Устройство для сбора плавающей нефти Советский патент 1985 года по МПК E02B15/04 B63B35/32 

7 2д 2

CfmvTfi t f Ar FffS/

6

22 Т. Устройство по п. 1, отличаю ш е е с я тем, что приемное устройство выполнено в виде лобового листа, закрываю щего отверстие, выполненное в емкости, и повторяющего наруж1а ш 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 йрофил а выходное отверстие канала находится 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 я 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, 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.

1. УСТЮЙСТВО 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, щарнирно 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 профипя 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 ем(Л кости на ее боковых торцах в центре скругн ления носка профиля и на них с возможносс тью вращения установлены поплавки, а в кормовой части емкости размещен отсек плавучести.

Изобретение относится к судостроению и может быть использовано при защите окружающей среды, в частности в устройствах для сбора нефти с поверхности воды. Цель изобретения - повыщение эффективноети сбора плавающей нефти при высоких скоростях ее движения относительно собирающего устройства и упрощение конструкции. На фиг. 1 изображено устройство при отсутствии движения 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 носовая часть и днище выполнены в виде части двояковыпуклого профиля крыла, хорда которого расположена в плоскости статической ватерлинии. Емкость 1 имеет прямоугольную 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 профиля, сухой отсек 7, располо женный над накопительной камерой, и сливную ,2 камеру 8, расположенную под накопительной камерой. В емкости 1 выполнены два отверстия: входное отверстие 9, горизонтальная ось которого находится в плоскости ватерлинии, а caivro отверстие выполнено в носовой части профиля и ведет в накопительную камеру, и сливное отверстие 10, выполненное на погруженном в воду участке профиля с наиболее низким давлением и соединяющее сливную камеру с забортным пространством. Оба отверстия 9 и 10 выполнены в виде щелей во всю ширину . устройства. На боковых торцах емкости .1 в центре скругления носка профиля и в плоскости хорды профиля закреплены горизонтально и перпендикулярно диаметральной плоскости устройства цапфы 11, на которых установлены поплавки 12, имеющие возможлость вращаться вокруг этих цапф, для чего внутри поплавка 12 между его бортами закреплена труба 13, внутри которой и проходит цапфа 11, а на ко1ше цапфы 1, выходящем за пределы поплавка 12, закреплена болтом 14 стопорная шайба 15. Входное отверстие 9 закрыто лобовым листом 16, продольное сечение которого повторяет наружный контур скругления носка -профиля. Лобовой лист имеет ширину, равную не менее двум ширинам входного отверстия, и длину, большую ширины емкости 1, и установле снаружи емкости 1 так, что горизонтальные оси симметрии лобового листа и входного отверстия совпадают, а между лобовым листом 16 и емкостью 1 имеется зазор, например, не .менее 2 мм. В лобовом листе 16 на уровне ватерлинии выполнена щель 17, к которой присоединен канал 18, входящий в накопительную камеру 5. Длина шели 17 равна длине входного отверстия 9. Профиль поперечного сечения канала 18 совпадает с профилем поперечного сечения щели 17, в продольном сечении профиль канала 18 повторяет внутренний контур скруг ления носка профиля крыла, а сам канал 18 закреплен на лобовом листе 16, так, что между листом, образующим канал со стороны носка профиля, и емкостью I имеется зазор, например не менее 2 мм. Выходное отверстие канала 18 находится в нижней части накопительной камеры 5, при этом лобовой лист 16 с помощью прикрепленных к нему щек 19, параллельных боковым торнам емкости 1 и проходящих снаружи емкости, присоединен к цапфам 11 с возможностью вращения 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 профиля и имеет в своей носовой части нефтесборник 21, днище которого возвы шается над переборкой, а переборка 4 имеет , уклон в нос, уменьшающийся, но не исчезающий при движении воды относительно устройства. Накопительная камера 5 и сливная 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, которая находится на расстоянии 1/4-1/2 длины этой камеры от порога. Переборка 26, образующая совместно с переборкой 4 канал 25, параллель-, на переборке 3. Канал 18 отделен от внутренней полости нефтесборника 21 переборкой 27, продольньш профиль которюй повторяет продольный профиль канала 18, а сама переборка 27 установлена таким образом, что межДу ней и кана/ лом имеется 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 профиля лежит в плоскости статической ватерлинии, когда вода не движется относительно устройства, при этом суммарная выталкивающая сила, создаваемая погруженными в воду частями поплавков 12 и отсека плавучести 6, равна массе устройства, не заполненного водой. Суммарная выталкивающая 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 заполняется водой до тех пор, пока вода не дойдет до переборки 3. При этом воздух из устройства выходит через канал 18 (до закрытия его выходного отверстия водой) и трубу 28. После заполнения устройства водой оно считается приведенным в рабочее состояние. После приведения устройства в рабочее coci тояние для сбора им нефтепродуктов необходимо обеспечить движения воды относительно устройства. Если на акватории, где разлиты . нефтепродукты, нет течений, то устройство необходимо буксировать, если течения есть, то устройство необходимо закрепить ниже пятна по течению, повернув его щелью 11 против течения. При отсутствии движения воды относительно стройства оно плавает на поверхности воды так, что хорда профиля лежит в плоскости статической ватерлинии. При этом суммарная выталкивающая 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 носовая часть устройства хорошо повторяет профиль волны. При движении воды относительно устройства профиль, крыла деформирует набегающий на него поток воды так, что длина пути частицы жидкости, обтекающей профиль, становится больше, чем длина пути частицы, движущейся в свободном потоке, поэтому для сохранетия сплоишости потока на поверхч ности крыла скорость обтекания возрастает, а давление уменьшается ниже атмосферного.

в результате чего на крыло действует топящая сила, которая 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 уменьиштся, а горизонтальная ось отверстия 9 выйдет из плоскости ватерлинии. Этот угол способствует тому, что нефть, отделившаяся от воды в накопительной камере 5, под действием сил плавучести перемещается

вдоль переборки 3 в сторону нефтесборника 2L

Поскольку отверстие 9 жестко связано с емкостью 1, то при перемещении поплавков 12 вследствие волнения оно перемещается по вертикали, то выступая из воды, то

мерно погружаясь в воду, поэтому в предлагаемом устройстве поплавки 20 следят за профилем волны и, поворачивая лобовой лист 16 вокруг оси, общей с осью вращения поплавков 12, заставляют щель 17 повторять Профиль волны. Так как суммарная выталкивающая 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 скругления носка профиля, то его кромки всегда перпендикулярны воде, т. е. квакал не имеет плоскости, демпфирующей его движение в воде.

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

При этом для повышения зффективности сбора на высоких скоростях необходимо обеспечить, чтобы расход потока, набегающего на щель 17, был равен расходу через канал 18, так как только в этом случае нет подтекания нефти под устройство, перехлестывания ее чере него или угона ее от устройства при образовании обпатной волны.

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

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

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

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

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

Устройство выполнено таким образом, что площадь горизонтального сечения накопительной камеры 5 во столько раз больше площади сечения канала 18, во сколько раз скорость входа нефтеводяной смеси в накопительную камеру больше скорости всплытия капелек нефти в спокойной воде, поэтому скорость подъема нефтеводяной смеси в накопительной камере уменьшается и становится соизмеримой со скоростью, требуемой для всплытия капелек в спокойной воде. Кроме того, эта скорость направлена так же, как и скорость всплытия капелек нефти.

При выходе струи из канала 18 в неподвижную жидкость эффект влияния вязкости сосредоточен в пограничном слое на ее периферии, затем в вязкостное торможение струи внешним потоком, направленным от неподвижной жидкости к струе, постепенно вовлекаются частицы, находящиеся в областях, все более близких к оси струи, наконец тормозящее влияние внешнего потока распространяется на всю струю, которая смешивается с окружающей ее неподвижной

жидкостью, поэтому на некотором расстоянии от выходного отверстия канала 18, определяе вязкостью жидкости, а также давлением и скоростью, с которыми жидкость поступает в накопительную камеру струя жидкости при подаче ее в накопительную камеру под уровень жидкости, находящейся в ней и являщейся неподвижной, тормозится, скорость в этой зоне становится равной нулю, давление в этой зоне повышается и становится равным скоростному напору. Нефтеводяная смесь в накопительной и сливной камерах находится под давлением скоростного напора, вследствие этого истечение воды из отверстия 10 и нефти из трубы 28 про исходит как истечение жидкости из сосуда под давлением. Нефтеводяная смесь по каналу 18 сливается в накопительную камеру 5, где под действием гравитации частицы нефти отделяются от. воды, скапливаются в верхней части накопительной камеры, откуда под действием выталкивающей силы перемещаются вдоль переборки 3 в нефтесборник 21. Так как смесь в накопительную камеру . подается не насосом, а сливается через канал 18 под уровень жидкости в накопительной камере, то она не разбивается на мелкие частицы, что предотвращает эмульгирование нефти в воде, ус коряет и повышает качество сепарации. Очищенная после сепарации в накопительной камере вода через порог 23 и канал 22 сливается в сливную камеру 8, из которой через отверстие 10 сливается за борт. Площадь горизонтального сечения сливной камеры 8 равна площади горизонтального сечения накопительной камеры 5. Неотсепарированные в накопительной камере мелкие частицы нефти под действием гравитации отделяются от воды в сливной камере 8, скапливаются в ее верхней «части в нефтесборни- ке 24, откуда по каналу 25 попадают в накопительную камеру, всплывают к переборке 3 и перемещаются вдоль нее в нефтесборник 21. Для улучщения 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