БОНОВОЕ ОГРАЖДЕНИЕ Российский патент 2013 года по МПК E02B15/04 E02B15/06 

Предлагаемое изобретение относится к охране окружающей среды, а именно к области очистки водной поверхности и может быть использовано для локализации разливов нефти/нефтепродуктов на акваториях морских портов, нефтеналивных терминалов, создания постоянного локализующего ограждения (ордера) вблизи бункеровки нефтеналивных танкеров, а также при локализации разливов нефти/нефтепродуктов на открытых акваториях морей.

Известно боновое заграждение, включающее выполненный из водо- и воздухонепроницаемого материала плавучий корпус и балластную завесу, снабженное узлом охлаждения корпуса для обеспечения пожаробезопасности. Узел охлаждения, корпус и балластная завеса выполнены в виде размещенных последовательно друг под другом и соединенных между собой посредством перемычек надувных рукавов из тонколистовой стали, к которым присоединены входные патрубки для подачи и выпуска воздуха в рукав корпуса и воды в балластный рукав и рукав охлаждения, который выполнен с перфорированными отверстиями.

(RU 2117095 C1, 27.01.1997.)

Приведенное известное техническое решение имеет следующие недостатки. Устройство достаточно громоздкое и ненадежное. Это объясняется тем, что поверхности, образующие его полости, изготавливаются из жестких металлических элементов, которые при эксплуатации могут получить остаточные деформации, что приведет к невозможности их скатывать в рулон для хранения и обеспечения нужного позиционирования (вертикальной устойчивости) в рабочем состоянии.

Из известных технических решений также известно аварийное боновое заграждение АБ3-680 (http://www.shtorm-spb.ru/bons/), предназначенное для локализации нефтеразливов, возникающих в случае аварии на судах всех назначений, которое хранится в аварийном имуществе танкера вместе с копией Сертификата Регистра. Компактное аварийное боновое заграждение имеет верхнюю надводную, заполняемую воздухом камеру плавучести, и нижнюю (подводную) юбку бона. С целью обеспечения вертикального положения юбки в рабочем состоянии в нижней части юбки расположена балластная цепь. Основным недостатком данной известной конструкции бонового заграждения является наличие в конструкции жесткого элемента балластной цепи, которая увеличивает массу устройства и затрудняет сматывания бонового заграждения на вьюшки для хранения и ограничивает длину секции.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является универсальное боновое заграждение (http://www.northsea.ru). Известное универсальное боновое заграждение состоит из двух автономных вертикально расположенных и соединенных несообщаемых между собой эластичных оболочек: воздушной и водонаполняемой, выполненных из воздухонепроницаемого материала. Кроме того, в комплект известного универсального бонового заграждения также входят: воздушный и водяной переносные шланги, сообщающиеся посредством переходников соответственно с воздушной и водонаполняемой оболочками, запорная арматура оболочек, водяной насос, источник сжатого воздуха (может быть компрессор) и вьюшка для свертывания бокового заграждения в исходное положение, находящиеся на судне-боно-постановщике. В данное известное универсальное заграждение входит также якорная система для закрепления заграждения в рабочее положение и плавучий скиммер (средство для сбора и подачи нефти в водяную оболочку) с воздушным приводом от установленного на боно-постановщике источника сжатого воздуха (компрессора). Вертикальная компоновка воздушной эластичной оболочки над водонаполняемой позволяет сформировать надводный борт (воздушная оболочка) и подводную часть (водонаполняемая оболочка).

Недостатками известного бонового заграждения являются необходимость наличия водяного насоса, который устанавливают на судне боно-постановщике для заполнения и осушения водонаполняемой оболочки, что усложняет конструкцию, отсутствие узла охлаждения для необходимого орошения надводной поверхности воздушной оболочки для обеспечения пожарной безопасности и отсутствие элементов, обеспечивающих вертикальную устойчивость подводной части ограждения.

Задачей заявляемого изобретения является упрощение конструкции бонового ограждения, создание в ней системы орошения для придания пожаробезопасности и формирования узла, обеспечивающего вертикальную устойчивость подводной части бона.

Поставленная задача достигается тем, что в известном боновом ограждении, содержащем вертикально расположенные и сопряженные между собой воздушную и водонаполняемую эластичные оболочки, выполненные из водонепроницаемого материала, переносной воздушный шланг с переходным приспособлением, сообщающийся по сторонам соответственно с воздушной эластичной оболочкой и источником сжатого воздуха судна-бонопоставщика, запорную арматуру воздушной эластичной оболочки, якорную систему для закрепления бонового ограждения в рабочее положение и вьюшку на судне-бонопостовщике для свертывания бонового ограждения в исходное положение, в отличие от него заявляемое боновое ограждение выполнено в виде отдельных секций, последовательно сочлененных между собой посредством быстроразъемных соединений. Каждая из секций дополнительно содержит юбку бона в виде полотнища из эластичного смачиваемого материала, которое закреплено к воздушной эластичной оболочке посредством неразъемного соединения. Каждая из секций содержит по несколько водонаполняемых эластичных оболочек, установленных под воздушной эластичной оболочкой, и они расположены в ряд. При этом каждая из данных оболочек выполнена в виде вертикальной цилиндрической емкости, образованной по одной из сторон эластичного полотнища по всей его высоте посредством соответствующих накладок или складок эластичного полотнища при неразъемном соединении их стыков с поверхностью полотнища. Данные вертикальные цилиндрические емкости в верхней части сообщены с воздушной эластичной оболочкой при герметичном сопряжении стыков их взаимно пересекающихся поверхностей, а в нижней части имеют незамкнутое нижнее основание и сообщены с водной средой загрязненной акватории. В верхней части каждой секции бонового ограждения на воздушной эластичной оболочке имеются петли и по ее оконечностям клапана запорной арматуры соответственно для подачи и выхода из нее воздуха. Вертикальные цилиндрические емкости расположены в упомянутом их ряду с шагом «а», который установлен из соотношения

а=l_c/(n-1), где

а - шаг расположения емкостей, м;

l_c - длина одной секции, м;

n - количество вертикальных цилиндрических емкостей, которое установлено из неравенства:

10>n>2;

диаметр вертикальной цилиндрической емкости установлен по выражению:

, где

d - диаметр вертикальной цилиндрической емкости, м;

D - диаметр воздушной эластичной оболочки, м, который установлен из выражения:

, где

С - коэффициент, безразмерный, который определен по выражению:

С=0,645+1,17(T/D), где

Т - осадка, м, и который задан через соотношение T/D, находящееся в пределах:

1,0>T/D>0;

М - масса одной секции бонового заграждения, кг;

ρ - плотность загрязненной воды, кг/м³;

K - коэффициент, безразмерный, который определен по выражению:

K=0,327+0,593(T/D);

h - высота столба воздуха в вертикальной цилиндрической емкости, м, которая задана в пределах:

T=h>0,

причем диаметры входного и выходного клапанов запорной арматуры воздушной эластичной оболочки соотносятся между собой согласно выражению:

, где

d₁ - диаметр входного клапана, м;

d₂ - диаметр выходного клапана, м;

Н - величина динамического напора данной воздушной эластичной оболочки при открытом выходном клапане, м вод. ст.;

δН - величина высоты водяного столба с учетом сопротивления трения выступающих частей, м вод. ст., которая установлена по выражению:

δH=(0,07n+0,2l_c/D)H.

Заявляемая совокупность отличительных и ограничительных признаков обеспечивает достижение поставленной цели - упрощение конструкции бонового ограждения, создания в ней системы орошения и формирования узла, обеспечивающего вертикальную устойчивость подводной части бона и дополнительно управление высотой надводной части бона.

Так, упрощение конструкции обеспечивается за счет изменения системы балластировки, позволившей отказаться от единой водонаполняемой оболочки и специального насоса, осуществляющего заполнение и опорожнения ее водой.

Наличие на юбке бона вертикальных цилиндрических емкостей с незамкнутым нижним основанием, сообщенных с воздушной эластичной оболочкой (пневмооболочкой), позволяет при открытых входном и выходном клапанах создавать в общей совокупности необходимые условия движения воздушного потока, при которых происходит преобразование статической энергии (давления) в кинетическую (скорость). При этом, в соответствии с законом сохранения энергии за счет увеличения скорости выходящего через выходной клапан воздушного потока в вертикальных цилиндрических емкостях понижается давление, и через их открытое нижнее основание происходит засасывание в них воды из ограждаемой акватории с образованием в пневмооболочке водовоздушной смеси. Таким образом достигается орошение внутренней поверхности надводной части бона, чем обеспечивается его пожаробезопасность. При этом, соотношение диаметров входного и выходного клапанов установлено следующим:

.

Это позволяет создать необходимую скорость движения воздушного потока.

Одновременно, при заполнении вертикальных цилиндрических емкостей чистой водой акватории достигается увеличение вертикальной устойчивости надводной части бона.

Наличие вертикальных цилиндрических емкостей с незамкнутым нижним основанием, сообщенных с пневмооболочкой, сообщаемой с источником сжатого воздуха, позволяет, увеличивая в ней давление, изменять плавучесть бона, за счет чего достигается дополнительный эффект - управление высотой надводной части бонового ограждения на случай высокой волны в акватории.

При этом, количество данных вертикальных цилиндрических емкостей «n» установлено в пределах от 2 до 10, а шаг их расположения на юбке бона «а» установлен из соотношения:

a=l_c(n-1),

который (т.е. шаг «а») зависит от «l_c».

Причем сам диаметр «d» вертикальной цилиндрической емкости регламентирован диаметром «D» пневмооболочки и установлен, исходя из их заявляемого соотношения.

Причем данный диаметр «D» пневмооболочки, в свою очередь, зависит от массы данной секции «М», длины одной секции бона «l_c», плотности загрязненной воды «ρ», осадки «Т» ограждения.

Таким путем достигается решение поставленной задачи.

На фиг.1 показан главный вид одной из секций бонового ограждения, на фиг.2 - поперечное сечение А-А фиг.1 секций бонового ограждения в рабочем состоянии, на фиг.3 - поперечное сечение Б-Б фиг.1 секции в рабочем состоянии, фиг.4 - поперечное сечение Б-Б фиг.1 секции в нерабочем состоянии, фиг.5 (сечение В-В фиг.1) - узел образования вертикальных емкостей 3. На фиг.6 - схема постановки бонового ограждения с судна - боно-постановщика, на фиг.7 представлена расчетная схема бонового ограждения.

Секция предлагаемого бонового ограждения показана на примере защиты морской акватории. Она включает воздушную эластичную оболочку (пневмооболочку) 1, к которой (фиг.1, 3) с помощью неразъемного (например, клеевого) соединения закреплена юбка бона 2 в виде полотнища из эластичного смачиваемого материала, имеющая по одной из сторон эластичного полотнища, по всей его высоте вертикальные емкости 3 (фиг.2), в виде вертикальных цилиндрических оболочек, образованных посредством соответствующих накладок эластичного полотнища (можно и складок) с использованием клеевого соединения их стыков с поверхностью эластичного полотнища (фиг.5). Вертикальные цилиндрические емкости 3 имеют незамкнутое нижнее основание, расположены по всей высоте юбки с шагом «а» и сообщены посредством герметичного стыка их взаимно пересекающихся поверхностей (не показано) с воздушной полостью пневмооболочки 1, а также и водной средой загрязненного нефтью водоема. Причем шаг «а» полостей установлен из соотношения

a=l_c(n-1), где

а - шаг емкостей 3, м;

l_c - длина одной секции, м;

n - количество вертикальных цилиндрических емкостей 3, безразмерное, которое установлено из неравенства:

10>n>2,

d - диаметр вертикальной цилиндрической емкости 3, м, - установлен по выражению:

,

где D - диаметр пневмооболочки 1, м, - установлен из выражения:

;

С - коэффициент, безразмерный - определяется по выражению:

С=0,645+1,170T/D, где

Т - осадка, м, - задается через отношение T/D, которое находится в пределах

1,0>T/D>0;

М - масса одной секции бонового заграждения, кг;

ρ - плотность морской воды, принята равной 1025 кг/м³.

К - коэффициент, безразмерный - установлен по выражению:

К=0,327+0,593 T/D,

h - высота столба воздуха в вертикальной цилиндрической емкости 3, м - установлена в пределах:

T=h>0.

Для формирования локализующего ограждения (ордера) и его буксировки в верхней части каждой секции бонового ограждения на пневмооболочке 1 имеются петли 4. Воздушные полости пневмооболочки 1 каждой секции бонового ограждения по ее оконечностям снабжены невозвратно-запорным клапаном 5, через который в них подают воздух, и невозвратно-запорным клапаном 6, для выхода воздуха из воздушной полости.

Причем соотношения диаметров невозвратно запорных клапанов:

d₁ - диаметр входного невозвратно-запорного клапана 5, м;

d₂ - диаметр выходного невозвратно-запорного клапана 6, м;

установлены из соотношения:

,

где Н - величина динамического напора в пневмооболочке 1 при открытом выходном невозвратно-запорном клапане 6, м водяного столба, для морских боновых заграждений обычно устанавливают не более 3,0 м;

δН - величина высоты водяного столба, для преодоления сопротивления трения выступающих частей и клапанов, м водяного столба, δH установлен по выражению:

.

Необходимый для постановки технический комплект бонов включает в себя: вьюшку 7 для свертывания ограждения в исходное положение; быстроразъемное соединение секций типа ASTM (ласточкин хвост не показано); якорную систему с буем 8 буйрепом 9 и якорем 10, служащую для закрепления ограждения в рабочем положении (якорной оттяжки бонового ограждения). При этом, при ее установке коренную оконечность секции (не показано) за петлю 4 ставят на якорь 10 с буйками 8 посредством буйрепа 9.

Для приведения в рабочее состояние бонового ограждения вокруг нефтяного разлива каждую секцию сматывают с вьюшки 7 и укладывают на поверхность воды. Ее емкости 3 распрямляются, в них входит вода, секция располагается на поверхности воды. Затем в воздушную полость бона в полость оболочки 1 через входной клапан 5 и через переносной шланг (не показан) подают сжатый воздух от компрессора (не показано), установленного, как и вьюшка 7, на судне-боно-постановщике 11. В процессе заполнения воздушной полости пневмооболочки 1 сжатым воздухом до расчетного давления, которое становится равным напору столба жидкости в емкости 3, невозвратно-запорный клапан 6 автоматически открывается, воздух через него выпускается в атмосферу, и происходит движение воздуха в воздушной полости пневмооболочки 1 со скоростью U₀. При этом в местах сопряжения вертикальных емкостей 3 с пневмооболочкой в каждой емкости 3 образуется пониженное давление, которое по величине меньше напора столба воды в емкости 3, и за счет образовавшегося разряжения уровень воды в емкости 3, открытой внизу, погруженной в водную среду, повышается. Причем, в нее поступает чистая вода, лишенная загрязнений. Попадая в движущийся в полости оболочки 1 воздушный поток, частицы воды образуют водо-воздушную среду, которая охлаждает внутреннюю поверхность пневмооболочки 1, орошая ее и обеспечивая пожаробезопасность. После придания секции устойчивого вертикального положения и установившегося характера истечения водо-воздушного потока через клапан 6 клапаны 5 и 6 закрывают, и секцию буксируют на место установки вокруг нефтяного разлива. За петлю 4 ее крепят к буйрепу 9. Следующую секцию посредством петли 4 и быстроразъемного соединения ASTM (не показано) крепят к кромке вертикальной поверхности (торцу) - сочленяют - ранее установленной секции, формируя локализующее ограждение (ордер) необходимого размера вокруг нефтяного разлива.

После завершения работ по очистке ограждаемой поверхности каждую секцию отсоединяют от креплений и буксируют к судну-боно-поставщику 11. До подъема на борт судна 11 из воздушной полости пневмооболочки 1 при открытых клапанах 5 и 6 воздух отсасывают, используя переносной шланг и компрессор судна (не показано). При этом, при подъеме секций на судно, самотеком вода из вертикальных емкостей 3 сливается в охраняемый водоем.

В таком состоянии каждую секцию поднимают на борт судна-боно-поставщика и наматывают на барабан вьюшки 7 для хранения и последующего использования.

В особых случаях, когда из-за волнения моря вода из ограждаемого участка акватории перекатывается через ограждение конструкции заявляемого бонового ограждения, возникает необходимость увеличивать надводную часть бона.

Для увеличения высоты надводной части бонового ограждения в пневмооболочке 1 при закрытом выходном клапане 6 увеличивают давление воздуха до того момента, когда осадка Т пневмооболочки будет уменьшаться, и пневмооболочка полностью выйдет из воды. Такой эффект достигается за счет появившейся при этом дополнительной плавучести, которая обеспечивается суммарным объемом V воздуха, находящегося в верхней части всех вертикальных цилиндрических емкостей 3 в каждой секции, который составляет значение

V=0,25πd²hn.

Так используют заявляемое изобретение.

Изобретение относится к области очистки водной поверхности и может быть использовано для локализации разливов нефти/нефтепродуктов на водных акваториях. Устройство бонового ограждения выполнено из отдельных секций, последовательно сочлененных между собой посредством быстроразъемных соединений. Секция бонового ограждения содержит воздушную эластичную оболочку 1, несколько водонаполняемых эластичных оболочек 3 и юбку 2. Воздушная 1 и водонаполняемая 3 оболочки выполнены из водонепроницаемого материала. Юбка 2 выполнена в виде полотнища из эластичного смачиваемого материала и закреплена к воздушной оболочке 1 посредством неразъемного соединения. На одной из сторон полотнища 2 юбки под воздушной оболочкой 1 закреплены накладки. Накладки образуют по всей высоте полотнища 2 юбки вертикальные цилиндрические емкости 3. В верхней части вертикальные емкости 3 сообщены с воздушной оболочкой 1 при герметичном сопряжении стыков их пересекающихся поверхностей. В нижней части вертикальные емкости 3 имеют незамкнутое нижнее основание и сообщены с водной средой ограждаемой акватории. В верхней части каждой секции на воздушной оболочке 1 имеются петли 4. При этом воздушная оболочка 1 снабжена невозвратно-запорным клапаном 5 для подачи воздуха и невозвратно- запорным клапаном 6 для выхода воздуха из оболочки. Упрощается конструкция бонового ограждения, обеспечивается пожаробезопасность надводной поверхности воздушной оболочки, вертикальная устойчивость подводной части ограждения. 7 ил.

Боновое ограждение, содержащее вертикально расположенные и сопряженные между собой воздушную и водонаполняемую эластичные оболочки, выполненные из водонепроницаемого материала, переносной воздушный шланг с переходным приспособлением, сообщающийся по сторонам соответственно с воздушной эластичной оболочкой и источником сжатого воздуха судна-боно-постановщика, запорную арматуру воздушной эластичной оболочки, якорную систему для закрепления бонового ограждения в рабочее положение и вьюшку на судне-боно-постановщике для свертывания бонового ограждения в исходное положение, отличающееся тем, что оно выполнено в виде отдельных секций, последовательно сочлененных между собой посредством быстроразъемных соединений; каждая из секций дополнительно содержит юбку бона в виде полотнища из эластичного смачиваемого материала, которое закреплено к воздушной эластичной оболочке посредство неразъемного соединения, каждая из секций содержит по несколько водонаполняемых эластичных оболочек, установленных под воздушной эластичной оболочкой, и они расположены в ряд, при этом каждая из данных оболочек выполнена в виде вертикальной цилиндрической емкости, образованной по одной из сторон эластичного полотнища по всей его высоте, посредством соответствующих накладок или складок эластичного полотнища при неразъемном соединении их стыков с поверхностью полотнища; сами данные вертикальные цилиндрические емкости в верхней части сообщены с воздушной эластичной оболочкой при герметичном сопряжении стыков их взаимно пересекающихся поверхностей, а в нижней части имеют незамкнутое нижнее основание и сообщены с водной средой загрязненной акватории; в верхней части каждой секции бонового ограждения на воздушной эластичной оболочке имеются петли и по ее оконечностям клапана запорной арматуры, соответственно, для подачи и выхода из нее воздуха; вертикальные цилиндрические емкости расположены в упомянутом их ряду с шагом «а», который установлен из соотношения:
а=l_c/(n-1),
где а - шаг расположения емкостей, м;
l_c - длина одной секции, м;
n - количество вертикальных цилиндрических емкостей, которое установлено из неравенства:
10>n>2,
диаметр вертикальной цилиндрической емкости установлен по соотношению:
,
где d - диаметр вертикальной цилиндрической емкости, м;
D - диаметр воздушной эластичной оболочки, м, который установлен из выражения:
,
где С - коэффициент, безразмерный, который в свою очередь определен по выражению:
С=0,645+1,170Т/D,
где Т - осадка, м, и который задан через отношение T/D, которое в свою очередь находится в пределах:
1,0>T/D>0;
М - масса одной секции бонового заграждения, кг;
ρ - плотность воды, загрязненной акватории, кг/м³;
K - коэффициент, безразмерный, который определен по выражению:
K=0,327+0,593T/D;
h - высота столба воздуха в вертикальной цилиндрической емкости, м, которая установлена в пределах:
T=h>0,
причем диаметры входного и выходного клапанов запорной арматуры воздушной эластичной оболочки соотносятся между собой согласно соотношению:
,
где d₁ - диаметр входного клапана, м;
d₂ - диаметр выходного клапана, м;
Н - величина динамического напора данной воздушной эластичной оболочки при открытом выходном клапане, м вод. ст.;
δН - величина высоты водяного столба, с учетом сопротивления трения выступающих частей, м вод. ст., которая установлена по выражению: