Устройство для сбора плавающей нефти
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.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (! 9) (3 1) 2991 А
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ABT0PCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3644167/29 — 15 (22) 19.09.83 (46) 15.08.85. Бюл. N 30 (72) И. М. Куперман (53) 628.314.2 (088.8) (56) Заявка Японии N 56 — 24088, кл. В 63 В 35/32, 1981.
Патент ФРГ Р 2246958, кл. Е 02 В 15/04, 1974. (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ СБОРА
ПЛАВА10ШЕЙ 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 (51)4 E 02 В 15/04, В 63 В 35/32 ниже ватерлинии и снабженным в верхней точке каналом для отвода нефти, о т л нч а ющ е ес я тем,что,сцельюповышения 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.
1172991
2, Устройство по п. 1, о т л и ч а ю 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 нижней части накопительной камеры, при этом лобовой пист с помощью шек, размещен. ных 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.
Изобретение относится к судостроению и может быть использовано при защите окружающей среды, в частности в устройствах для сбора нефти с поверхности воды.
11ель изобретения — повышение эффективнос-5 ти сбора плавающей нефти при высоких скоростях ее движения относительно собирающего устройства и упрощение конструкции. о
На фиг. 1 изображено устройство при отсут10 ствии движсния воды относительно устройства, продольный разрез; на фиг. 2 †узел 1 на фиг. 1; на фиг. 3 — устройство, вид в аксоно метрии; на фиг. 4 — узел 11 на фиг. 3; на фиг. 5 — устройство при движении воды относительно устройства, продольный разрез, Устройство состоит из емкости 1, плавающей 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- 5 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-.130 женный над накопительной камерой, и спивную
3. Устройство по и. i, о т л и ч а ю ш ее с я тем, что сепарационный отсек разделен переборкой, имеющей уклон к носу, на накопительную и расположенную под ней спивную 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 перебор. ка, отделяющая сухой отсек от сепарационного, лежит в плоскости хорды профиля и имеет в своей носовой части нефтесборник, днище которого возвышается над переборкой.
l 2 камеру 8, расположенную под накопительной камерой.
В емкости 1 выполнены два отверстия: входное отверстие 9, горизонтальная ось которого находится в плоскости ватерлинии, а само 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 возможность вращаться вокруг этих цапф, для чего внутри поп. лавка 12 между его бортами закреплена труба 13, внутри которой и проходит цапфа
11, а на ковше цапфы 11, выходящем эа 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, 3 1172991 4 идлину,большую ширины емкости l,èустановлен К верхней части нефтесборника 21 лодклю. снаружи емкости 1 так, что горизонтальные оси чена труба 28, конец которой выведен через симметрии лобового листа и входного отверстия сухой отсек 7 за пределы емкости 1 в ее совпадают, а между лобовым листом 16 и надводной части. емкостью 1 имеется зазор, например, не 5 На кормовой части емкости 1 закреплены .менее 2 мм. В лобовом листе 16 на уровне рымы 29, а каждый из поплавков 12 снабватерлинии выполнена щель 17, к которой при. жен рымом 30, установленным в носовой соединен канал 18, входящий в накопительчасти поплавка. ную камеру 5. Ллина щели 17 равна длине Емкость 1 погружена в воду так, что входного отверстия 9. 10 хорда профиля лежит в плоскости статическои
Профиль поперечного сечения канала 18 ватерлинии, когда вода не движется относительсовпадает с профилем поперечного сечения но устройства, при этом суммарная выталкищели 17, в продольном сечении профиль вающая сила, создаваемая погруженными в канала 18 повторяет внутренний контур скру воду частями поплавков 12 и авков и отсека плавуления носка профиля крыла, а сам канал 18 15 чести 6 равна массе устр, равна массе устройства, не заполненно. закреплен на лобовом листе 16. так, что междУ листом, обРазУющим канал со стоРоны (yMMa на„в, . ммарная выталкивающая сила поплавноска профиля, и емкостью 1 имеется зазор ков 20 равна половине равна половине суммарной массы например не менее 2 мм. Выходи отверс лобового листа 16 канал 18 19., канала и щек тие канала 18 находится в нижней части 2О Устройство работа стройство ра отает следующим образом. накопительной камеры 5, при этом лобовой Устройство опущенно лист 16 с помощью прикрепленных к нему верстие заполняется водой до тех пор, пощек 19, параллельных боковым торцам ка вода не дойдет до переборки ". При этом емкости 1 и проходящих снаружи емкости, возд х из стройства выходит через канал присоединен к цапфам 11 с возможностью 25 (цо закрытия его выходно о зак ытня его выходного отверстия водой) вращения вокруг их общей оси.
На лобовом листе 16 за пределами щели дой оно считается приведен о приведенным в раоочее
17 закреплены поплавки 20, выполненные в состояние. виде полых вертикальных шайб, частично дения стройства в Раб погруженных в воду. тояние для сбора им нефтепродуктов необхоПереборка 3 лежит в одной плоскости димо обеспечить движения воды относительно хордои профиля и имеет в своей носовои устройства. Если на акватории, где разлиты части нефтесборник 21, днище которого возвы- нефтепродукты, нет течений, то устройство шается над переборкой, а переборка 4 имеет . необходимо бУксировать, если течения есть, то у лон в нос уменьшающийся, но не исчезаю- 15 Устройство необходимо закрепить ниже пятна и при движении воды относительно устрой- по течению, повеРнУв его щелью 11 против ства. течения.
Накопительная камера 5 и сливная камера При отсутствии движения воды относительно инены между собой каналом 22, располо- Устройства оно плавает на поверхности воды женным B KopMOBQH части накопительной ка- 4{} так, что хорда профиля лежит в плоскости
Mepbl у переборки 2 и имеющим в накопи- ... статической ватерлинии. При этом суммарная тельной камере порог 23. выталкивающая сила погруженных в воду частей поплавков 12 и отсека плавучести 6
На кормовой части переборки 4 со стороны Равна массе устройства, не заполненного водой, сливной камеры 8 (т, е. в верхней части 45 поэтому поплавки 12 имеют малый объем, и, сливной камеры) выполнен дополнительный вследствие этого малую длину, что способнефтесборник 24, соединенный каналом. 25. с ствует лучшему слежению их эа профилем той частью накопительной камеры, которая. волны, вследствие чего носовая часть устройнаходится на расстоянии 1/4 — I/2 длины этой ства хорошо повторяет профиль волны. камеры от порога. Переборка 26, образующая При движении воды относительно устройсовместно с переборкой 4 канал 25, параллель-, на переборке бо 3. ства профиль, крыла деформирует набегающий на него поток воды так, что длина пути
Канал 18 отделен от внутренней полости частицы жидкости, обтекающей профиль, стано. нефтесборника 21 переборкой 27, продольный в вится больше, чем длина пути частицы, профиль котоРой повтоРЯет пРодольный про- $5 движу ейся св бо движущейся в свободном потоке, поэтому филь канала 18, а сама пе бо ка 27 становдля сохранения сплошности потока на поверхч лена таким образом, что между ней и канаг, ности крыла скорость обтекания возрастает, а лом имеется зазор, например не менее 2 мм. давление уменьшается ниже атмосферного, 1172991
20 в результате чего на крыло действует топящая сила, которая поворачивает его вокруг оси цапф 1 1 до тех пор, пока эта сила не будет скомпенсирована выталкивающей силой на профиле, возникающей от того, что в воду вошли дополнительные объемы: сухого отсека 7 и отсека
6 плавучести. Вследствие этого при движении устройства плоскость хорды составит с плоскостью ватерлинии некоторый угол, площадь ватерлинии уменьшится, а горизонтальная ось отверстия 9 выйдет из плоскости ватерлинии.
Этот угол способствует тому, что нефть, отделившаяся от воды в накопительной камере 5, I под действием сил плавучести перемещается 15 вдоль переборки 3 в сторону нефтесборника 21.
Поскольку отверстие 9 жестко связано с емкостью 1, то при перемещении поплавков
12 вследствие волнения оно перемешается по вертикали, то выступая из воды, то черезмерно погружаясь в воду, поэтому в предлагаемом устройстве поплавки 20 следят за профилем волны и, поворачивая лобовой лист
16 вокруг оси, общей с осью врашения 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 шек 19, то их объем очень мал и они четко реагируют 30 на любую волну.
Кроме того, поскольку канал 18 в продоль" ном сечении изогнут по радиусу окружности с центром в центре скругления носка профиля, то его кромки всегда перпендикулярны 85 воде, т. е. канал не имеет плоскости, демпфируюшей его движение в воде.
При движении воды относительно устроиства нижняя кромка щели 17 подрезает слой воды с плавающей в нем нефтью и по каналу 4п
18 направляет его в нижнюю часть накопительной камеры 5, т, е. под уровень воды, заполняющей накопительную камеру. При этом для повышения эффективности сбора на высоких скоростях необходимо обеспе- 45 чить, чтобы расход потока, набегающего на шель 17, был равен расходу через канал 18, так как только в этом случае нет подтекания нефти под устройство, перехлестывания ее через него или угона ее от устройства при образовании обоатной волны.
Ввиду потерь напора при движении нефтеводяной смеси в канале 18 ее скорость может уменьшаться, что при равенстве плошадей сечений шели 17 и канала 18 приведет к 55 уменьшению расхода через канал 18. Однако ввиду того, что участок профиля с наиболее низким давлением на подводной части емкости
1 соединен отверстием 10 со сливной камерой 8, сливная камера сбединена каналом 22 с накс пительной камерой 5, а накопительная камера соединена каналом 18 и шелью 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 набегаюшего 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 шели 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 вяэкостное торможение струи внешним потоком, направленным от неподвижной жидкости к струе, постепенно вовлекаются частицы, находящиеся в областях, все более близких к оси струи, наконец тормозяшее влияние внешнего потока распространяется на всю струю, которая смешивается с окружающей ее неподвижной жидкостью, поэтому на некотором расстоянии от выходного отверстия канала 18, определяемом вязкостью жидкости, а также давлением и скоростью, с которыми жидкость поступает я накопительную камеру струя жидкости при подаче ее в накопительную камеру под уровень жидкости, находящейся в ней и являющейся неподвижной, тормозится, скорость в этой зоне становится равной нулю, давление в этой зоне повышается и становится равным скоростному напору.
117?991
Нефтеводяная смесь в накопительной и сливной камерах находится под давлением скоростного напора, вследствие этого истечение воды из отверстия 10 и нефти из трубы 28 происходит как истечение жидкости иэ сосуда 5 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 . 15 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, ускоряет и повышает качество сепарации. 20
Очищенная после сепарации в накопнтеЛьной камере вода через порог 23 и канал 22 сливается в спивную камеру 8, иэ которой через отверстие 10 сливается за борт.
Плошадь 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, скап- ливаются в ее верхней части в нефтесборни-. ке 24, откуда по каналу 25 попадают в накопи тельную камеру, всплывают к переборке 3 и перемещаются вдоль нее в нефтесборник 21.
Для улучшения сепарации в накопительной камере могут быть установлены блоки гофри. рованных пластин (не показаны), Смесь проходит через множество каналов, образованных гофрами пластин, где и происходит отделение нефти.
1172991
1172991
