объем емкости 1 вертикальной переборкой 2, горизон тальной переборкой 3 и наклонной переборкой 4 разделен на четыре отсека: накопительную камеру 5, отсек плавучести 6, расположенный в корме между накопительной камерой и зад-ней кромкой профил , сухой отсек 7, располо женный над накопительной камерой, и сливную ,2 камеру 8, расположенную под накопительной камерой. В емкости 1 выполнены два отверсти : входное отверстие 9, горизонтальна  ось которого находитс  в плоскости ватерлинии, а caivro отверстие выполнено в носовой части профил  и ведет в накопительную камеру, и сливное отверстие 10, выполненное на погруженном в воду участке профил  с наиболее низким давлением и соедин ющее сливную камеру с забортным пространством. Оба отверсти  9 и 10 выполнены в виде щелей во всю ширину . устройства. На боковых торцах емкости .1 в центре скруглени  носка профил  и в плоскости хорды профил  закреплены горизонтально и перпендикул рно диаметральной плоскости устройства цапфы 11, на которых установлены поплавки 12, имеющие возможлость вращатьс  вокруг этих цапф, дл  чего внутри поплавка 12 между его бортами закреплена труба 13, внутри которой и проходит цапфа 11, а на ко1ше цапфы 1, выход щем за пределы поплавка 12, закреплена болтом 14 стопорна  шайба 15. Входное отверстие 9 закрыто лобовым листом 16, продольное сечение которого повтор ет наружный контур скруглени  носка -профил . Лобовой лист имеет ширину, равную не менее двум ширинам входного отверсти , и длину, большую ширины емкости 1, и установле снаружи емкости 1 так, что горизонтальные оси симметрии лобового листа и входного отверсти  совпадают, а между лобовым листом 16 и емкостью 1 имеетс  зазор, например, не . менее 2 мм. В лобовом листе 16 на уровне ватерлинии выполнена щель 17, к которой присоединен канал 18, вход щий в накопительную камеру 5. Длина шели 17 равна длине входного отверсти  9. Профиль поперечного сечени  канала 18 совпадает с профилем поперечного сечени  щели 17, в продольном сечении профиль канала 18 повтор ет внутренний контур скруг лени  носка профил  крыла, а сам канал 18 закреплен на лобовом листе 16, так, что между листом, образующим канал со стороны носка профил , и емкостью I имеетс  зазор, например не менее 2 мм. Выходное отверстие канала 18 находитс  в нижней части накопительной камеры 5, при этом лобовой лист 16 с помощью прикрепленных к нему щек 19, параллельных боковым торнам емкости 1 и проход щих снаружи емкости, присоединен к цапфам 11 с возможностью вращени  вокруг их общей оси, На лобовом листе 16 за пределами щели 17 закреплены поплавки 20, выполненные в виде полых вертикальных щайб, частично погруженных в воду. Переборка 3 лежит в одной плоскости с хордой профил  и имеет в своей носовой части нефтесборник 21, днище которого возвы шаетс  над переборкой, а переборка 4 имеет , уклон в нос, уменьшающийс , но не исчезающий при движении воды относительно устройства . Накопительна  камера 5 и сливна  камера 8 соединены между собой каналом 22, распол женным в кормовой части накопительной камеры у переборки 2 и имеющим в накопительной камере порог 23. На кормовой части переборки 4 со стороны сливной камеры 8 (т. е. в верхней части сливной камеры) выполнен дополнительный нефтесборник 24, соединенныйканалом. 25 с той частью накопительной камеры, котора  находитс  на рассто нии 1/4-1/2 длины этой камеры от порога. Переборка 26, образующа  совместно с переборкой 4 канал 25, параллель-, на переборке 3. Канал 18 отделен от внутренней полости нефтесборника 21 переборкой 27, продольньш профиль которюй повтор ет продольный профиль канала 18, а сама переборка 27 установлена таким образом, что межДу ней и кана/ лом имеетс  зазор, например не менее 2 мм. К верхней части нефтесборника 21 подклю-г чена труба 28, конец которой выведен через сухой отсек 7 за пределы емкости 1 в ее надводной части. На кормовой части емкости 1 закреплены рымы 29, а каждый из поплавков 12 снабжен рымом 30, установленным в носовой части поплавка. Емкость 1 погружена в воду так, что хорда профил  лежит в плоскости статической ватерлинии, когда вода не движетс  относительно устройства, при этом суммарна  выталкивающа  сила, создаваема  погруженными в воду част ми поплавков 12 и отсека плавучести 6, равна массе устройства, не заполненного водой. Суммарна  выталкивающа  сила поплавков 20 равна половине суммарной массы лобового листа 16, канала 18 и щек 19. Устройство работает следующим образом. Устройство, опущенное в вод у-через отверстие 10 заполн етс  водой до тех пор, пока вода не дойдет до переборки 3. При этом воздух из устройства выходит через канал 18 (до закрыти  его выходного отверсти  водой) и трубу 28. После заполнени  устройства водой оно считаетс  приведенным в рабочее состо ние. После приведени  устройства в рабочее coci то ние дл  сбора им нефтепродуктов необходимо обеспечить движени  воды относительно устройства. Если на акватории, где разлиты . нефтепродукты, нет течений, то устройство необходимо буксировать, если течени  есть, то устройство необходимо закрепить ниже п тна по течению, повернув его щелью 11 против течени . При отсутствии движени  воды относительно стройства оно плавает на поверхности воды так, что хорда профил  лежит в плоскости статической ватерлинии. При этом суммарна  выталкивающа  сила погруженных в воду частей поплавков 12 и отсека плавз ести 6 равна массе устройства, не заполненного водой, поэтому поплавки 12 имеют малый объем, и, вследствие этого малую длину, что способствует лучщему слежению их за профилем волны, вследствие чего носова  часть устройства хорошо повтор ет профиль волны. При движении воды относительно устройства профиль, крыла деформирует набегающий на него поток воды так, что длина пути частицы жидкости, обтекающей профиль, становитс  больше, чем длина пути частицы, движущейс  в свободном потоке, поэтому дл  сохранети  сплоишости потока на поверхч ности крыла скорость обтекани  возрастает, а давление уменьшаетс  ниже атмосферного.

в результате чего на крыло действует топ ща  сила, котора  поворачивает его вокруг оси цапф 11 до тех пор, пока эта сила не будет скомпенсирована выталкивающей силой на профиле, возникающей от того, что в воду вощли дополнительные объемы: сухого отсека 7 и отсека 6 плавучести. Вследствие этого при движении устройства плоскость хорды составит с штоскостью ватерлинии некоторый угол, площадь ватерлинии уменьиштс , а горизонтальна  ось отверсти  9 выйдет из плоскости ватерлинии. Этот угол способствует тому, что нефть, отделивша с  от воды в накопительной камере 5, под действием сил плавучести перемещаетс 

вдоль переборки 3 в сторону нефтесборника 2L

Поскольку отверстие 9 жестко св зано с емкостью 1, то при перемещении поплавков 12 вследствие волнени  оно перемещаетс  по вертикали, то выступа  из воды, то

мерно погружа сь в воду, поэтому в предлагаемом устройстве поплавки 20 след т за профилем волны и, поворачива  лобовой лист 16 вокруг оси, общей с осью вращени  поплавков 12, заставл ют щель 17 повтор ть Профиль волны. Так как суммарна  выталкивающа  сила погруженных в воду частей поплавков . 20 равна половине суммарной массы лобового листа 16, канала 18 и щек 19, то их объем очень мал и они четко реагируют на любую волну.

Кроме того, поскольку канал 18 в продольном сечении изогнут по радиусу окружности с центром в центре скруглени  носка профил , то его кромки всегда перпендикул рны воде, т. е. квакал не имеет плоскости, демпфирующей его движение в воде.

При движении воды относительно устройства нижн   кромка щели 17 подрезает слой воды с плавающей в нем нефтью и по каналу 18 направл ет его в нижнюю часть накопительной камеры 5, т. е. под уровень воды, заполн ющей накопительную камеру.

При этом дл  повышени  зффективности сбора на высоких скорост х необходимо обеспечить , чтобы расход потока, набегающего на щель 17, был равен расходу через канал 18, так как только в этом случае нет подтекани  нефти под устройство, перехлестывани  ее чере него или угона ее от устройства при образовании обпатной волны.

Ввиду потерь напора при движении нефтевод ной смеси в канале 18 ее скорость может уменьшатьс , что при равенстве площадей сечений щели 17 и канала 18 приведет к

уменьшению расхода через канал 18. Однако ввиду того, что участок профил  с наиболее низким давлением на подводлой части емкости

1 соединен отверстием 10 со сливной камерой сливна  камера соединена каналом 22 с накс пительной камерой 5, а накопительна  камера соединена каналом. 18 и щелью 17 с поверхностным слоем воды, то под действием атмосферы давление в плоскости щели 17 увеличитс  на величину вакуума на поверхности емкости 1 в районе отверсти  10, чем будут скомпенсированы потери напора в канале 18.

Поскольку потери напора в канале 18 и вакуум в районе отверсти  10 на подводной поверхности устройства завис т от квадрата скорости набегающего на устройство потока, то при любой скорости потери и вакуум св заны между собой линейной зависимостью и их равенство друг другу можно обеспечить, рассчитав соответственно размеры щели 17, отверсти  10 и каналов 18 и 22.

Если же величина вакуума больше потерь напора в канале 18, то поверхностный слой воды с нефтью подсасываетс  к щели 17.

Устройство выполнено таким образом, что площадь горизонтального сечени  накопительной камеры 5 во столько раз больше площади сечени  канала 18, во сколько раз скорость входа нефтевод ной смеси в накопительную камеру больше скорости всплыти  капелек нефти в спокойной воде, поэтому скорость подъема нефтевод ной смеси в накопительной камере уменьшаетс  и становитс  соизмеримой со скоростью, требуемой дл  всплыти  капелек в спокойной воде. Кроме того, эта скорость направлена так же, как и скорость всплыти  капелек нефти.

При выходе струи из канала 18 в неподвижную жидкость эффект вли ни  в зкости сосредоточен в пограничном слое на ее периферии , затем в в зкостное торможение струи внешним потоком, направленным от неподвижной жидкости к струе, постепенно вовлекаютс  частицы, наход щиес  в област х, все более близких к оси струи, наконец тормоз щее вли ние внешнего потока распростран етс  на всю струю, котора  смешиваетс  с окружающей ее неподвижной

жидкостью, поэтому на некотором рассто нии от выходного отверсти  канала 18, определ е в зкостью жидкости, а также давлением и скоростью, с которыми жидкость поступает в накопительную камеру стру  жидкости при подаче ее в накопительную камеру под уровень жидкости, наход щейс  в ней и  вл щейс  неподвижной, тормозитс , скорость в этой зоне становитс  равной нулю, давление в этой зоне повышаетс  и становитс  равным скоростному напору. Нефтевод на  смесь в накопительной и сливной камерах находитс  под давлением скоростного напора, вследствие этого истечение воды из отверсти  10 и нефти из трубы 28 про исходит как истечение жидкости из сосуда под давлением. Нефтевод на  смесь по каналу 18 сливаетс  в накопительную камеру 5, где под действием гравитации частицы нефти отдел ютс  от. воды, скапливаютс  в верхней части накопительной камеры, откуда под действием выталкивающей силы перемещаютс  вдоль переборки 3 в нефтесборник 21. Так как смесь в накопительную камеру . подаетс  не насосом, а сливаетс  через канал 18 под уровень жидкости в накопительной камере, то она не разбиваетс  на мелкие частицы, что предотвращает эмульгирование нефти в воде, ус кор ет и повышает качество сепарации. Очищенна  после сепарации в накопительной камере вода через порог 23 и канал 22 сливаетс  в сливную камеру 8, из которой через отверстие 10 сливаетс  за борт. Площадь горизонтального сечени  сливной камеры 8 равна площади горизонтального сечени  накопительной камеры 5. Неотсепарированные в накопительной камере мелкие частицы нефти под действием гравитации отдел ютс  от воды в сливной камере 8, скапливаютс  в ее верхней «части в нефтесборни- ке 24, откуда по каналу 25 попадают в накопительную камеру, всплывают к переборке 3 и перемещаютс  вдоль нее в нефтесборник 21. Дл  улучщени  сепарации в накопительной камере могут быть установлены блоки гофрированных пластин (не показаны). Смесь проходит через множество каналов, образованных гофрами пластин, где и происходит отделение нефти.

(риг, 13 77

Claims (2)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ СБОРА ПЛАВАЮЩЕЙ НЕФТИ, содержащее емкость прямоугольной формы в плане, плавающую на поверхности воды, имеющую в продольном сечении замкнутый контур, в носовой части которой на уровне ватерлинии размещено приемное устройство, снабженное поплавками, шарнирно прикрепленное к емкости с помощью цапф, расположенных горизонтально и перпендикулярно Диаметральной плоскости, и соединенное с сепарационным отсеком, размещенным внутри емкости ниже ватерлинии и снабженным в верхней точке каналом для отвода нефти, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности сбора плавающей нефти при высоких скоростях ее движения относительно собирающего устройства и упрощения конструкции, емкость имеет прямоугольную в поперечном сечении форму, в продольном сечении носовая часть емкости и днище выполнены в виде части двояковыпуклого профиля крыла, хорда которого расположена в плоскости статической ватерлинии, а на участке профиля крыла с наиболее низким давлением, выполнено отверстие, соединяющее сепарационный отсек с забортным пространством, цапфы размещены снаружи емкости на ее боковых торцах в центре скругн ления носка профиля и на них с возможностью вращения установлены поплавки, а в кормовой части емкости размещен отсек плавучести.

SU , 1172991

Фиг.1 /

Σ Устройство по π. 1, отличаю Ш е е с я тем, что приемное устройство выполнено в виде лобового листа, закрывающего отверстие, выполненное в емкости, и повторяющего наружный контур скругления носка профиля, в листе выполнена щель, к которой присоединен канал, контур поперечного сечения которого совпадает с контуром щели, его продольное сечение повторяет внутренний контур скругления носка йрофиля, а выходное отверстие канала находится в ¹ нижней части накопительной камеры, при этом лобовой лист с помощью щек, размещенных снаружи емкости и параллельных ее боковых торцам, присоединен к цапфам, а поплавки приемного устройства выполнены в виде полых вертикальных шайб, частично погруженных в воду и закрепленных на лобовом листе за пределами щели.

3. Устройство по π. 1, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что сепарационный отсек разделен переборкой, имеющей уклон к носу, на накопительную и расположенную под ней сливную камеры, которые соединены между собой каналом, расположенным в кормовой части накопительной камеры и имеющем в ней порог, в верхней точке сливной камеры выполнен дополнительный нефтесборник, соединенный каналом с той частью накопительной камеры, которая находится на расстоянии 1/4-1/2 длины этой камеры от порога, а над сепарационным отсеком выполнен сухой отсек, причем переборка, отделяющая сухой отсек от сепарационного, лежит в плоскости хорды профиля и имеет в своей носовой части нефтесборник, днище которого возвышается над переборкой.